CN115450953A - 一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构 - Google Patents

一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构 Download PDF

Info

Publication number
CN115450953A
CN115450953A CN202211353993.1A CN202211353993A CN115450953A CN 115450953 A CN115450953 A CN 115450953A CN 202211353993 A CN202211353993 A CN 202211353993A CN 115450953 A CN115450953 A CN 115450953A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow
bionic
noise reduction
blade
wall surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211353993.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115450953B (zh
Inventor
张成春
程文
崔震
孙潇伟
沈淳
吴正阳
韩志武
任露泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weihai Institute Of Bionics Jilin University
Weihai Junming Power Technology Co ltd
Jilin University
Original Assignee
Weihai Institute Of Bionics Jilin University
Weihai Junming Power Technology Co ltd
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weihai Institute Of Bionics Jilin University, Weihai Junming Power Technology Co ltd, Jilin University filed Critical Weihai Institute Of Bionics Jilin University
Priority to CN202211353993.1A priority Critical patent/CN115450953B/zh
Publication of CN115450953A publication Critical patent/CN115450953A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115450953B publication Critical patent/CN115450953B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/388—Blades characterised by construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/667—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by influencing the flow pattern, e.g. suppression of turbulence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，主要思想是受到猫头鹰前缘“梳状”结构流动控制机理的启发，属于气动噪声控制领域。所述仿生稳流结构是具有通孔特征的波浪薄片结构，所述的波浪薄片结构起到切割气流的作用，可以将大尺度涡切割成规则的块状结构，减小了脱落涡在展向的关联性。气流在流经通孔后和外部的气流快速融合，从而缩短了过渡段，增加了气流的稳定裕度。两者协同作用，可以在近壁面处形成更细碎、稳定的流向涡，从而减弱了气流对叶片尾缘的流固作用，降低尾缘处的压力脉动强度，起到降低气动噪声的作用。

Description

一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构
技术领域
本发明涉及一种具有降噪作用的仿生稳流结构，属于叶轮机械气动噪声控制领域。
技术背景
随着工业化程度的提高，噪声问题已经成为人类所面临的一个重要的环境问题，噪声污染是工业文明带给人类的第三大污染源。从常见的汽车排气噪声到飞机发动机噪声，从日常生活中的空调，油烟机通风噪声，到工业上的通风机、风力机、汽轮机、内燃机噪声，都属于气动噪声的范畴。此外，气动噪声还是影响设备稳定性的主要原因，在航天叶轮机械领域，气动噪声的控制已成为影响飞机研制与适航取证的关键技术之一。
在流动控制降噪领域，基于猫头鹰等鸮形目鸟类羽毛的前缘“梳状”和尾缘“刘海”形态的锯齿结构已被大量证实具有良好的降噪作用，并成功应用于风力机等设备的降噪设计中。目前，锯齿结构的制造主要采用“切割式”和“附加式”两种方法，其中“切割式”是直接对叶片减材制造，这种方法制备的叶片不会有弦长的增加，但是往往会造成气动性能的下降。“附加式”是在保证叶片弦长不变的前提下，在前后缘添加一个锯齿状平板，但是这种制备方法不能保证叶片的完整性。受锯齿结构形状的影响，锯齿结构降噪的主要问题包括不能兼顾气动性能和声学性能等多目标要求，而且，在用于高速旋转的叶轮机械等设备时，因锯齿强度不够而发生断裂，造成安全隐患等。
针对以上仿生锯齿结构的不足，本发明基于仿生流动控制原理提出了一种新型的流动控制降噪结构，可广泛应用于叶轮机械等装备的气动噪声控制。
发明内容
本发明旨在提供具有降噪作用的仿生稳流结构，具体为具有通孔特征的波浪薄片结构。所述降噪结构具有切割气流的作用，气流在流过通孔后，大尺度的涡被切割成规则的块状结构，减小了脱落涡在展向的关联性。其最大的优势是在降噪的同时，不改变叶片过流面积，不影响叶片的气动性能。
本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本申请提供了一种具有降噪作用的仿生稳流结构，所述的降噪特征设计在叶轮机械叶片前缘，具体是有通孔特征(32)的波浪薄片结构(31)。
进一步，所述仿生稳流结构安装于叶片吸力面a一侧。
进一步，所述仿生稳流结构留有通孔(32)，气流在流过通孔后可以形成更细碎、稳定的流向涡。
进一步，所述仿生稳流结构的中心线l1与气流在设计点o处的切速度方向平行。
进一步，所述设计点o为仿生稳流结构中心线l1和轴线l2的交点。
进一步，所述仿生稳流结构的设计点o距离叶片前缘(1)5％-10％c，c为降噪结构设计点o所在的当地弦长。
进一步，所述仿生稳流结构主要参数为：通孔的波长λ＝2％-4％c，内壁面(33)距离叶片表面的高度h＝1％-2％c，外壁面(34)内壁面(33)之间的厚度t＝5％-15％h，降噪结构沿流向的宽度为w＝1％-2％c。
进一步，所述仿生稳流结构的波浪形构型为正弦型，以设计点o为原点，降噪结构内壁面(33)的曲线方程为：
Figure BDA0003919497900000021
外壁面(34)的曲线方程为：
Figure BDA0003919497900000022
进一步，所述仿生稳流结构沿叶片展向分布，相邻两降噪结构之间的间距为s＝2％-4％c。
进一步，所述仿生稳流结构的波浪形构型也可为圆弧型、锯齿型。
进一步，所述仿生稳流结构的降噪原理为：波浪薄片结构(31)起到切割气流的作用，可以将大尺度的涡切割成规则的块状流向涡，减小了脱落涡在展向的关联性；气流在流经通孔(32)后可以和外部气流快速融合，从而缩小了过渡段，增强了气流的稳定性。两者协同作用，在近壁面形成更规则、稳定的流向涡，从而减小了气流对尾缘(2)的干扰，降低尾缘处的压力脉动强度，降低了叶片的气动噪声。
与现有的技术相比，本申请可以实现如下有益效果:
(1)通过布置具有降噪作用的仿生稳流结构降低了叶片尾缘处的气动噪声；
(2)在降低气动噪声的同时，不影响叶片的气动性能；
(3)稳流结构特征简单，制备工艺简单，安装方式简单，应用范围广。
附图说明
图1为本发明在轴流风扇上的应用示意图；
图2为应用在轴流风扇的稳流结构构型示意图；
图3为应用在轴流风扇的稳流结构构型正视图；
图4为为应用在轴流风扇的稳流结构构型右视图；
图5为本发明在离心风机的稳流结构构型示意图；
图6为应用在离心风机的稳流结构构型示意图；
图7为应用在离心风机的稳流结构构型正视图；
图8为为应用在离心风机的稳流结构构型右视图；
附图标记：
1-前缘；2-尾缘；3-仿生稳流结构；31-波浪薄片结构；32-通孔；33-内壁面；34-外壁面；λ-波长；h-高度；w-宽度；t-厚度；l1-中心线；l1＇-引导线；l2-轴线；r-内圆弧半径。
具体实施案例1
图1-4是本发明仿生稳流结构的在轴流风扇上的实施方式及构型。轴流风扇包含叶轮(1)和叶片(2)，在叶片的吸力面a上具有稳流结构(3)，稳流结构为正弦型薄片(31)，并具有通孔特征(32)。风扇在叶尖处的弦长c＝200mm，半径为100mm，展向长度d＝60mm。稳流结构主要参数为：波长λ＝5mm，内壁面(33)与叶片表面的高度h＝2mm，与外壁面(34)之间的厚度t＝0.15mm，沿流向的宽度w＝2mm。安装位置定义为：稳流结构沿着叶片展向分布。稳流结构设计点o距叶片前缘10％当地弦长处，气流在设计点o处的切速度方向与中心线l1平行，具体为稳流结构的中心线l1与叶片表面引导线l1＇在点o处相切。引导线l1＇是以风扇中心为圆心，等距离的同心圆在叶片吸力面上的投影，相邻同心圆之间的间距为5mm。
具体实施案例2
图5-8示出了本发明仿生稳流结构应用在离心风机的实施方式。离心风机包含电机(1)和叶片(2)，在叶片的吸力面a上具有稳流结构(3)，其中稳流结构为圆弧型薄片结构(31)，具体由三段相切的劣弧组成，圆弧半径r＝1.5mm。如图3所示，安装设计点o位于叶片前缘的8％当地弦长处；稳流结构波长λ＝6mm，内壁面(33)与叶片表面的高度h＝1.5mm，与外壁面(34)之间的厚度t＝0.1mm，沿流向的宽度w＝1.5mm。稳流结构沿叶片展向分布，相邻两结构之间的间距为6mm。在来流速度20-60m/s时，风洞试验结果显示上述稳流结构可实现降噪2-3dB。

Claims (6)

1.一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，其特征在于，所述仿生稳流结构为波浪薄片结构(31)。
2.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，其特征在于，所述仿生稳流结构具有通孔(32)。
3.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，其特征在于，所述仿生稳流结构的中心线l1与气流在设计点o处的切速度方向与平行。
4.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，其特征在于，所述仿生稳流结构的主要参数尺寸为：通孔(32)沿展向的波长λ＝2％-4％c，内壁面(33)与叶片表面的高度h＝1％-2％c，内壁面(33)与外壁面(34)之间的厚度t＝5％-15％h，降噪结构沿流向的宽度w＝1％-2％c，c为降噪结构设计点o所在的当地弦长。
5.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，其特征在于，所述仿生稳流结构沿叶片展向分布，相邻两降噪结构之间的间距s＝2％-4％c。
6.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构，其特征在于，所述仿生稳流结构波浪构型可以为正弦波型、锯齿型、圆弧型。
CN202211353993.1A 2022-11-01 2022-11-01 一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构 Active CN115450953B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211353993.1A CN115450953B (zh) 2022-11-01 2022-11-01 一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211353993.1A CN115450953B (zh) 2022-11-01 2022-11-01 一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115450953A true CN115450953A (zh) 2022-12-09
CN115450953B CN115450953B (zh) 2024-05-07

Family

ID=84311124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211353993.1A Active CN115450953B (zh) 2022-11-01 2022-11-01 一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115450953B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016070089A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ファン
CN112524088A (zh) * 2020-12-28 2021-03-19 苏州浪潮智能科技有限公司 服务器风扇
CN113153815A (zh) * 2020-11-22 2021-07-23 西北工业大学 一种基于多孔的超声速吸附式压气机叶片
CN214404096U (zh) * 2020-12-18 2021-10-15 广东美的暖通设备有限公司 风轮以及风机
CN113719471A (zh) * 2021-08-25 2021-11-30 哈尔滨工业大学 一种具有仿生型尾缘叶片的呼吸机降噪离心叶轮

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016070089A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ファン
CN113153815A (zh) * 2020-11-22 2021-07-23 西北工业大学 一种基于多孔的超声速吸附式压气机叶片
CN214404096U (zh) * 2020-12-18 2021-10-15 广东美的暖通设备有限公司 风轮以及风机
CN112524088A (zh) * 2020-12-28 2021-03-19 苏州浪潮智能科技有限公司 服务器风扇
CN113719471A (zh) * 2021-08-25 2021-11-30 哈尔滨工业大学 一种具有仿生型尾缘叶片的呼吸机降噪离心叶轮

Also Published As

Publication number Publication date
CN115450953B (zh) 2024-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100347409C (zh) 第二级透平叶片翼面
US8974175B2 (en) Turbomachine compressor
KR960023674A (ko) 가스 터빈 엔진의 컴프레서 단벽 처리용 장치 및 그 방법
EP2738352A1 (en) Fillet for use with a turbine rotor blade tip shroud
US8578700B2 (en) Gas turbine engine with fluid mixing arrangement
US8845280B2 (en) Blades
MX9800703A (es) Conjunto de ventilador axial de alta eficiencia y bajo ruido.
US5460488A (en) Shrouded fan blade for a turbine engine
CN112855278A (zh) 一种降低叶轮机宽频噪声的叶片尾缘构型及设计方法
CN105804955B (zh) 风力发电机组用叶片及风力发电机组
US8167557B2 (en) Gas turbine engine assemblies with vortex suppression and cooling film replenishment
CN111771048A (zh) 具有一种带有倾斜锯齿的轮廓的结构
EP3231996B1 (en) A blade for an axial flow machine
CN115062438A (zh) 一种降低开式转子噪声的弯尖构型前转子叶片设计方法
CN111946664B (zh) 一种带开缝结构的离心通风机叶片
US11105344B2 (en) Aerofoil
CN115450953A (zh) 一种用于叶轮机械降噪的仿生稳流结构
US20210172373A1 (en) Assembly for a compressor section of a gas turbine engine
CN114607641B (zh) 一种轴流风机的导叶结构和轴流风机
CN113653672B (zh) 一种带有分流叶片的轴流叶轮
CN112814943A (zh) 一种整体成型的弯掠组合叶片、叶轮及轴流通风机
US20200123903A1 (en) Fluidfoil
CN114321010B (zh) 风轮结构及风机
CN116123129A (zh) 一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片
US20040141847A1 (en) Stator blade for an axial flow compressor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant