一种离心叶轮的制作方法

本发明属于通风设备领域，尤其涉及一种离心叶轮。

背景技术：

叶轮机械在国民经济中占有重要的地位，特别是在动力、能源、化工、航空、冶金等专业领域获得了广泛的应用。叶轮机械在工作同时也消耗着大量的电力。统计资料表明，由于叶轮机械用途广泛、数量大，其耗电量约占全国发电量的20%～30%。一个稳定高效的流场不仅确保叶轮机械具有高性能和高经济性，而且是其达到高可靠性的重要保证，这就对叶轮机械的研究和设计提出了更加苛刻的要求。离心叶轮在工作过程中必然产生能量损失，按其能量损失形式不同可分为三类：机械损失、容积损失和流动损失。其中，流动损失是指在风机工作时，流体和流道壁面发生摩擦；流道的几何形状改变也使的流体运动速度大小和方向发生变化而产生的旋涡，以及偏离设计工况时产生冲击损失等。离心压缩机或风机叶轮通道中气体流过叶片的流动由于是扩压流动，在叶片后部吸力面附近气流分离现象很严重，产生许多旋涡。这会给风机性能带来不良影响，使风机全压和效率下降，并产生附加的旋涡噪声。一方面是整个叶轮通道是扩压通道，叶道内边界层沿着通道不断增厚；另一方面是存在着压力面向吸力面的二次流动，同时由于气流的90°转弯导致轮盘压力大于轮盖压力也形成二次流，使工作面边界层被吸走从而补充了具有新的较大动能的气流，使非工作面边界层增厚，在叶轮轮盖和叶片吸力面区域形成低速区甚至气流分离，形成射流-尾迹结构。因此，为了改善风机性能、降低涡流噪声，通过改进风机的结构设计，特别是叶轮叶片的设计显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的为了控制叶片表面气流分离、降低离心风机涡流噪声，提供一种具有球窝状凹槽表面叶片的离心叶轮，球窝状凹槽表面能够诱导层流边界层提前向湍流边界层转捩，抑制了通道中的流动分离，减小分离泡的尺度，同时还将减小通道的总压损失系数，起到了流动减阻的效果。同时，由于叶轮表面湍流流动的减弱，也起到了减震降噪的作用，节约了能源，提高了整离心风机的使用寿命。

为此采用如下的技术方案：

一种离心叶轮，其特征在于：所述离心叶轮包括环形端面、主端面、叶片以及轴套；所述轴套通过铆钉固定安装在主端面的中心位置，与驱动电机配合以带动叶轮旋转；所述的叶片为翼型叶片，均匀分布在环形端面和主端面之间，所述叶片的一端固定在环形端面上，另一端固定在主端面上，呈垂直排列；所述叶片包括压力面和吸力面，叶片的吸力面沿流向焊接肋条，所述的肋条横截面呈v型，从40%弦长处开始至尾缘；所述v型的肋条高度为0.5mm-1mm，v型的肋条间距与高度之比为1.5-3；在叶片的压力面上开有若干凹槽，所述凹槽呈球窝状；凹槽通过磨削或激光加工方法制得，精度在10μm以内；所述球窝状的凹槽呈菱形网状分布在翼型叶片上，从翼型叶片60%弦长位置开始至尾缘；每个凹槽深1~1.5mm，两凹槽的中心距为3~4mm，凹槽的球窝直径为1.8~3mm并随叶轮直径增加而增加；所述的翼型叶片尾缘的两侧均进行切削。

工作时，旋转方向相反的流向涡与在v型肋条顶部形成的二次涡相互作用，二次涡减弱了流向涡并将低速流体保留在肋条内，从而抑制低速条带的形成和展向运动，相邻肋条间的相互作用变弱，运动不稳定性降低。

球窝状结构的凹槽可以使流场中的旋涡产生了自组，流场中大部分的涡都被吸引到这种结构中来，从而破坏了流场中的湍流涡结构，并严重干扰了湍流大涡的形成，限制流体的横向运动，增强流动的稳定性。同时旋涡的形成阻碍了上层高速流体的下扫运动，在叶片凹坑表面维持了一个低速层，其动量交换和速度脉动均较小，减小了对固体壁面的阻力作用。

由于叶片尾缘总有一定厚度，气体从尾缘流出，通道面积突然扩大，在叶片尾部形成尾迹，带来损失。对叶轮叶片尾缘的压压力侧和吸力侧进行切削，从而改变叶轮出口气流角和叶片出口流场，降低速度滑移，提高流动稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图。

图2为本发明中压力面示意图。

图3为本发明中吸力面示意图。

图4为本发明中尾缘面局部示意图。

其中，1—环形端面；2—主端面；3—叶片；4-轴套；3-1—叶片压力面；3-2—叶片吸力面；3-3—叶片尾缘面；3-11—球窝状的凹槽；3-21—v型肋条；3-31—尾缘面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例包括环形端面1，主端面2，叶片3以及轴套4；所述轴套4通过三个铆钉固定安装在主端面2的中心位置，与驱动电机配合以带动叶轮旋转。所述叶片3为翼型叶片，均匀分布在环形端面1和主端面2之间，叶片3一端固定在环形端面1上，另一端固定在主端面2上，呈垂直式的排列。

如图2所示，所述的叶片3压力面3-1加工出沿流向呈菱形分布球窝状的凹槽3-11，设定叶片弦长为l，球窝状的凹槽3-11从起始位置到叶片前缘的距离为s1，从起始位置到叶片尾缘的距离为s2。球窝状的凹槽3-11的球窝直径为d，深度为h，凹槽之间的间距为t。球窝直径d和深度h需根据叶片厚度b和叶轮的结构参数确定。在本优选具体实施例中，叶片厚度b=4mm。球窝状的凹槽3-11从起始位置到叶片前缘的距离为s1为叶片弦长的60%，从起始位置到叶片尾缘的距离s2为叶片弦长l的30％，球窝直径d为1.8-2.5mm，深度h为1mm，两凹槽中心距t为4mm，加工精度在10μm以内，随着叶轮半径增大，每一列球窝状的凹槽3-11半径增加。

如图3所示，所述的叶片3吸力面3-2沿流向焊接v型肋条3-21，v型肋条3-21从起始位置到叶片前缘的距离为m1，从起始位置到叶片尾缘的距离为m2。v型肋条3-21的肋条高度为m，肋条之间的间距为s。具体加工高度根据叶轮的整体尺寸决定。在本优选具体实施例中，v型肋条3-21从起始位置到叶片前缘的距离为m1为叶片弦长的40%，从起始位置到叶片尾缘的距离m2为叶片弦长l的30％，所述v型肋条高度m为0.8mm，肋条间距s为2.4mm。

如图4所示，所述尾缘两侧切削。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种离心叶轮，所述离心叶轮包括环形端面、主端面、叶片以及轴套；所述的叶片为翼型叶片，均匀分布在环形端面和主端面之间，所述叶片的一端固定在环形端面上，另一端固定在主端面上，呈垂直排列；所述叶片包括压力面和吸力面，叶片的吸力面沿流向焊接肋条，所述的肋条横截面呈V型；在叶片的压力面上开有若干凹槽，所述凹槽呈球窝状；所述球窝状的凹槽呈菱形网状分布在翼型叶片上；所述的翼型叶片尾缘的两侧均进行切削。工作时，旋转方向相反的流向涡与在V型肋条顶部形成的二次涡相互作用，二次涡减弱了流向涡并将低速流体保留在肋条内，从而抑制低速条带的形成和展向运动，相邻肋条间的相互作用变弱，运动不稳定性降低。

技术研发人员：窦华书;张硕;陈兴;张炜;迟劭卿;梁迦贺;陈小平;李哲弘;李昆航;贺磊盈;董若凌;赵新龙
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2017.04.24
技术公布日：2017.07.14