CN109114041A - 一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，包括叶片(1)和叶盘(2)，设置在叶片(1)和叶盘(2)之间的叶根导圆(3)，以及设置在叶根导圆(3)两侧的叶根槽(4)。本发明可以在不影响或较小程度上影响轴流风机气动性能的前提下，在轴流风机转子叶片和叶盘间合理设置叶根导圆和叶根槽结构，以增加轴流风机转子叶片叶根处的强度，从而避免转子叶片在使用过程中发生安全问题。

Description

一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构

技术领域

本发明涉及一种燃煤电厂、矿山、地铁等场所使用的轴流风机，具体涉及一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构。

背景技术

燃煤电厂、矿山、地铁等场所使用的轴流风机转子叶片，在运行过程中要承受旋转离心力、质量力、气动力等作用，叶片会产生较大的切向应力和径向应力，这两种应力的长期作用可能会使叶片发生破坏。

轴流风机转子叶片在旋转时，离心力和由它所引起的应力在叶片顶端为零，向叶根逐渐增大，到叶片根部时达到最大值。因此，需要合理选择轴流风机转子叶片根部的结构，使其满足结构强度的要求，以保证转子叶片在实际运行过程中不发生安全问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其可以在不影响或较小程度上影响轴流风机气动性能的前提下，在轴流风机转子叶片和叶盘间合理设置叶根导圆和叶根槽结构，以增加轴流风机转子叶片叶根处的强度，从而避免转子叶片在使用过程中发生安全问题。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，包括叶片和叶盘，设置在叶片和叶盘之间的叶根导圆，以及设置在叶根导圆两侧的叶根槽。

本发明进一步的改进在于，叶片为由叶片吸力面、叶片压力面、叶片前缘圆弧曲面、叶片尾缘圆弧曲面、叶根截面和叶尖截面六个面所构成的实体。

本发明进一步的改进在于，叶盘为由叶盘上表面、叶盘侧面、叶盘下表面、叶片吸力面导圆曲面和叶片压力面导圆曲面构成的实体，叶盘设置于叶根截面下方，用于将叶片固定于轴流风机轮毂上，且叶盘中心线通过叶片回转中心线，且叶盘直径为D2，高度为H2，且有20mm≤D2≤80mm，10mm≤H2≤100mm。

本发明进一步的改进在于，叶片吸力面导圆曲面为叶盘上表面与叶盘侧面在叶片吸力面侧的导圆曲面，导圆半径为R₂₁₀，叶片压力面导圆曲面为叶盘上表面与叶盘侧面在叶片压力面侧的导圆曲面，导圆半径为R₂₁₁，且有2mm≤R₂₁₀≤5mm，2mm≤R₂₁₁≤5mm，R₂₁₁＝R₂₁₀。

本发明进一步的改进在于，叶根导圆包括吸力面叶根导圆和压力面叶根导圆，均设置于叶片和叶盘之间，实现叶片和叶盘之间的光滑过度连接，用于提高转子叶片根部的强度。

本发明进一步的改进在于，吸力面叶根导圆包括7个导圆曲面，分别为第一吸力面叶根导圆曲面至第七吸力面叶根导圆曲面，造型方法如下：

①第一吸力面叶根导圆曲面和第二吸力面叶根导圆曲面分别为半径R₃₀₁的圆弧和长度L₃₀₂的线段BC绕叶片回转中心线回转形成的曲面，曲面的界限为叶片吸力面，其中，圆弧和线段BC的造型方法为：叶盘上表面与叶片吸力面导圆曲面交点为A，以点A为切点作一半径为R₃₀₁的圆与直线AD相切，然后从叶盘上表面高H302处点C引一条直线与该圆相切，切点为B，这样圆弧和线段BC就确定了，高H302的确定方法为：直线AC与叶盘上表面的夹角为α，其中，5mm≤R₃₀₁≤H₃₀₂，D点为叶盘上表面与叶片压力面导圆曲面交点，15°≤α≤60°；

②第三吸力面叶根导圆曲面和第四吸力面叶根导圆曲面为叶片吸力面导圆曲面与叶片吸力面的两个导圆曲面，其中，第三吸力面叶根导圆曲面为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₃，第四吸力面叶根导圆曲面为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₄，其中以叶片进气方向的上游为前，下游为后，2mm≤R₃₀₃≤6mm，2mm≤R₃₀₄≤6mm；

③第五吸力面叶根导圆曲面和第六吸力面叶根导圆曲面为第一吸力面叶根导圆曲面与叶片吸力面的两个导圆曲面，其中，第五吸力面叶根导圆曲面为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₅，第六吸力面叶根导圆曲面为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₆，其中2mm≤R₃₀₅≤6mm，2mm≤R₃₀₆≤6mm；

④第七吸力面叶根导圆曲面为第二吸力面叶根导圆曲面与叶片吸力面的导圆曲面，导圆半径为R₃₀₇，且2mm≤R₃₀₇≤6mm。

本发明进一步的改进在于，压力面叶根导圆包括7个导圆曲面，分别为第一压力面叶根导圆曲面至第七压力面叶根导圆曲面，造型方法如下：

①第一压力面叶根导圆曲面和第一压力面叶根导圆曲面分别为半径R₃₁₁的圆弧和长度L₃₁₂的线段EC绕叶片回转中心线回转形成的曲面，曲面的界限为叶片压力面，其中，圆弧和线段EC的造型方法为：叶盘上表面与叶片压力面导圆曲面交点为D，以点D为切点作一半径为R₃₁₁的圆与直线AD相切，然后从叶盘上表面高H312处点C引一条直线与该圆相切，切点为E，这样圆弧和线段EC就确定了，其中，H312＝H302，5mm≤R₃₁₁≤H₃₁₂；

②第三压力面叶根导圆曲面和第四压力面叶根导圆曲面为叶片压力面导圆曲面与叶片压力面的两个导圆曲面，其中，第三压力面叶根导圆曲面为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₃，第四压力面叶根导圆曲面为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₄；其中2mm≤R₃₁₃≤6mm，2mm≤R₃₁₄≤6mm；

③第五压力面叶根导圆曲面和第六压力面叶根导圆曲面为第一压力面叶根导圆曲面与叶片压力面的两个导圆曲面，其中，第五压力面叶根导圆曲面为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₅，第六压力面叶根导圆曲面为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₆；其中2mm≤R₃₁₅≤6mm，2mm≤R₃₁₆≤6mm；

④第七压力面叶根导圆曲面为第一压力面叶根导圆曲面与叶片压力面的导圆曲面，导圆半径为R₃₁₇，且2mm≤R₃₁₇≤6mm。

本发明进一步的改进在于，叶根槽包括叶根前槽和叶根尾槽，均设置于叶根截面和叶盘之间，用于提高叶片根部的强度。

本发明进一步的改进在于，叶根前槽包括2个导圆曲面，分别为第一叶根前槽导圆曲面和第二叶根前槽导圆曲面；其中，第一叶根前槽导圆曲面为叶根截面在叶盘前方曲面与叶盘侧面的导圆曲面，该导圆一侧与叶盘侧面相切，导圆角度为90°，导圆半径为R₄₀₁；第二叶根前槽导圆曲面为第一叶根前槽导圆曲面中不与叶盘相邻一侧曲面的导圆，导圆半径为R₄₀₂，其中2mm≤R₄₀₁≤6mm，2mm≤R₄₀₂≤R₄₀₁。

本发明进一步的改进在于，叶根后槽包括2个导圆曲面，分别为第一叶根后槽导圆曲面和第二叶根后槽导圆曲面；其中，第一叶根后槽导圆曲面为叶根截面在叶盘后方曲面与叶盘侧面的导圆曲面，该导圆一侧与叶盘侧面相切，导圆角度为90°，导圆半径为R₄₁₁；第二叶根后槽导圆曲面为第一叶根后槽导圆曲面中不与叶盘相邻一侧曲面的导圆，导圆半径为R₄₁₂，其中2mm≤R₄₁₁≤6mm，2mm≤R₄₁₂≤R₄₁₁。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，能够保证转子叶片本身结构强度满足实际使用的要求，而且该技术方案能够让叶片通过叶盘良好的固定安装与轮毂上。叶片和叶盘之间的叶根导圆可以减少叶根区域的应力集中，提高叶根区域的强度，而叶根槽可以进一步提高叶根区域的强度。

进一步，本发明能够实现转子叶片本身的快速造型，同时便于叶片的加工和制作。

进一步，本发明能够实现叶盘的快速造型，同时叶盘中心线与叶片中心线重合可以保证转子叶片在安装和运行过程中稳定的转动，又能保证转子叶片旋转时有良好的动平衡性能，降低轴流风机的故障率。

进一步，本发明能够实现叶盘导圆曲面的快速造型，同时降低叶盘本身的应力集中，进而提高叶盘结构的强度。

进一步，权利要求5的技术方案对叶盘叶根导圆进行了区域划分，能够实现叶片和叶盘之间的光滑过度连接，进而提高叶根区域的强度。

进一步，本发明能够实现7个吸力面叶根导圆的快速造型，并且可以灵活的选取7个吸力面叶根导圆的导圆半径，能够满足叶根吸力面区域不同结构强度的造型要求。

进一步，本发明能够实现7个压力面叶根导圆的快速造型，并且可以灵活的选取7个压力面叶根导圆的导圆半径，能够满足叶根压力面区域不同结构强度的造型要求。

进一步，本发明能够实现叶根槽的快速造型，并且可以灵活的选取4个叶根槽导圆曲面的导圆半径，能够进一步降低叶片和叶片连接区域的应力集中，进而可以进一步提高叶片根部的强度。

附图说明

图1为本发明转子叶片整体结构示意图。

图2为本发明转子叶片结构示意图。

图3为本发明叶盘结构示意图。

图4为本发明叶根吸力面导圆结构示意图。

图5为本发明叶根压力面导圆结构示意图。

图6为本发明叶根导圆造型原理示意图。

图7为本发明叶根槽结构示意图。

图中，1.叶片，10.叶片吸力面，11.叶片压力面，12.叶片前缘圆弧曲面，13.叶片尾缘圆弧曲面，14.叶根截面，15.叶尖截面。

2.叶盘，21.叶片上表面，22.叶盘侧面，23.叶片下表面，210.叶片吸力面导圆曲面，211.叶片压力面导圆曲面。

3.叶根导圆，30.吸力面叶根导圆，31.压力面叶根导圆。301～307为第一至第七吸力面叶根导圆曲面。311～317为第一至第七压力面叶根导圆曲面。

4.叶根槽，40.叶根前槽，41.叶根后槽。401为第一叶根前槽导圆曲面，402为第二叶根前槽导圆曲面，411为第一叶根后槽导圆曲面，412为第二叶根后槽导圆曲面。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

国内某200MW机组增压风机为动叶可调式轴流风机，风机设计参数为：风量459.53m³/s，全压6000Pa，入口密度0.8kg/m³。风机转子叶片数为18片，后导叶叶片数为19片。增压风机在运行过程中转子叶片出现过叶根变形甚至局部断裂的情况，这影响到机组的安全稳定运行。

针对增压风机的转子叶片叶根断裂问题，提出了一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构方法，在叶片(1)和叶盘(2)之间设置叶根导圆(3)和叶根槽(4)，叶盘(2)上也设置有导圆曲面210和211。其中，叶盘直径D2＝50mm，叶片高度H2＝20mm，R₂₁₁＝R₂₁₀＝3mm，R₃₁₁＝R₃₀₁＝10mm，H312＝H302＝20mm，α＝42.3°，R₃₁₃＝R₃₀₃＝5mm，R₃₁₄＝R₃₀₄＝5mm，R₃₁₅＝R₃₀₅＝3mm，R₃₁₆＝R₃₀₆＝3mm，R₃₁₇＝R₃₀₇＝5mm，R₄₁₁＝R₄₀₁＝5mm，R₄₁₂＝R₄₀₂＝3mm。

本发明的实施效果：叶片材质为铝合金，转子叶片叶根导圆造型前，经过ANSYS静力学分析计算，叶根区域的最大应力为210MPa左右，接近铝合金材料的屈服极限280MPa；转子叶片叶根导圆造型后，经过ANSYS静力学分析计算，叶根区域的最大应力为26MPa左右，远低于铝合金材料的屈服极限280MPa。因此，本发明的实施效果良好，显著地提高了风机转子叶片叶根区域的结构强度，提高了风机运行的安全性，也保证了机组的安全稳定运行。

Claims (10)

1.一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，包括叶片(1)和叶盘(2)，设置在叶片(1)和叶盘(2)之间的叶根导圆(3)，以及设置在叶根导圆(3)两侧的叶根槽(4)。

2.根据权利要求1所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶片(1)为由叶片吸力面(10)、叶片压力面(11)、叶片前缘圆弧曲面(12)、叶片尾缘圆弧曲面(13)、叶根截面(14)和叶尖截面(15)六个面所构成的实体。

3.根据权利要求2所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶盘(2)为由叶盘上表面(21)、叶盘侧面(22)、叶盘下表面(23)、叶片吸力面导圆曲面(210)和叶片压力面导圆曲面(211)构成的实体，叶盘(2)设置于叶根截面(14)下方，用于将叶片(1)固定于轴流风机轮毂上，且叶盘(2)中心线通过叶片(1)回转中心线，且叶盘直径为D2，高度为H2，且有20mm≤D2≤80mm，10mm≤H2≤100mm。

4.根据权利要求3所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶片吸力面导圆曲面(210)为叶盘上表面(21)与叶盘侧面(22)在叶片吸力面(10)侧的导圆曲面，导圆半径为R₂₁₀，叶片压力面导圆曲面(211)为叶盘上表面(21)与叶盘侧面(22)在叶片压力面(11)侧的导圆曲面，导圆半径为R₂₁₁，且有2mm≤R₂₁₀≤5mm，2mm≤R₂₁₁≤5mm，R₂₁₁＝R₂₁₀。

5.根据权利要求3所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶根导圆(3)包括吸力面叶根导圆(30)和压力面叶根导圆(31)，均设置于叶片(1)和叶盘(2)之间，实现叶片(1)和叶盘(2)之间的光滑过度连接，用于提高转子叶片根部的强度。

6.根据权利要求5所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，吸力面叶根导圆(30)包括7个导圆曲面，分别为第一吸力面叶根导圆曲面(301)至第七吸力面叶根导圆曲面(307)，造型方法如下：

①第一吸力面叶根导圆曲面(301)和第二吸力面叶根导圆曲面(302)分别为半径R₃₀₁的圆弧和长度L₃₀₂的线段BC绕叶片回转中心线回转形成的曲面，曲面的界限为叶片吸力面(10)，其中，圆弧和线段BC的造型方法为：叶盘(2)上表面与叶片吸力面导圆曲面(210)交点为A，以点A为切点作一半径为R₃₀₁的圆与直线AD相切，然后从叶盘(2)上表面高H302处点C引一条直线与该圆相切，切点为B，这样圆弧和线段BC就确定了，高H302的确定方法为：直线AC与叶盘(2)上表面的夹角为α，其中，5mm≤R₃₀₁≤H₃₀₂，D点为叶盘(2)上表面与叶片压力面导圆曲面(211)交点，15°≤α≤60°；

②第三吸力面叶根导圆曲面(303)和第四吸力面叶根导圆曲面(304)为叶片吸力面导圆曲面(210)与叶片吸力面(10)的两个导圆曲面，其中，第三吸力面叶根导圆曲面(303)为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₃，第四吸力面叶根导圆曲面(304)为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₄，其中以叶片进气方向的上游为前，下游为后，2mm≤R₃₀₃≤6mm，2mm≤R₃₀₄≤6mm；

③第五吸力面叶根导圆曲面(305)和第六吸力面叶根导圆曲面(306)为第一吸力面叶根导圆曲面(301)与叶片吸力面(10)的两个导圆曲面，其中，第五吸力面叶根导圆曲面(305)为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₅，第六吸力面叶根导圆曲面(306)为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₀₆，其中2mm≤R₃₀₅≤6mm，2mm≤R₃₀₆≤6mm；

④第七吸力面叶根导圆曲面(307)为第二吸力面叶根导圆曲面(302)与叶片吸力面(10)的导圆曲面，导圆半径为R₃₀₇，且2mm≤R₃₀₇≤6mm。

7.根据权利要求6所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，压力面叶根导圆(31)包括7个导圆曲面，分别为第一压力面叶根导圆曲面(311)至第七压力面叶根导圆曲面(317)，造型方法如下：

①第一压力面叶根导圆曲面(311)和第一压力面叶根导圆曲面(312)分别为半径R₃₁₁的圆弧和长度L₃₁₂的线段EC绕叶片回转中心线回转形成的曲面，曲面的界限为叶片压力面(11)，其中，圆弧和线段EC的造型方法为：叶盘(2)上表面与叶片压力面导圆曲面(211)交点为D，以点D为切点作一半径为R₃₁₁的圆与直线AD相切，然后从叶盘(2)上表面高H312处点C引一条直线与该圆相切，切点为E，这样圆弧和线段EC就确定了，其中，H312＝H302，5mm≤R₃₁₁≤H₃₁₂；

②第三压力面叶根导圆曲面(313)和第四压力面叶根导圆曲面(314)为叶片压力面导圆曲面(211)与叶片压力面(11)的两个导圆曲面，其中，第三压力面叶根导圆曲面(313)为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₃，第四压力面叶根导圆曲面(314)为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₄；其中2mm≤R₃₁₃≤6mm，2mm≤R₃₁₄≤6mm；

③第五压力面叶根导圆曲面(315)和第六压力面叶根导圆曲面(316)为第一压力面叶根导圆曲面(311)与叶片压力面(11)的两个导圆曲面，其中，第五压力面叶根导圆曲面(315)为前方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₅，第六压力面叶根导圆曲面(316)为后方导圆曲面，导圆半径为R₃₁₆；其中2mm≤R₃₁₅≤6mm，2mm≤R₃₁₆≤6mm；

④第七压力面叶根导圆曲面(317)为第一压力面叶根导圆曲面(312)与叶片压力面(11)的导圆曲面，导圆半径为R₃₁₇，且2mm≤R₃₁₇≤6mm。

8.根据权利要求3所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶根槽(4)包括叶根前槽(40)和叶根尾槽(41)，均设置于叶根截面(14)和叶盘(2)之间，用于提高叶片根部的强度。

9.根据权利要求8所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶根前槽(40)包括2个导圆曲面，分别为第一叶根前槽导圆曲面(401)和第二叶根前槽导圆曲面(402)；其中，第一叶根前槽导圆曲面(401)为叶根截面(14)在叶盘(2)前方曲面与叶盘侧面(22)的导圆曲面，该导圆一侧与叶盘侧面(22)相切，导圆角度为90°，导圆半径为R₄₀₁；第二叶根前槽导圆曲面(402)为第一叶根前槽导圆曲面(401)中不与叶盘(2)相邻一侧曲面的导圆，导圆半径为R₄₀₂，其中2mm≤R₄₀₁≤6mm，2mm≤R₄₀₂≤R₄₀₁。

10.根据权利要求8所述的一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构，其特征在于，叶根后槽(41)包括2个导圆曲面，分别为第一叶根后槽导圆曲面(411)和第二叶根后槽导圆曲面(412)；其中，第一叶根后槽导圆曲面(411)为叶根截面(14)在叶盘(2)后方曲面与叶盘侧面(22)的导圆曲面，该导圆一侧与叶盘侧面(22)相切，导圆角度为90°，导圆半径为R₄₁₁；第二叶根后槽导圆曲面(412)为第一叶根后槽导圆曲面(411)中不与叶盘(2)相邻一侧曲面的导圆，导圆半径为R₄₁₂，其中2mm≤R₄₁₁≤6mm，2mm≤R₄₁₂≤R₄₁₁。