一种农用轴流风机变环量流型叶片设计方法技术

本发明专利技术属于机械应用装备领域，具体涉及一种农用轴流风机变环量流型叶片设计方法，包括步骤S1、根据设计进口静压、设计转速、设计通风量，使用变环量流型及孤立翼型法计算叶片参数；步骤S2、使用步骤S1计算得到不同计算截面的弦长b及计算截面安放角βm进行快速建模；S3、根据步骤S2得到的叶片的模型导入3D建模软件中得到叶片实体模型及流体域，进而进行数值模拟；S4、通过数值模拟筛选适合的变环量流型；S5、选定变环量流型后，通过数值模拟筛选较优轮毂直径；S6、选定轮毂比后，改变不同的翼型相对厚度、翼型，重复步骤S1～S3再次进行变环量叶片设计，筛选较优翼型。本发明专利技术的方法，可显著提高风机通风量及能效比，有效增强风机叶片的做功能力。做功能力。做功能力。

【技术实现步骤摘要】
一种农用轴流风机变环量流型叶片设计方法


[0001]本专利技术属于机械应用装备领域，具体涉及一种农用轴流风机变环量流型叶片设计方法。

技术介绍

[0002]轴流风机节能效果在国民经济、节能和环境保护都有十分重要的意义。
[0003]目前市场上的大多数农用轴流风机都采用较小的轮毂比，以提高过流区域增大风量。对于低压的农用轴流风机而言，轮毂比很小，叶片较长，如果采用传统的等环量设计会导致叶片底部安放角过大，顶部安装角过小，叶片扭曲非常严重，导致气流状况恶化。且等环量设计大多只能保证设计工况获得符合等环量规律的流态，不适合风机变工况运行。故采用改进的变环量流型设计，有助于改进叶片根部流动情况。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种农用轴流风机变环量流型叶片设计方法，通过数值模拟的方式低成本地筛选变环量流型、轮毂比及翼型，最终使用较优参数设计出最终叶片，从而显著提升农用轴流风机的气动性能，改善叶片做功能力。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一种农用轴流风机的变环量流型叶片设计方法，用于设计农用轴流风机变环量流型叶轮的叶轮叶片，所述叶轮包括叶轮叶片1、叶片根部2和轮毂3，其中，叶轮叶片1的叶片根部2放置在轮毂3预留的凹槽中，固定在轮毂3之上；
[0007]所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤S1、根据设计进口静压、设计转速、设计通风量，使用变环量流型及孤立翼型法计算叶片参数；
[0009]其中，设计进口静压为120Pa，设计转速为960r/min，设计通风量为36000m3/h；
[0010]步骤S1.1、确定农用轴流风机的转速、级数、比转数以及与比转数对应的级型式、全压系数及全压效率、叶轮直径及叶顶圆周速度；
[0011]农用轴流风机使用异步电动机直连驱动，故预选农用轴流风机的转速为720、960、1450r/min；
[0012]农用轴流风机的级数预选1级或者2级；
[0013]使用公式1计算农用轴流风机的比转数：
[0014][0015]公式1中，n
s
为比转数；n为转速，单位为r/min；q
v
为流量，单位为m3/s；p
tF.Ⅰ为单级全压，单位为Pa；
[0016]根据比转数
‑
全压系数、比转数
‑
全压效率关系曲线，得到与比转数对应的级型式、全压系数ψ
t
及全压效率η
tF
；
[0017]使用公式2计算叶轮直径，并圆整为标准直径：
[0018][0019]公式2中，D为叶轮直径，单位为m；n为转速，单位为r/min；p
tF.Ⅰ为单级全压，单位为Pa；ψ
tⅠ为单级全压系数；
[0020]根据叶轮直径计算叶顶圆周速度：
[0021][0022]公式3中，u
t
为叶顶圆周速度，单位为m/s；D为叶轮直径，单位为m；n为转速，单位为r/min；
[0023]步骤S1.2、确定叶轮叶片1的五个计算截面，并计算出计算截面半径，确定变环量指数a及计算变环量流型常数K，求得计算截面半径处的轴向速度后，求解出口处旋绕速度c
2u
和出口处轴向速度c
2a
沿叶片径向变化；
[0024]在叶轮叶片1上选取A、B、C、D、E五个计算截面，五个截面等分叶轮叶片1的纵向截面对其进行截取；
[0025]其中，第一计算截面A位于叶轮叶片1的底部，即轮毂面；
[0026]第五计算截面E位于叶轮叶片1的顶部，即叶顶截面；
[0027]在叶轮叶片1上由第一计算截面A向第五计算截面E方向依次等间距确定第二计算截面B、第三计算截面C和第四计算截面D；
[0028]第一计算截面A、第二计算截面B、第三计算截面C、第四计算截面D和第五计算截面E相互平行；
[0029]相对平均半径为：
[0030][0031]公式4中，为相对平均半径；为轮毂比；
[0032]计算截面半径为轮毂截面至叶顶截面均分；
[0033]将叶片分为五个计算截面，第n计算截面半径公式如下：
[0034][0035]公式5中，D为叶轮直径，单位为m；d为轮毂直径，单位为m；
[0036]变环量指数a选择
‑
1至1；
[0037]变环量流型常数K由公式6计算：
[0038][0039]公式6中，K为变环量流型常数；p
tF
为全压，单位为Pa；a为变环量指数；d为轮毂比；η
tF
为全压效率，单位为％；ρ为气体密度，单位为kg/m3；ω为叶轮旋绕角速度，单位为s
‑1；r
t
为叶轮半径，单位为m；
[0040]通过公式7～9计算第一计算截面A、第二计算截面B、第三计算截面C、第四计算截面D和第五计算截面E的轴向速度和旋绕速度：
[0041][0042][0043]Δc
u
＝c
2u
＝Kr
‑
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式9
[0044]公式7～9中，c
1a
为进口轴向速度，单位为m/s；q
v
为流量，单位为m3/s；D为叶轮直径，单位为m；d为轮毂比；c
2a
为出口轴向速度，单位为m/s；c
2am
为平均半径处轴向速度，单位为m/s；ω为叶轮旋绕角速度，单位为s
‑1；K为变环量流型常数；r为不同计算截面的半径，单位为m；a为变环量指数；r
m
为平均半径，单位为m；Δc
u
为旋绕速度的变化，单位为m/s；c
2u
为出口处旋绕速度，单位为m/s；
[0045]步骤S1.3、确定其他叶轮气流参数和几何尺寸
[0046]通过公式10～15计算第一计算截面A、第二计算截面B、第三计算截面C、第四计算截面D和第五计算截面E的轴向分速度、相对速度、额线间夹角、负荷系数、叶栅稠密度和弦长
×
叶片数：
[0047][0048][0049][0050][0051][0052]bZ＝2πrτ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式15
[0053]公式10～15中，c
ma
为计算截面平均轴向速度，单位为m/s；c
1a
为进口轴向速度，单位为m/s；c
2a
为出口轴向速度，单位为m/s；
[0054]ω
m
为计算截面叶轮旋绕角速度，单位为s
‑1；u为计算截面的圆周速度，单位为m/s；Δc
u
为旋绕速度的变化，单位为m/s；
[0055]β
m
为计算截面安放角，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农用轴流风机的变环量流型叶片设计方法，用于设计农用轴流风机变环量流型叶轮的叶轮叶片，所述叶轮包括叶轮叶片(1)、叶片根部(2)和轮毂(3)，其中，叶轮叶片(1)的叶片根部(2)放置在轮毂(3)预留的凹槽中，固定在轮毂(3)之上；其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤S1、根据设计进口静压、设计转速、设计通风量，使用变环量流型及孤立翼型法计算叶片参数；其中，设计进口静压为120Pa，设计转速为960r/min，设计通风量为36000m3/h；步骤S1.1、确定农用轴流风机的转速、级数、比转数以及与比转数对应的级型式、全压系数及全压效率、叶轮直径及叶顶圆周速度；农用轴流风机使用异步电动机直连驱动，故预选农用轴流风机的转速为720、960、1450r/min；农用轴流风机的级数预选1级或者2级；使用公式1计算农用轴流风机的比转数：公式1中，n
s
为比转数；n为转速，单位为r/min；q
v
为流量，单位为m3/s；p
tF.Ⅰ为单级全压，单位为Pa；根据比转数
‑
全压系数、比转数
‑
全压效率关系曲线，得到与比转数对应的级型式、全压系数ψ
t
及全压效率η
tF
；使用公式2计算叶轮直径，并圆整为标准直径：公式2中，D为叶轮直径，单位为m；n为转速，单位为r/min；p
tF.Ⅰ为单级全压，单位为Pa；ψ
tⅠ为单级全压系数；根据叶轮直径计算叶顶圆周速度：公式3中，u
t
为叶顶圆周速度，单位为m/s；D为叶轮直径，单位为m；n为转速，单位为r/min；步骤S1.2、确定叶轮叶片(1)的五个计算截面，并计算出计算截面半径，确定变环量指数a及计算变环量流型常数K，求得计算截面半径处的轴向速度后，求解出口处旋绕速度c
2u
和出口处轴向速度c
2a
沿叶片径向变化；在叶轮叶片(1)上选取A、B、C、D、E五个计算截面，五个截面等分叶轮叶片(1)的纵向截面对其进行截取；其中，第一计算截面A位于叶轮叶片(1)的底部，即轮毂面；第五计算截面E位于叶轮叶片(1)的顶部，即叶顶截面；在叶轮叶片(1)上由第一计算截面A向第五计算截面E方向依次等间距确定第二计算截
面B、第三计算截面C和第四计算截面D；第一计算截面A、第二计算截面B、第三计算截面C、第四计算截面D和第五计算截面E相互平行；相对平均半径为：公式4中，为相对平均半径；为轮毂比；计算截面半径为轮毂截面至叶顶截面均分；将叶片分为五个计算截面，第n计算截面半径公式如下：公式5中，D为叶轮直径，单位为m；d为轮毂直径，单位为m；变环量指数a选择
‑
1至1；变环量流型常数K由公式6计算：公式6中，K为变环量流型常数；p
tF
为全压，单位为Pa；a为变环量指数；为轮毂比；η
tF
为全压效率，单位为％；ρ为气体密度，单位为kg/m3；ω为叶轮旋绕角速度，单位为s
‑1；r
t
为叶轮半径，单位为m；通过公式7～9计算第一计算截面A、第二计算截面B、第三计算截面C、第四计算截面D和第五计算截面E的轴向速度和旋绕速度：第五计算截面E的轴向速度和旋绕速度：Δc
u
＝c
2u
＝Kr
‑
a
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公式9公式7～9中，c
1a
为进口轴向速度，单位为m/s；q
v
为流量，单位为m3/s；D为叶轮直径，单位为m；...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，邱绵靖，刘志伟，王朝元，施正香，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：