[0029] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0030] 如图1、2和3所示，支撑架为翼型叶片的无动力风机，由切风叶片1、中心轴2、轴承、定位套3、圆柱管径4、上端支撑架5、变角管径6、下端支撑架7和涡轮顶板组成。下端支撑架7为多片下端翼型叶片，下端翼型叶片的一端固定在中心轴2底部，另一端固定于变角管径6内壁；上端支撑架5为多片上端翼型叶片，上端翼型叶片的一端固定在定位套3上，另一端固定于圆柱管径4内壁；定位套3通过轴承支承在中心轴2上；圆柱管径4的内径大于变角管径6的顶端内径；上端翼型叶片的弦长大于下端翼型叶片的弦长；多片切风叶片1的底部均焊接于圆柱管径4顶部端面，顶部均与涡轮顶板焊接；中心轴2的顶部通过轴承支承在涡轮顶板开设的支承孔内。
[0031] 如图4-1和4-2所示，上端翼型叶片和下端翼型叶片的数量相等，根据圆柱管径4的内径在3～9片之间选择，周向均布，且旋向均与切风叶片一致。上端翼型叶片的长度方向与该上端翼型叶片在定位套3上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°。下端翼型叶片的长度方向与该下端翼型叶片在中心轴2上的安装位置处切线之间的夹角为60～90°。上端翼型叶片的安装角A取值范围为30～60°，下端翼型支撑架的安装角B取值范围为50～90°，且端翼型叶片的安装角大于下端翼型支撑架的安装角。翼型叶片的安装角定义为中心轴2的侧面展开面上，翼型叶片的弦线与该翼型叶片安装位置处切线之间的夹角。因为流体在进入下端变角管径时流动主要沿轴向，流速较低，流动较为平稳，此处底层的翼型叶片的安装角应选取小的安装角度，以保证流体在流入时流线顺滑；流体流入后，沿着轴线方向流动一段距离进入扩大的风机腔体，此时流场复杂，动压收到切风叶片的影响而变大，此处的上层翼型叶片的安装角应选取较大值，起到平滑流线、减小涡流区以及降低湍流强度的作用。
[0032] 上端翼型叶片的尾缘开设有沿叶片长度方向等距排布的多个槽口。为了进一步抑制表面的边界层分离，减小分离漩涡，使槽口更加符合气流运动的特点，槽口的形状选为半圆形；上端翼型叶片两端与定位套和圆柱管径内壁距离小于2C1处不开设槽口，相邻槽口的中心距为C1～3C1，C1为上端翼型叶片的弦长，槽口的直径为0.1C1～0.3C1。
[0033] 下面通过ANSYS优化仿真软件建立支撑架为翼型叶片的无动力风机模型，根据无动力风机的静压效率ηst、噪声、有效气动面积F和流量Q对上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数、上端翼型叶片的槽口进行优化；流量Q包括对流流量QS、虹吸流量QW和复合流量Qc。
[0034] 1、将上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口的直径作为设计变量优化静压效率ηst和噪声LA，求解出上、下端翼型叶片的弦长及安装角的初选区间，以及上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口直径的推荐区间。
[0035] 风机的效率一般用全压效率和静压效率表示，人们有效利用的是静压效率，即静压在总压中占的比值。
[0036] 风机的静压效率 其中，Q为风机的流量，N为风机功率，风机的静压Pst＝P-Pd，P为风机的总压，风机中未被利用的动压 C为流过风机叶片流道的平均速度，ρ为所输送气体的密度。可以看出，总压P一定时，降低动压Pd，提升静压Pst就会提高风机的静压效率。
[0037] 下端支撑架7相当于固定导流叶片，优化来流流体，使得风机的来流速度方向一致。在动压公式中可看出，降低流速C可以使风机的动压Pd降低。同时，风机上端支撑架的安装角A不仅顺滑了来流流体，也起到了部分缓解来流速度C的作用，使得来流气流在上端支撑架受到阻挡，减弱了动压，提高了静压，在上端支撑架尾端的静压Pst更大，为最终的工作部件—切风叶片提供来流动压低、静压高的流动稳定的气流。上端支撑架和下端支撑架相互作用，使得风机的静压效率ηst增高。
[0038] 风机中的主要噪声来源有：(1)轴承的机械噪声，(2)驱动电机的噪声，(3)空气动力噪声。无动力风机不存在驱动电机，轴承的机械噪声，远远小于空气动力噪声，因此，主要考虑空气动力噪声(涡流噪声和边界层厚度)的影响。
[0039] 涡流噪声主要是指气体发生扰动形成压缩和稀疏过程以及流体的不均匀气流周期性的作用在壁面上这两方面造成的。边界层噪声是指流体靠近壁面处气流形成湍流边界层，湍流边界层内流动复杂，伴随着涡的破碎和湍流的脉动压力形成的噪声。
[0040] 这里，流体的湍流强度越低，流动的扰动越小，涡流区的涡流强度越低，相应的涡流噪声就会减小。上端支撑架开槽口后一定程度上减弱了其边界层的厚度，改善了尾流特性，减少了尾迹涡的大小，有利于降低噪声LA。上端支撑架截面较大，边界层更厚以及涡流区会更大，槽口过小则槽口的存在对于降低边界层厚度没有很明显的作用，但槽口尺寸过大不仅会降低上端支撑架的强度，更会在槽口内形成小涡流区，恶化流动。
[0041] 在设计支撑架安装角A、B时，上端支撑架选择安装角A为较大值，此时较为平滑的流道也使得经过上端支撑架的气体更平滑，涡流更小，湍流强度明显降低，噪声也会相应减小。
[0042] 2、以有效气动面积为优化目标缩小上、下端翼型叶片的弦长及安装角的初选区间，并初选上、下端翼型叶片的叶片数区间。
[0043] 风机的有效气动面积F＝Cd*At，At为变角管径的横截面积，Cd为风机排出系数。下端翼型叶片的安装角B越大，在喉部面(变角管径的横截面)上的投影越小，进而风机排出系数Cd增大。
[0044] 随着上端翼型叶片的叶片数增多，两片叶片间的流道就会相应变小，流道的减小可以减弱叶道内轴向涡流的强度；下端支撑架在并不是主要的工作部件，下端支撑架的存在主要是为了为上端支撑架以及切风叶片提供流向单一的流动，下端翼型叶片的叶片数过多会减小喉部通气面积。
[0045] 通过叶珊稠度经验公式 求解翼型叶片的叶片数Z，r为变角管径的内径；叶珊稠度τ取值为0.2～0.3；支撑架叶片宽度b与翼型型号有关；求解得出的Z值取整得到叶片数，取整后的Z需在3～9的范围内，否则重新设计Z值。
[0046] 3、以流量Q为优化目标确定上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数的最优区间。
[0047] 无动力风机的气体流量主要包括对流流量 和虹吸流量两部分；对流为无动力风机中的主要流动方式，对流流量为对流压力所产生
的流量。式中，PS为对流压力，Pw为虹吸压力，有效气动面积F＝Cd*At。
[0048] 下端翼型叶片的安装角B越大，在喉部面(变角管径的横截面)上的投影越小，进而风机排出系数Cd增大。可参考对流流量公式和虹吸流量公式，风机排出系数Cd的增大使得无动力风机的对流压力和虹吸压力都有上升，进而使得对流流量和虹吸流量均有所增加。
[0049] 4、在上、下端翼型叶片的弦长及安装角，上、下端翼型叶片的叶片数的最优区间内，上端翼型叶片相邻槽口的中心距、槽口直径的推荐区间内选值，使得综合考量气动性符合风机运行要求。综合考量气动性包括中心轴振动、轴承寿命、叶片启动速度、风机内部流体流线的平滑程度。
[0050] 在上端支撑架与下端支撑架重新做了结构设计，采用气动性能较好的翼型叶片，可有效地改善无动力风机内部的流场状况。下端支撑架不旋转，气体经下端支撑架进入无动力风机，在下端支撑架的导流作用下，流畅的流入风机内部。上端支撑架随叶片一起旋转，起到分割顺滑流场的作用。因此，无动力通风机的内部流场的湍流强度有了明显的降低，改善了流场的涡流强度，减弱了风机结构振动，同时也一定程度上延长了轴承的寿命以及风机的使用寿命。
[0051] 上端翼型叶片的安装角较大，此时流体对叶片不只有升力F2，而且还有旋转方向的推力F1作用。如图5所示，上端支撑架处的来流方向的气体会在垂直于叶片的方向给叶片以推力，从而使得叶片启动速度更低。
[0052] 两层翼型支撑架的结构设计使得流体的流线更光顺，增大了静压Pst，降低了动压Pd，提高了静压效率ηst，动压Pd的降低也使得风机稳定的抽气。
[0053] 同时，带有灰尘和潮湿热气的空气因为在风机内部流动更合理，涡结构更小、流线更光顺，使得灰层能够顺滑的出去而不是落到轴承等部件里，不仅提高了换气效率，也使得轴承里的灰尘降低，轴承寿命更长，极大地减缓了机械内部结构之间的震动，风机更耐用。
