一种带导流锥结构的农用轴流风机

本发明属于机械应用装备领域，具体涉及一种带导流锥结构的农用轴流风机。

背景技术：

1、轴流风机广泛应用于矿井、工厂、养殖场、仓库、办公室以及住宅等场所的通风换气，也应用于冷风机、蒸发器、冷凝器和喷雾降温等系统的温度调节。随着轴流风机的广泛应用，其效率的高低也成为一个极为重要的问题，风机实际上的平均运行效率仅有40％～60％，甚至有些风机运行效率仅有30％～40％。轴流风机运行效率低，最直接的影响就是导致能耗增大，造成能源浪费。提高这类轴流风机的运行效率非常必要。

2、但目前对于轴流风机的研究大多集中于空调调温领域以及矿井领域，对于这类农用轴流风机的研究相对比较少，且这类研究也主要集中于对叶片、轮毂以及轮毂比等的优化，对其外壳部件(集流器)的优化研究较少。集流器促使风机内部的空气逐渐地得到加速，获得均匀、损耗低的进风速度场，所以从优化集流器的角度提升风机性能是可行的。

3、轴流风机虽然由集流器、流线罩(导流锥)、前置导叶、叶轮、后置导叶、机壳和扩散器等组成，但在农用轴流风机的应用中，生产厂家为了节省制作成本并不设置导流锥结构，忽略了导流锥在风机性能提升中的作用，从而进一步导致导流锥在农用轴流风机领域中的研究几乎为零。故采用冯·卡门曲线公式的导流锥设计，有助于提高风机的性能。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种带导流锥结构的农用轴流风机，通过数值模拟以及建立函数模型，得到集流器进口段长度lw1、出口段长度lw2以及导流锥长度ld的最优组合，从而显著提升农用轴流风机的性能。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种带导流锥结构的农用轴流风机，所述农用轴流风机包括电机1、前置导叶2、转轴3、轮毂4、叶片5、集流器6和导流锥7；其中，

4、集流器6为进口和出口等直径的圆筒；电机1布置于集流器6的中心位置，通过电机支架固定在集流器6的壁面上；四个前置导叶2的根部固定在电机1的外侧壁上，相邻前置导叶2之间间隔90度；导流锥7固定在电机1的后端；电机1的前端设有转轴3，轮毂4和转轴3可转动地连接；叶片5的根部布置在轮毂4预留的凹槽中，固定在轮毂4上；其中，

5、集流器6的集流器长度lw和导流锥长度ld由以下步骤确定：

6、步骤s1、给定原型风机不同的集流器长度lw，然后进行建模，对得到的不同风机模型进行数值模拟，得到风机的通风量q和能效比n，通过数值模拟筛选适合的集流器6的集流器长度lw；

7、其中，风机进口端到风机出口端的距离为集流器长度lw；以电机1的前端面为界，将集流器6的集流器长度lw分为进口段长度lw1和出口段长度lw2两部分：风机进口端到电机1的前端面的距离为集流器进口段长度lw1，电机1的前端面到风机出口端的距离为集流器出口段长度lw2，分别对这两部分进行单因素分析，以风机通风量q和能效比n为评价指标，得到各因素的较优值区间：

8、步骤s1.1、给定集流器进口段长度lw1不同的值，对应风机分别进行建模，并进行数值模拟，得到风机的通风量q和能效比n；

9、步骤s1.2、给定集流器出口段长度lw2不同的值，对应风机分别进行建模，并进行数值模拟，得到风机的通风量q和能效比n；

10、步骤s1.3、以步骤s1.1和步骤s1.2的数值模拟结果为依据，选择在相同条件下，通风量q和能效比n最高的一组参数，最终筛选得到适合的集流器进口段长度lw1和集流器出口段长度lw2；

11、步骤s2、给定不同的导流锥长度ld，根据已知参数电机1半径r，利用冯·卡门曲线公式得到对应的导流锥7的截面轮廓；

12、其中，冯·卡门曲线公式为：

13、

14、公式1中，θ为点(x,y)的横坐标x对应的角度，用于确定纵坐标y，单位为弧度；x为导流锥7截面轮廓上的点的横坐标，单位为mm；l为导流锥7的长度ld，单位为mm；y为导流锥7截面轮廓上的点的纵坐标，单位为mm；r为电机1的半径，单位为mm；π为圆周率；

15、给定导流锥长度ld不同的值，根据冯·卡门曲线公式分别得到对应的导流锥截面；

16、步骤s3、使用步骤s2得到的导流锥7的截面轮廓进行建模，分别得到不同导流锥7长度的风机模型，进而进行数值模拟，得到风机的通风量q和能效比n，通过数值模拟筛选适合的导流锥长度ld；

17、其中，以数值模拟得到的通风量q和能效比n为评价依据，对导流锥长度ld进行单因素分析，最终得到导流锥长度ld的较优值区间；

18、步骤s4、以通风量q和能效比n作为优化目标，求解集流器6和导流锥7安装组合的函数模型；

19、步骤s5、根据步骤s4得到的集流器和导流锥安装组合的函数模型，将集流器6和导流锥7安装到原型农用轴流风机上，得到最优组合风机。

20、步骤s4中，采用响应面试验设计方法中的box-behnken design法对风机进行试验设计，以风机进口端到电机1前端面的集流器进口段长度lw1、风机出口端到电机1前端面的集流器出口段长度lw2、导流锥长度ld为试验因素，以通风量q和能效比n为响应值，以单因素分析得到的较优值为函数求解参数，借助design expert软件辅助求解函数模型；

21、最终得到通风量q和能效比n与集流器进口段长度lw1、集流器出口段长度lw2、导流锥长度ld的函数模型，即集流器和导流锥安装组合的函数模型为：

22、

23、

24、公式2和公式3中，q为风机的通风量，单位为m3/h；n为风机的能效比，单位为m3/(h·w)；a为集流器进口段长度lw1，单位为mm；b为集流器出口段长度lw2，单位为mm；c为导流锥长度ld，单位为mm。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

26、1)本发明的带导流锥结构的农用轴流风机，选取适合集流器和导流锥组合结构，通过通风量和能效比与集流器和导流锥组合结构参数的函数模型，可显著提高风机通风量及能效比。

27、2)本发明的带导流锥结构的农用轴流风机，与原型农用轴流风机相比，在目标工况(105.38pa)下，能够将农用轴流风机通风量提升7.39％，能效比提升2.6％。

28、3)本发明的带导流锥结构的农用轴流风机，能够有效改善风机内部流场的涡结构，减小进口电机尾部的涡结构尺寸，降低旋涡导致的流动损失，提高风机性能。

技术特征：

1.一种带导流锥结构的农用轴流风机，其特征在于：所述农用轴流风机包括电机(1)、前置导叶(2)、转轴(3)、轮毂(4)、叶片(5)、集流器(6)和导流锥(7)；其中，

2.如权利要求1所述的带导流锥结构的农用轴流风机，其特征在于：步骤s4中，采用响应面试验设计方法中的box-behnken design法对风机进行试验设计，以风机进口端到电机(1)前端面的集流器进口段长度lw1、风机出口端到电机(1)前端面的集流器出口段长度lw2、导流锥长度ld为试验因素，以通风量q和能效比n为响应值，以单因素分析得到的较优值为函数求解参数，借助design expert软件辅助求解函数模型；

技术总结本发明属于机械应用装备领域，涉及一种带导流锥结构的农用轴流风机，包括电机(1)、前置导叶(2)、转轴(3)、轮毂(4)、叶片(5)、集流器(6)和导流锥(7)；集流器(6)为进口和出口等直径的圆筒；电机(1)布置于集流器(6)的中心位置，通过电机支架固定在集流器(6)的壁面上；四个前置导叶(2)的根部固定在电机(1)的外侧壁上，相邻前置导叶(2)之间间隔90度；导流锥(7)固定在电机(1)的后端；电机(1)的前端设有转轴(3)，轮毂(4)和转轴(3)可转动地连接；叶片(5)的根部布置在轮毂(4)预留的凹槽中，固定在轮毂(4)上；本发明能够有效改善风机内部流场的涡结构，提高风机性能。技术研发人员：丁涛,张玉芬,刘志伟,王朝元,施正香受保护的技术使用者：中国农业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1