[发明专利]轴流风机

摘要

本发明公开了新型叶轮叶片的轴流风机。现有轴流风机很难进一步结构优化来提升性能。本发明的叶轮结构为将SDF‑11.2型号风机叶轮的叶片上六个截面的截面安装角分别设计成β_A‑A、β_A‑B、β_A‑C、β_A‑D、β_A‑E、β_A‑F后的结构，β_A‑A＝49.37°，β_A‑B＝47.05°，β_A‑C＝41.15°，β_A‑D＝38.57°，β_A‑E＝44.66°，β_A‑F＝42.65°；截面A为叶片与轮毂的相交面，截面F为叶顶截面，截面B、C、D、E分别为与截面A距离20％、40％、60％、80％的叶片位置处。本发明通过改变SDF‑11.2型号风机的6个截面安装角，大大提高叶轮气动性能。

主权项

1.轴流风机，包括叶轮、导叶、外筒、内筒、电机、轴套和网罩；所述的外筒、导叶和内筒通过焊接固连在一起；电机的底座固定在内筒上，叶轮通过轴套固定在电机的输出轴上；网罩固定在外筒上；其特征在于：叶轮结构为将SDF‑11.2型号风机叶轮的叶片上六个截面的截面安装角分别设计成β_A‑A、β_A‑B、β_A‑C、β_A‑D、β_A‑E、β_A‑F后的结构，其中，β_A‑A、β_A‑B、β_A‑C、β_A‑D、β_A‑E、β_A‑F分别代表截面A、B、C、D、E、F的截面安装角，β_A‑A＝49.37°，β_A‑B＝47.05°，β_A‑C＝41.15°，β_A‑D＝38.57°，β_A‑E＝44.66°，β_A‑F＝42.65°；六个截面中，截面A为叶片与轮毂的相交面，截面F为叶顶截面，截面B、C、D、E分别为与截面A距离20％、40％、60％、80％的叶片位置处；其中，叶轮叶片的优化设计过程具体如下：步骤一、引入六个影响因素，即六个截面，六个截面均匀分布在原始叶片上，其中，截面A为原始叶片与轮毂的相交面，截面F为叶顶截面，截面B、C、D、E分别为与截面A距离20％、40％、60％、80％的叶片位置处；截面A、B、C、D、E、F的截面安装角分别定义为β_A‑A、β_A‑B、β_A‑C、β_A‑D、β_A‑E、β_A‑F；每个因素取五个水平，分别在原始叶片的基础上变化‑10％、‑5％、0％、+5％、+10％，表1为具体的因素水平表，水平1表示叶片截面安装角在原始叶片的基础上减小10％，水平2表示截面安装角减小5％，水平3表示截面安装角与原始叶片一致，水平4表示截面安装角增大5％，水平5表示截面安装角增大10％；由于是6因素5水平的正交试验，所以选取L₂₅(5⁶)的正交表进行正交优化，做25组试验，优化目标是全压和效率；具体试验组合见表2中试验方案及数值模拟结果；表1 因素水平表2 试验方案及数值模拟结果步骤二、进行全压极差分析，具体如下：如表3所示，设定均值1、2、3、4和5分别表示每个因素包含水平1、水平2、水平3、水平4和水平5的五组试验全压之和的平均值，某因素下某水平全压之和的均值越大表示越利于提高全压；极差表示每个因素在各水平均值中最大值减去最小值的差值；从极差中看出R_E>R_F>R_B>R_A>R_D>R_C，R_E、R_F、R_B、R_A、R_D、R_C分别代表β_A‑E、β_A‑F、β_A‑B、β_A‑A、β_A‑D、β_A‑C对应的极差，R_max代表R_E、R_F、R_B、R_A、R_D、R_C中的最大值，将叶片各截面安装角按照对全压影响的主次顺序进行排列得：β_A‑E、β_A‑F、β_A‑B、β_A‑A、β_A‑D、β_A‑C，从而得出最能提高全压的组合是A₁、B₂、C₃、D₅、E₅、F₅；A₁代表截面A在水平1的截面安装角，B₂代表截面B在水平2的截面安装角、C₃代表截面C在水平3的截面安装角、D₅代表截面D在水平5的截面安装角、E₅代表截面E在水平5的截面安装角、F₅代表截面F在水平5的截面安装角；表3 全压极差分析步骤三、进行效率极差分析，具体如下：如表4所示，设定均值1’、2’、3’、4’和5’分别表示每个因素包含水平1、水平2、水平3、水平4和水平5的五组试验效率之和的平均值，从极差中看出R_B>R_A>R_C>R_D>R_F>R_E，将叶片各截面安装角按照对效率影响的主次顺序进行排列得：β_A‑B、β_A‑A、β_A‑C、β_A‑D、β_A‑F、β_A‑E，从而得出最能提高效率的组合是A₁、B₂、C₁、D₁、E₂、F₂；C₁代表截面C在水平1的截面安装角、D₁代表截面D在水平1的截面安装角、E₂代表截面E在水平2的截面安装角、F₂代表截面F在水平2的截面安装角；表4 效率极差分析步骤四、由步骤三得，最能提高全压的组合为A₁、B₂、C₃、D₅、E₅、F₅，最能提高效率的组合为A₁、B₂、C₁、D₁、E₂、F₂，对两个组合进行综合分析得出同时提高全压和效率的最优组合，综合分析过程具体如下：引入相对量R/R_max，该相对量的含义是某因素的极差值与最大极差值之比；由于两个组合均选择A₁、B₂，则最优选择就是A₁、B₂；对于截面C，C截面安装角对全压的影响排在第6位，而且R/R_max只有0.1，但是C截面的安装角对效率的影响排在第3位，而且R/R_max有0.78，所以C截面的最优选择是C₁；对于D截面，D截面安装角对全压的影响排在第5位，R/R_max只有0.27，D截面对效率的影响排在第4位，但是R/R_max达到0.66，D截面安装角对效率影响更大，而对全压的影响不大，所以最优选择为D₁；对于E截面，E截面安装角对全压的影响排在第1位，R/R_max为1，而E截面对效率的影响排在第6位，R/R_max只有0.25，E截面安装角对全压的影响更大，而对风机效率的影响小，所以E截面的最优选择是E₅；对于F截面，F截面安装角对全压的影响排在第2位，R/R_max为0.5，F截面安装角对效率的影响排在第5位，R/R_max为0.31，所以F截面安装角对全压影响大，对效率影响小，所以F截面的最优选择是F₅；因此，提高全压和效率的最优组合为A₁、B₂、C₁、D₁、E₅、F₅；步骤五、对最优组合A₁、B₂、C₁、D₁、E₅、F₅进行数值模拟，并在SDF‑11.2型号风机叶轮的额定工况下与SDF‑11.2型号风机叶轮进行静压、全压以及效率的对比，验证该最优组合对风机全压和效率的提升效果。