强破碎高效刀片式叶轮、包括该叶轮的风机及其设计方法技术

本发明专利技术公开了强破碎高效刀片式叶轮、包括该叶轮的风机及其设计方法，属于道路清扫设备配件技术领域，解决了风机效率低，不能很好的对片状垃圾进行破碎，容易堵塞风机内的流道，造成设备瘫痪的问题，其技术方案要点是叶轮本体包括叶轮后盘、环形阵列在叶轮后盘上且呈圆弧状的主刀片、以及设于主刀片顶部与主刀片流线形状一致的子刀片，主刀片包括相间设置的若干长叶片和若干短叶片，长叶片和短叶片的进口角β1相同均为60

【技术实现步骤摘要】
强破碎高效刀片式叶轮、包括该叶轮的风机及其设计方法


[0001]本专利技术涉及道路清扫设备配件领域，特别地，涉及强破碎高效刀片式叶轮、包括该叶轮的风机及其设计方法。

技术介绍

[0002][0003]清扫车作为城市环卫的主力军，对城市的清洁状况起到至关重要的作用。清扫车中的吸力动力源及垃圾破碎回收的关键设备为其内置的离心风机，要求风机吸力大，具备良好的破碎功能，并且风机效率要高，以台州环风节能科技有限公司开发的SCL4.0清扫车为例，在结合市场要求后，风机需求的风量风压如下：转速N(rpm)大于2850，流量Q(m
³
/h)处于2360
‑
2957之间，全压P(Pa)处于2617
‑
2405之间，并在清扫车运行时，对于湿的片状垃圾（如大树叶）也具备较强的破碎功能。当前常规设计的风机结构（参考图1和图2所示），风机效率低，风机的风量风压达不到上述要求，不能很好的对及片状垃圾进行破碎，容易堵塞风机内的流道，造成设备瘫痪。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供强破碎高效刀片式叶轮，以达到效率高、强度性能好、破碎能力强、可快速破碎垃圾，不容易造成堵塞的目的。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：强破碎高效刀片式叶轮，包括叶轮本体，所述叶轮本体包括叶轮后盘、环形阵列在叶轮后盘上且呈圆弧状的主刀片、以及设于主刀片顶部与主刀片流线形状一致的子刀片，所述主刀片包括相间设置的若干长叶片和若干短叶片，所述长叶片和短叶片的进口角β1相同均为60
‑
70
°
，所述长叶片和短叶片的出口角β2相同均为65
‑
75
°
，所述长叶片的入口处设有大倾角，所述大倾角的角度α为28
‑
35
°
，所述叶轮本体的入口直径D1与叶轮本体的出口直径D2之比为0.25：0.35，所述长叶片和短叶片的出口宽度b相同，所述长叶片的的出口宽度b与叶轮本体的出口直径D2之比为0.13：0.2。
[0006]作为本专利技术的具体方案可以优选为：所述长叶片的入口底部设有圆倒角。
[0007]作为本专利技术的具体方案可以优选为：所述长叶片和短叶片的数量均为8个。
[0008]作为本专利技术的具体方案可以优选为：所述长叶片和短叶片的进口角β1相同均为66
°
。
[0009]作为本专利技术的具体方案可以优选为：所述长叶片和短叶片的出口角β2相同均为70
°
。
[0010]作为本专利技术的具体方案可以优选为：所述大倾角的角度α为31
°
。
[0011]本申请还提出了风机，包括蜗壳，所述蜗壳上设有风机进风口、风机出风口、清理门以及皮带轮传动装置，还包括上述的强破碎高效刀片式叶轮。
[0012]本申请还提出了上述风机的设计方法，包括以下步骤：A、对原型风机进行CFD数值模拟仿真分析，通过CFD计算的数值模拟性能曲线与设计输入要求对比，是否满足设计要求，提出优化方向；a1、模型预处理及气动三维模型的建立，在三维建模软件中，建立原型风机的气动三维模型，去除对气动无作用的零碎部件，模型的建立符合风机计算预处理及物理模型计算要求，把风机分为旋转域及静止域，采用相对坐标系进行计算，提高计算鲁棒性、计算效率；a2、气动网格划分，把处理的三维气动模型，导入网格划分软件，风机的部件建立Part，对叶轮、域之间交界面、进风口与叶轮配合位置对计算性能产生重大影响的部件局部加密，合理控制网格数及网格质量；a3、计算模型的建立，把划分好的网格导入CFD计算软件中，设置模型边界条件、选取湍流模型、计算算法；a4、后处理，提取气动结果，在后处理软件中，提取风机的气动参数，分析流场，风量、风压、气动效率；a5、气动性能与设计输入要求对比，提取原型风机的性能曲线图，分析原型风机存在的问题，提出优化方向；B、优化设计研究b1、针对A分析存在的问题，对风机气动机型优化，通过逐步优化迭代，选取最优方案；b2、对优化的气动设计方案，进行强度分析，控制及消除应力过大部位，使风机在运行中的应力控制在允许范围内；所有性能均满足设计要求时，输出计算方案；C、实验研究对B的计算及优化结果，输出设计方案；搭建测试实验台，把制作的风机在试验台中测试，采集实测数据；在此基础上，把实测结果与计算结果进行对比分析，验证计算数据的准确性以及测试结果是否满足设计要求；如果不能满足要求，对计算数据进行迭代分析；如果满足要求，研发项目可结案。
[0013]作为本专利技术的具体方案可以优选为：在步骤a3中，设置模型进口边界条件为速度，设置模型出口边界条件为静压。
[0014]作为本专利技术的具体方案可以优选为：在步骤a3中，选取SST湍流模型。
[0015]本专利技术技术效果主要体现在以下方面：1、在主刀片顶部设有与主刀片流线形状一致的子刀片，提高破碎能力；2、采用长短叶片方案，减少叶轮本体入口气流的堵塞；3、在长叶片的入口处设有大倾角，有效增加长叶片的破碎刀口长度，对长叶片的破碎能力有效增加；4、在长叶片的入口底部设有圆倒角，圆倒角可以用来消除长叶片局部应力，有效避免长叶片发生变形对使用精度造成影响。
附图说明
[0016]图1为原型风机整体的结构示意图；
图2为原型风机叶轮的结构示意图；图3为本专利技术强破碎高效刀片式叶轮的立体结构示意图；图4为本专利技术强破碎高效刀片式叶轮的主视结构示意图；图5为本专利技术强破碎高效刀片式叶轮的剖视结构示意图；图6为图5中A
‑
A方向的剖视结构示意图；图7为本专利技术风机的立体结构示意图；图8为本专利技术风机另一个视角的立体结构示意图；图9为原型风机整体的预处理三维模型；图10为原型风机叶轮的预处理三维模型；图11为原型风机整体的网格划分图；图12为原型风机叶轮的网格划分图；图13为原型风机的CFD计算性能曲线图；图14为OPT2模型风机的叶轮立体结构示意图；图15为OPT3模型风机的叶轮立体结构示意图；图16为原型风机、OPT2模型风机与OPT3模型风机的CFD计算性能对比图；图17为OPT3模型风机的叶轮的长叶片入口底部无圆倒角时的应力测试图；图18为OPT3模型风机的叶轮的长叶片入口底部有圆倒角时的应力测试图；图19为本专利技术风机设计方法的研究路径流程图。
[0017]附图标记：1、叶轮后盘；2、主刀片；21、长叶片；22、短叶片；3、子刀片；4、大倾角；5、圆倒角；6、蜗壳；7、风机进风口；8、风机出风口；9、清理门；10、皮带轮传动装置。
具体实施方式
[0018]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，以使本专利技术技术方案更易于理解和掌握，而不能理解为对本专利技术的限制。
实施例
[0019]强破碎高效刀片式叶轮，参考图3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.强破碎高效刀片式叶轮，包括叶轮本体，其特征是，所述叶轮本体包括叶轮后盘、环形阵列在叶轮后盘上且呈圆弧状的主刀片、以及设于主刀片顶部与主刀片流线形状一致的子刀片，所述主刀片包括相间设置的若干长叶片和若干短叶片，所述长叶片和短叶片的进口角β1相同均为60
‑
70
°
，所述长叶片和短叶片的出口角β2相同均为65
‑
75
°
，所述长叶片的入口处设有大倾角，所述大倾角的角度α为28
‑
35
°
，所述叶轮本体的入口直径D1与叶轮本体的出口直径D2之比为0.25：0.35，所述长叶片和短叶片的出口宽度b相同，所述长叶片的的出口宽度b与叶轮本体的出口直径D2之比为0.13：0.2。2.如权利要求1所述的强破碎高效刀片式叶轮，其特征在于：所述长叶片的入口底部设有圆倒角。3.如权利要求1所述的强破碎高效刀片式叶轮，其特征在于：所述长叶片和短叶片的数量均为8个。4.如权利要求1所述的强破碎高效刀片式叶轮，其特征在于：所述长叶片和短叶片的进口角β1相同均为66
°
。5.如权利要求1所述的强破碎高效刀片式叶轮，其特征在于：所述长叶片和短叶片的出口角β2相同均为70
°
。6.如权利要求1所述的强破碎高效刀片式叶轮，其特征在于：所述大倾角的角度α为31
°
。7.风机，包括蜗壳，所述蜗壳上设有风机进风口、风机出风口、清理门以及皮带轮传动装置，其特征在于：还包括权利要求1
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6中任一项所述的强破碎高效刀片式叶轮。8.权利要求7风机的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：A、对原型风机进行CFD数值模拟仿真分...

【专利技术属性】
技术研发人员：高悬，林新强，俞荐，
申请(专利权)人：台州环风节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：