CN108252953B - 一种扇叶及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扇叶及方法，所述扇叶叶根至扇叶最宽部的翼型相对厚度递减、机型弯曲度递增，扇叶最宽部至扇叶叶尖的翼型相对厚度递增、翼型弯曲度递减，所述最宽部位于距离叶根1/5‑1/2处；所述方法包括高强度复合材料注射成型、合金铸造或压铸成型；本发明提供了能够提高风机效能的扇叶和方法。

Description

一种扇叶及方法
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种能够提高风机效能的扇叶及方法。
背景技术
风机的应用越来越广泛，然而，现有技术中的畜牧业等风机的叶叶片叶形大多采用金属板形压滚成型制造扇叶结构几乎千篇一律，这种结构简单的扇叶对风机效能的提升产生了严重的阻碍。
专利号为CN203500112U的中国专利，一种节能型的轴流风机，公开了一种节能型的轴流风机，包括风机扇叶的轮毂，轮毂上固定有叶片，叶片包括前缘和后缘，叶片前缘的反面上成型有若干个球面状的凹窝；叶片后缘的正面上成型有若干个球面状的凹窝。该专利利用风扇风叶旋转使叶片正反面的凹窝产生涡流将叶片正面的气流引向叶片的后缘侧，从而降低出风端的风速和减少背面负压，减小风扇的旋转阻力，降低了能耗，同时将前一叶片背面引向尾部的气流，连同后一叶片正面产生的气流一起被压向出风口，增加了风扇的风量，有效的提高了风机的效率，但是该专利仅通过加设凹窝改变风流，这种改变对风机效能的提高程度有限。
因此，现有技术还缺少一种能够稳定提高风机效能的扇叶。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种高效的扇叶，该扇叶叶根至扇叶最宽部的翼型相对厚度递减、机型弯曲度递增，扇叶最宽部至扇叶叶尖的翼型相对厚度递增、翼型弯曲度递减，所述最宽部位于距离叶根1/5-1/2处。
优选地，所述最宽部位于距离叶根1/5-3/10处，进一步优选地，所述最宽部位于距离叶根1/5处。
优选地，所述叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.06-0.10、0.02-0.05和0.05-0.09；进一步优选地，所述叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.07-0.09、0.03-0.05和0.06-0.08；更进一步优选地，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.07、0.03和0.06。
优选地，所述叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.020-0.040、0.074-0.093和0.050-0.67；进一步优选地，所述叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.024-0.034、0.079-0.089和0.052-0.062；更进一步优选地，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.024、0.089和0.052。
优选地，叶片内各切圆的中心连线形成的叶片中弧线，中弧线与前缘的交点为前缘点，中环线与后缘的交点为后缘点；所述前缘点相对半径为10％-14％，所述后缘点相对半径为6％-10％。
优选地，包括小翼，所述小翼设于叶片叶尖的压力面和/或吸力面；小翼设计解决了扇叶叶尖吸力面和压力面通过壳体间隙气流短路的问题，降低了噪音、减少了气流损耗、提升了扇叶效率。
优选地，所述小翼高度为翼型厚度的0.3-1.5倍；进一步优选地，所述小翼高度为翼型厚度的0.5-1倍。
优选地，所述扇叶吸力面后缘设有防噪带；防噪带采用仿生学设计，降低扇叶高速转动的噪音，防噪带设计解决了扇叶噪音改善的问题。
优选地，所述防噪带为齿型带，所述齿形带凸出于叶片吸力面0-0.5mm。
优选地，所述齿型带的齿夹角从叶根至叶尖逐渐增大。
优选地，所述叶根处的齿夹角为50-57°，所述叶尖处的齿夹角为58-65°；进一步优选地，所述叶根处的齿夹角为52-56°，所述叶尖处的齿夹角为58-62°。
一种制作本发明所述扇叶的方法，其特征在于，所述方法包括高强度复合材料注射成型、合金铸造或压铸成型。
优选地，所述合金包括铝合金和锌合金。
优选地，所述扇叶使用高强度注射成型技术制备，所述扇叶采用高强度复合材料；使用高强度复合材料注射成型设计解决了叶片比强度不高的问题，高强度高精度低重量的叶片装配成的叶片质量偏差极小精度高，满足精度要求不需要另外单独做扇叶整体的动平衡；同时由于比强度高，叶片刚度好，使叶片自身的固有频率大幅提高，解决了扇叶固有频率及其倍频容易和风机转频产生共振的问题，特别是作为变速风机使用时容易出现风机在变速中某一转频下共振的问题。
优选地，所述齿型线前端距后缘线距离≤6mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
1、本发明扇叶的独特结构，稳定地增强了风机效能；
2、本发明扇叶新增小翼，小翼设计解决了扇叶叶尖吸力面和压力面通过壳体间隙气流短路的问题，降低了噪音、减少气流损耗、提升了扇叶效率。
3、本发明扇叶新增防噪带，防噪带设计解决了扇叶噪音的问题。
4、本发明采用高强度注射成型技术，强度增加、平衡精度更高且减少了共振的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的扇叶结构示意图；
图2是本发明实施例的含小翼和防噪带的扇叶结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
本发明所述的前缘和后缘在叶片上相对而设。
本发明所述的叶根，位于叶片与风机轮毂结合处。
本发明所述的叶尖，位于叶片自由端，与叶根相对。
本发明所述的最宽部，位于叶片上宽度最大的部分。
本发明所述的翼型厚度为垂直于翼弦的翼型上下表面之间的直线段长度。
本发明所述的翼型相对厚度为翼型厚度与翼型宽度的比值。
本发明所述的翼型相对弯曲度为翼型长度与翼型弦长的比值。
本发明所述的前缘点为叶片内各切圆的中心连线形成的叶片中弧线，中弧线与前缘点的交点为前缘点，中环线与后缘点的交点为后缘点。
本发明所述的前缘点相对半径为前缘点半径与最大翼型厚度的比值。
本发明所述的后缘点相对半径为后缘点半径与最大翼型厚度的比值。
本发明所述的高强度注射成型技术包括现有技术(桥本辉国,谢世杰.高强度注射成型(LCM)系统，橡胶参考资料,1989.)公开的高强度注射成型技术。
实施例1
如图1所示，一种扇叶包括前缘1、后缘2、叶根3、叶尖4和最宽部5，最宽部设于距离叶根1/5处，叶根3、最宽部5和叶尖4的翼型相对厚度分别为0.07、0.03和0.06，叶根3、最宽部5和叶尖4的翼型弯曲度分别为0.024、0.089和0.052。
现有技术叶片采用1.8mm-2.0mm的镀锌板或者不锈钢板滚压制作而成，滚压弧度为R355mm，成型角度17°，支架扭转角32°，出气角170mm*44*32.7°，叶尖处高低差67.7mm，叶根处高低差127mm。
本实施例的扇叶使用高强度注射成型技术，采用高强度复合材料；与现有技术相比，本实施例的扇叶强度更高，本实施例高强度、高精度、低重量的叶片，相对现有技术动平衡精度高，不需要再单独做动平衡；同时由于比强度高，叶片刚度好，使叶片自身的固有频率大幅提高，现有技术的扇叶固有频率及其倍频容易和风机转频产生共振，而本实施例相比现有技术，即使是在变速风机使用时，共振的现象明显改善。
实施例2
如图2所示，一种扇叶包括前缘、后缘、叶根、叶尖和最宽部，最宽部设于距离叶根1/5处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.07、0.03和0.06，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.024、0.089和0.052。
还包括小翼6和/或防噪带7，小翼6连接叶尖4，小翼6高度与翼型厚度相同。防噪带7设于扇叶吸力面后缘2，防噪带7为齿型带，齿型带的齿夹角从叶根至叶尖逐渐增大，叶根处的齿夹角为55°，叶尖处的齿夹角为58°；小翼厚度为1.5-2mm，齿型带长度8-12mm，齿型带前端距后缘线距离≤6mm。
本实施例的包括小翼6的扇叶与现有技术相比扇叶叶尖吸力面和压力面通过壳体间隙气流无短路现象，从而使本实施例的包括小翼6的扇叶降低了噪音、减少了气流损耗、提升了扇叶效率。本实施例的包括防噪带7的扇叶，与现有技术相比扇叶噪音明显减少，将本实施例的包括防噪带7的扇叶的风机用于畜牧业中，与现有技术相比，本实施例的包括防噪带7的扇叶的风机对养殖动物的应激影响有明显改善，因为噪音减少，养殖动物受噪音影响而产生的应激反应也明显降低，这将有利于动物养殖。
实施例3
实施例1中的扇叶和现有技术的扇叶,对上述两种扇叶进行流场分析，分别统计两者压力面与吸力面间的气体是否有分流，并计算出理论的扇叶效率及其他参数的模拟结果，通过比较两者的结果发现，本发明的扇叶比现有技术的扇叶效率增加15％。
按照实施例1所述的扇叶参数大样制作出1:1扇叶模型，与现有技术的扇叶相比，本发明的效率增加16％，与CFD软件模拟结果基本吻合。
本实施例还分析了最宽部设于距离叶根1/5处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.08、0.04和0.07，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.029、0.084和0.057；最宽部设于距离叶根3/10处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.09、0.05和0.08，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.034、0.089和0.062两种扇叶与现有技术的扇叶，结果发现，本发明的两种扇叶效率比比现有技术效率增加13％和18％。
实施例4
实施例2中的翼型进行流场分析(方法基本同实施例2)，与现有技术的扇叶相比，本发明的扇叶效率能增加20％的，噪声减少3％。
按照实施例2所述的扇叶参数大样制作出1:1扇叶模型，与现有技术的扇叶相比，本发明的效率增加19％，噪音减少4％，与CFD软件模拟结果基本吻合。
本实施例还分析了最宽部设于距离叶根1/5处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.08、0.04和0.07，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.029、0.084和0.057，小翼厚度为1.5-2mm；最宽部设于距离叶根3/10处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.09、0.05和0.08，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.034、0.089和0.062两种扇叶与现有技术的扇叶叶根的，小翼厚度为1.5-2mm；结果发现，本发明的两种扇叶效率比比现有技术效率增加13％和18％，噪音减少3％和4％。
实施例5
实施例2中含齿型带的扇叶的翼型进行流场分析(方法基本同实施例2)，与现有技术的扇叶相比，本发明的扇叶效率能增加15％的，噪声减少3％。
按照实施例2所述的扇叶参数大样制作出1:1扇叶模型，与现有技术的扇叶相比，本发明的效率增加15％，噪音减少4％，与CFD软件模拟结果基本吻合。
本实施例还分析了最宽部设于距离叶根1/5处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.08、0.04和0.07，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.029、0.084和0.057，叶根处的齿夹角为56°，叶尖处的齿夹角为62°，齿型带长度8-12mm，齿型带前端距后缘线距离≤6mm。；最宽部设于距离叶根3/10处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.09、0.05和0.08，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.034、0.089和0.062两种扇叶与现有技术的扇叶叶根的，齿夹角为52°，叶尖的齿夹角为58°，齿型带长度8-12mm，齿型带前端距后缘线距离≤6mm。结果发现，本发明的两种扇叶效率比比现有技术效率增加14％和15％，噪音减少4％和4％。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种扇叶,其特征在于，所述扇叶叶根至扇叶最宽部的翼型相对厚度递减、翼型弯曲度递增，扇叶最宽部至扇叶叶尖的翼型相对厚度递增、翼型弯曲度递减，所述最宽部位于距离叶根1/5-3/10处；所述叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.06-0.10、0.02-0.05和0.05-0.09；所述叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.020-0.040、0.074-0.093和0.050-0.67。
2.如权利要求1所述的扇叶，其特征在于，最宽部位于距离叶根1/5处，叶根、最宽部和叶尖的翼型相对厚度分别为0.07、0.03和0.06，叶根、最宽部和叶尖的翼型弯曲度分别为0.024、0.089和0.052。
3.如权利要求1所述的扇叶，其特征在于，叶片内各切圆的中心连线形成的叶片中弧线，中弧线与前缘的交点为前缘点，中弧线与后缘的交点为后缘点；所述前缘点相对半径为10％-14％，所述后缘点相对半径为6％-10％。
4.如权利要求1所述的扇叶，其特征在于，包括小翼，所述小翼设于叶片叶尖的压力面和/或吸力面。
5.如权利要求4所述的扇叶，其特征在于，所述小翼高度为翼型厚度的0.3-1.5倍。
6.如权利要求1-5任一所述的扇叶，其特征在于，所述扇叶吸力面后缘设有防噪带。
7.如权利要求6所述的扇叶，其特征在于，所述防噪带为齿型带，所述齿形带为凸出于所述叶片吸力面0-0.5mm。
8.如权利要求7所述的扇叶，其特征在于，所述齿型带的齿夹角从叶根至叶尖逐渐增大。
9.如权利要求8所述的扇叶，其特征在于，所述叶根处的齿夹角为50-57°，所述叶尖处的齿夹角为58-65°。
10.一种制作权利要求1-9任意一项所述扇叶的方法，其特征在于，所述方法包括高强度复合材料注射成型、合金铸造或压铸成型。
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