一种设有鳞片过渡层的风机叶轮
技术领域
本实用新型涉及风机叶轮领域，具体涉及一种设有鳞片过渡层的风机叶轮。
背景技术
随着技术发展，现代风机领域为了实现更高的风机功率，其中从风机内流出的气流的流速是衡量风机功率的关键因素。增加风机内流出的气流流速的方法一般包括增加叶片体积进行气流的以进行进一步做功，或者通过增大风机叶轮转速的方式增大做功。这两种方法不管哪一种均对叶片的结构强度有较高的要求，但是考虑到风机质量大时启动风机所需的能量也较大，因此一般的风机叶片整体较薄，在不使用新材料的情况下叶片的强度性能遭到了极大的限制，叶片在大气流压力环境下工作极易损坏，严重影响风机设备的使用寿命。
在实验过程中，通过仿真模拟并结合工程经验，发现叶片最大的受力部位位于叶片与底板的连接位置，尤其是在叶片的压力面一侧上，而且叶片上越靠近进风的一侧所受到的作用力越大。而且，在离心式叶轮中，在叶片与底板的连接位置容易形成湍流，导致气流压力损失较大，进而导致叶轮的效率较低。
为了增加叶片的强度，传统的解决方法是通过在叶片与底板的连接位置设置过渡部的方式增加叶片根部的厚度以增加强度，但这种方法优化效果较为一般。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：风机内的叶片在大气流压力下容易发生断裂，无法达到现代工业中对风机的功率的要求，且使用寿命较短，影响正常使用。同时在离心式叶轮中，叶片与底板的连接位置容易形成湍流，降低了叶轮的效率。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：
本实用新型提供一种设有鳞片过渡层的风机叶轮，至少包括底板和固定设于底板上的若干叶片，若干所述叶片绕所述底板的轴线均匀排布，所述叶片的压力面与所述底板连接的位置设有弧形过渡部，所述弧形过渡部的表面设有鳞片过渡层，所述鳞片过渡层包括若干鳞片状的凸起。
优选的，所述叶片的吸力面与所述底板连接的位置设有弧形过渡部，所述弧形过渡部的表面设有鳞片过渡层，所述鳞片过渡层包括若干鳞片状的凸起。
优选的，还包括顶板，所述顶板与所述底板平行且同轴，所述叶片固定设于所述顶板与底板之间，相邻的所述叶片之间构成气流通道，所述顶板上设有进风口，所述进风口连通所述气流通道。
进一步的，所述进风口的外边缘向上凸出设置。
进一步的，所述叶片的顶部设置有叶顶凸出部，所述叶顶凸出部延伸至所述进风口内。
进一步的，所述叶顶凸出部的拐角位置设有圆角。
优选的，所述顶板外边缘与所述顶板轴线之间的距离大于所述叶片与所述顶板轴线之间的最大距离；所述底板外边缘与所述底板轴线之间的距离大于所述叶片与所述底板轴线之间的最大距离。
优选的，所述叶片对应气流通道出口的一侧边缘与所述底板之间的夹角小于90°。
优选的，所述气流通道的入口侧面积小于气流通道出口侧的面积。
优选的，所述叶片的两个侧面均为曲面。
上述方案的优点在于，鳞片过渡层能够有效减小叶片根部靠近进风一侧所受到的作用力。这种优化效果的原理在于，一方面，鳞片过渡层能够为叶片与底板连接位置提供支撑，而且鳞片状的凸起能够隔断内部应力的传递，减小应力集中点所集中的内部应力。同时，鳞片过渡层也能一定意义上增加叶片与底板连接位置的厚度，增强叶片的结构强度。而且，鳞片过渡层还能起到导流的作用，气流在流过鳞片过渡层时能够在鳞片状的凸起的端部形成一个极小的涡，有助于保持气流附着于鳞片过渡层上流动，避免杂乱的气流扩散至主流区形成湍流，以降低气流在流动时的压力损失。
附图说明
图1所示为设有鳞片过渡层的风机叶轮的正视图；
图2所示为图1A部的剖视图；
图3所示为设有鳞片过渡层的风机叶轮的立体图；
图4所示为图3B部的局部示意图；
图5所示为图3C部的局部示意图；
图6所示为设有鳞片过渡层的风机叶轮另一个视角的立体图；
图7所示为图6D部的局部示意图；
图8所示为设置鳞片过渡层前后的效率曲线示意图；
附图标记说明：1-叶片，11-鳞片过渡层，12-弧形过渡部，13-叶顶凸出部，21-顶板，22-底板，23-进风口。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
还需要说明的是，“压力面”、“吸力面”、“叶轮效率”等描述，本领域的技术人员能够理解其含义及特性，其命名原理及所展现出的效果在下文中不再进行特别说明。
本实用新型的一种优选的实施例如图1至图7所示，包括顶板21和底板22，顶板21上设有一个进风口23，顶板21与底板22之间固定设有若干叶片1，叶片1绕底板22的轴线均匀排布。相邻的叶片1、顶板21和底板22共同围成气流通道，气流通道的进口与进风口23连通，气流通道的出口靠近底板22的外边缘。实施例为离心式叶轮，当然也可以是轴流式叶轮等其他形式的叶轮，其基本结构在此不多做赘述。
为了增强叶片1的强度性能，如图7所示，在叶片1的压力面一侧与底板22连接的位置设有弧形过渡部12，弧形过渡部12可以增加叶片1与底板22连接位置的厚度，同样起到增加叶片1的强度性能的作用。弧形过渡部12的表面设有鳞片过渡层11，鳞片过渡层11的外形如图5所示，包括若干凸起，凸起外形及排布方式类似于鱼鳞，鳞片状的凸起朝向气流通道的出口一侧排布，与气流流向相匹配。
鳞片过渡层11能够起到增强叶片1强度性能的效果。借助数值仿真软件，在风机叶轮尺寸相同的情况下，设置气流为定常流空气，将风机叶轮以转速3000rpm的工况进行仿真计算。计算结果显示，在设有鳞片过渡层11的叶片1上，叶片1的最大应力位置处所受应力相比于未设置鳞片过渡层11的叶片所受的最大应力减小了大约10％，且在鳞片过渡层11上，部分凸起的端部位置呈现出作用应力集中的状态。综合分析来看，叶片1内部传递至气流通道进口一侧的内部作用力被鳞片状的凸起阻隔，因此减少了最终传递至叶片1内侧对应气流通道进口一侧上的应力。同时由于鳞片过渡层11还能一定意义上起到支撑叶片1的作用，综合各种因素后，叶片1最大应力位置处所受应力得到了有效降低，改善了叶片1的强度性能，增加了叶片1的使用寿命。
而且，鳞片过渡层11还能起到导流作用，其导流增效的原理与鱼类鳞片原理类似，在此不多做引申阐述。
叶轮在实际使用时，叶片1通常包括一个吸力面和一个压力面，压力面所受气流的压力远大于吸力面。如图1所示的设有鳞片过渡层的风机叶轮为离心式叶轮，气流沿轴向从中间位置吸入，流过气流通道后，气流从底板22的边缘流出。这种形式的叶轮中，叶片1朝向底板22轴线一侧的端面为吸力面，背向底板22轴线的一侧面为压力面，考虑到吸力面与压力面的特点，只需要在所受气流压力较大压力面一侧，即在背向底板22轴线的一侧侧面设置鳞片过渡层11即能够有效改善叶片1的强度性能。当然，吸力面一侧也可以设置弧形过渡部12和鳞片过渡层11，同样可以起到增强叶片1强度性能的作用。
为了对进入气流通道前的气流进行导流，所述进风口23的外周壁向上凸出设置，且叶片1上设有叶顶凸出部13，叶顶凸出部13延伸进进风口23内。叶顶凸出部13能够在叶片1对气流做功前对气流进行导流，使得叶片1之间的气流流场更加规则，提高叶轮效率。为了减少气流冲击叶顶凸出部13造成的压力损失，叶顶凸出部13的拐角设有圆角。
进一步的，顶板21和底板22同轴，顶板21和底板22外边缘与两者轴线之间的距离均大于叶片1与底板22轴线之间的最大距离。这种设计可以使得顶板21和底板22完全盖住叶片1，顶板21与底板22之间靠近二者外边缘的位置形成一个气流扩散空间，气流扩散空间使得气流在流过叶片1之间的气流通道后能够充分地得到扩散，使得气流能够充分地将动压转化为静压，起到减小气流压力损失的作用。
为了使得气流的扩散更加均匀，叶片1对应气流通道出口的一侧边缘与底板22之间的夹角小于90°，以在底板22位置获得更大的气流扩散空间。
在一种优选的实施例中，叶片1两个侧面均设计为弧形，这种形状的叶片1经过仿真模拟计算后可以更好地配合上述设计，使得叶轮的效率更高。
在图示的优选实施例中，气流通道入口一侧的截面面积小于气流通道出口一侧的截面面积，使得气流在流动中能够充分扩散。
图8所示为结合上述技术方案后的叶轮与不设鳞片过渡层的叶轮之间效率的对比图，其中曲线X表示设有鳞片过渡层的风机叶轮的效率曲线，曲线Y表示不设鳞片过渡层的风机叶轮的效率曲线，可以看出在大流量下，设有鳞片过度层的风机叶轮具有更高的效率。
总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
