CN101113740A - 一种轴流风机叶片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴流风机叶片及其设计方法。为了降低弯板轴流风机的生产成本，本发明的叶片从叶根到叶尖由等直弯板后缘和三角形平板两部分组合而成：一部分为等弦长等弯度的等直弯板(1)，另一部分为三角形平板(2)。制作时只需计算叶尖与叶根处叶片剖面参数，以等直弯板(1)与三角形平板(2)的固联实现了叶尖到叶根各剖面的弯扭变化，取代了常规弯板风机叶片整体弯扭成型的方法，既满足了风机高效率的要求，又简化了轴流风机叶片设计、加工环节，达到了降低生产成本的目的。由于本发明减少了模具设计加工的周期和成本，特别适合小批量多型号风机的快速生产，使企业更容易适应市场对不同风机型号的需求。

Description

一种轴流风机叶片及其制作方法

一、技术领域

本发明提出一种轴流风机叶片及其制作方法。

二、背景技术

采用等厚度弯板叶片(区别于采用航空翼型剖面的叶片)的轴流风机被称为弯板式轴流风机。在以往的弯板式轴流风机设计时，为了提高风机效率，必须根据不同的设计条件，使叶片的安装角及弦长沿半径方向按一定规律变化。以保证叶片剖面工作在合适的迎角范围内，从而保证风机具有较高效率。这样，为了保证叶片加工质量批量生产时，即使是同一个系列不同的机号的风机叶片都需要制造至少一种不同的模具，从而使得制造成本中必须含有模具的设计加工费用，增加了风机的生产成本。

三、发明内容

为了降低弯板轴流风机的生产成本，本发明提出一种轴流风机叶片及其制作方法。

本发明采用等直弯板后缘加平板的结构，既保证了风机的效率，又使风机的制造成本下降。其技术特征在于本发明由两部分组成，其中一部分为从叶根到叶尖为等弦长等弯度的等直弯板，另一部分为三角形平板，且三角形平板的厚度及展长与第一部分的弯板相同，且两者固定联结。

本发明在制作中，采用常规方法计算出叶尖和叶根处的各项数据，从而确定等直弯板和三角形平板的参数，通过固定联结使叶尖和叶根之间过渡连接，具体过程是：

1.采用常规的叶片设计方法计算风机桨盘面积F、叶轮角速度ω；

2.采用常规的叶片设计方法计算叶尖的各项数据，即叶尖的半径r_t、弦长b(r_t)、安装角β_A(r_t)、周向速度u(r_t)以及叶尖处的δc_u(r_t)、气流轴向速度C_Z(r_t)、合成速度W_m(r_t)和气流入流角β_m(r_t)；

3.采用常规的叶片设计方法计算叶根的各项数据，即叶根的半径r_h、弦长b(r_h)、安装角β_A(r_h)、周向速度u(r_h)以及叶根处的δc_u(r_h)、气流轴向速度C_Z(r_h)、合成速度W_m(r_h)、气流入流角β_m(r_h)；

4.制作等直弯板。先制作矩形板，并将该矩形板弯成半径为Rc＝2.5b(r_t)的等直弯板，并且展长为b。矩形板的边长a和b分别为(单位：m)：

a＝1.01b(r_t)

b＝r_t-r_h

5.制作叶片的三角形板的底c和高b(单位：m)：

c＝1.01[b(r_h)-b(r_t)]

b＝r_t-r_h

6.制作叶片：

取叶尖半径处的安装角β_A(r_t)为整个叶片等直弯板的安装角；在等直弯板的后缘焊接三角形板，使叶片根部安装角为β_A(r_h)。

本发明采用等直弯板加三角形平板的结构，设计时只计算叶尖与叶根处叶片剖面参数，用等直弯板加三角形平板的固联实现了叶尖到叶根各剖面的弯扭变化，既适应了风机高效率的要求，又达到了降低生产成本的目的。

该方法取代了常规弯板风机叶片整体弯扭成型的方法。常规的方法批量生产叶片时需要事先对每一个系列每一个风机型号设计制作至少一个模具。加工时通常需要水压机将平板通过模具压成需要的形状。采用本方法设计的叶片加工时，只需要一台滚板机，通过调节滚板机就可以弯制不同半径的等直弯板。这样，一台滚板机可以加工多种不同型号的叶片。其他加工设备与常规风机生产相同。通常，滚板机在一般的风机厂是必备设备。所以加工本发明设计的叶片，一般的风机厂无需添加设备。因为减少了模具设计加工的周期和成本，采用本方法特别适合小批量多型号风机的快速生产，使企业更容易适应市场对不同风机型号的需求。

四、附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的制作过程示意图。其中：

1.等直弯板    2.三角形平板    3.叶柄

五、具体实施方式

实施例一

某型轴流风机，直径D＝8.0(m)；流量Q＝100(m³/s)；风压P＝150(Pa)；转速N＝160(转/分)；轮毂比γ＝0.3；叶片数Z＝10。

本实施例的叶片采用等直弯板后缘加平板的结构，即叶片由两部分固定联结而成，其中一部分为从叶根到叶尖等弦长等弯度的等直弯板1，另一部分为三角形平板2，且三角形平板的厚度及展长与第一部分的弯板相同。

本实施例在制作中，首先采用常规方法计算出叶尖和叶根处的各项数据，从而确定等直弯板1和三角形平板2的参数，通过固定联结达到将叶尖和叶根之间的直线过渡连接，具体过程是：

1.计算风机桨盘面积F(单位：m²)

$F=\frac{1}{4}\mathrm{\π}{D}^2=50.26$

2.计算叶轮角速度ω

ω＝2πN/60＝16.75

3.计算叶尖的各项数据：

叶尖半径r_t(单位：m)

r_t＝D/2＝4.0

叶尖轴向速度C_Z(r_t)(单位：m/s)

C_Z(r_t)＝Q/(F(1-γ²))＝2.186

叶尖周向速度u(r_t)(单位：m/s)

u(r_t)＝r_t·ω＝67.0

叶尖处的δc_u(r_t)(单位：m/s)

δc_u(r_t)＝P/(9.8ρωr_tη)＝0.2720

叶尖处的合成速度W_m(r_t)(单位：m/s)

$W_m\left(r_t\right)=\sqrt{C_z{\left(r_t\right)}^2+{(u\left(r_t\right)-\frac{{\mathrm{\δc}}_u\left(r_t\right)}{2})}^2}=66.90$

叶尖处的气流入流角β_m(r_t)(单位：度)

β_m(r_t)＝arctg(C_Z(r_t)/[u(r_t)-δc_u(r_t)/2])＝1.872

叶尖的弦长b(r_t)(单位：m)

b(r_t)＝4πP/(0.4ω·W_m(r_t)·Z)＝0.4205

叶尖的安装角β_A(r_t)(单位：度)

β_A(r_t)＝β_m(r_t)＝1.872

4.计算叶根的各项数据：

叶根半径r_h(单位：m)

r_h＝r_t·γ＝1.2

叶根轴向速度C_Z(r_h)(单位：m/s)

C_Z(r_h)＝Q/(F(1-γ²))＝2.186

叶根周向速度u(r_h)(单位：m/s)

u(r_h)＝r_h·ω＝20.10

叶根处的δc_u(r_h)(单位：m/s)

δc_u(r_h)＝P/(9.8ρωr_hη)＝0.9065

叶根处的合成速度W_m(r_h)(单位：m/s)

$W_m\left(r_h\right)=\sqrt{C_z{\left(r_h\right)}^2+{(u\left(r_h\right)-\frac{\mathrm{\δ}{c}_u\left(r_h\right)}{2})}^2}=19.76$

叶根处的气流入流角β_m(r_h)(单位：度)

β_m(r_h)＝arctg(C_Z(r_h)/[u(r_h)-δc_u(r_h)/2])＝6.349

叶根的弦长b(r_h)(单位：m)

b(r_h)＝4πP/(0.4ω·W_m(r_h)·Z)＝1.423

叶根的安装角β_A(r_h)(单位：度)

β_A(r_h)＝β_m(r_h)＝6.349

5.制作等直弯板1。先制作矩形板，并将该矩形板弯成半径为Rc＝2.5b(r_t)的等直弯板，并且展长为b。矩形板的边长a和b分别为(单位：m)：

a＝1.01b(r_t)＝0.4275

b＝r_t-r_h＝2.8

6.制作叶片的三角形板2。该三角形板的底c和高b分别为(单位：m)：

c＝1.01[b(r_h)-b(r_t)]＝1.0125

b＝r_t-r_h＝2.8

7.制作叶片：

取叶尖半径处的安装角β_A(r_t)为整个叶片等直弯板1的安装角；在等直弯板1的后缘焊接三角形板2，使叶片根部安装角为β_A(r_h)。

至此，叶片主体制作完成。

实施例二：

某轴流风机性能要求直径D＝1.0(m)；流量Q＝10(m³/s)；风压P＝200(Pa)；转速N＝960(转/分)；轮毂比γ＝0.35；叶片数Z＝8。

本实施例的叶片采用等直弯板后缘加平板的结构，即叶片由两部分固定联结而成，其中一部分为从叶根到叶尖等弦长等弯度的等直弯板1，另一部分为三角形平板2，且三角形平板的厚度及展长与第一部分的弯板相同。具体制作过程是：

首先采用常规方法计算出：

1.风机桨盘面积F＝0.7854m²。

2.叶轮角速度ω＝100.5。

3.叶尖处的各项数据：叶尖半径r_t＝0.5m，叶尖轴向速度C_Z(r_t)＝14.51m/s，叶尖周向速度u(r_t)＝50.26m/s，叶尖处的δc_u(r_t)＝0.4835m/s，叶尖处的合成速度W_m(r_t)＝52.08m/s，叶尖处的气流入流角β_m(r_t)＝15.59度，叶尖的弦长b(r_t)＝0.1502m，叶尖的安装角β_A(r_t)＝15.59度。

4.叶根处的各项数据：叶根半径r_h＝0.175m，叶根轴向速度C_Z(r_h)＝13.58m/s，叶根周向速度u(r_h)＝17.59m/s，叶根处的δc_u(r_h)＝1.381m/s，叶根处的合成速度W_m(r_h)＝21.67m/s，叶根处的气流入流角β_m(r_h)＝52.05度，叶根的弦长b(r_h)＝0.3606m，叶根的安装角β_A(r_h)＝52.05度

根据上述数据，确定等直弯板和三角形平板的参数，

5.制作等直弯板1。先制作矩形板，并将该矩形板弯成半径为Rc＝2.5b(r_t)的等直弯板(展长为b)。矩形板的边长a和b分别为(单位：m)：

a＝1.01b(r_t)＝0.1517

b＝r_t-r_h＝0.325

6.制作三角形板2。该三角形板的底c和高b分别为(单位：m)：

c＝1.01[b(r_h)-b(r_t)]＝0.2125

b＝r_t-r_h＝0.325

7.制作叶片：

取叶尖半径处的安装角β_A(r_t)为整个叶片等直弯板1的安装角；在等直弯板1的后缘焊接三角形板2，使叶片根部安装角为β_A(r_h)。

至此，叶片主体制作完成。

实施例三：

某轴流风机性能要求直径D＝0.1(m)；流量Q＝0.05(m³/s)；风压P＝10(Pa)；转速N＝1400(转/分)；轮毂比γ＝0.25；叶片数Z＝6。

本实施例的叶片采用等直弯板后缘加平板的结构，即叶片由两部分固定联结而成，其中一部分为从叶根到叶尖等弦长等弯度的等直弯板1，另一部分为三角形平板2，且三角形平板的厚度及展长与第一部分的弯板相同。具体制作过程是：

首先采用常规方法计算出：

1.风机桨盘面积F＝0.007854m²。

2.叶轮角速度ω＝146.6。

3.叶尖处的各项数据：叶尖半径r_t＝0.05m，叶尖轴向速度C_Z(r_t)＝6.790m/s，叶尖周向速度u(r_t)＝7.330m/s，叶尖处的δc_u(r_t)＝0.1657m/s，叶尖处的合成速度W_m(r_t)＝9.931m/s，叶尖处的气流入流角β_A(r_t)＝42.13度，叶尖的弦长b(r_t)＝0.03596m，叶尖的安装角β_A(r_t)＝43.13度。

4.叶根处的各项数据：叶根半径r_h＝0.0125m，叶根轴向速度C_Z(r_h)＝6.79m/s，叶根周向速度u(r_h)＝1.832m/s，叶根处的δc_u(r_h)＝0.6629m/s，叶根处的合成速度W_m(r_h)＝6.950m/s，叶根处的气流入流角β_m(r_h)＝77.53度，叶根的弦长b(r_h)＝0.05137m，叶根的安装角β_A(r_h)＝77.53度

5.制作等直弯板1。先制作矩形板，并将该矩形板弯成半径为Rc＝2.5b(r_t)的等直弯板，并且展长为b。矩形板的边长a和b分别为(单位：m)：

a＝1.01b(r_t)＝0.03632

b＝r_t-r_h＝0.0375

6.制作三角形板2。该三角形板的底c和高b分别为(单位：m)：

c＝1.01[b(r_h)-b(r_t)]＝0.01556

b＝r_t-r_h＝0.0375

7.制作叶片：

取叶尖半径处的安装角β_A(r_t)为整个叶片等直弯板1的安装角；在等直弯板1的后缘焊接三角形板2，使叶片根部安装角为β_A(r_h)。

至此，叶片主体制作完成。

Claims (2)

1.一种轴流风机叶片，包括叶根、叶尖，其技术特征在于该叶片由固定联结的两部分组成，其中一部分为从叶根到叶尖等弦长等弯度的等直弯板(1)，另一部分为三角形平板(2)，且三角形平板的厚度及展长与第一部分的弯板相同。

2.如权利要求1所述轴流风机叶片的制作方法，其技术特征在于首先采用常规方法计算出叶尖和叶根处的各项数据，从而确定等直弯板和三角形平板的参数，通过固定联结达到将叶尖和叶根之间的直线过渡连接，具体过程是：

a.采用常规的叶片设计方法计算风机桨盘面积F、叶轮角速度ω

b.采用常规的叶片设计方法计算叶尖的各项数据，即叶尖的半径r_t、弦长b(r_t)、安装角β_A(r_t)、周向速度u(r_t)以及叶尖处的δc_u(r_t)、气流轴向速度C_Z(r_t)、合成速度W_m(r_t)和气流入流角β_m(r_t)；

c.采用常规的叶片设计方法计算叶根的各项数据，即叶根的半径r_h、弦长b(r_h)、安装角β_A(r_h)、周向速度u(r_h)以及叶根处的δc_u(r_h)、气流轴向速度C_Z(r_h)、合成速度W_m(r_h)、气流入流角β_m(r_h)；

d.制作等直弯板(1)：先制作矩形板，再将该矩形板弯成半径为Rc＝2.5b(r_t)的等直弯板，并且展长为b；矩形板的边长a和b分别为：

a＝1.01b(r_t)

b＝r_t-r_h

e.制作叶片的三角形板(2)的底c和高b：

c＝1.01[b(r_h)-b(r_t)]

b＝r_t-r_h

f.制作叶片：

取叶尖半径处的安装角β_A(r_t)为整个叶片等直弯板的安装角；在等直弯板的后缘焊接三角形板，使叶片根部安装角为β_A(r_h)。

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