[发明专利]环形轴流式风机

说明书

本发明涉及一种把原动机的机械能转变为流体能量的一种机械，特别是一种用于压缩，输送气体的轴流式风机。

通常的轴流式风机的叶片一端为自由端，另一端固定在轮毂上叶轮安装在机壳内。

图1是一种典型的单独叶轮级的轴流式风机的剖面图。

这种形式的风机，由于机壳和叶片端部的间隙存在，同时还由于在叶片凹凸面上形成的压差，使气流通过叶片顶端间隙，由凹面流向凸面，引起二次流损失。实践证明，这种径向间隙的存在，使级效率和压头受到很大影响。例如，当△/l＝0.02时（△为间隙的大小，l为叶片长度），级效率将下降2～3%，压头将减少4～6%这样严重的程度。另一方面由于风机机壳与转子之间所形成的环形通道表面上的较厚的环形附面层，由气流摩擦和涡流引起较大的环面损失。

除此之外，由于风机中央轮毂的存在，气流流动突然中断，剧烈地折转和膨胀产生了流体严重分离和旋涡，形成一个很大的尾涡区，它严重地影响主流区的流动，增加了流动阻力。旋涡动能经过拖拽，滞止，以及和周围汽体混合，消耗变成热，被主气流带走。另外，当叶片被焊在轮毂上时，叶片根部被轮毂遮挡的部分，白白消耗了能量，不仅没有对主流产生贡献，而且还加剧了旋涡沿径向进入主流区和在主流区的扩散。主流区受到干扰和挤压，所设计的速度分布被破坏。上述原因使得风机的性能恶化，效率降低。

对于一个合理的设计，选取合适的叶轮结构参数十分重要。在叶轮外径确定后，轮毂比D₂/D₁（D₂轮毂直径，D₁叶轮外径）和叶栅稠度b/t（b叶片弦长，t叶栅栅距）对风机的压力、流量和效率影响很大。通常情况下，轮毂比与风机的全压成正比，与效率成反比。对于风压低、流量大的风机，通常选取较小的轮毂比以获得较高的效率。但小的轮毂比则意味着相对长的叶片（相当于一根悬臂梁）和小的轮毂，这种结构，从机械强度和制造工艺考虑，给叶片安装布置带来困难，并带来机械强度和振动问题。另一方面，从气动特性考虑，由于沿叶高从叶片根部到顶部的栅距t的变化很大，使设计者无法选定一个最佳叶栅稠度，结果使风机的气动性能变坏，使效率和全压降低。尤其对于风压高，流量大的风机，设计这种结构的风机变得十分困难，设计者必须放弃对效率或体积的要求。

本发明的目的是要提供一种高效率，大负荷的轴流式风机，它能有效地减少二次流损失、环面损失及涡流损失，使进行最佳的结构参数设计成为可能，同时又使制造安装、机械强度和振动问题得以解决。是一种压力高，流量大，效率高的轴流风机。特别地对于单独叶轮级风机，可降低成本。本发明可以应用到输送其它流体的机械上，例如轴流泵。

本发明的目的是这样实现的：在叶轮的叶片顶端安装一个导流环，导流环上可安装叶片，对于那些在叶轮下游一侧没有导叶的风机，在其轮毂上安装仿形锥。对于单独叶轮级的风机可省掉机壳。

本发明由于安装了导流环，消除了间隙，因而也完全消除了这部分二次流损失。另外由于导流环进口气流处于加速过程中，特别是对于单独叶轮级，因为省却了机壳，使环形通道大大缩短，因而所形成的环形附面层很薄，减少了环面损失。导流环的安装，还使得叶片安装的机械强度增加（悬臂梁变成了简支梁）;而且很容易在导流环上安装布置分叶片，这样可以采用较小的轮毂比，解决了小轮毂的叶片安装布置的困难。除此之外，导流环可以根据设计需要，安装长度不同的分叶片，使整机的负荷大，而每个叶片的负荷不是太大，同时又可以选择最佳的叶栅稠度，从而保证具有较好的气动性能，即具有高效率，高压，大流量的特点。

轮毂下游一侧安装了合适的仿形锥，使流动成为连续的，气流也不会产生分离，大大地减少了尾涡区，而且使叶片根部不再白白消耗能量，其结果，减少了分离和涡流损失，节省了能量

本发明的具体结构由以下的实施例及附图给出。

图2  是根据本发明所提出的环形轴流式风机的剖面图。

图3是图2的A向视图。

该环形轴流式风机主要包括一个电动机（1），机座（2），电动机主轴（3）和一个叶轮，叶轮由轮毂（4），叶片（5），分叶片（6），导流环（7）和仿形锥（8）所组成。通电后，电动机（1）驱动电动机主轴（3），主轴带动叶轮旋转（气流方向如图2所示）。从而把电动机的机械能转换成气体的能量，实现压缩，输送气体的任务。