本发明属于风机技术领域，更具体地，涉及一种高效斜流风机。
背景技术：
风机是用于输送气体的机械，被广泛应用于国民经济的各个部门，尤其是在矿山、冶金、石油、化工、航空航天、能源和车辆工程等领域。
相较于离心风机和轴流风机，斜流风机在流量和压力两个方面都有较好的性能，具有结构紧凑、体积小等优点，因此，主要应用于大型建筑的通风排风、管道加压送风等换气通风场所。但是，大多数现有的斜流风机存在效率低的问题，对能源浪费严重，不利于节能减排。
转子是斜流风机的主要做功部件，对于提高风机的效率、改善风机的性能有着重要作用。静子是斜流风机的主要整流部件，经过转子做功后的气体流经静子后，可进一步回收静压，改善气体流动方向。因此，开发一款高效的斜流转子叶型就显得极其重要。
斜流风机转子设计参数多、参数范围广，且各设计参数对效率的影响权重不等，因此，选取合理的参数及取值范围，对效率提升作用较大。目前现有技术中还缺乏合适的、能够较大提升斜流风机转子效率的斜流风机转子的改进方法。
技术实现要素：
针对现有技术的改进需求，本发明的目的在于提供一种高效斜流风机，其中通过对斜流转子叶型关键的形状参数(尤其是气流折转角等)进行改进，得到高效斜流转子，与现有技术相比能够有效解决现有斜流风机效率低的问题，本发明同时通过从叶片高度0％到叶片高度100％均匀取得的5个叶片高度斜流转子的叶型设置其各个叶片高度上的气流折转角沿程分布，以及叶片中弧线长度随叶片高度变化的分布两个方面对叶型的形状进行控制，能够得到高效率的斜流转子叶型；并且利用本发明斜流转子叶型可得到转子，并可进一步得到高效斜流风机，能够有效提高斜流风机的效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种斜流转子叶型，其特征在于，该斜流转子叶型用于传输气流，其表面包括高压力曲面、低压力曲面、上曲面和下曲面，其中，
所述上曲面和所述下曲面分别被两个圆柱体的侧面所覆盖，这两个圆柱体的中心对称轴线相互重合，记所述上曲面对应的所述圆柱体的半径为r2，所述下曲面对应的所述圆柱体的半径为r1，则r2<r1；建立空间直角坐标系，则这两个圆柱体的中心对称轴线为该空间直角坐标系的z轴；
所述高压力曲面和所述低压力曲面均与所述上曲面相交，其中，所述低压力曲面与所述上曲面相交形成的曲线相对于该斜流转子叶型为外凸曲线，所述高压力曲面与所述上曲面相交形成的曲线相对于该斜流转子叶型为内凹曲线；所述z轴的正方向由所述低压力曲面指向所述高压力曲面；
所述高压力曲面还与所述低压力曲面相交，在所述高压力曲面与所述低压力曲面相交形成的两条曲线中，记先与所述气流接触的相交曲线为叶片进口点轨迹线，另外一条相交曲线则为叶片出口点轨迹线；
将所述上曲面沿平面展开得到上曲面铺展截面；记该上曲面铺展截面上，因所述上曲面与所述低压力曲面相交形成的对应曲线为上曲面第一曲线，因所述上曲面与所述高压力曲面相交形成的对应曲线为上曲面第二曲线，因所述上曲面与所述叶片进口点轨迹线相交形成的对应点为上曲面进口点，因所述上曲面与所述叶片出口点轨迹线相交形成的对应点为上曲面出口点；则根据所述上曲面第一曲线与所述上曲面第二曲线得到上曲面中弧线，所述上曲面进口点与所述上曲面出口点为该上曲面中弧线的两个端点；记位于该上曲面中弧线上、且与所述上曲面进口点之间的所述上曲面中弧线长度为整个所述上曲面中弧线长度的45％的点为上曲面积叠点，并且，记位于所述上曲面上、且与该上曲面积叠点对应的点为上曲面空间积叠点；记经过该上曲面空间积叠点、且与所述z轴垂直的平面为所述空间直角坐标系的xoy平面，该xoy平面与所述z轴的交点为所述空间直角坐标系的原点o；所述原点o与该上曲面空间积叠点所在的直线为所述空间直角坐标系的y轴，该y轴的正方向由所述原点o指向该上曲面空间积叠点；
以半径从r2变为r1的一系列同轴圆柱体的侧面与该斜流转子叶型相交形成一系列相交面，再将所述一系列相交面均沿平面展开得到一系列铺展截面，所述一系列同轴圆柱体的中心对称轴线均为z轴；对于任意一个所述铺展截面，记与该铺展截面对应的同轴圆柱体的半径为r，r2≤r≤r1，并且，记该铺展截面上，因所述同轴圆柱体与所述低压力曲面相交形成的对应曲线为第一曲线，因所述同轴圆柱体与所述高压力曲面相交形成的对应曲线为第二曲线，因所述同轴圆柱体与所述叶片进口点轨迹线相交形成的点为进口点，因所述同轴圆柱体与所述叶片出口点轨迹线相交形成的点为出口点，此外，根据所述第一曲线与所述第二曲线得到中弧线，所述进口点与所述出口点为该中弧线的两个端点，并且，记该中弧线上任意一点处由所述出口点到所述进口点的中弧线切线方向到平行于所述空间直角坐标系的x轴正方向的夹角为气流折转角，
则当((r-r2)/(r1-r2))比值等于0％、25％、50％、75％及100％这五个值时，对于五个对应的所述铺展截面，在任意一个所述铺展截面上，随着中弧线上各个点距所述进口点之间的中弧线长度与该中弧线总长的比值的变化，中弧线上各个点对应的所述气流折转角的角度变化满足非均匀有理b样条曲线关系；
并且，当((r-r2)/(r1-r2))比值等于0％、25％、50％、75％及100％这五个值时，随着((r-r2)/(r1-r2))比值的变化，相应所述铺展截面上的中弧线总长度的变化满足非均匀有理b样条曲线关系。
作为本发明的进一步优选，当((r-r2)/(r1-r2))比值等于0％时，在对应的所述铺展截面上，中弧线上各个点对应的所述气流折转角的角度变化范围为-58.404°～2°；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于25％时，在对应的所述铺展截面上，中弧线上各个点对应的所述气流折转角的角度变化范围为-67.136°～3.962°；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于50％时，在对应的所述铺展截面上，中弧线上各个点对应的所述气流折转角的角度变化范围为-72.302°～2.284°；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于75％时，在对应的所述铺展截面上，中弧线上各个点对应的所述气流折转角的角度变化范围为-74.501°～-4°；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于100％时，在对应的所述铺展截面上，中弧线上各个点对应的所述气流折转角的角度变化范围为-78.325°～-24.485°。
作为本发明的进一步优选，当((r-r2)/(r1-r2))比值等于0％时，相应所述铺展截面上的中弧线总长度满足285.1mm～335.1mm；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于25％时，相应所述铺展截面上的中弧线总长度满足271.6mm～321.6mm；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于50％时，相应所述铺展截面上的中弧线总长度满足259.7mm～309.7mm；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于75％时，相应所述铺展截面上的中弧线总长度满足240.5mm～290.5mm；
当((r-r2)/(r1-r2))比值等于100％时，相应所述铺展截面上的中弧线总长度满足194.9mm～244.9mm。
作为本发明的进一步优选，当r在r2≤r≤r1连续取值时，随着((r-r2)/(r1-r2))比值的变化，相应所述铺展截面上的中弧线总长度的变化满足非均匀有理b样条曲线关系。
按照本发明的另一方面，本发明提供了利用上述斜流转子叶型得到的转子。
按照本发明的又一方面，本发明提供了利用上述斜流转子叶型得到的斜流风机。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于同时通过从叶片高度0％到叶片高度100％均匀取得的5个叶片高度斜流转子的叶型设置其各个叶片高度上的气流折转角沿程分布(即，相应叶片高度比例((r-r2)/(r1-r2))下，铺展截面内中弧线上各个点对应的气流折转角角度值随着各个点距对应进口点的中弧线长度占该中弧线整体长度之比的变化满足非均匀有理b样条曲线关系)，以及叶片中弧线长度随叶片高度变化的分布(即，5个叶片高度比例下，随着叶片高度比例的变化，相应铺展截面上的中弧线总长度的变化满足非均匀有理b样条曲线关系)这两个方面对叶型的形状进行控制，能够得到高效率的斜流转子叶型。本发明中的转子叶型，由5个不同叶片高度下的非均匀有理b样条曲线的叶片气流折转角沿程分布和5个控制点形成的非均匀有理b样条曲线的不同叶片高度下叶片中弧线长度分布进行控制，将斜流转子叶型应用到动-静叶轮形式斜流风机中，可使得斜流风机在较大范围流量下具有良好的做功能力和较高效率。
本发明中的转子叶型，将叶片高度分别为0％、25％、50％、75％、100％处的气流折转角沿程分布按照非均匀有理b样条曲线变化，通过配置合理的角度，使其在较大流量范围内具有高效率。
本发明通过对叶片的气流折转角的沿程分布，和叶片中弧线的长度加以控制，有效调整了斜流转子的叶片形状，使其具有较高的效率。针对斜流风机的特点，叶片气流折转角和中弧线长度这两个参数对叶片效率具有较大影响，本发明通过控制形状参数得到的斜流叶轮，能够适应大工况范围，并且效率高。
利用本发明斜流转子叶型可得到转子，并可进一步得到高效斜流风机，该高效斜流风机则可包括转子、静子、轮毂和外筒。将具有以上两方面特点的斜流转子叶型应用在动-静叶轮形式斜流风机中，可等比例进行放大或缩小，均可有效改善现有斜流风机能耗大、效率低的问题，增强斜流风机做功能力，提高效率。
本发明从叶片气流折转角沿程分布、叶片中弧线长度分布这两个参数控制出发，对转子叶片形状进行控制，能够有效提升该斜流转子叶型的效率，得到适应性强、效率高的斜流转子叶型。
附图说明
图1是本发明斜流风机工作状态二维示意图。
图2是本发明斜流风机工作状态三维示意图。
图3是本发明转子叶型的立体图。
图4是本发明转子叶型的三视图，其中(a)对应主视图，(b)对应俯视图，(c)对应左视图。
图5是本发明转子叶型参数示意图。
图6是本发明转子叶型叶片气流折转角沿程分布在不同叶片高度下的分布示意图。
图7是本发明转子叶型中弧线长度变化随叶片高度分布示意图。
图8是本发明实例应用在斜流风机内实验特性曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明采用笛卡尔空间坐标系，如图2所示，x轴水平向右，y轴垂直向上，z轴垂直纸面向外，空间曲线在xoz平面的投影为周向投影，空间曲线在xoy平面的投影为轴向投影。
本发明中的斜流转子叶型由高压力曲面、低压力曲面、上曲面和下曲面组成。上、下曲面由翼型投影在圆柱上形成，将下曲面对应圆柱半径设为(r1)，上曲面对应圆柱半径设为(r2)，将上、下曲面间的圆柱半径记为叶片高度，设为(r)，这些圆柱均同轴设置，则高、低压力曲面是由一系列翼型在r2<r<r1的同轴圆柱投影所得曲线在空间y方向上叠加而成，同时，高、低压力曲面分别与上、下曲面相交产生4条曲线，高、低压力曲面相交产生2条曲线，任意一个圆柱与高压力曲面、低压力曲面相交分别产生2条曲线。记气体先流经的曲线为进口角曲线，气体后流经的曲线为出口角曲线。将不同叶片高度上翼型的中弧线分别与进口角曲线和出口角曲线相交，即得到转子叶型不同半径上的气流折转角分布，具体的，可在不同叶片高度处翼型的中弧线上任取一点，切线方向与x轴正方向的夹角即为该点处的气流折转角；对中弧线上前缘到尾缘的各点，得到各点位置处的气流折转角分布情况，即，得到叶片气流折转角在该叶片高度上的沿程分布。
本发明中的斜流转子叶型需同时满足以下两个方面：
第一方面：
本发明斜流转子叶型设置从叶片高度0％到叶片高度100％均匀取得的5个控制点(即叶片高度为0％、25％、50％、75％、100％)上的气流折转角沿程分布曲线为非均匀有理b样条曲线。
即，5个控制面参数依次为：
第一控制面位于叶片高度0％处，角度变化范围为-58.404°～2°，沿非均匀有理b样条曲线；
第二控制面位于叶片高度25％处，角度变化范围为-67.136°～3.962°，沿非均匀有理b样条曲线；
第三控制面位于叶片高度50％处，角度变化范围为-72.302°～2.284°，沿非均匀有理b样条曲线；
第四控制面位于叶片高度75％处，角度变化范围为-74.501°～-4°，沿非均匀有理b样条曲线；
第五控制面位于叶片高度100％处，角度变化范围为-78.325°～-24.485°，沿非均匀有理b样条曲线。
即，从叶片高度0％到叶片高度100％均匀取得的5个控制面(对应5个叶片高度)的气流折转角沿程分布曲线均为非均匀有理b样条曲线。
第二方面：
本发明斜流转子叶型中弧线长度随叶片高度的变化曲线为非均匀有理b样条曲线，上述五个控制面分别对应5个控制点，相应的这5个控制点分别对应从叶片高度0％、25％、50％、75％到叶片高度100％，5个控制点的参数依次为：
第一控制点(1)对应叶片高度0％处(即第一控制面)，中弧线长度变化范围为285.1mm～335.1mm；
第二控制点(2)对应叶片高度25％处(即第二控制面)，中弧线长度变化范围为271.6mm～321.6mm；
第三控制点(3)对应叶片高度50％处(即第三控制面)，中弧线长度变化范围为259.7mm～309.7mm；
第四控制点(4)对应叶片高度75％处(即第四控制面)，中弧线长度变化范围为240.5mm～290.5mm；
第五控制点(5)对应叶片高度100％处(即第五控制面)，中弧线长度变化范围为194.9mm～244.9mm。
将以上两方面同时应用在斜流风机(如动-静叶轮形式斜流风机)中，可使斜流风机在较大范围内具有高效率和较大的做功能力。
图1所示为本发明斜流风机的整体图，揭示了转子和静子间的相对关系。图3所示为本发明转子叶型的立体图。图4所示为本发明转子叶型的三视图，从左至右为正视图、左视图和俯视图。
图5所示为本发明转子叶型参数示意图，该图示意了不同叶片高度上翼型的轨迹线。虽然不同叶片高度上轨迹线不尽相同，但可用统一规律描述示意。图5中虚线即为其中弧线。
图6给出了本发明转子叶型叶片气流折转角沿程分布随叶片高度分布的示意图，在叶片高度为0％、25％、50％、75％、100％时，气流折转角沿非均匀有理b样条曲线变化。
图7给出了本发明转子叶型中弧线长度随叶片高度分布的示意图，在叶片高度为0％、25％、50％、75％、100％时，中弧线长度沿非均匀有理b样条曲线变化。
实施例1：
叶轮直径为900mm，轮毂比0.68，动叶叶片数8叶，静叶叶片数为9片。
叶片气流折转角沿程分布非均匀有理b样条曲线的5个控制面位置依次为：0％、25％、50％、75％、100％；
第一控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为-51.404°～-5°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第二控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为-60.136°～-4.962°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第三控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为-65.302°～-5.284°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第四控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为-67.501°～-11°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第五控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为-71.325°～-31.485°，沿非均匀有理b样条曲线变化。
本发明斜流转子叶型中弧线长度随叶片高度的变化曲线为非均匀有理b样条曲线，上述五个控制面分别对应5个控制点，相应的这5个控制点分别对应从叶片高度0％、25％、50％、75％到叶片高度100％，5个控制点参数的坐标(坐标形式为(叶片高度百分比，中弧线长度)):(0％，310.137mm),(25％,296.575mm),(50％,284.709mm),(75％,265.478mm),(100％,219.850mm)。
实施例2
叶轮直径为900mm，轮毂比0.68，动叶叶片数8叶，静叶叶片数为9片。
叶片气流折转角沿程分布非均匀有理b样条曲线的5个控制面位置依次为：0％、25％、50％、75％、100％；
第一控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为-58.404°～2°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第二控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为-67.136°～3.962°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第三控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为-72.302°～2.284°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第四控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为-74.501°～-4°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第五控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为-78.325°～-24.485°，沿非均匀有理b样条曲线变化。
本发明斜流转子叶型中弧线长度随叶片高度的变化曲线为非均匀有理b样条曲线，上述五个控制面分别对应5个控制点，相应的这5个控制点分别对应从叶片高度0％、25％、50％、75％到叶片高度100％，5个控制点参数的坐标(坐标形式为(叶片高度百分比，中弧线长度)):(0％，285.1mm),(25％,271.6mm),(50％,259.7mm),(75％,240.5mm),(100％，194.9mm)。
实施例3
叶轮直径为900mm，轮毂比0.68，动叶叶片数8叶，静叶叶片数为9片。
叶片气流折转角沿程分布非均匀有理b样条曲线的5个控制面位置依次为：0％、25％、50％、75％、100％；
第一控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为-58.404°～2°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第二控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为-67.136°～3.962°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第三控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为-72.302°～2.284°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第四控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为-74.501°～-4°，沿非均匀有理b样条曲线变化；
第五控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为-78.325°～-24.485°，沿非均匀有理b样条曲线变化。
本发明斜流转子叶型中弧线长度随叶片高度的变化曲线为非均匀有理b样条曲线，上述五个控制面分别对应5个控制点，相应的这5个控制点分别对应从叶片高度0％、25％、50％、75％到叶片高度100％，5个控制点参数的坐标(坐标形式为(叶片高度百分比，中弧线长度)):(0％，335.1mm),(25％,321.6mm),(50％,309.7mm),(75％,290.5mm),(100％，244.9mm)。
图8是使用实施例1的一款风机的实验性能曲线图，可以看出，风机的效率远远超过国家标准gb/t19761-2009《通风机能效限定值及能效等级》中规定的一级能效标准，且在较为宽广的流量范围内能保持高效率。
本发明中角度(如气流折转角等)的正负均满足常规数学定义，即，逆时针角度方向为正方向，顺时针角度方向为负方向。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。