一种离心叶轮及其空心叶片的制作方法

本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种空心叶片。本发明还涉及一种包括上述空心叶片的离心叶轮。

背景技术

离心风机通过叶轮转动对气体做功，风机中的功率损失主要来自于分离损失、冲击损失、二次流损失和尾迹损失。其中分离损失的原理为，气体介质在叶轮流道内流动的过程中，由于叶轮流道的截面不断增大，气体流动速度慢慢下降，使得叶片表面的边界层厚度增加，而且对于叶片表面边界层内的流体，在摩擦阻力的作用下，气流流动的速度逐渐降低，并且边界层外的流体本身动能不断减小，不可能向边界层内的流体传递动能，使之克服摩擦阻力。另外，气体流速下降的同时，气体沿着流动方向上压力不断上升，使叶片尾缘附近边界层内的流体速度降为零，并在逆压梯度作用下反转流向，产生倒流，倒流被主流带走，使它离开叶片表面，形成旋涡，即涡流脱离。涡流脱离、湍流或者类似情况的流体运动使气体介质偏离了最有利的流动方向，会降低效率，损害声学性能并导致风机的特性曲线的不稳定，降低风机效率。

现有技术中，设计人员对叶片施加穿孔结构的设计，气流从压力面进入，通过气流孔从吸力面流出，由于压力面与吸力面压差较大，气流从吸力面流出时具有较高的流速，严重干扰吸力面附近主流的速度，尽管有对吸力面低速流体提供动能的作用，但是若控制不当，反而容易恶化吸力面附近的流动状况。

因此，如何避免气流孔流出的气流对主气流造成干扰是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空心叶片，其叶片本体中具有空腔，能够对流向吸力面的气流形成缓冲，避免气流孔流出的气流对主气流造成干扰。本发明的另一目的是提供一种包括上述空心叶片的离心叶轮。

为实现上述目的，本发明提供一种空心叶片，包括叶片本体，所述叶片本体中具有空腔，所述叶片本体的压力面和吸力面分别设有第一过流孔和第二过流孔、以使所述压力面外侧的气体能够穿过所述空腔流入所述吸力面的外侧。

优选地，所述叶片本体包括第一叶板和第二叶板，所述第一叶板和所述第二叶板分别构成所述压力面和所述吸力面。

优选地，所述第一过流孔与所述叶片本体尾缘间的距离小于或等于所述压力面长度的1/3，所述第二过流孔位于所述吸力面的后部。

优选地，所述第一过流孔的总面积小于或等于所述第二过流孔的总面积。

优选地，所述第二过流孔的数量大于所述第一过流孔的数量，所述第二过流孔的直径小于所述第一过流孔的直径。

优选地，所述第二过流孔出口轴线与所述吸力面朝向尾缘的切线间呈锐角。

本发明还提供了一种离心叶轮，包括上述任意一种所述的空心叶片。

本发明所提供的空心叶片包括叶片本体，叶片本体中具有沿轴向贯穿的腔体，叶片本体的压力面设有第一过流孔，第一过流孔将叶片本体上方的空间与腔体连通，叶片本体的吸力面设有第二过流孔，第二过流孔将吸力面下方的空间与腔体连通，使压力面的部分气体穿过空腔流向吸力面，改变吸力面边界层内的气流速度分布，使边界层内的流体能够获得动能，从而克服摩擦阻力，避免倒流的产生，进而抑制了涡流脱离。

空腔能够减缓经过第一过流孔和第二过流孔的气流的速度，使其以较低、较均匀的速度从吸力面流出，减小该气流对叶轮流道中的主气流造成影响。同时，减小了流道中的低速区域的范围，降低了叶轮出口环面上的速度梯度，从而减弱离心叶轮出口处的尾迹结构，使沿着叶片的压力增加更加有规律，进而提高了叶轮的效率。

另外，现有技术中叶片的穿孔位置以及气流孔的结构需要精确的数值仿真提供参考，数值仿真的计算复杂、计算量大、计算周期长，导致叶片设计成本居高不下。而本发明所提供的空心叶片中具有空腔，第一过流孔和第二过流孔可错位设置，从而降低调节气流的速度，降低打孔位置的精度要求，从而降低了数值仿真的计算成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的空心叶片的结构示意图；

图2为本发明所提供的空心叶片分布状况的示意图；

图3为本发明所提供的离心叶轮的结构示意图。

其中，图1至图3中的附图标记为：

压力面1、吸力面2、前缘3、后缘4、第一过流孔11、第二过流孔21

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的空心叶片的结构示意图；图2为本发明所提供的空心叶片分布状况的示意图；图3为本发明所提供的离心叶轮的结构示意图。

本发明所提供的空心叶片包括叶片本体，如图1所示，叶片本体中具有沿叶片本体的轴向延伸的空腔，叶片本体的压力面1设有第一过流孔11，第一过流孔11贯穿压力面1，将空腔与压力面1上方的空间连通；叶片本体的吸力面2设有第二过流孔21，第二过流孔21贯穿吸力面2，将空腔与吸力面2下方的空间连通。离心叶轮转动的过程中，压力面1上方气流的压力较高，吸力面2下方气流的压力较低，在压差的作用下第一过流孔11和第二过流孔21间形成调整气流，调整气流沿图1中的曲线流动，由压力面1外侧穿过空腔流入吸力面2的外侧，能够改变吸力面2边界层内的气流速度分布，使边界层内的流体能够获得动能，从而克服摩擦阻力，避免倒流的产生，进而抑制了涡流脱离。

可选的，空腔的横截面可圆形、椭圆形或翼型等，其中优选地为翼型，第一过流孔11和第二过流孔21可为圆孔、椭圆形孔、花瓣状穿孔或其他形状。第一过流孔11和第二过流孔21的数量可以为多个，从而使调整气流更加均匀。第一过流孔11和第二过流孔21可以错位设置，使穿过第一过流孔11的气体不会直接从第二过流孔21中流出，冲击吸力面2主流，充分发挥空腔对调整气流的调节作用，即降速作用和均匀作用。错位设置是指不在同一个径向位置，即二者的轴线不位于同一直线上。

如图1所示，空腔的横截面呈翼型，叶片本体包括第一叶板和第二叶板，第一叶板或第二叶板全部设有向后弯折的折弯部，第一叶板和第二叶板均可由等厚的板材弯曲制成。第一叶板和第二叶板分别构成压力面1和吸力面2，折弯部构成叶片本体的前缘3，第一叶板和第二叶板后部相连构成叶片本体的尾缘4。第一叶板和第二叶板可通过焊接、铆接或螺栓连接等方式相连。

本实施例中，空心叶片中设有沿轴向延伸的空腔，第一过流孔11和第二过流孔21分别将空腔与叶片本体两侧的空间连通，当空心叶片做功时，调整气流穿过空腔由叶片本体的压力面1流入吸力面2，使边界层内流体获得动能向叶片本体的尾缘4流动，进而避免倒流的产生，降低了边界层损失，提高了风机效率。

由于流道内气体压力从前缘3到尾缘4逐渐增大，第一过流孔11与叶片本体尾缘4间的距离小于或等于压力面1长度的1/3，即第一过流孔11位于从前缘3至尾缘4的三分之二长度处到叶片的尾缘4之间的区域内，第二过流孔21位于吸力面2的后部靠近尾缘4的位置处，第二过流孔21与尾缘4间的距离小于第一过流孔11与尾缘4间的距离，这样可以确保压力面1穿孔结构处的气体压力大于吸力面2穿孔结构处的气体压力。

为进一步减小调整气流的速度，避免调整气流对主气流造成影响，全部第一过流孔11的面积小于或等于全部第二过流孔21的面积，由于第二过流孔21的总面积大于或等于第一过流孔11的总面积，调整气流由第二过流孔21中流出时的速度小于流入第一过流孔11时的速度。

第二过流孔21的数量大于第一过流孔11的数量，且第二过流孔21的直径小于第一过流孔11的直径，全部第二过流孔21采用紧密而细小的圆孔，可以使调整气流流出时更加均匀。

另外，可通过减小调整气流和主气流之间的夹角，减小调整气流对主气流的影响。具体的，主气流由空心叶片的前缘3流向尾缘4，其速度方向与吸力面2朝向尾缘4的切线方向相同，第二过流孔21出口的出气方向与吸力面2朝向尾缘4的切线间呈锐角，能够减小调整气流对主气流造成的影响。

本实施例中，第一过流孔11位于压力面1后1/3长度的范围内，第一过流孔11的总面积小于或等于第二过流孔21的总面积，第一过流孔11的直径大于第二过流孔21的直径，使得调整气流进入吸力面2下方时速度较低，减小调整气流对主气流的干扰。

本发明还提供了一种离心叶轮，包括上述任一实施例中所述的空心叶片，离心叶轮的结构如图2和图3所示，除空心叶片外其他部分的结构可参考现有技术，在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的离心叶轮及其空心叶片进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。