CN111425451A - 一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼 - Google Patents

Abstract

本发明属于风机叶片领域，并公开了一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼。该叶尖小翼设置在斜流风机动叶的吸力面上，并与所述吸力面贴合，该叶尖小翼的截面包括上轮廓线和下轮廓线，上、下轮廓线为非均匀有理B样条曲线，该B样条曲线上设置有7个控制点，与叶型中弧线上的7个投影点一一对应，控制点和投影点的连线垂直吸力面型线，叶尖小翼不同位置处的厚度根据动叶不同位置的半径进行设定。通过本发明，有效控制斜流风机叶顶间隙流动，减弱叶尖泄漏涡，降低叶顶泄漏率，提高风机效率，提供的叶尖小翼结构简单，效率提升明显，产业运用前景好等特点，适合于在低压风机领域推广。

Description

一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼

技术领域

本发明属于风机叶片领域，更具体地，涉及一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼。

背景技术

斜流风机介于轴流风机和离心风机之间，具有压力高、风量大、效率高、结构紧凑、噪音低、体积小等优点，广泛运用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风，排尘和冷却。由于其运用范围和数量的广泛，其耗电量在整个社会的耗电量中占有较大的比重，因此对其进行优化设计和改性，进一步提高其效率具有重大的节能意义。

斜流风机中由于叶顶间隙的存在，斜流风机中的叶顶泄露流是其内部流动损失的主要原因之一，因此开发一种控制斜流风机叶顶泄露流的结构和改型方法符合节能减排政策，具有重要意义和实际价值。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，通过在斜流风机动叶的吸力面叶顶部位添加叶尖小翼并对该叶尖小翼的结构进行改进，具体包括叶尖小翼上各控制点处的小翼相对宽度和所处位置，小翼厚度等进行改进，与原型斜流风机相比能够有效增加风机全压和提升全压效率，降低叶顶泄露率，具有良好的产业运用效果。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，该叶尖小翼设置在斜流风机动叶的吸力面上，并与所述吸力面贴合，该叶尖小翼的截面包括上轮廓线和下轮廓线，上轮廓线为非均匀有理B样条曲线，该B样条曲线上划分为第一控制点、第二控制点、第三控制点、第四控制点、第五控制点、第六控制点和第七控制点，分别对应斜流风机动叶的叶型中弧线上的第一投影点、第二投影点、第三投影点、第四投影点、第五投影点、第六投影点和第七投影点，第一控制点和第一投影点重合，为所述叶型中弧线的前缘点，第七控制点和第七投影点重合，为所述叶型中弧线的尾缘点，第i个控制点和第i个投影点之间的连线垂直于所述吸力面的吸力面型线，其中，i是控制点和投影点的编号，i＝2，3，…，6。

进一步优选地，所述第二投影点与第一投影点之间的距离为所述叶型中弧线弦长8％～12％，连接第二控制点与第二投影点形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第二上交点，与下轮廓线的交点为第二下交点，所述第二控制点与第二上交点之间的距离与第二上交点与第二下交点之间的距离的比值为0.8～2。

进一步优选地，所述第三投影点与第一投影点之间的距离为所述叶型中弧线弦长20％～30％，连接第三控制点与第三投影点形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第三上交点，与下轮廓线的交点为第三下交点，所述第三控制点与第三上交点之间的距离与第三上交点与第三下交点之间的距离的比值为1～2.5。

进一步优选地，所述第四投影点与第一投影点之间的距离为所述叶型中弧线弦长40％～60％，连接第四控制点与第四投影点形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第四上交点，与下轮廓线的交点为第四下交点，所述第四控制点与第四上交点之间的距离与第四上交点与第四下交点之间的距离的比值为1～2.5。

进一步优选地，所述第五投影点与第一投影点之间的距离为所述叶型中弧线弦长70％～80％，连接第五控制点与第五投影点形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第五上交点，与下轮廓线的交点为第五下交点，所述第五控制点与第五上交点之间的距离与第五上交点与第五下交点之间的距离的比值为1～2.5。

进一步优选地，所述第六投影点与第一投影点之间的距离为所述叶型中弧线弦长88％～92％，连接第六控制点与第六投影点形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第六上交点，与下轮廓线的交点为第六下交点，所述第六控制点与第六上交点之间的距离与第六上交点与第六下交点之间的距离的比值为0.8～2。

进一步优选地，所述叶尖小翼的厚度与动叶的半径按照下列关系进行设定：

δ₂＝(0.005～0.015)R₁

其中，δ₂是叶尖小翼的厚度，R₁是动叶的半径。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明中叶尖小翼的上轮廓采用非均匀有理B样条曲线，非均匀有理B样条曲线作为一种广泛使用的曲线拟合方式，简单易行，拟合出来的曲线具有良好的连续性，并且控制点数可控，将叶尖小翼设计为非均匀有理B样条曲线，降低斜流风机叶顶泄露率；

2、本发明提供的叶尖小翼的结构简单，可在原型叶片的基础上直接焊接小翼成型，无需重新开模，便于生产或节能改造，改型后的斜流风机叶顶泄露率降低，风机全压增加，全压效率提升。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的叶尖小翼的截面示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的叶尖小翼立体结构示意图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的叶尖小翼贴合在叶片上的结构示意图；

图4是按照本发明的优选实施例所构建的图3中叶尖小翼贴合在吸力面后的A-A剖视图；

图5是按照本发明的优选实施例所构建的斜流风机的结构示意图；

图6是按照本发明的优选实施例构建的叶尖小翼的相对宽度对风机全压影响的散点图；

图7是按照本发明的优选实施例所构建的叶尖小翼的相对宽度对风机全压效率影响的散点图；

图8是按照本发明的优选实施例所构建的叶尖小翼的相对宽度对叶顶泄漏率影响的散点图；

图9是按照本发明的优选实施例所构建的叶尖小翼7个控制点叶尖小翼相对宽度取值范围图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一控制点，2-第二控制点，3-第三控制点，4-第四控制点，5-第五控制点，6-第六控制点，7-第七控制点，8-第一投影点，9-第二投影点，10-第三投影点，11-第四投影点，12-第五投影点，13-第六投影点，14-第七投影点，15-叶型中弧线，16-上轮廓线，17-吸力面型线，18-下轮廓线，19-叶片根部型线,20-吸力面，21-动叶前缘，22-动叶尾缘，23-叶尖小翼，24-下底面前轮廓线，25-下底面后轮廓线，26-上顶面后轮廓线，27-上顶面包括上顶面前轮廓线，28-叶片压力面，29-动叶轮毂，30-斜流风机外风筒，31-动叶,32-后置导叶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，该叶尖小翼设置在斜流风机动叶的吸力面上，并与所述吸力面贴合，该叶尖小翼的截面包括上轮廓线16和下轮廓线18，上轮廓线16为非均匀有理B样条曲线，该B样条曲线上划分为第一控制点1、第二控制点2、第三控制点3、第四控制点4、第五控制点5、第六控制点6和第七控制点7，分别对应斜流风机动叶的叶型中弧线上的第一投影点8、第二投影点9、第三投影点10、第四投影点11、第五投影点12、第六投影点13和第七投影点14，第一控制点1和第一投影点8重合，为所述叶型中弧线的前缘点，第七控制点7和第七投影点14重合，为所述叶型中弧线的尾缘点，第i个控制点和第i个投影点之间的连线垂直于所述吸力面的吸力面型线，其中，i是控制点和投影点的编号，i＝2，3，…，6。

进一步地，如图9所示，所述第二投影点9与第一投影点8之间的距离为所述叶型中弧线弦长8％～12％，连接第二控制点2与第二投影点9形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第二上交点，与下轮廓线的交点为第二下交点，所述第二控制点2与第二上交点之间的距离与第二上交点与第二下交点之间的距离的比值为0.8～2。

进一步地，如图9所示，所述第三投影点10与第一投影点8之间的距离为所述叶型中弧线弦长20％～30％，连接第三控制点3与第三投影点10形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第三上交点，与下轮廓线的交点为第三下交点，所述第三控制点3与第三上交点之间的距离与第三上交点与第三下交点之间的距离的比值为1～2.5。

进一步地，如图9所示，所述第四投影点11与第一投影点8之间的距离为所述叶型中弧线弦长40％～60％，连接第四控制点4与第四投影点11形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第四上交点，与下轮廓线的交点为第四下交点，所述第四控制点4与第四上交点之间的距离与第四上交点与第四下交点之间的距离的比值为1～2.5。

进一步地，如图9所示，所述第五投影点12与第一投影点8之间的距离为所述叶型中弧线弦长70％～80％，连接第五控制点5与第五投影点12形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第五上交点，与下轮廓线的交点为第五下交点，所述第五控制点5与第五上交点之间的距离与第五上交点与第五下交点之间的距离的比值为1～2.5。

进一步地，如图9所示，所述第六投影点13与第一投影点8之间的距离为所述叶型中弧线弦长88％～92％，连接第六控制点6与第六投影点14形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第六上交点，与下轮廓线的交点为第六下交点，所述第六控制点6与第六上交点之间的距离与第六上交点与第六下交点之间的距离的比值为0.8～2。

如图2所示，图中为立体的叶尖小翼的结构示意图，其包括下底面和上顶面，下底面包括下底面前轮廓线24和下底面后轮廓线25，上顶面包括上顶面前轮廓线27和上顶面后轮廓线26。

如图4所示，图中为图3中叶尖小翼贴合在吸力面后的A-A剖视图，包括带叶尖小翼的斜流风机动叶31、动叶轮毂29，斜流风机外风筒30，其中带叶尖小翼的斜流风机动叶31包括叶片压力面28、吸力面20、叶尖小翼23，叶轮的旋转方向为逆时针方向。上顶面后轮廓线26的半径R₁与动叶31的半径相同，上顶面前轮廓线27的半径R₂小于斜流风机外风筒30的半径，即R₂<R₁，R₂/R₁＝0.985～0.995，此时叶尖小翼的厚度δ₂＝R₁-R₂，因此，所述叶尖小翼的厚度与斜流风机的动叶的半径按照下列关系进行设定：

δ₂＝(0.005～0.015)R₁

其中，δ₂是叶尖小翼的厚度，R₁是动叶的半径。

如图3所示，图中为叶尖小翼贴合在叶片上的结构示意图，其包括原斜流风机动叶片及叶尖小翼结构23，叶尖小翼结构23位于原斜流风机动叶片的吸力面20一侧。

如图5所示，图中为斜流风机的结构示意图，其包括斜流风机动叶31、后置导叶32、动叶毂29、斜流风机外风筒30，气流的流动方向为从进口处进入动叶，经动叶31做功之后流向后置导叶32进行扩压降速，进一步提升整机的效率，最后气流从后置导叶的尾部流出。

下面结合具体的实施例进一步说明本发明。

实施例1

本实施例中，动叶半径R₁为445mm,叶片数为8，叶尖小翼的上顶面后轮廓线26和上顶面前轮廓线27半径R₁、R₂分别为445mm、443mm。

第一投影点8位于叶型中弧线15弦长0％的位置，第一控制点1与叶型中弧线15上的第一投影点8重合，均为前缘点，第一控制点1处的小翼相对宽度为0；

第二投影点9位于叶型中弧线15弦长10％的位置，第二控制点2位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第二投影点9的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第二控制点2处的小翼相对宽度为2；

第三投影点10位于叶型中弧线15弦长25％的位置，第二控制点3位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第三投影点10的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第二控制点3处的小翼相对宽度为2；

第四投影点11位于叶型中弧线15弦长50％的位置，第四控制点4位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第四投影点11的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第四控制点4处的小翼相对宽度为2；

第五投影点12位于叶型中弧线15弦长75％的位置，第五控制点5位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第五投影点12的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第五控制点5处的小翼相对宽度为2；

第六投影点13位于叶型中弧线15弦长90％的位置，第六控制点6位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第六投影点13的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第六控制点6处的小翼相对宽度为2；

第七投影点14位于叶型中弧线15弦长100％的位置，第七控制点7与叶型中弧线15上的第一投影点8重合，均为尾缘点，第七控制点7处的小翼相对宽度为0；

从图6、7和8中可以得出，通过对原型斜流风机动叶进行叶尖小翼改型之后，风机全压提升14.8Pa,全压效率提升1.69个百分点，叶顶泄露率降低5.17％。

实施例2：

本实施例中，动叶半径R₁为445mm,叶片数为8，叶尖小翼的上顶面后轮廓线26和上顶面前轮廓线27半径R₁、R₂分别为445mm、443mm。

第一投影点8位于叶型中弧线15弦长0％的位置，第一控制点1与叶型中弧线15上的第一投影点8重合，均为前缘点，第一控制点1处的小翼相对宽度为0；

第二投影点9位于叶型中弧线15弦长10％的位置，第二控制点2位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第二投影点9的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第二控制点2处的小翼相对宽度为2.5；

第三投影点10位于叶型中弧线15弦长25％的位置，第二控制点3位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第三投影点10的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第二控制点3处的小翼相对宽度为2.5；

第四投影点11位于叶型中弧线15弦长50％的位置，第四控制点4位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第四投影点11的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第四控制点4处的小翼相对宽度为2.5；

第五投影点12位于叶型中弧线15弦长75％的位置，第五控制点5位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第五投影点12的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第五控制点5处的小翼相对宽度为2.5；

第六投影点13位于叶型中弧线15弦长90％的位置，第六控制点6位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第六投影点13的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第六控制点6处的小翼相对宽度为2.5；

第七投影点14位于叶型中弧线15弦长100％的位置，第七控制点7与叶型中弧线15上的第一投影点8重合，均为尾缘点，第七控制点7处的小翼相对宽度为0；

从图6、7和8中可以得出，通过对原型斜流风机动叶进行叶尖小翼改型之后，风机全压提升13.4Pa,全压效率提升1.59个百分点，叶顶泄露率降低7.65％。

实施例3：

本实施例中，动叶半径R₁为245mm,叶片数为7，叶尖小翼的上顶面后轮廓线26和上顶面前轮廓线27半径R₁、R₂分别为245mm、242mm。

第一投影点8位于叶型中弧线15弦长0％的位置，第一控制点1与叶型中弧线15上的第一投影点8重合，均为前缘点，第一控制点1处的小翼相对宽度为0；

第二投影点9位于叶型中弧线15弦长12％的位置，第二控制点2位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第二投影点9的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第二控制点2处的小翼相对宽度为0.8；

第三投影点10位于叶型中弧线15弦长30％的位置，第三控制点3位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第三投影点10的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第三控制点3处的小翼相对宽度为1；

第四投影点11位于叶型中弧线15弦长55％的位置，第四控制点4位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第四投影点11的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第四控制点4处的小翼相对宽度为1.5；

第五投影点12位于叶型中弧线15弦长70％的位置，第五控制点5位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第五投影点12的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第五控制点5处的小翼相对宽度为1.5；

第六投影点13位于叶型中弧线15弦长88％的位置，第六控制点6位于叶型轮廓线吸力面型线17一侧，其与第六投影点13的连线垂直于叶型轮廓线的吸力面型线17，第六控制点6处的小翼相对宽度为0.8；

第七投影点14位于叶型中弧线15弦长100％的位置，第七控制点7与叶型中弧线15上的第一投影点8重合，均为尾缘点，第七控制点7处的小翼相对宽度为0。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，该叶尖小翼设置在斜流风机动叶的吸力面上，并与所述吸力面贴合，该叶尖小翼的截面包括上轮廓线(16)和下轮廓线(18)，该上轮廓线(16)和下轮廓线(18)为非均匀有理B样条曲线，该B样条曲线上划分为第一控制点(1)、第二控制点(2)、第三控制点(3)、第四控制点(4)、第五控制点(5)、第六控制点(6)和第七控制点(7)，分别对应斜流风机动叶的叶型中弧线上的第一投影点(8)、第二投影点(9)、第三投影点(10)、第四投影点(11)、第五投影点(12)、第六投影点(13)和第七投影点(14)，第一控制点(1)和第一投影点(8)重合，为所述叶型中弧线的前缘点，第七控制点(7)和第七投影点(14)重合，为所述叶型中弧线的尾缘点，第i个控制点和第i个投影点之间的连线垂直于所述吸力面的吸力面型线，其中，i是控制点和投影点的编号，i＝2，3，…，6。

2.如权利要求1所述的一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，所述第二投影点(9)与第一投影点(8)之间的距离为所述叶型中弧线弦长8％～12％，连接第二控制点(2)与第二投影点(9)形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第二上交点，与下轮廓线的交点为第二下交点，所述第二控制点(2)与第二上交点之间的距离与第二上交点与第二下交点之间的距离的比值为0.8～2。

3.如权利要求1所述的一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，所述第三投影点(10)与第一投影点(8)之间的距离为所述叶型中弧线弦长20％～30％，连接第三控制点(3)与第三投影点(10)形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第三上交点，与下轮廓线的交点为第三下交点，所述第三控制点(3)与第三上交点之间的距离与第三上交点与第三下交点之间的距离的比值为1～2.5。

4.如权利要求1所述的一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，所述第四投影点(11)与第一投影点(8)之间的距离为所述叶型中弧线弦长40％～60％，连接第四控制点(4)与第四投影点(11)形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第四上交点，与下轮廓线的交点为第四下交点，所述第四控制点(4)与第四上交点之间的距离与第四上交点与第四下交点之间的距离的比值为1～2.5。

5.如权利要求1所述的一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，所述第五投影点(12)与第一投影点(8)之间的距离为所述叶型中弧线弦长70％～80％，连接第五控制点(5)与第五投影点(12)形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第五上交点，与下轮廓线的交点为第五下交点，所述第五控制点(5)与第五上交点之间的距离与第五上交点与第五下交点之间的距离的比值为1～2.5。

6.如权利要求1所述的一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，所述第六投影点(13)与第一投影点(8)之间的距离为所述叶型中弧线弦长88％～92％，连接第六控制点(6)与第六投影点(14)形成直线，该直线与所述吸力面型线的交点为第六上交点，与下轮廓线的交点为第六下交点，所述第六控制点(6)与第六上交点之间的距离与第六上交点与第六下交点之间的距离的比值为0.8～2。

7.如权利要求1所述的一种用于斜流风机动叶上的叶尖小翼，其特征在于，所述叶尖小翼的厚度与斜流风机的动叶的半径按照下列关系进行设定：

δ₂＝(0.005～0.015)R₁

其中，δ₂是叶尖小翼的厚度，R₁是动叶的半径。

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