CN106704259A - 叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶片，包括流体流入的前缘、流体流出的后缘、吸力面以及压力面，其中，吸力面的边缘的一端与压力面的边缘的一端在前缘接合，吸力面的边缘的另一端与压力面的边缘的另一端在后缘接合，叶片的翼型截面沿展向的形状保持不变，叶片的翼型截面中线的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布。根据本发明的叶片的翼型截面中线的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布，能够有效地拟制了叶片表面的流动分离，降低了后缘湍流强度，从而提高了叶片效率，降低了后缘涡脱落噪声。

Description

叶片

技术领域

本发明涉及旋转机械领域，尤其涉及一种应用于各种旋转机械的叶片。

背景技术

一般地，离心压缩机、泵和风机叶轮等各种旋转机械都是由不同数量的叶片沿周向间隔布置组成，而叶片是由基本的翼型沿展向(轴向)生成。叶片具有流体流入的前缘和流体流出的后缘，以及凹面压力面和凸面吸力面。叶片本身效率的高低，对离心压缩机、泵和风机等旋转机械的效率和噪声都有重要的影响。常规的叶片10如图1所示，其具有压力面14和吸力面13。基本翼型为翼型截面15沿展向生成的直叶片，也可沿展向各个截面的叶片安装角不同，生成展向扭曲叶片。但前缘12和后缘11沿展向都是直线，叶片表面流动分离严重，影响叶片效率，叶片后缘涡脱落噪声较大。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明公开了一种叶片，其特征在于，包括流体流入的前缘、流体流出的后缘、吸力面以及压力面，其中，所述吸力面的边缘的一端与所述压力面的边缘的一端在所述前缘接合，所述吸力面的边缘的另一端与所述压力面的边缘的另一端在所述后缘接合，所述叶片的翼型截面沿展向的形状保持不变，所述叶片的翼型截面中线的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布。

可选地，所述叶片的翼型截面中线的前缘和后缘的位置相对于平行于展向的轴线呈正弦曲线周期性分布。

可选地，在相邻周期中的具有相同相位的任意两个翼型截面沿展向的距离为节距P，在任一翼型截面中，从翼型截面中线的所述前缘到所述后缘之间的直线距离为叶片弦长b，所述节距P除以所述叶片弦长b的值的范围为0.1-0.7。

可选地，在波峰处的翼型截面中线的所述前缘或后缘和与其相邻的在波谷处的翼型截面中线的所述前缘或后缘沿所述叶片的径向的距离为峰谷高度a，所述峰谷高度a除以所述节距P的值的范围为0.02-0.3。

可选地，所述翼型截面的前缘半径为R，所述前缘半径R除以所述节距P的值的范围为0.1-0.5。

根据本发明的叶片的翼型截面中线的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布，能够有效地拟制了叶片表面的流动分离，降低了后缘湍流强度，从而提高了叶片效率，降低了后缘涡脱落噪声。

附图说明

本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为现有技术中的一种叶片的立体视图；

图2为按照本发明的一种实施方式的叶片的立体视图；

图3为按照本发明的一种实施方式的叶片的局部俯视图；

图4为按照本发明的一种实施方式的叶片的前缘与展向轴线周期性变化的示意图；

图5为按照本发明的一种实施方式的叶片的翼型截面视图；

图6为现有技术中的一种叶片的流体动力学效果图；以及

图7为按照本发明的一种实施方式的叶片的流体动力学效果图。

附图标记说明：

10、叶片 11、后缘

12、前缘 13、吸力面

14、压力面 15、翼型截面

20、叶片 21、后缘

22、前缘 23、吸力面

24、压力面 25、翼型截面

251、翼型截面中线

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

如图2所示，本发明公开了一种叶片20，包括前缘22、后缘21、吸力面23以及压力面24，其中，吸力面23的边缘的一端与压力面24的边缘的一端在前缘22接合，吸力面23的边缘的另一端与压力面24的边缘的另一端在后缘21接合，叶片20的翼型截面25沿展向的形状保持不变，叶片20的翼型截面中线251的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布。

该叶片20应适用于压缩机、泵等各种旋转机械，特别是多翼离心叶轮、后向离心叶轮、贯流叶轮等风机。翼型截面与普通压缩机、泵、风机等旋转机械翼型截面相同，可来源于二维翼型库任何翼型。

根据本发明的叶片的翼型截面中线251的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布，能够有效地拟制了叶片表面的流动分离，降低了后缘湍流强度，从而提高了叶片效率，降低了后缘涡脱落噪声。

如图3所示，本发明的叶片20沿展向任意位置的翼型截面25是相同的，只是在垂直于展向的方向，即径向或者在同一翼型截面25上前缘22和后缘21的连线方向上，叶片20的翼型截面25呈周期性分布。可选地，叶片的翼型截面中线251的前缘和后缘的位置相对于平行于展向的轴线呈周期性分布。本领域技术人员应当知道，翼型截面中线251为连接前缘22和后缘21的曲线，其为翼型截面25的中线，该翼型截面的两端为前缘和后缘。叶片20的翼型截面中线251的前缘22和后缘21的位置相对于平行于展向的轴向呈周期性变化。

进一步可选地，叶片的翼型截面中线251的前缘和后缘的位置相对于平行于展向的轴线呈正弦(或余弦)曲线周期性分布。叶片20的翼型截面25沿展向Y相对于平行于展向Y的轴线(展向轴线A1)呈正弦曲线周期性变化。

现请转到图4，其示出了叶片20的前缘22与展向轴线A1周期性变化的俯视示意图，展向轴线A1与展向Y平行。如图4所示，叶片的前缘22相对于展向轴线A1周期性变化。可选地，该周期性变化的图形符合正弦函数的图形。

由于叶片20的翼型截面25为相同的，可以想到的是，如图2所示，可以理解的是，当沿展向Y看时，翼型截面25在垂直于展向Y的径向X上往返移动。此外，叶片20的后缘21周期性变化的图形与图4所示的叶片20的前缘22的周期性变化的图形相同。

回到图5，在相邻的周期中，具有相同相位的任意两个翼型截面沿展向的距离为节距P，即，相邻的两个周期中，相应的位置处的两个翼型截面25沿展向的距离为节距P。图3中示出了具有相同相位(波谷处)的两个翼型截面沿展向的距离，其为两个波谷处的翼型截面25之间的距离，即节距P。

此外，在波峰处的翼型截面中线251的前缘(或后缘)和与其相邻的在波谷处的翼型截面中线251的前缘(或后缘)沿叶片的径向的距离为峰谷高度a。即，峰谷高度a为呈周期性变化的翼型截面中线251的前缘(或后缘)上，波峰处和波谷处之间的径向距离。

参考图5，在任一翼型截面25中，从翼型截面中线251的前缘到后缘之间的直线距离为叶片弦长b，即，前缘22到后缘21之间的距离为叶片20弦长b，前缘22处的半径为前缘22半径R。

为了使本发明的叶片20能够更有效地拟制叶片20表面的流动分离，降低了后缘21湍流强度，本发明的叶片20可满足以下关系：

节距P除以叶片20弦长b的值的范围为0.1-0.7。这样，本发明的叶片20可拟制叶片表面流动分离，提升叶片效率，叶片本身的总压损失相对常规叶片10可降低30％以上；同时，本发明叶片能有效的降低后缘处的湍流脉动强度，从而降低涡脱落噪声，声压级总值可降低1.5dB以上。

进一步地，峰谷高度a除以节距P的值的范围为0.02-0.3。这样，本发明的叶片20可拟制叶片表面流动分离，提升叶片效率，叶片本身的总压损失相对常规叶片10可降低30％以上；同时，本发明叶片能有效的降低后缘处的湍流脉动强度，从而降低涡脱落噪声，声压级总值可降低1.5dB以上。

再进一步地，前缘22半径R除以节距P的值的范围为0.1-0.5。这样，本发明的叶片20可拟制叶片表面流动分离，提升叶片效率，叶片本身的总压损失相对常规叶片10可降低30％以上；同时，本发明叶片能有效的降低后缘处的湍流脉动强度，从而降低涡脱落噪声，声压级总值可降低1.5dB以上。

现请转到图6和图7，图6和图7分别示出了现有的叶片10与本发明的叶片20的流体力学效果图。其中两种叶片采用同一翼型(即两种叶片的翼型截面25)，生成相同长度叶片20，给定同样的进气攻角，采用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)手段分析叶片同一截面位置速度分布。可以看出在同一位置速度场下，与常规的叶片10相比，本发明的叶片20表面速度分离明显改善，有利于叶片20效率的提升。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (5)

1.一种叶片，其特征在于，包括流体流入的前缘、流体流出的后缘、吸力面以及压力面，其中，所述吸力面的边缘的一端与所述压力面的边缘的一端在所述前缘接合，所述吸力面的边缘的另一端与所述压力面的边缘的另一端在所述后缘接合，所述叶片的翼型截面沿展向的形状保持不变，所述叶片的翼型截面中线的前缘和后缘沿展向的位置呈周期性分布。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述叶片的翼型截面中线的前缘和后缘的位置相对于平行于展向的轴线呈正弦曲线周期性分布。

3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，在相邻周期中的具有相同相位的任意两个翼型截面沿展向的距离为节距P，在任一翼型截面中，从翼型截面中线的所述前缘到所述后缘之间的直线距离为叶片弦长b，所述节距P除以所述叶片弦长b的值的范围为0.1-0.7。

4.根据权利要求3所述的叶片，其特征在于，在波峰处的翼型截面中线的所述前缘或后缘和与其相邻的在波谷处的翼型截面中线的所述前缘或后缘沿所述叶片的径向的距离为峰谷高度a，所述峰谷高度a除以所述节距P的值的范围为0.02-0.3。

5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述翼型截面的前缘半径为R，所述前缘半径R除以所述节距P的值的范围为0.1-0.5。