本發(fā)明涉及軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的新型軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪。
背景技術(shù)：
：軸流風(fēng)機(jī)的工作原理是將電機(jī)輸入的機(jī)械能用來提高氣體的壓力，進(jìn)行輸送和排放氣體。軸流風(fēng)機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域發(fā)揮著作用，廣泛應(yīng)用于工廠、礦井、車輛、船泊和建筑物等，在通風(fēng)、排塵和冷卻方面發(fā)揮著不可替代的作用，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國各類風(fēng)機(jī)年用電量占全國發(fā)電量的20％，其中很多的風(fēng)機(jī)不是年代久遠(yuǎn)，就是效率低，造成了電力的嚴(yán)重浪費，可見提高風(fēng)機(jī)性能實現(xiàn)節(jié)能在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性。軸流風(fēng)機(jī)通常作用在流量要求高而壓力低的場合，結(jié)構(gòu)相對簡單且便于安裝，在風(fēng)機(jī)領(lǐng)域有著不可替代的作用。盡管軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，但是流動情況確實相當(dāng)復(fù)雜。流動往往具有三維性、粘性和非定常性，在以往的風(fēng)機(jī)設(shè)計中很少或很難全面的考慮這些情況，即便是數(shù)值分析成熟的今天也很難控制上述因素對風(fēng)機(jī)的影響，特別是流體具有粘性這個關(guān)鍵因素，因為粘性常常會使葉片出口邊形成葉片尾跡漩渦；由于粘性，葉片表面會存在粘性邊界層(特別是葉片表面非常光滑的情況下)，與主流之間產(chǎn)生的強(qiáng)烈的相互作用，產(chǎn)生二次流現(xiàn)象；粘性的存在也會形成空氣動力噪聲，主要包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。除此之外，葉片壓力面和吸力面的壓差、葉片頂部和機(jī)殼的徑向間隙和葉片本身邊界層內(nèi)徑向流動產(chǎn)生的二次流也是造成風(fēng)機(jī)損失上升、效率降低的主要根源。綜上所述，只有控制和減少二次流現(xiàn)象，防止邊界層分離，抑制葉片尾跡漩渦的產(chǎn)生，減少湍流耗散和流動損失才能設(shè)計出效率高、性能好、噪聲低和節(jié)能的軸流風(fēng)機(jī)，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對風(fēng)機(jī)的需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足通過控制和減少二次流、邊界層分離、尾跡漩渦和渦流噪聲的產(chǎn)生，提出一種帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的新型軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪。該發(fā)明能減少二次流現(xiàn)象，防止邊界層分離，抑制葉片尾跡漩渦的產(chǎn)生，減少湍流耗散和流動損失，具有效率高、性能好、噪聲低和節(jié)能的特點。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪，包括輪轂、軸套用連接件固定在輪轂上；還包括固定連接在輪轂上的彎扭葉片及分流葉片；所述彎扭葉片包括為吸力面和壓力面；所述彎扭葉片頂部設(shè)置有翼型槽；所述彎扭葉片壓力面的上半部設(shè)置有葉脈狀凹槽，翼型槽通過出氣口與葉脈狀凹槽相通；所述彎扭葉片吸力面尾部設(shè)置有小翼突起；所述彎扭葉片上設(shè)置有拋物線小孔；在相鄰兩個彎扭葉片之間設(shè)置分流葉片；所述分流葉片的高度小于彎扭葉片一半的高度。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的改進(jìn)：所述分流葉片為葛根廷翼；所述分流葉片設(shè)置在相鄰彎扭葉片的正中間。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的進(jìn)一步改進(jìn)：所述分流葉片的兩側(cè)面的結(jié)構(gòu)相同，均分別為：在側(cè)面上設(shè)有至少兩個徑向等距的凹槽組，每個凹槽組都包含至少兩個的仿生圓槽，每個凹槽組的仿生圓槽的中心線連線垂直于輪轂的外表面，仿生凹槽軸心線垂直于分流葉片。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的進(jìn)一步改進(jìn)：所述葉脈狀凹槽包括至少兩條脈槽，每條脈槽和一個出氣口相通，出氣口與翼型槽相通。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的進(jìn)一步改進(jìn)：所述彎扭葉片的吸力面后端等距設(shè)置有三個小翼突起。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的進(jìn)一步改進(jìn)：所述輪轂上等距設(shè)置有八個彎扭葉片及八個分流葉片。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的進(jìn)一步改進(jìn)：所述彎扭葉片的扭曲15°-20°，彎曲15°-20°。作為本發(fā)明的帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的進(jìn)一步改進(jìn)：所述分流葉片的高度為彎扭葉片的高度的30％-40％。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明通過采用彎扭葉片使得葉根部安裝角大，彎扭葉片頂部處安裝角小，保證空氣在徑向上各個位置都有一個比較均勻的軸向速度，保證正常工作，避免氣流分離，減少流動損失而且能夠有效抑制葉柵內(nèi)部的二次流動(靜壓呈C型分布葉片吸力面和壓力面壓差小于常規(guī)葉片)，同時能夠提高根部反動度，降低頂部反動度，達(dá)到均化反動度沿葉高分布的目的，提高根部的通流能力；彎扭葉片壓力面頂部開有葉脈狀凹槽，彎扭葉片頂部開有翼型槽，翼型槽和葉脈狀凹槽通過出氣孔相連，該結(jié)構(gòu)能夠在葉脈狀凹槽內(nèi)形成低速二次渦，槽內(nèi)粘性阻力與總阻力相反以減少粘性阻力，抑制湍流強(qiáng)度，減少湍流耗散，能夠?qū)毫γ嫔喜康母吣軞怏w引通過葉脈狀凹槽和出氣孔引進(jìn)葉頂翼型槽，阻止一些氣體通過徑向間隙從壓力面流向吸力面，造成彎扭葉片頂部附近流動的混亂，改善彎扭葉片頂部的流動情況，也可以避免氣體從彎扭葉片的壓力面流向相鄰的吸力面產(chǎn)生的橫向二次流現(xiàn)象，從而達(dá)到減少流動損失，同時葉脈狀凹槽也有普通凹槽的作用；彎扭葉片上的拋物線小孔能減少葉片吸力面和壓力面的壓力差，改善葉片周圍邊界層分離，減少了渦流噪聲的產(chǎn)生；彎扭葉片尾部上的小翼凸起可以引導(dǎo)氣流沿著弦向運動，可以很好的控制徑向流動，減少徑向運動的二次流，防止尾跡射流，使彎扭葉片吸力面邊界層分離點向后運動，減小能量損失；分流葉片能有效破渦，使流道內(nèi)的流動更加穩(wěn)定，減少流動分離和二次流等不穩(wěn)定現(xiàn)象，另外分流葉片上開有的仿生圓槽能夠減少壁面摩擦阻力，降低流動阻力，減少流動損失。依托原理在軸流風(fēng)機(jī)葉輪不同位置進(jìn)行改進(jìn)使軸流風(fēng)機(jī)的效率更高，性能更好，更節(jié)能環(huán)保。附圖說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的新型軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中彎扭葉片的吸力面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中彎扭葉片的壓力面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中分流葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中分流葉片B-B面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖2中彎扭葉片和小翼突起的C-C面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖1中分流葉片的仿生圓槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖1中翼型槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖1中彎扭葉片的葉柵結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為圖1中彎扭葉片1彎曲和扭曲的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。實施例1、帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的新型軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪，如圖所示，包括輪轂、固定連接在輪轂上的彎扭葉片1和分流葉片2、軸套3和連接件4。彎扭葉片1包括吸力面18和壓力面19，彎扭葉片1的吸力面18頂部設(shè)置有葉脈狀凹槽15，彎扭葉片1后端設(shè)置有小翼突起13，葉脈狀凹槽15包括至少兩個脈槽，彎扭葉片1的根部處安裝角大，頂部安裝角小(安裝角為彎扭葉片1半徑r處回轉(zhuǎn)平面與翼型弦長之間的夾角，由圖中的β1和β2表示)，保證空氣在徑向上各個位置都有一個比較均勻的軸向速度，保證正常工作，避免氣流分離，減少流動損失而且能夠有效抑制葉柵內(nèi)部的二次流動(靜壓呈C型分布，從而使葉片吸力面18和壓力面19壓差小于常規(guī)葉片)，同時能夠提高彎扭葉片1根部反動度，降低彎扭葉片1頂部反動度，達(dá)到均化反動度沿葉高分布的目的，提高彎扭葉片1根部的通流能力。葉柵是指在某一半徑r上，用其軸圓柱面將葉片截斷，然后再將這一截面展成的平面，體現(xiàn)相鄰彎扭葉片1位置關(guān)系，彎扭葉片1安裝角等。在吸力面18設(shè)置小翼突起13能使流體在在葉柵內(nèi)流動，由于彎扭葉片1和流體相互作用，葉片壓力面19壓力大于吸力面18，流體從彎扭葉片1壓力面19向吸力面18流動，加之來流使的吸力面18的氣流更紊亂，所以設(shè)計尾翼使氣流沿著弦向運動，控制徑向流動，同時還可以控制彎扭葉片1流道中通道渦的尺寸和葉片表面附面層潛移流，控制徑向運動的二次流，減小速度的不均勻，防止尾跡射流，使彎扭葉片1的吸力面18邊界層分離點向后運動，減小能量損失。彎扭葉片1頂部設(shè)置有翼型槽11，翼型槽11通過若干出氣口14與彎扭葉片1吸力面18頂部的葉脈狀凹槽15相通，該結(jié)構(gòu)能夠在葉脈狀凹槽15內(nèi)形成低速二次渦，葉脈狀凹槽15內(nèi)粘性阻力與總阻力相反以減少粘性阻力，抑制湍流強(qiáng)度，減少湍流耗散，能夠?qū)澟と~片1壓力面19上部的高能氣體引通過葉脈狀凹槽15和出氣口14引進(jìn)葉頂翼型槽11，阻止一些氣體通過徑向間隙從壓力面19流向吸力面18，造成彎扭葉片1頂部附近流動的混亂，改善彎扭葉片1頂部的流動情況，也可以避免氣體從彎扭葉片1的壓力面19流向相鄰的吸力面18產(chǎn)生的橫向二次流現(xiàn)象，從而達(dá)到減少流動損失，同時彎扭葉片1頂部的翼型槽11也有普通凹槽的作用，能形成渦墊效應(yīng)，使近壁區(qū)湍流強(qiáng)度減少。彎扭葉片1上設(shè)置有拋物線小孔12，拋物線小孔12能減少彎扭葉片1吸力面18和壓力面19的壓力差，改善彎扭葉片1周圍邊界層分離，減少了渦流噪聲的產(chǎn)生；彎扭葉片1后端的小翼突起13可以引導(dǎo)氣流沿著弦向運動，可以很好的控制徑向流動，減少徑向運動的二次流，防止尾跡射流，使彎扭葉片1的吸力面18邊界層分離點向后運動，減小能量損失。分流葉片2為葛根廷翼，設(shè)置在相鄰兩個彎扭葉片1的正中間，兩側(cè)面均設(shè)有徑向等距的凹槽組，每個凹槽組都包含兩個以上的仿生圓槽23，仿生圓槽23設(shè)置在同一直線上，每個凹槽組的仿生圓槽23的中心線連線垂直于輪轂的外表面，仿生圓槽23的軸心線垂直于分流葉片2。分流葉片2能有效破渦，使流道內(nèi)的流動更加穩(wěn)定，減少流動分離和二次流等不穩(wěn)定現(xiàn)象，另外彎扭葉片1上開有的仿生圓槽23能夠減少壁面摩擦阻力，降低流動阻力，減少流動損失。分流葉片2的高度小于彎扭葉片1一般的高度，軸套3用標(biāo)準(zhǔn)連接件4固定在輪轂上。分流葉片2是為了阻斷彎扭葉片1葉根部分出現(xiàn)從彎扭葉片1的壓力面19向葉片吸力面18橫向的流動以及破渦等。參照葉片的工作原理，彎扭葉片1扭曲能保證空氣在徑向上各個位置都有一個比較均勻的軸向速度，保證正常的工作，避免氣流分離，減少流動損失，借鑒王仲奇(院士)根據(jù)小徑高比葉片環(huán)形葉柵靜態(tài)吹風(fēng)實驗和數(shù)值計算結(jié)果而提出的附面層遷移理論，即彎扭葉片1周向彎曲后，彎扭葉片1表面與氣流的作用力在徑向的分力不等于零，從而控制了壓力沿彎扭葉片1高度的分布，彎扭葉片1周向彎曲以后，彎扭葉片1表面與氣流的作用力在徑向的分力不等于零，從而控制了壓力沿彎扭葉片1高度的分布，使得在彎扭葉片1表面，尤其是吸力面18上形成了兩端壓力高、中間壓力低的壓力分布，即“C”型壓力分布，在它的作用下，兩端附面層被吸到中部并被主流帶走，這樣就減少了低能流體在兩端壁與吸力面18組成的角隅處的堆積，避免了分離的發(fā)生，因而兩端部的流動損失下降，其次彎扭葉片1的壓力面19和吸力面18的壓差明顯小于常規(guī)葉片，在端壁上的橫向二次流減弱,相應(yīng)的橫向二次流損失下降，合理的匹配彎扭將使葉輪風(fēng)機(jī)獲得極佳的性能，能改善級反動度和提高級通流能力，推遲通道渦形成時間和減小通道渦的尺寸和強(qiáng)度，彎扭葉片1在設(shè)計中扭曲15°-20°，彎曲15°-20°，同時為了更有效減少二次流，抑制邊界層厚度，控制尾跡翼尖渦的形成，減少湍流耗散等設(shè)計了葉脈狀凹槽15、翼型槽11、拋物線小孔12和小翼突起13等。本發(fā)明首先對輪轂上的葉片進(jìn)行彎扭設(shè)計，保證氣流在徑向上各個位置都有一個比較均勻的軸向速度，保證正常工作，避免氣流分離，減少流動損失而且能夠有效抑制葉柵內(nèi)部的徑向和橫向的二次流，同時能夠提高根部反動度，降低頂部反動度，達(dá)到均化反動度沿葉高分布的目的，提高根部的通流能力，推遲通道渦形成時間和減小通道渦的尺寸和強(qiáng)度；彎扭葉片1壓力面19上半部開有的葉脈狀凹槽15和彎扭葉片1頂部的翼型槽11通過出氣口14相連，該結(jié)構(gòu)能夠在葉脈狀凹槽15內(nèi)形成低速二次渦，槽內(nèi)粘性阻力與總阻力相反以減少粘性阻力，抑制湍流強(qiáng)度，減少湍流耗散，能夠?qū)毫γ?9上部的高能氣體引通過葉脈狀凹槽15和出氣口14引進(jìn)葉頂翼型槽11，阻止一些氣體通過徑向間隙從壓力面19流向吸力面18，造成彎扭葉片1頂部附近流動的混亂，改善葉頂?shù)牧鲃忧闆r，也可以避免氣體從彎扭葉片1的壓力面19流向相鄰的吸力面18產(chǎn)生的橫向二次流現(xiàn)象，從而達(dá)到減少流動損失，同時彎扭葉片1頂部的葉脈狀凹槽15也有普通凹槽的作用，能形成渦墊效應(yīng)，使近壁區(qū)湍流強(qiáng)度減少；彎扭葉片1上的拋物線小孔12能減少吸力面18和壓力面19的壓力差，改善彎扭葉片1周圍邊界層分離，減少了渦流噪聲的產(chǎn)生；尾翼可以引導(dǎo)氣流沿著弦向運動，可以很好的控制徑向流動，減少徑向運動的二次流，防止尾跡射流，使彎扭葉片1的吸力面18邊界層分離點向后運動，減小能量損失；分流葉片2能有效破渦，使流道內(nèi)的流動更加穩(wěn)定，減少流動分離和二次流等不穩(wěn)定現(xiàn)象，分流葉片2上開有仿生圓槽23能夠減少壁面摩擦阻力，降低流動阻力，減少流動損失，同時抑制渦噪的產(chǎn)生。依托原理在軸流風(fēng)機(jī)葉輪不同位置進(jìn)行改進(jìn)使軸流風(fēng)機(jī)的效率更高，性能更好，更節(jié)能環(huán)保。彎扭葉片1是采用等環(huán)量孤立翼型法設(shè)計的翼型葉片，彎扭葉片1厚度分布與NACA四位數(shù)字翼型厚度分布相同，翼型相對厚度為10％-15％，彎扭葉片1數(shù)量為8個；彎扭葉片1頂部的翼型槽11的槽深為彎扭葉片1高度的1％-2％，翼型槽11的厚度為彎扭葉片1頂面的50％-60％；在彎扭葉片1后端上等距分布著小翼突起13，小翼突起13間距d1為彎扭葉片1高度H的18％-22％，小翼突起13的長度d4為彎扭葉片1弦長的15％-17％，與弦長的夾角ω為30°-40°，離彎扭葉片1后端邊緣的距離d5為彎扭葉片1弦長的1％-3％；彎扭葉片1中分布著拋物線小孔12，孔徑為1-2mm；彎扭葉片1壓力面19頂部的葉脈狀凹槽15槽深為1-2mm，最大槽長為彎扭葉片1高度的30％-40％，脈槽的間距為20-30mm,每條脈槽都單獨和一個出氣口14相通，脈槽的具體數(shù)量視彎扭葉片1大小而定；彎扭葉片1扭曲15°-20°，彎曲15°-20°。彎曲是指彎扭葉片1在用等環(huán)量孤立翼型法設(shè)計時沿水平中截面(與彎扭葉片1的高垂直的面)彎曲，即不同半徑處的翼型截面在水平方向上彼此有相應(yīng)的間距；扭曲是指彎扭葉片1在用等環(huán)量孤立翼型法設(shè)計時沿豎直中截面(與彎扭葉片1的高平行的面)扭曲，即不同半徑處的翼型截面繞豎直方向扭曲相應(yīng)的角度。扭曲益處：不僅使得彎扭葉片1的葉根處安裝角大，葉尖處安裝角小，還能保證空氣在徑向上各個位置都有一個比較均勻的軸向速度，保證正常工作，避免氣流分離，減少流動損失。彎曲和扭曲益處：能夠有效抑制葉柵內(nèi)部的二次流動(靜壓呈C型分布彎扭葉片1的吸力面18和壓力面19壓差小于常規(guī)葉片)，同時能夠提高根部反動度，降低頂部反動度，達(dá)到均化反動度沿葉高分布的目的，提高根部的通流能力，推遲通道渦形成時間和減小通道渦的尺寸和強(qiáng)度。分流葉片2為葛根廷翼，分流葉片2的高度為彎扭葉片1高度的30％-40％，分流葉片2的兩側(cè)面均設(shè)有徑向等距的n個凹槽組(徑向是指沿分流葉片2高度方向)，每個凹槽組又包含c個仿生圓槽23，仿生圓槽23與分流葉片2頂部、根部、前緣和后端最小的間距都為圓弧形板長的6％-12％，相鄰仿生圓槽23彼此間距d均為5-8mm，仿生圓槽23半徑為1-2mm，n和c的值具體視分流葉片2的高度和寬度而定；仿生圓槽23呈直線分布，不同仿生圓槽23的間距定了，距離四周的間距能也定了。上述連接件4用軸套3固定在輪轂上，軸套3采用常規(guī)的軸套，連接件4采用標(biāo)準(zhǔn)件螺栓來通過軸套3與輪轂連接。實驗一、將實施例1所述的“帶葉脈狀結(jié)構(gòu)和分流葉片的新型軸流風(fēng)機(jī)三元葉輪”采用CFD技術(shù)進(jìn)行簡單的驗證，在入口速度2m/s、旋轉(zhuǎn)速度100rad/s等邊界條件一致的情況下，通過測量出口的靜壓來判斷性能，因為軸流風(fēng)機(jī)主要是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為風(fēng)的靜壓，在輸入功率相同的情況下，靜壓大說明效率高，湍流耗散和流動損失較少，即二次流、尾跡漩渦等都得到了有效的控制。對比例1：取消實施例1中的彎扭葉片1頂部的翼型槽11及彎扭葉片1吸力面18頂部的葉脈狀凹槽15，其余等同于實施例1，進(jìn)行對比例1,。對比例2：取消實施例1中的拋物線小孔12，其余等同于實施例1，進(jìn)行對比例2。對比例3：取消實施例1中分流葉片2，其余等同于實施例1，進(jìn)行對比例3。對比例4：將實施例1中的彎扭葉片1替換成普通直葉片，其余等同于實施例1，進(jìn)行對比例4。將上述所有的對比例1-4，如同實驗一所述方法進(jìn)行檢測，輸入功率相同，所得結(jié)果(參考大氣壓)分別為：工況出口靜壓實驗一190.03pa對比例1164.11pa對比例2183.61pa對比例3156.32pa對比例4133.22pa本發(fā)明在相同的條件下下，相較于對比例1-4，出口靜壓得到了顯著的提高，說明湍流耗散和流動損失得到了明顯的減少。最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照簽署各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前處各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離發(fā)明各實施例方案的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3