專利名稱：軸流風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定子葉片可調(diào)傾角式軸流風(fēng)機(jī)，它具有可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉。
為了獲得較寬的風(fēng)量供給范圍和較寬的軸流風(fēng)機(jī)壓力，到目前為止，人們采用可調(diào)轉(zhuǎn)子葉片傾角機(jī)構(gòu)或采用可調(diào)定子葉片可調(diào)傾角式風(fēng)機(jī)具有較寬的工作范圍，并且也可在較寬的范圍內(nèi)以高效率運(yùn)行。另一方面，轉(zhuǎn)子葉片可調(diào)傾角式風(fēng)機(jī)由于其轉(zhuǎn)轂上需要復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，所以較為昂貴。定子葉片可調(diào)傾角式風(fēng)機(jī)成本較低，但它只在較窄的范圍能以高效率運(yùn)行。
現(xiàn)在參照

圖13描述傳統(tǒng)上可歸類于定子葉片可調(diào)傾角式的、且具有進(jìn)口導(dǎo)葉(IGV)的可調(diào)傾角式風(fēng)機(jī)。
參照?qǐng)D13，標(biāo)號(hào)1代表進(jìn)口導(dǎo)葉，2代表轉(zhuǎn)子葉片，3代表出口導(dǎo)葉，4代表轉(zhuǎn)轂，在它的周邊固定著多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，5代表固定地連接在轂4上的轉(zhuǎn)軸。標(biāo)號(hào)6代表風(fēng)機(jī)外罩，7代表在轉(zhuǎn)子葉片2前部的前內(nèi)側(cè)圓筒，8代表在轉(zhuǎn)子葉片2后部的后內(nèi)側(cè)圓筒，9代表進(jìn)口導(dǎo)葉的支承軸，10代表用于轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉1的手柄，11代表轉(zhuǎn)軸5的旋轉(zhuǎn)中心線。
由于這種布置，當(dāng)利用電機(jī)(未示出)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸5繞旋轉(zhuǎn)中心線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)轂4與轉(zhuǎn)子葉片2一起旋轉(zhuǎn)，這樣，空氣以箭頭α的方向被送出。操作者(未示出)可繞支承軸9轉(zhuǎn)動(dòng)手柄10以改變進(jìn)口導(dǎo)葉1的葉片角度，從而改變風(fēng)量。
圖14表示進(jìn)口導(dǎo)葉1的定位角△θIGV。當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉與軸向(圖14中實(shí)線所示的方向)平行時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉1的定位角△θIGV為0°。當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉片處于點(diǎn)劃線13所示的位置時(shí)，定位角以加號(hào)(+)表示出;當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉處于點(diǎn)劃線14所示的位置時(shí)，定位角以減號(hào)(-)表示出。
圖15表示上述風(fēng)機(jī)的特性曲線。在圖15中，縱坐標(biāo)代表壓力增量△P，橫坐標(biāo)代表風(fēng)量Q。由在△θIGV為定值的狀態(tài)下畫出的實(shí)線表示特性曲線族限定在一定的范圍，該范圍就提供了風(fēng)機(jī)的工作范圍。正是各特性曲線的氣流分離點(diǎn)限制了工作范圍。虛線16是連接各氣流分離點(diǎn)的直線。風(fēng)機(jī)的工作曲線通常用點(diǎn)劃線表示。在離開喘振線16和工作線17交點(diǎn)18處的小風(fēng)量側(cè)，空氣就不能穩(wěn)定地輸送。為了擴(kuò)大工作范圍，必須將喘振線16移動(dòng)到小風(fēng)量側(cè)。
下面將參照?qǐng)D16對(duì)安裝在軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)的空氣分離器進(jìn)行描述。在圖16中，標(biāo)號(hào)19代表一個(gè)空氣分離器，該空氣分離器安裝在風(fēng)機(jī)葉罩6的突起的部分內(nèi)，該突起部分在轉(zhuǎn)子葉片2前緣的上游側(cè)。標(biāo)號(hào)20代表一導(dǎo)流葉片，21代表一個(gè)環(huán)。環(huán)固定在導(dǎo)流葉片20上，用于將空氣分離器19與主流部分分開。在圖16中，標(biāo)號(hào)22代表轉(zhuǎn)子葉片頂部開口，23代表上游側(cè)開口。
當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)在工作期間接近于氣流分離狀態(tài)時(shí)，在轉(zhuǎn)子葉片2的頂部出現(xiàn)一小氣流分離區(qū)。該氣流分離區(qū)氣流被吸入到轉(zhuǎn)子葉片頂部開口22中。當(dāng)空氣通過導(dǎo)流葉片20時(shí)，消除了吸入空氣中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，吸入的空氣沿軸向被導(dǎo)直并通過上游側(cè)開口23返回到主流中，因此，就形成了再循環(huán)流24(一個(gè)再循環(huán)流通路)。該再循環(huán)流與主流的結(jié)合延緩了氣流分離。如果沒有使用空氣分離器，那么在轉(zhuǎn)子葉片2的頂部出現(xiàn)的氣流分離區(qū)就會(huì)如圖17中的實(shí)線所示的那樣逐漸增大，這就加速了氣流分離。圖17中的虛線27表示了將在下文描述的本發(fā)明風(fēng)機(jī)的特性曲線。
雖然上文描述的傳統(tǒng)的定子葉片可調(diào)傾角式軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但是卻有只在較窄范圍內(nèi)風(fēng)機(jī)才能以高效率運(yùn)行的缺點(diǎn)。為了擴(kuò)大軸流風(fēng)機(jī)的工作范圍，可以采用一個(gè)用來改變轉(zhuǎn)子葉片傾角的機(jī)構(gòu)。然而，這種方法使得轉(zhuǎn)轂內(nèi)的機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜，這會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)制造成本的增加。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的軸流風(fēng)機(jī)，它采用可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉(歸類于價(jià)格低廉的定子葉片可調(diào)傾角式風(fēng)機(jī))和一個(gè)空氣分離器。
換句話說，本發(fā)明的目的是提供一種軸流風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)成本較低，并且能較寬的范圍內(nèi)使風(fēng)機(jī)以高效率運(yùn)行。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，具有可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的本發(fā)明的軸流風(fēng)機(jī)包括一個(gè)空氣分離器，該空氣分離器有位于轉(zhuǎn)子葉片前緣上游側(cè)的環(huán)狀向外突起的外殼部分，該空氣分離器中沿圓周方向設(shè)置了多個(gè)導(dǎo)直葉片，以形成一個(gè)再循環(huán)流動(dòng)通路，位于可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的上游側(cè)，或在對(duì)應(yīng)于可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉前半部上游側(cè)的外殼部分設(shè)有一上游開口。
圖1(a)是本發(fā)明軸流風(fēng)機(jī)一個(gè)實(shí)施例的主要部分的剖視圖;
圖1(b)是本發(fā)明軸流風(fēng)機(jī)另一個(gè)實(shí)施例的主要部分的剖視圖;
圖2是沿圖1(a)的A-A線上的平面取的剖視圖;
圖3是沿圖1(a)的B-B線上的平面取的剖視圖;
圖4是表示本發(fā)明軸流風(fēng)機(jī)特性曲線的曲線圖;
圖5是軸流風(fēng)機(jī)主要部分的剖視圖，其中在可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)子葉片之間設(shè)置了一個(gè)空氣分離器;
圖6是沿圖5的C-C線上的平面取的剖視圖，進(jìn)口導(dǎo)葉定位角△θIGV＝0°。
圖7是沿圖5的C-C線上的平面取的剖視圖，定位角△θIGV＞0°;
圖8是沿圖5的C-C線上的平面取的剖視圖，定位角△θIGV＜0°;
圖9(a)和圖9(b)是本發(fā)明軸流風(fēng)機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例的主要部分的剖視圖;
圖10(a)是沿圖1(a)的D-D線上的平面取的剖視圖;
圖10(b)是沿圖10(a)的E-E線上的平面取的剖視圖;
圖11(a)是沿圖1(b)的F-F線上的平面取的剖視圖;
圖11(b)是沿圖11(a)的G-G線上的平面取的剖視圖;
圖12(a)是另一實(shí)施例沿圖10(a)的F-F線上的平面取的剖視圖;
圖12(b)是沿圖12(a)的H-H線上的平面取的剖視圖;
圖13是具有可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的傳統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)的剖視圖;
圖14是沿較13的J-J線上的平面取的剖視圖;
圖15是表示圖13傳統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)特性曲線的曲線圖;
圖16是具有一個(gè)空氣分離器的傳統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)的局部剖視圖;
圖17是表示具有一個(gè)空氣分離器的傳統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)特性曲線的曲線圖。
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1(a)、2和3表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1(b)表示本發(fā)明的另一實(shí)施例。在這些圖中，標(biāo)號(hào)31代表進(jìn)口導(dǎo)葉，32代表轉(zhuǎn)子葉片，33代表風(fēng)機(jī)外罩，34代表空氣分離器，35代表曲線狀的導(dǎo)直葉片，36代表一個(gè)環(huán)，在環(huán)上垂直固定有多個(gè)導(dǎo)直葉片35，37代表轉(zhuǎn)子葉片頂部開口，38代表上游側(cè)開口，39代表再循環(huán)流。
空氣分離器34是位于轉(zhuǎn)子葉片32前緣上游側(cè)上風(fēng)機(jī)外罩32的一部分上的環(huán)狀突起。在空氣分離器34中，曲線狀的導(dǎo)直葉片35設(shè)置在靠近轉(zhuǎn)子葉片頂部開口37的地方，這就形成一個(gè)能產(chǎn)生再循環(huán)流39的再循環(huán)流通路。
環(huán)36固定在導(dǎo)直葉片35上并與風(fēng)機(jī)外罩33同軸設(shè)置，環(huán)36具有與風(fēng)機(jī)外罩33相同的內(nèi)徑。在圖1(a)表示的實(shí)施例中，導(dǎo)直葉片35的后端與環(huán)36的后端重疊，而且導(dǎo)直葉片35在圓筒橫截面上基本上是環(huán)形的。
進(jìn)口導(dǎo)葉31由穿過空氣分離器和環(huán)36的進(jìn)口導(dǎo)葉支承軸40支承，并且該多個(gè)進(jìn)口導(dǎo)葉是沿圓周方向設(shè)置的。
手柄41設(shè)置在進(jìn)口導(dǎo)葉支承軸40伸出風(fēng)機(jī)外罩33的部分上，此結(jié)構(gòu)能使操作者在操縱手柄41時(shí)可改變進(jìn)口導(dǎo)葉31的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
下面我們將描述進(jìn)口導(dǎo)葉31、環(huán)36和上游側(cè)開口38之間的關(guān)系，這是本發(fā)明的一個(gè)特征。
環(huán)36以轉(zhuǎn)子葉片32的前緣延伸到上游側(cè)，所以上游側(cè)開口38就位于進(jìn)口導(dǎo)葉31的上游側(cè)。在進(jìn)口導(dǎo)葉31的下游側(cè)，固定在旋轉(zhuǎn)軸42的轉(zhuǎn)轂43的周邊上設(shè)置了許多轉(zhuǎn)子葉片32。在進(jìn)口導(dǎo)葉31的內(nèi)側(cè)，設(shè)置了一個(gè)前部?jī)?nèi)圈圓筒44。
由于這種布置，在軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子葉片32的頂部出現(xiàn)小的流體氣流分離，氣流分離的流體以跟轉(zhuǎn)子葉片32相同的方向作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該氣流分離的流體被強(qiáng)迫進(jìn)入轉(zhuǎn)子葉片頂部開口37?？繉?dǎo)直葉片35消除了這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，于是已返回到軸向方向的再循環(huán)流39又通過上游側(cè)開口回流到主流部分中去，并平穩(wěn)地與主流部分中的軸向流45相結(jié)合。這樣就引起了氣流分離的延遲，使我們獲得了一個(gè)具有較寬工作范圍的軸流風(fēng)機(jī)。
在這種情況下，最重要的是循環(huán)流與主流平穩(wěn)地會(huì)合在一起。如果再循環(huán)流不能與主流平穩(wěn)地會(huì)合，那么在主流中就會(huì)出現(xiàn)紊流，于是就會(huì)在較早階段發(fā)生氣流分離。如果空氣分離器的上游側(cè)開口38定位于可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的下游側(cè)，軸向的再循環(huán)流39與已經(jīng)開始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主流會(huì)合，于是在主流中產(chǎn)生紊流，這就容易引起氣流分離。在這種情況下，只有在△θIGV等于或接近于0時(shí)才不會(huì)產(chǎn)生紊流但當(dāng)｜△θIGV｜≠0°時(shí)則會(huì)產(chǎn)生紊流。
下面將參照?qǐng)D5到圖8更詳細(xì)地描述本發(fā)明的特征。
如圖5所示，空氣分離器34在軸向位于排列的進(jìn)口導(dǎo)葉31和轉(zhuǎn)子葉片32之間。沿圖5的C-C線橫截面上的氣流顯示在圖6至圖8中。在這些圖中，在進(jìn)口導(dǎo)葉31的下游的主流46用實(shí)線表示，而空氣分離器34的氣流47用虛線表示?？諝夥蛛x器34中的氣流47被沿軸向引導(dǎo)，并且氣流47只在△θIGV＝0°時(shí)(如圖6所示)才平穩(wěn)地在進(jìn)口導(dǎo)葉的下游與氣流46相會(huì)合。在其它情況下，氣流46的方向不與氣流47的方向相一致，這會(huì)產(chǎn)生紊流，并且會(huì)引起氣體較早出現(xiàn)氣流分離，如圖7(△θIGV＞0°)和圖8(△θIGV＜0°)所示。因此，進(jìn)口導(dǎo)葉傾角的變化幾乎不起作用，除非在△θIGV等于或接近于0°才有作用。
為了克服這種缺陷，即為了在進(jìn)口導(dǎo)葉處于任意傾角時(shí)使氣流都能適當(dāng)會(huì)合，空氣分離器34的上游開口38必須定位于總是產(chǎn)生主流的進(jìn)口導(dǎo)葉的上游側(cè)。
由于這種布置，空氣分離器34中的主流46和氣流47總是沿軸向被引導(dǎo)，并且不管進(jìn)口導(dǎo)葉31的方向如何，它們互相平穩(wěn)地會(huì)合如圖3所示。
在圖4中，這種改進(jìn)措施使喘振線48大致移到小空氣量側(cè)的喘振線49處，這樣，相對(duì)于工作線50來說，該風(fēng)機(jī)在空氣量的整個(gè)工作范圍內(nèi)可以有足夠余量運(yùn)行。
圖1(b)、11(a)和11(b)表示本發(fā)明的另一實(shí)施例。表示在圖1(b)的實(shí)施例中，導(dǎo)流葉片35的后端延伸并超過環(huán)36的后端，一直延伸到靠近轉(zhuǎn)子葉片的前緣的風(fēng)扇外罩33的端面處。此外，導(dǎo)流葉片35在徑向平面上看基本上為環(huán)形，這樣，它就能從轉(zhuǎn)子葉片頂部吸引氣流。因此，氣流的導(dǎo)直是利用沿軸向轉(zhuǎn)變吸引的氣流來進(jìn)行的。
圖12(a)和12(b)顯示出另一個(gè)與圖11(a)和11(b)所示相同原理的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，導(dǎo)直葉片35在沿圖1(b)F-F線的橫截面上是直線的。在該實(shí)施例中導(dǎo)直葉片35的作用類似于上述實(shí)施例。
圖9(a)和9(b)顯示了本發(fā)明的另一些實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，進(jìn)口導(dǎo)葉31、環(huán)36和上游側(cè)開口38之間的位置關(guān)系是這樣的上游側(cè)開口38位于進(jìn)口導(dǎo)葉31前半部的上游側(cè)。環(huán)36在上游側(cè)被縮短，而在其下游側(cè)延伸到進(jìn)口導(dǎo)葉31的下游部分。
上面參照?qǐng)D9、11和12描述的實(shí)施例也與圖1(a)顯示的實(shí)施例具有相同的作用。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，甚至在進(jìn)口導(dǎo)葉31的傾角(葉片角度)定位于任何角度時(shí)，在轉(zhuǎn)子葉片的頂部會(huì)出現(xiàn)較小氣流分離區(qū)，該氣流分離區(qū)有與轉(zhuǎn)子葉片機(jī)同方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使氣流分離區(qū)被吸入轉(zhuǎn)子葉片頂部開口。利用導(dǎo)流葉片20就消除了吸入空氣的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且吸入的空氣沿軸向被導(dǎo)直，然后通過上游側(cè)開口返回到主流中，并與軸向主流平穩(wěn)地會(huì)合在一起。這個(gè)過程延遲了氣流分離，使我們能得到一個(gè)在可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的任何傾角都具有較寬工作范圍的軸流風(fēng)機(jī)。
所以，本發(fā)明的軸流風(fēng)機(jī)具有成本低、效率高和工作范圍廣這些很重要的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，所有不脫離本發(fā)明精神和范圍下的變換和改進(jìn)都應(yīng)確定為包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的軸流風(fēng)機(jī)，它包括一個(gè)空氣分離器，它具有一個(gè)位于轉(zhuǎn)子葉片前緣上游側(cè)的向外突起的環(huán)狀外殼部分，在該空氣分離器內(nèi)沿圓周方向設(shè)置了多個(gè)導(dǎo)直葉片，以形成一再循環(huán)通路，一個(gè)上游側(cè)開口，它位于可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的上游側(cè)，或位于對(duì)應(yīng)于可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉前半部上游側(cè)的外殼部分。
2.按照權(quán)利要求1的軸流風(fēng)機(jī)，其特征在于一個(gè)具有與所述外殼相同內(nèi)徑的環(huán)與所述外殼同軸設(shè)置，所述環(huán)上固定有導(dǎo)直葉片，在環(huán)內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地裝有所述進(jìn)口導(dǎo)葉。
3.按照權(quán)利要求1或2的軸流風(fēng)機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)直葉片是環(huán)形或直線形的。
4.按照權(quán)利要求2或3的軸流風(fēng)機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)直葉片的后端與所述環(huán)的后端重疊。
5.按照權(quán)利要求2或3的軸流風(fēng)機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)直葉片的后端延伸并超過所述環(huán)的后端，一直延伸到靠近所述轉(zhuǎn)子葉片前緣的所述外殼的端面處。
6.按照權(quán)利要求1至5中的任何一個(gè)權(quán)利要求的軸流風(fēng)機(jī)，其特征在于形成在所述環(huán)的上游側(cè)的所述空氣分離器的上游側(cè)開口位于所述進(jìn)口導(dǎo)葉前半部的上游側(cè)。
全文摘要
一種定子葉片可調(diào)傾角式軸流風(fēng)機(jī)，它在可調(diào)傾角式進(jìn)口導(dǎo)葉的上游側(cè)具有一個(gè)空氣分離器的上游側(cè)開口，這樣便使空氣分離器內(nèi)的再循環(huán)流能夠與軸向主流平穩(wěn)地會(huì)合在一起，而不管可調(diào)傾角處于什么角度。
文檔編號(hào)F04D27/02GK1060139SQ91109179
公開日1992年4月8日 申請(qǐng)日期1991年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月25日
發(fā)明者山口信行, 后藤充成 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社