支撑架为翼型叶片的无动力风机制造技术

本发明专利技术公开了支撑架为翼型叶片的无动力风机。现有无动力风机在板件支撑架后方会形成较强的涡流，加剧了流场的湍流程度。本发明专利技术的下端支撑架为多片下端翼型叶片，下端翼型叶片的一端固定在中心轴底部，另一端固定于变角管径内壁；上端支撑架为多片上端翼型叶片，上端翼型叶片的一端固定在定位套上，另一端固定于圆柱管径内壁；定位套通过轴承支承在中心轴上；上端翼型叶片的弦长大于下端翼型叶片的弦长；多片切风叶片的底部均焊接于圆柱管径顶部端面，顶部均与涡轮顶板焊接；中心轴的顶部通过轴承支承在涡轮顶板开设的支承孔内。本发明专利技术改善风机内部流场的流动扰动，减弱复杂湍流状况对风机造成的振动，延长风机的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
支撑架为翼型叶片的无动力风机
本专利技术属于通风设备领域，涉及无动力风机，具体涉及一种支撑架为翼型叶片且带槽口的无动力风机。
技术介绍
通风机是应用面广泛的一种通用机械，大至矿井通风、锅炉引送风和化工流程，小到工业炉鼓风以及空调、建筑物通风等无不采用通风机。精心设计制造和合理使用的通风机，对节能和减少噪声污染具有重要意义。无动力通风机是屋顶通风机系列中常用的一种，主要用于小区顶楼、医院、餐厅、体育馆、大型厂房等需要进行屋顶换气的场合。无动力风机是利用自然风速推动风机的涡轮旋转，及利用室内外空气对流的原理，通过涡轮叶壳上的叶片捕捉住迎风面上风力，推动叶片，使涡轮叶壳旋转，同时因旋转产生离心力，将涡轮下方的空气由背风面的叶片间诱导排出，由于空气排出后，涡轮下方形成了低压区域，为了维持空气动态平衡，高压区域内的空气就会自然地向低压区域流动，随着屋顶处污浊的热空气不断排出，屋外新鲜空气不断通过窗户、门等通风口得以补充，以提高室内通风换气、排除热气和污浊气体效果。无动力风机主要由涡轮、支架、底座三部分组成。作为主体部件的涡轮部分又由切风叶片，顶端涡轮头、中心轴、轴承、定位套等零件组成，作为安装部件的底座部分由变角管径和防水基板等零件组成。切风叶片设计有一定的扭曲角度，周向均匀排布，通过捕捉叶片上的风力为风机旋转提供主要动力来源。切风叶片的两端固定件是顶端涡轮头和叶片端的圆柱管径，以铆接的方式完成叶片的安装。厂房屋顶多有斜度，可以通过微调底座部分的变角管径来连接风机主体和倾斜的屋顶，以保证风机的水平安装要求。在无动力风机内部有两层支撑架：上端支撑架位于上端圆柱管径内，用于连接轴承和圆柱管径，起到加固叶片强度，维持风机旋转的作用；下端支撑架位于下端变角管径内，用于连接中心轴和底端的变角管径。无动力风机中涡轮部分和底座部分不存在直接地外缘接触，即圆柱管径和变角管径不接触：底端的变角管径防水基板固定，其本身并不转动。涡轮头的圆柱管径随涡轮部分转动，作为固定件的上端翼型支撑架也是以相同的角速度转动的。在无动力风机的入口处，气流主要沿中心轴轴向流动进入风机内部，进入叶轮后，气流逐渐沿中心轴径向流动。因此，在叶轮入口附近，气流参数变化较大，流动复杂，如何对叶轮入口气流进行优化是亟待解决的问题。在现有的无动力风机中，风机支撑架多为平板件并且仅简单地作为紧固件使用。不仅没有对于无动力风机的气动性能做出改善，反而因为安装混乱加剧了对风机内部流体流动的扰动，增加了气流的湍流强度，使得风机内部的流场更易产生涡流。在板件支撑架的后方，甚至会形成较强的涡流，加剧了流场的湍流程度。随着风机内部湍流强度的增大容易造成机械振动，降低通风机的效率，使噪声升高。内部流体受到现有板件支撑架的涡流区影响，易形成较大的涡流区。涡流区的大小随支撑架位置的改变、风机流量的大小而不同，涡流的产生和湍流强度的加剧是无动力风机总压损失和噪声的主要来源之一。湍流强度的增加不仅加剧了流动的不稳定性，使得风机的总压效率降低，噪声增加，并且加剧了风机内部结构的振动，对轴承的寿命以及风机的使用寿命都是极大的损害。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有无动力风机有效气动面积小、风机内部支撑架不合理等现状，所引起的风机内部流动扰动大、湍流强度大等最终导致造成的静压效率低的问题，以及涡流区造成的噪声的问题，提供一种优化流场参数以及高效率、低噪声、支撑架为翼型叶片的无动力风机。本专利技术由切风叶片、中心轴、轴承、定位套、圆柱管径、上端支撑架、变角管径、下端支撑架和涡轮顶板组成。所述的下端支撑架为多片下端翼型叶片，下端翼型叶片的一端固定在中心轴底部，另一端固定于变角管径内壁；所述的上端支撑架为多片上端翼型叶片，上端翼型叶片的一端固定在定位套上，另一端固定于圆柱管径内壁；定位套通过轴承支承在中心轴上；所述圆柱管径的内径大于变角管径的顶端内径；上端翼型叶片的弦长大于下端翼型叶片的弦长；多片切风叶片的底部均焊接于圆柱管径顶部端面，顶部均与涡轮顶板焊接；中心轴的顶部通过轴承支承在涡轮顶板开设的支承孔内。所述的上端翼型叶片和下端翼型叶片的数量相等，根据圆柱管径的内径在3～9片之间选择，周向均布，且旋向均与切风叶片一致。上端翼型叶片的长度方向与该上端翼型叶片在定位套上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°，下端翼型叶片的长度方向与该下端翼型叶片在中心轴上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°；上端翼型叶片的安装角取值范围为30～60°，下端翼型支撑架的安装角取值范围为50～90°，且端翼型叶片的安装角大于下端翼型支撑架的安装角。所述上端翼型叶片的尾缘开设有沿叶片长度方向等距排布的多个槽口；槽口的形状为半圆形；上端翼型叶片两端与定位套和圆柱管径内壁距离小于2C1处不开设槽口，相邻槽口的中心距为C1～3C1，C1为上端翼型叶片的弦长，槽口的直径为0.1C1～0.3C1。下面通过ANSYS优化仿真软件建立支撑架为翼型叶片的无动力风机模型，根据无动力风机的静压效率、噪声、有效气动面积和流量对上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数、上端翼型叶片的槽口进行优化，具体如下：1、将上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口的直径作为设计变量优化静压效率和噪声，求解出上、下端翼型叶片的弦长及安装角的初选区间，以及上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口直径的推荐区间。2、以有效气动面积为优化目标缩小上、下端翼型叶片的弦长及安装角的初选区间，并初选上、下端翼型叶片的叶片数区间。3、以流量为优化目标确定上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数的最优区间。4、在上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数的最优区间内，上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口直径的推荐区间内选值，使得综合考量气动性符合风机运行要求。综合考量气动性包括中心轴振动、轴承寿命、叶片启动速度、风机内部流体流线的平滑程度。本专利技术的有益效果：本专利技术主要是在风机效率、风机噪声、风机的流量以及产品使用寿命这几个角度做了设计，具体设计是：下端支撑架设计为截面尺寸较小的翼型叶片；上端支撑架设计为截面尺寸较大的翼型叶片，在翼型叶片的尾翼端有铣刀铣出的槽口，槽口可以降低尾缘处的边界层厚度。改进之后的有益效果有：(1)提高风机的总压效率；(2)降低湍流强度，改善内部气流的稳定性，从而降低风机运行的噪声；(3)大大改善风机内部流场的流动扰动，减弱因为涡流区等复杂湍流状况对风机内部结构造成的振动，延长风机的使用寿命以及轴承的寿命。附图说明图1为本专利技术的局部剖切立体图。图2为图1中I部分的局部放大图。图3为图1中II部分的局部放大图。图4-1为上端支撑架的安装角示意图。图4-2为下端支撑架的安装角示意图。图5为上端翼型叶片横截面上的受力分析图。图中：1、切风叶片，2、中心轴，3、定位套，4、圆柱管径，5、上端支撑架，6、变角管径，7、下端支撑架。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1、2和3所示，支撑架为翼型叶片的无动力风机，由切风叶片1、中心轴2、轴承、定位套3、圆柱管径4、上端支撑架5、变角管径6、下端支撑架7和涡轮顶板组成。下端支撑架7为多片下端翼型叶片，下端翼型叶片的一端固定在中心轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
支撑架为翼型叶片的无动力风机，由切风叶片、中心轴、轴承、定位套、圆柱管径、上端支撑架、变角管径、下端支撑架和涡轮顶板组成，其特征在于：所述的下端支撑架为多片下端翼型叶片，下端翼型叶片的一端固定在中心轴底部，另一端固定于变角管径内壁；所述的上端支撑架为多片上端翼型叶片，上端翼型叶片的一端固定在定位套上，另一端固定于圆柱管径内壁；定位套通过轴承支承在中心轴上；所述圆柱管径的内径大于变角管径的顶端内径；上端翼型叶片的弦长大于下端翼型叶片的弦长；多片切风叶片的底部均焊接于圆柱管径顶部端面，顶部均与涡轮顶板焊接；中心轴的顶部通过轴承支承在涡轮顶板开设的支承孔内；所述的上端翼型叶片和下端翼型叶片的数量相等，根据圆柱管径的内径在3～9片之间选择，周向均布，且旋向均与切风叶片一致；上端翼型叶片的长度方向与该上端翼型叶片在定位套上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°，下端翼型叶片的长度方向与该下端翼型叶片在中心轴上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°；上端翼型叶片的安装角取值范围为30～60°，下端翼型支撑架的安装角取值范围为50～90°，且端翼型叶片的安装角大于下端翼型支撑架的安装角；所述上端翼型叶片的尾缘开设有沿叶片长度方向等距排布的多个槽口；槽口的形状为半圆形；上端翼型叶片两端与定位套和圆柱管径内壁距离小于2C1处不开设槽口，相邻槽口的中心距为C1～3C1，C1为上端翼型叶片的弦长，槽口的直径为0.1C1～0.3C1；下面通过ANSYS优化仿真软件建立支撑架为翼型叶片的无动力风机模型，根据无动力风机的静压效率、噪声、有效气动面积和流量对上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数、上端翼型叶片的槽口进行优化，具体如下：1、将上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口的直径作为设计变量优化静压效率和噪声，求解出上、下端翼型叶片的弦长及安装角的初选区间，以及上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口直径的推荐区间；2、以有效气动面积为优化目标缩小上、下端翼型叶片的弦长及安装角的初选区间，并初选上、下端翼型叶片的叶片数区间；3、以流量为优化目标确定上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数的最优区间；4、在上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数的最优区间内，上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口直径的推荐区间内选值，使得综合考量气动性符合风机运行要求；综合考量气动性包括中心轴振动、轴承寿命、叶片启动速度、风机内部流体流线的平滑程度。...

【技术特征摘要】
1.支撑架为翼型叶片的无动力风机，由切风叶片、中心轴、轴承、定位套、圆柱管径、上端支撑架、变角管径、下端支撑架和涡轮顶板组成，其特征在于：所述的下端支撑架为多片下端翼型叶片，下端翼型叶片的一端固定在中心轴底部，另一端固定于变角管径内壁；所述的上端支撑架为多片上端翼型叶片，上端翼型叶片的一端固定在定位套上，另一端固定于圆柱管径内壁；定位套通过轴承支承在中心轴上；所述圆柱管径的内径大于变角管径的顶端内径；上端翼型叶片的弦长大于下端翼型叶片的弦长；多片切风叶片的底部均焊接于圆柱管径顶部端面，顶部均与涡轮顶板焊接；中心轴的顶部通过轴承支承在涡轮顶板开设的支承孔内；所述的上端翼型叶片和下端翼型叶片的数量相等，根据圆柱管径的内径在3～9片之间选择，周向均布，且旋向均与切风叶片一致；上端翼型叶片的长度方向与该上端翼型叶片在定位套上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°，下端翼型叶片的长度方向与该下端翼型叶片在中心轴上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°；上端翼型叶片的安装角取值范围为30～60°，下端翼型叶片的安装角取值范围为50～90°，且上端翼型叶片的安装角小于下端翼型叶片的安装角；所述上端翼型叶片的尾缘开设有沿叶片长度方向等距排布的多个槽口；槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦华书，李昆航，陈小平，魏义坤，杨徽，陈兴，迟少卿，王天垚，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33