CN107002707A - 用于工业风扇的叶片单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工业风扇的叶片单元（10），包括：－ 叶片（2）；以及－ 管状杆（4），所述叶片固定在管状杆上并且该管状干具有被构造用于由用于将所述杆连接至风扇转子的机构所接合的根部部分（4A）。该单元的特征在于，其包括安装在所述第一管状杆（4）内的另外的杆（6）以便呈现出被轴向约束至所述第一杆的第一部分（6A），以及在由于所述第一杆弯曲而产生的变形之后在滑动摩擦的条件下相反地能够相对于所述第一杆滑动的第二部分。

Description

用于工业风扇的叶片单元

技术领域

本发明涉及一种用于工业风扇的叶片单元，其包括：

- 叶片；以及

- 管状杆，所述叶片固定在该管状干上，并且所述管状杆具有被构造成由用于将所述杆连接至风扇的转子的机构接合的根部部分。

背景技术

在用于工业用途的风扇中，特别是在那些大直径的风扇中，其叶轮可以具有高达20m的直径，叶片经受高的周期性和冲击性载荷，从而使得它们经受相当大的疲劳应力，明显地缩短了其使用寿命。

因此，本发明的目的在于提供一种与传统类型的单元相比将呈现出更高的疲劳强度的叶片单元。

发明内容

以上提及的目的经由具有在后续权利要求中的一个或多个中想起的特性的叶片单元而实现。

权利要求形成了在本文中提供的与本发明相关的技术教导的整体部分。

附图说明

现在将仅通过非限定性示例的方式参照附图描述本发明，其中：

－图1是用于工业用途的装备有本文中描述的类型的叶片单元的风扇的叶轮的透视图；

－图2是本文中描述的叶片单元的实施例的局部透视图，其中，该单元沿着平行于叶片的纵轴线的平面被截开；

－图3是图1的叶轮的局部截开的前视图；以及

－图4在前视图中表示出图2的叶片单元。

具体实施方式

在随后的说明书中，各种具体细节被示出，其目的在于提供对实施例的深入理解。可以不采用一个或多个具体细节、或者采用其他方法、部件、或材料等而获得实施例。在其他情形中，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作以便不会使实施例的各个特征方面难以理解。

本文中使用的参考内容仅是为了便利而提供并且因此不限定实施例的保护领域或范围。

参照附图，在本文中描述的叶片单元由附图标记10表示，其包括具有适当构型的叶片或轮叶2，以及固定至该叶片单元的杆4，杆4被构造成连接至工业用风扇的毂。

叶片2具有纵向内部腔体，杆4收容在该空腔内，如在图4的示例中，杆4经由螺纹件或任意其他固定系统（诸如，粘合、铆接等）固定至叶片2并且从叶片突出，以及根部部分4a被构造用于连接至风扇的毂。

特别地，杆4的根部部分经由适配器26（图3）和螺栓的系统待连接至风扇的毂，该适配器和螺栓通过摩擦使叶片封闭至毂。轴环12辅助叶片相对于毂而正确地定位。

在图1中所示的示例中，由附图标记22表示的风扇的毂特别地由两个同轴的盘24构成，这两个同轴的盘被设定成彼此相距适当的距离以用于使得与风扇的叶片的杆4接合的各个轴环能够被收容在两盘之间所限定的空间中。在任意情形中毂可以具有不同的构造并且不必由两个盘构成。

附图中示出的叶片构成了用在轴向风扇上的叶片的示例。本文中描述的叶片单元能够在任意情形中被制造成也用于其他类型的风扇，例如，径向风扇，并且通常，叶片2能够根据其被设计所用的具体应用而呈现出任意构造。

在本文中描述的叶片单元的特征在于，其包括安装在杆4内的另外的管状杆6，优选地安装在根部部分4a处。更靠近根部部分的端部的杆6的端部6a经由适合的连接机构而被轴向地约束至杆4，而其面向叶片2的尖端的相对端部6b没有固定至杆该杆，而是相反地当由于弯曲而经受形变时能够相对于杆4滑动。优选地，根据端部6b能够相对于杆4在滑动摩擦的条件下滑动的构造，端部6b收容在杆4内。

另外的杆6主要地用作类似对源自高的周期性载荷并且最主要的冲击性载荷（诸如，阵风）的叶片2的高的振荡进行阻尼的构件，该冲击性载荷频繁地出现在大型风扇的叶片中并且导致疲劳且缩短叶片以及连接系统的使用寿命。如实际上将在下文中详细地看到，杆6不仅对抗趋于使杆4弯曲的任意外部作用力，而且作为设置在杆4与其端部6b之间的摩擦力的结果，杆6还施加了与该杆的自身移动相反的作用力以及使叶片的振荡的动能耗散的作用力，不论该振荡发生在杆的弯曲的方向上或是发生在返回至杆的直线状况的方向上。

在各种优选实施例中，如在所示的实施例中，所讨论的叶片单元包括设置在杆4内的第一衬套8a和第二衬套8b，该第一衬套8a和第二衬套8b具有适于与杆4在没有游隙（play）的情况下联接的形状和尺寸，并且固定至杆4自身。该固定可以经由螺纹件或任意其他系统（诸如粘合、铆接、使用销27等）而获得。

两个衬套8a、8b分别由杆6的相对端部6a、6b而接合，并且被设定成以适当的距离分开以使得杆6在其给定部分处直接地面向杆4的内表面，但是不与其接触。这个构造使得由于杆6相对于杆4的滑动而产生的摩擦力能够在衬套8b的区域中集中，并且经由衬套8b在杆6的端部6b处集中，在这里，由这些力施加的抵抗叶片的移动的作用力以及随之形成的能量损耗更有效。

端部6b具有诸如在适当的游隙条件下接合衬套8b的形状和尺寸。替代地，端部6a经由螺纹件或任意其他系统固定至衬套8a以便被刚性地约束至该衬套8a。对于端部6b，替代地没有提供连接机构以用于将其直接地固定至衬套8b。按照之前所述的，对于该端部，实际上设想的是，当杆4经受由于弯曲而产生的变形时这个端部能够在滑动摩擦的条件下相对于衬套8b滑动，以用于前面提到的对叶片的周期性振荡以及最主要的冲击性振荡进行阻尼的目的。在这方面，本申请人已经识别到是的，当在端部6b与衬套8b之间的联接处于从0mm至2mm的范围的游隙的条件下时，可以获得这个意义上的优异的结果。

在各个优选实施例中，如在所示实施例中，衬套8a以及杆6的端部6a经由销27而被轴向地约束至杆4。以相同的方式，在该示例中，衬套8b经由两对螺纹件而被轴向地约束至杆4，与此同时这两对螺纹件将叶片2固定至杆4。

再次参照本文中描述的叶片单元的机械行为，图4示意性地示出了当周期性或冲击性类型的弯曲力矩Mf作用在叶片2上时杆6的作用力。

如在上图中可见，力矩Mf使杆4弯曲，其进而引起杆6的弯曲。杆6经由作用在衬套8b的内表面上的反作用力RB而最主要地施加抵抗杆4从其未变形的直线状况的位移的作用力。该力经由衬套8b的外表面而传递至杆4，从而导致反作用力的力矩，该力矩在图4中由具有与力矩Mf相反的符号的力矩M1表示。

两个杆4和6的弯曲随后引起其相互滑动以使得杆6的端部6b相对于衬套8b在滑动摩擦的条件下滑动。由于该滑动的结果，在两个杆之间产生的摩擦力与前述移动相反，从而产生与力矩Mf相反的另外的力矩M2。

力矩Mf可以具有周期性或冲击性的性质。如果其是周期性的，则杆6的作用力导致叶片2的振荡的可感知的减小。如果其是冲击性的，则其在有限的时间而施加其作用力，并且一旦其已经停止，叶片2趋于弹性地返回至其或多或少由在其正常操作期间作用在叶片上的载荷而产生变形的状况。由杆6与衬套8b的相互作用所产生的力矩总是相对于叶片2的位移方向而处于相反方向上，并且因此关于这些振荡运动而施加阻尼作用力。

在各个实施例中，如在所示的实施例中，杆4和6由复合材料（特别是玻璃纤维）借助于拉挤成形工艺而制成。优选地，所使用的树脂是乙烯基酯或环氧树脂，并且增强件由粗纱和多向玻璃织布构成。在特别高的弯曲载荷的情形中，增强件可以通过添加碳粗纱而进一步强化。碳粗纱具有与相应的杆4和6相同的长度。对于每个杆的重量，采用在3 wt%（重量百分比）和3.5 wt%之间的碳的重量百分比获得最佳的结果。然而，这不表示对能够使用利用不同技术/工艺获得的不同材料（优选地复合材料）的杆而获得的系统进行限制。

如与传统类型的叶片单元相比（传统类型的叶片单元通常具有由钢或玻璃纤维制成的总体非常硬的到毂的连接），这使得能够获得结实并且能够有效地管理周期性和冲击性载荷的叶片单元的整体结构。一方面，增大的柔性使得能够可感知地减小由叶片单元传递至风扇的毂并且随后传递至用于驱动风扇的装置以及支撑结构的载荷。另外，这意味着风扇的叶轮呈现出下述整体结构：该整体结构具有与在风扇的正常操作期间可能产生的振动的频率相差更远的固有频率，因此大幅减小了与可能的共振现象相关的风险。

本申请人已经发现的是，由杆6确定的阻尼系统与以上述方式获得的杆4的组合能够实现获得下述叶片单元：与传统单元相比，该叶片单元呈现出明显改善的机械性能。

源自周期性和冲击性载荷的叶片振荡的减小以及所获得的叶片频率导致由风扇传递至支撑结构的应力的减小并且因此使其振动减小。在这方面，在下表中示出了在设置有传统叶片单元的风扇的支撑结构上测量的振动与在装备有上述类型叶片单元的风扇的支撑结构上测量的振动的比较结果，明显地给定相同的尺寸和操作条件。要注意的是，所讨论的传统叶片单元由通过模制获得的玻璃纤维制成。

比较1

比较2

在上面所示的表格中，方向X和Y是在叶轮的平面中的水平方向，而方向z是垂直于叶轮的平面的竖直方向。如从上面的表格中可见，已经发现的是，与具有传统叶片的风扇相比，在装备有本文中描述的类型的叶片单元的风扇中振动的强度在所有的方向上普遍减小，在方向Z上具有超过50％的最大减小。

当然，在不违反本发明的原理的情况下，构造的细节和实施例可以相对于在本文中纯粹通过非限定性示例示出的实施例而改变，甚至显著地改变，而并未由此脱离如由所附权利要求所限定的本发明的范围。例如，可以甚至不设计衬套8a和8b，在该情形中并且杆6可以被设计有以上述形式直接接合杆4的部分。另外，在替代实施例中，杆6能够在其不同于其末端部分的内部部分处被约束至杆4。

Claims (9)

1.一种用于工业风扇的叶片单元（10），包括：

－ 叶片（2）；

－ 管状杆（4），所述叶片固定在所述管状杆上，并且所述管状杆具有根部部分（4A），所述根部部分被构造用于由用于将所述杆连接至风扇的转子的机构所接合，

所述叶片单元的特征在于，所述叶片单元包括另外的杆（6），所述另外的杆（6）安装在所述第一管状杆（4）内以便呈现出被轴向地约束至所述第一杆的第一部分（6A），以及在由于所述第一杆的弯曲而产生的变形之后相反地能够在滑动摩擦的条件下相对于所述第一杆滑动的第二部分。

2.根据权利要求1所述的单元，其中，所述另外的杆（6）被设置在所述第一杆的所述根部部分（4A）处。

3.根据权利要求1或2所述的单元，其中，所述另外的杆的所述第一部分（6A）和所述第二部分（6B）被设置成彼此隔开，并且优选地分别限定了所述杆的第一端部和第二端部。

4.根据权利要求3所述的单元，其中，设置在所述第一和第二部分（6A，6B）之间的所述另外的杆的部分直接地面向所述第一杆（4）的内表面但不与所述内表面接触。

5.根据前述权利要求的任一项所述的单元，其中，所述另外的杆（6）根据下述定向而安装在所述第一杆（4）内：所述定向使得所述第二部分（6B）比所述第一部分（6A）更靠近于所述叶片的尖端。

6.根据前述权利要求的任一项所述的单元，包括第一衬套（8A）和第二衬套（8B），所述第一衬套（8A）和第二衬套（8B）固定在所述第一杆（4）内，并且所述另外的杆的所述第一和第二部分（6A，6B）分别容纳在所述第一衬套（8A）和第二衬套（8B）内，其中，所述第一部分（6A）经由连接机构固定至所述第一衬套（8A），而所述第二部分（6B）在不存在将所述第二部分（6B）直接地固定至所述第二衬套（8B）的连接机构的情况下与所述第二衬套（8B）没有游隙地接合。

7.根据前述权利要求的任一项所述的单元，其中，所述第一杆（4）和/或所述另外的杆（6）借助于拉挤成形工艺由复合材料制成。

8.根据权利要求7所述的单元，其中，所述复合材料由用粗纱和/或碳纤维增强的玻璃纤维构成。

9.根据权利要求6所述的单元，其中，所述第二部分（6b）在从0mm至2mm的范围的游隙的条件下与所述第二衬套（8b）接合。