专利名称：一种离心风机叶轮及离心风机的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种离心风机叶轮及离心风机。
背景技术：
离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械，叶轮是离心风机的重要部件，离心风机的工作原理是气体通过离心力的作用， 经由其叶轮中心部位吸入，然后流经叶片之间，从而往外流出。叶轮通常由轮毂、叶片和轮盖几个部件组成，以扫路车为例，其使用的离心风机叶轮的叶片多采用叶片数为16的后向直叶型式，如图1所示，这种叶片结构，难以适应风机内部气体的流动特征，易形成气流的对叶片的刚性冲击，导致压力损失较为严重；另外，扫路车气力系统的常用工况中，离心风机内部流动会形成一定的流动分离和脱流，尤其在流道中形成较大旋涡，变工况时，这种涡流更加剧烈，此类涡流的存在使得流道的有效流通面积变窄，同时又增大了气流与叶片壁面的摩擦，从而导致风机的气动效率较低，增加了作业能耗。
发明内容
本发明实施例提供了一种离心风机叶轮及离心风机，用以解决现有离心风机叶轮的结构所带来的气动效率较低、能耗较大的问题。基于上述问题，本发明实施例提供的一种离心风机叶轮，包括轮毂、叶片和轮盖， 所述叶片安装于所述轮毂和所述轮盖之间，所述叶片包括后向的长叶片和短叶片，所述长叶片的流向长度大于所述短叶片的流向长度，且所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间交替分布，所述短叶片的进口直径大于所述长叶片的进口直径。进一步地，所述长叶片的出口直径Dl和进口直径D2，以及所述短叶片的出口直径 D3和进口直径D4，满足下式(D3-D4)/(D1-D2) = 1/3 ；(D1-D3)/(D1-D2) = 0 0. 2。进一步地，所述长叶片的出口直径Dl和进口直径D2满足D2/D1 = 0. 35 0. 55。进一步地，所述长叶片的出口气流角的取值范围为35° 45°。进一步地，所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间分布均勻。进一步地，所述短叶片与在后长叶片之间周向位置角度θ 1，以及所述短叶片与在前长叶片之间周向位置角度θ 2，满足θ 1/ θ 2 = 0. 5 2。进一步地，所述长叶片的数量和所述短叶片的数量分别在8 12的取值范围内。进一步地，所述长叶片和/或短叶片的叶型为下述叶型之一圆弧型、直线型、抛物线型和双曲线型。进一步地，在所述长叶片的叶型和所述短叶片均为圆弧型时，所述长叶片的圆弧半径Rl与所述短叶片的圆弧半径R2满足R2/R1 = 0. 95 1. 05。
进一步地，所述长叶片的出口直径Dl与所述长叶片的圆弧半径Rl满足R1/D1 = 0. 6 0. 7。进一步地，所述长叶片的圆弧半径Rl和所述短叶片的圆弧半径R2相等，短叶片与长叶片的叶型夹角β的取值范围为-5° 5° ；所述叶型夹角β为若布置一个穿过所述短叶片形心的长叶片，穿过所述短叶片形心的长叶片与短叶片之间的夹角。本发明实施例提供的离心风机，包括本发明实施例提供的上述离心风机叶轮。本发明实施例的有益效果包括本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机，采用后向的长叶片和短叶片两种形式的叶片，且长叶片和短叶片交替分布，短叶片的进口直径大于长叶片的进口直径，这样短叶片位于在两个长叶片之间，能够割裂长叶片间气流通道中的环流涡，避免了涡流对流道流通面积的影响，大幅度降低离心风机内部流动损失，从而提高了离心风机的输出功率，降低了作业能耗。进一步地，本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机的长叶片和短叶片的叶型都采用圆弧型，由于圆弧型与离心风机内部流动特征一致性相对较好，离心风机流道内部不易产生分离涡，更进一步减小离心风机叶轮流道阻塞系数，较小的流道阻塞系数为叶片的增加提供了可能，较多的总叶片数会进一步提高离心风机的有效功率，同时降低功耗。
图1为现有技术中离心风机叶轮的叶片的结构示意图；图2为本发明实施例提供的离心风机叶轮的整体结构示意图；图3为本发明实施例提供的离心风机叶轮的叶片结构的示意图；图4为本发明实施例提供的离心风机叶轮上半部分结构细节示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种离心风机叶轮及离心风机的具体实施方式
进行说明。本发明实施例提供的离心风机叶轮，如图2所示与现有技术类似，包括轮毂1、叶片2和轮盖3几个部分，叶片2安装于轮毂1和轮盖3之间，所不同的是，发明实施例对现有离心风机叶轮的叶片进行了改进，图3所示的是本发明实施例提供的离心风机叶轮的叶片整体结构的示意图，从图3可以看出，本发明实施例提供的离心风机叶轮提供了两种形式的叶片，即后向的长叶片4和后向的短叶片5，其中长叶片4的流向长度(即流体从进口到出口沿着长叶片表面走过的距离，若为直线型长叶片，近似等于长叶片从进口到出口之间的直线长度，若为曲线型长叶片，近似等于长叶片从进口到出口之间的曲线长度)大于短叶片5的流向长度(即流体从进口到出口沿着短叶片表面走过的距离，若为直线型短叶片，近似等于短叶片从进口到出口之间的长度， 若为曲线型短叶片，近似等于短叶片从进口到出口之间的曲线长度)；长叶片4和短叶片5在轮毂和轮盖之间交替分布，即长叶片-短叶片-长叶片-短叶片-......的分布形式。
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短叶片5的进口直径大于长叶片4的进口直径。如图3所示，本发明实施例提供的离心风机叶轮工作时，沿顺时针方向旋转。进一步地，本发明实施例提供的离心风机叶轮的长叶片4和/或短叶片5的叶型可以是下述叶型之一圆弧型、直线型、抛物线型、双曲线型以及其他常见线型等。长叶片4和短叶片5的叶型可以相同，也可以不同，本发明实施例对此不做限定。图3仅以长叶片4和短叶片5的叶型均采用圆弧型为例而已，本领域技术人员可以在图3的基础上，推知其他常见线型对应的具体结构。圆弧型由于与离心风机内部流动特征一致性相对较好，离心风机流道内不易产生分离涡，因此，在本发明实施例中，离心风机叶轮优选采用圆弧型的长叶片和短叶片。图4是图3所示的离心风机叶轮上半部分具体细节示意图，从图4可以看出，长叶片4的出口直径(即长叶片的出口边缘至离心风机轴心的距离的两倍)为D1，进口直径 (即长叶片的进口至离心风机轴心的距离的两倍)为D2 ；短叶片5的出口直径(即短叶片的出口边缘至离心风机轴心的距离的两倍)为D3，进口直径(即短叶片的进口至离心风机轴心的距离的两倍)为D4。较佳地，本发明实施例中，D1、D2、D3和D4，满足下式(D3-D4)/(D1-D2) = 1/3 1/2 ； (1)(D1-D3)/(D1_D2) = 0 0. 2。(2)从上式(1)可以看出，短叶片5的流向长度为长叶片4的流向长度的1/3 1/2 ；从上式⑵可以看出，长叶片4出口与短叶片5出口之间的径向距离(D1-D3)，与长叶片4出口与长叶片4进口之间的径向距离(D1-D2)的比值为0 0.2。在特殊情况下，长叶片4和短叶片5的出口直径可以相等。进一步地，对于长叶片来说，其出口直径Dl和进口直径D2满足D2/D1 = 0. 35 0. 55。较佳地，如图4所示，长叶片4的出口气流角α的取值范围为35° 45°。长叶片4和短叶片5在轮毂和轮盖之间，可以均勻分布，也可以采用非均勻分布的形式，较佳地，如图4所示，采用均勻分布的形式。在采用长叶片均勻分布的情况下，如图4所示，按照叶轮的旋转方向即顺时针的旋转方向来说，短叶片5与在后长叶片4(即逆时针方向上与短叶片5相邻的那个长叶片) 之间周向位置角度(即短叶片5的形心到叶轮转动中心的距离为半径作圆，短叶片的形心与同径的在后长叶片4之间的圆心角，换言之为短叶片形心与同径的压力面的夹角)为 θ 1，该短叶片5与在前长叶片4(即顺时针方向上与短叶片5相邻的那个长叶片)之间的位置角度(即短叶片5的形心到叶轮转动中心的距离为半径作圆，短叶片的形心与同径的在前长叶片4之间的圆心角，换言之为短叶片形心与同径的吸力面的夹角)为θ 2，较佳地， θ 1/θ 2的取值范围为0.5 2。较佳地，本发明实施例中，长叶片4和短叶片5的数量分别在8 12的范围内，换言之，离心风机叶轮的叶片总数量在16 M的范围内，较现有16叶片的离心风机叶轮来说，由于叶片数量适当增加，保证了离心风机具有较高的全压升，提高了离心风机的总体功率。
较佳地，本发明实施例提供的离心风机叶轮的长叶片4和短叶片5的叶型均采用圆弧型的情况下，长叶片4的圆弧半径Rl与短叶片5的圆弧半径R2满足R2/R1 = 0. 95 1. 05 ；长叶片4的出口直径Dl与该长叶片4的圆弧半径Rl满足R1/D1 = 0. 6 0. 7。在特殊情况下，例如长叶片4的圆弧半径Rl和短叶片5的圆弧半径R2相等的情况下，短叶片5与长叶片4的叶型夹角β的取值范围为-5° 5°，叶型夹角的具体含义为若布置一个穿过短叶片形心的长叶片，该穿过短叶片形心的长叶片与该短叶片之间的夹角。如图4所示的虚线部分表示的是如果布置一个穿过短叶片5形心的长叶片 4'(所有长叶片在轮毂和轮盖之间均勻布置)时，该长叶片4'的叶型(图4中所示的长叶片4'为长叶片的两端被切去一定长度的情况)，从图4中可以看出，短叶片5沿自身形心逆时针旋转β角度时，其叶型与该穿过短叶片形心的长叶片4'的叶型重合。本发明实施例还提供了一种离心风机，该离心风机包含本发明实施例提供的上述离心风机叶轮。该离心风机使用本发明实施例提供的离心风机叶轮作为其主要部件，离心风机叶轮与其他部件的结构关系，可以参考现有离心风机内叶轮与其他部件的结构关系， 在此不再赘述。本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机，采用后向的长叶片和短叶片两种形式的叶片，且长叶片和短叶片交替分布，短叶片的进口直径大于长叶片的进口直径，这样短叶片位于在两个长叶片之间，能够割裂长叶片间气流通道中的环流涡，避免了涡流对流道流通面积的影响，大幅度降低离心风机内部流动损失，从而提高了离心风机的输出功率，降低了作业能耗。进一步地，本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机的长叶片和短叶片的叶型都采用圆弧型，由于圆弧型与离心风机内部流动特征一致性相对较好，离心风机流道内部不易产生分离涡，更进一步减小离心风机叶轮流道阻塞系数，较小的流道阻塞系数为叶片的增加提供了可能，较多的总叶片数会进一步提高离心风机的有效功率，同时降低功耗。本发明实施例通过设计合理的叶片型线、长叶片出口气流角和短叶片位置分布等，大幅减小了长叶片出口处的涡流结构，基本可避免叶轮流道内部产生二次涡流，整体气动性能良好；通过本发明提供的较佳实施例的试验验证，同样条件下本发明实施例的作业能耗能够下降近20 %，节能效果显著。本发明实施例的方案与现有方案的能耗对比，如下表1 :表 权利要求
1.一种离心风机叶轮，包括轮毂、叶片和轮盖，所述叶片安装于所述轮毂和所述轮盖之间，其特征在于，所述叶片包括后向的长叶片和短叶片，所述长叶片的流向长度大于所述短叶片的流向长度，且所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间沿周向交替分布，所述短叶片的进口直径大于所述长叶片的进口直径。
2.如权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的出口直径Dl和进口直径D2，以及所述短叶片的出口直径D3和进口直径D4，满足下式(D3-D4)/(D1-D2) = 1/3 ；(D1-D3)/(D1-D2) = 0 0. 2。
3.如权利要求2所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的出口直径Dl和进口直径 D2 满足:D2/D1 = 0. ；35 0. 55。
4.如权利要求1所述的离心机叶轮，其特征在于，所述长叶片的出口气流角的取值范围为35° 45°。
5.如权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间沿周向分布均勻。
6.如权利要求5所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片与在后长叶片之间周向位置角度θ 1，以及所述短叶片与在前长叶片之间周向位置角度9 2，满足01/02 = 0. 5 2。
7.如权利要求1-6任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的数量和所述短叶片的数量分别在8 12的取值范围内。
8.如权利要求1-6任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片和/或短叶片的叶型为下述叶型之一圆弧型、直线型、抛物线型和双曲线型。
9.如权利要求8所述的离心风机叶轮，其特征在于，在所述长叶片的叶型和所述短叶片均为圆弧型时，所述长叶片的圆弧半径Rl与所述短叶片的圆弧半径R2满足R2/R1 = 0. 95 1. 05。
10.如权利要求9所述的离心风机叶轮，其特征在于，其特征在于，所述长叶片的出口直径Dl与所述长叶片的圆弧半径Rl满足R1/D1 = 0. 6 0. 7。
11.如权利要求9所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的圆弧半径Rl和所述短叶片的圆弧半径R2相等，短叶片与长叶片的叶型夹角β的取值范围为-5° 5° ；所述叶型夹角β为若布置一个穿过所述短叶片形心的长叶片，穿过所述短叶片形心的长叶片与短叶片之间的夹角。
12.—种离心风机，其特征在于，所述离心风机包括如权利要求1-11任一项所述的离心风机叶轮。
全文摘要
本发明提供了一种离心风机叶轮及包含该离心风机叶轮的离心风机，该离心风机叶轮包括轮毂、叶片和轮盖，所述叶片安装于所述轮毂和所述轮盖之间，所述叶片包括后向的长叶片和短叶片，所述长叶片的流向长度大于所述短叶片的流向长度，且所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间交替分布，所述短叶片的进口直径大于所述长叶片的进口直径。本发明能够解决现有离心叶轮的结构所带来的气动效率较低、能耗较大的问题。
文档编号F04D29/30GK102506029SQ20111045108
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘之安, 张劲, 张斌, 彭宴波, 彭林斌, 杨志, 罗邵均, 肖庆麟 申请人:中联重科股份有限公司