專利名稱：組合翼型的軸流風(fēng)機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合翼型的軸流風(fēng)機(jī)葉片，具體涉及一種翼型為機(jī)翼型和 薄板型相結(jié)合的軸流風(fēng)機(jī)葉片，用于大中型玻璃鋼冷卻用軸流風(fēng)機(jī)，屬于流體 工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在役的軸流風(fēng)機(jī)存在著運(yùn)行效率低、能源浪費(fèi)嚴(yán)重的弊端，與當(dāng)前國(guó) 家提出的節(jié)能減排要求相比，差異顯著。目前常規(guī)的解決方案是按通風(fēng)系統(tǒng)功 能的要求，確定風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能參數(shù)，然后進(jìn)行葉片的葉型設(shè)計(jì)和葉片的模具 制造，但這會(huì)大幅度提高風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠的模具投入費(fèi)用，對(duì)小批量大直徑的低效 風(fēng)機(jī)由于模具費(fèi)昂貴，會(huì)制約風(fēng)機(jī)廠開(kāi)模的積極性，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)采用高效風(fēng) 機(jī)替換眾多低效運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。為了節(jié)省模具費(fèi)，國(guó)外有些風(fēng)機(jī)廠對(duì)相近直徑的 軸流風(fēng)機(jī)，常采取割短葉片長(zhǎng)度的方法來(lái)制造較小直徑的軸流風(fēng)機(jī)葉片，如將 (p8530mm的葉片，通過(guò)截去葉頂部的葉片長(zhǎng)度265mm或415mm，來(lái)制造 (p8000mm或cp7700mm風(fēng)機(jī)，但弦長(zhǎng)和葉角往往不能滿足計(jì)算要求，會(huì)降低風(fēng) 機(jī)的氣動(dòng)性能，且它把軸流風(fēng)機(jī)外徑處效率高的部分被切去了，使剩余部分相 對(duì)效率偏低，故這不是優(yōu)化方案。國(guó)外有的風(fēng)機(jī)廠采用等弦長(zhǎng)、等安裝角的葉 片用在不同直徑和不同氣動(dòng)性能的風(fēng)機(jī)上，雖然節(jié)省了模具費(fèi)，但風(fēng)機(jī)效率不 高。目前國(guó)內(nèi)亦有采用擠壓工藝成型的薄壁空心葉片，其隨邊可供切割，但其 切割規(guī)律未能完全按氣動(dòng)性能要求進(jìn)行，且計(jì)算時(shí)尚缺乏新翼型在不同弦長(zhǎng)時(shí) 升力系數(shù)與沖角的關(guān)系曲線，計(jì)算精度不高，均會(huì)導(dǎo)致效率偏低。國(guó)外的不少 單位單純追求用同一模具制作葉片，由于風(fēng)機(jī)直徑范圍很廣，不同直徑的風(fēng)機(jī) 葉輪要求采用不同直徑的葉柄，存在著葉輪直徑與葉柄直徑二者不相適應(yīng)的弊 端o
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組合翼型的軸流風(fēng)機(jī)葉 片，能滿足風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能要求，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，同時(shí)在制造上可一模多 用，節(jié)省葉片模具費(fèi)用。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的軸流風(fēng)機(jī)葉片翼型由機(jī)翼型前段和薄板型 后緣構(gòu)成。所述的薄板型后緣可供切割，葉片按變環(huán)量規(guī)則設(shè)計(jì)，通過(guò)精確截 切薄板型后緣改變?nèi)~片在各半徑處的弦長(zhǎng)、葉角和升力系數(shù)值。葉片各截面上 的升力系數(shù)值的確定按獨(dú)特規(guī)則處理，外徑處取大值，內(nèi)徑處取小值，實(shí)現(xiàn)在 有限的后緣長(zhǎng)度內(nèi)最大限度滿足氣動(dòng)性能要求。本發(fā)明葉片的結(jié)構(gòu)特征使得采 用同一模具生產(chǎn)的葉片胚料可制作不同直徑、不同氣動(dòng)性能的軸流風(fēng)機(jī)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)為葉片翼型由機(jī)翼型前段和薄板型后緣構(gòu)成，所述薄
板型后緣的弦長(zhǎng)與機(jī)翼型前段弦長(zhǎng)之比為0.2 0.3 : 1，薄板型后緣中各微段的 弦長(zhǎng)與該微段外表面圓弧半徑之比為0.55 0.66;葉片在各截面處的弦長(zhǎng)按下式
確定
式中Cy為升力系數(shù)，^為弦長(zhǎng)，Pt為風(fēng)機(jī)全壓值，P為輸送空氣密度，W為
角速度，W為相對(duì)速度，z為葉片數(shù)目，n為風(fēng)機(jī)效率。
其中，Cy在0.7 1.2之間取值，本發(fā)明特點(diǎn)是葉片外徑處Cy取大值，葉片 內(nèi)徑處Cy取小值。外徑處Cy值與內(nèi)徑處Cy之比為1.55: 1。
本發(fā)明的葉片材料可以采用玻璃鋼，尤其適用于制備大中型玻璃鋼冷卻用 軸流風(fēng)機(jī)。但葉片材料不限于玻璃鋼，也可以采用鋁合金或工程塑料，制備各 種不同直徑、不同氣動(dòng)性能的風(fēng)機(jī)。
本發(fā)明是以傳統(tǒng)的機(jī)翼型葉片為基礎(chǔ)，將葉片后緣設(shè)計(jì)成弧形薄板呈彎曲 延伸，構(gòu)成機(jī)翼型前段和薄板型后緣相結(jié)合的組合翼型。控制薄板型后緣的弦 長(zhǎng)與機(jī)翼型前段的弦長(zhǎng)之比在適當(dāng)范圍之內(nèi)，并通過(guò)控制薄板型后緣中各微段的弦長(zhǎng)與該微段外表面圓弧半徑之比來(lái)確定后緣的彎曲度。葉片后緣延伸部分 形狀設(shè)計(jì)是以能控制氣流繞流時(shí)不會(huì)與葉片分離和不會(huì)產(chǎn)生渦流為原則。
本發(fā)明中，葉片流型按變環(huán)量設(shè)計(jì)，采用獨(dú)特的升力系數(shù)選取規(guī)則，外徑 處取大值，內(nèi)徑處取小值，與通常按等環(huán)量設(shè)計(jì)的取值規(guī)則正好相反，其效果 是使有限的后緣長(zhǎng)度值，能最大限度滿足氣動(dòng)性能要求。
本發(fā)明葉片的獨(dú)特結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)采用同一模具生產(chǎn)的葉片胚料，通過(guò)精確截 切葉片后緣，按葉輪直徑選擇葉片長(zhǎng)度，通過(guò)計(jì)算確定葉片數(shù)、轉(zhuǎn)速和葉角， 制作不同直徑、不同氣動(dòng)性能的軸流風(fēng)機(jī)，來(lái)滿足系統(tǒng)要求，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效 率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降排。因可采用同一模具生產(chǎn)葉片胚料來(lái)制作不同直徑、不同性 能的軸流風(fēng)機(jī)，大幅度減少了模具的制造費(fèi)用。
采用本發(fā)明新翼型葉片制造的軸流風(fēng)機(jī)，能提高生產(chǎn)效率8倍以上，實(shí)現(xiàn) 了節(jié)能減排，是在役低效風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造的理想翼型。
圖l為本發(fā)明的葉片截面圖。
圖1中，1為葉片翼型的機(jī)翼型前段，即ab段，2為葉片翼型的薄板型后 緣，即bc段。
圖2為未徑截切的葉片坯料二維截面圖，葉片由上至下呈等弦長(zhǎng)。 圖3為經(jīng)截切獲得直徑為cp3600mm的風(fēng)機(jī)葉片示意圖。 圖3 (a)為截切示意，圖3 (b)為截切后的風(fēng)機(jī)葉片二維圖。 圖4為經(jīng)截切獲得直徑為cp2400mm風(fēng)機(jī)葉片示意圖。 圖4 (a)為截切示意，圖4 (b)為截切后的風(fēng)機(jī)葉片二維圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 本發(fā)明葉片翼型由機(jī)翼型前段和薄板型后緣構(gòu)成，如圖1所示。圖1中，1
為葉片翼型的前段，也即ab段，為機(jī)翼型；2為葉片翼型的后緣，即bc段，為
弧型實(shí)心板。
所述薄板型后緣的弦長(zhǎng)與機(jī)翼型前段弦長(zhǎng)之比為0.2 0.3 : 1。為控制氣流繞流葉片尾部時(shí)，氣流不與葉片表面后緣分離和減少渦流，薄 板型后緣中各微段的弦長(zhǎng)與該微段外表面圓弧半徑之比在0. 55 0. 66范圍內(nèi)。
薄板型后緣可供切割，葉片按變環(huán)量規(guī)則設(shè)計(jì)。用同一個(gè)模具生產(chǎn)的葉片， 通過(guò)精確截切薄板型后緣，改變?nèi)~片在各半徑處的弦長(zhǎng)、葉角和升力系數(shù)值， 可以獲得不同直徑、不同性能參數(shù)的軸流風(fēng)機(jī)。
未徑截切的葉片坯料二維截面圖如圖2所示，葉片由上至下呈等弦長(zhǎng)。
本發(fā)明中，所述的葉片各截面上的升力系數(shù)值的確定按獨(dú)特規(guī)則處理，外 徑處取大值，內(nèi)徑處取小值，實(shí)現(xiàn)在有限的后緣長(zhǎng)度內(nèi)最大限度滿足氣動(dòng)性能 要求。
圖3、圖4給出了本發(fā)明實(shí)施例的兩種不同直徑、不同性能的風(fēng)機(jī)葉片二 維圖。這兩種葉片采用同一模具生產(chǎn)，再經(jīng)截切葉片的后緣獲得。
其中，圖3為經(jīng)截切獲得的直徑為(p3600mm的風(fēng)機(jī)葉片。如圖3所示，葉
片翼型由機(jī)翼型前段和薄板型后緣構(gòu)成，未經(jīng)截切的葉片由上至下呈等弦長(zhǎng)，
為360mm，機(jī)翼型前段的弦長(zhǎng)為270mm。圖3 (a)為葉片的截切示意圖。
葉片各截面處的弦長(zhǎng)和升力系數(shù)值的確定，按以下公式進(jìn)行
— 4兀P
Cy,《 一 /XOWZT(
式中Cy為升力系數(shù)；《為弦長(zhǎng)，[m];H為3. 1416; Pt為風(fēng)機(jī)全壓值，; P為輸送空氣密度，按1.2Kg/mn十算；《為角速度，* n， [1/S]， n
為轉(zhuǎn)速；W為相對(duì)速度，[m/S];z為葉片數(shù)目，n為風(fēng)機(jī)效率。
圖3 (a)中給出了葉片半徑R500、 ,0、 R800、 R1050、 R1300、 R1550、 R1800 各截面處的截切值的確定。
各截面處的Pt、 w、 n值按氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果確定后，利用公式
Cy.《=ytXOWZTl ，計(jì)算各半徑處的Cy《值，求得Cy《值后，對(duì)不同半徑處
選擇不同的Cy值，然后求得不同半徑處的《值。其中，Cy在0.7 1.2之間取值，葉片外徑(R2)處Cy取大值，葉片內(nèi)徑(R1)
處Cy取小值，外徑處Cy值與內(nèi)徑處Cy之比為1.55: 1。
由于外徑處Cy取大值，故求得的弦長(zhǎng)€為最小，可供后續(xù)截面更多的截去
一些；在內(nèi)徑處Cy取小值，求得的弦長(zhǎng)《相對(duì)較長(zhǎng)，可以少截去或不截。按此
設(shè)計(jì)的葉片，葉片外徑處因?yàn)镃y值大，沖角亦較大，內(nèi)徑處因?yàn)镃y值小，要求 沖角亦較小，導(dǎo)致葉片安裝角內(nèi)外徑處差別明顯減少，確保在有限的后緣長(zhǎng)度 內(nèi)，經(jīng)切割使都能滿足氣動(dòng)性能的要求。
圖4為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，經(jīng)截切獲得直徑為cp2400mm風(fēng)機(jī)葉片示意圖。 圖4 (a)中給出了葉片半徑R360、 R450、 R600、 R750、 R900、 R1200各截 面處的截切值的確定。
葉片各截面處的弦長(zhǎng)和升力系數(shù)值的確定按同樣方式進(jìn)行，即按公式計(jì)算
出Cy.《值后，對(duì)不同半徑處選擇不同的Cy值，然后求得不同半徑處的f值。葉 片外徑(R2')處Cy取大值，葉片內(nèi)徑(Rl')處Cy取小值，
截切后得到的風(fēng)機(jī)葉片(A'B'C'D')為cp2400mm風(fēng)機(jī)葉片，如圖4 (b)所示。
對(duì)直徑自1800mm 4500mm風(fēng)機(jī)，可采用弦長(zhǎng)360mm的模具生產(chǎn)，葉柄尺 寸按風(fēng)機(jī)直徑選擇配置，葉片材質(zhì)可以是玻璃鋼或鋁合金，經(jīng)樣機(jī)測(cè)試，各型 號(hào)風(fēng)機(jī)的全壓效率均可達(dá)80%以上。
采用弦長(zhǎng)為560mm模具生產(chǎn)的葉片，可專供制作(p4200mm和(p6000以上直 徑的風(fēng)機(jī)葉片。
制作低噪聲風(fēng)機(jī)葉片可采用增加弦長(zhǎng)、降低轉(zhuǎn)速的方案實(shí)施。 按本發(fā)明新翼型生產(chǎn)的葉片，葉片總長(zhǎng)度按擬制造風(fēng)機(jī)最大直徑風(fēng)機(jī)的葉 片長(zhǎng)度確定，對(duì)不同性能、不同直徑的風(fēng)機(jī)都可用同一只模具來(lái)制造等弦長(zhǎng)的 葉片胚料，通過(guò)精確截切葉片后緣，提供制作不同直徑、不同氣動(dòng)性能的風(fēng)機(jī) 葉片，大幅度減少了模具的制造費(fèi)用。制得的葉片能提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，滿足 系統(tǒng)要求。
權(quán)利要求
1、一種組合翼型的軸流風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于葉片翼型由機(jī)翼型前段和薄板型后緣構(gòu)成；所述薄板型后緣的弦長(zhǎng)與機(jī)翼型前段弦長(zhǎng)之比為0.2～0.3∶1，薄板型后緣中各微段的弦長(zhǎng)與該微段外表面圓弧半徑之比為0.55～0.66；葉片各截面處的弦長(zhǎng)按下式確定<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>y</mi></msub><mo>·</mo><mi>l</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>4</mn><mi>πPt</mi> </mrow> <mi>ρωwzη</mi></mfrac> </mrow>]]></math></maths>式中Cy為升力系數(shù)，l為弦長(zhǎng)，Pt為風(fēng)機(jī)全壓值，ρ為輸送空氣密度，ω為角速度，W為相對(duì)速度，z為葉片數(shù)目，η為風(fēng)機(jī)效率；其中，Cy在0.7～1.2之間取值，葉片外徑處Cy取大值，葉片內(nèi)徑處Cy取小值，外徑處Cy值與內(nèi)徑處Cy之比為1.55∶1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的組合翼型的軸流風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于葉片材料為玻璃鋼、鋁合金或工程塑料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合翼型的軸流風(fēng)機(jī)葉片，葉片翼型由機(jī)翼型前段和薄板型后緣構(gòu)成。所述的薄板型后緣可供切割，葉片按變環(huán)量規(guī)則設(shè)計(jì)，通過(guò)精確截切薄板型后緣改變?nèi)~片在各半徑處的弦長(zhǎng)、葉角和升力系數(shù)值。葉片各截面上的升力系數(shù)C<sub>y</sub>值的確定按獨(dú)特規(guī)則處理，外徑處C<sub>y</sub>值取大值，內(nèi)徑處C<sub>y</sub>值取小值，實(shí)現(xiàn)在有限的后緣長(zhǎng)度內(nèi)最大限度滿足氣動(dòng)性能要求。本發(fā)明葉片的結(jié)構(gòu)特征使得同一模具生產(chǎn)的葉片胚料可制作不同直徑、不同氣動(dòng)性能的軸流風(fēng)機(jī)，不僅能滿足系統(tǒng)要求，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降排，并可大幅度減少模具的制造費(fèi)用。
文檔編號(hào)F04D29/38GK101666329SQ200910195789
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者任世瑤, 徐鑫祥, 胡谷慶 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);浙江上風(fēng)冷卻塔有限公司