CN116104801A - 一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，包括叶片主体、前缘、尾缘、吸力面、压力面，吸力面自前缘弦长1/5‑1/4处开始到尾缘，设置有波峰和波谷结构，波峰和波谷结构的型线为以两个大小不同的圆弧为单元，自前缘至尾缘方向连续布置的结构，形成波纹结构。本发明可以显著减少“宽”型叶片吸力面区域内的涡流，填补了此类型风机领域降噪措施的空白。相较于一般在风机叶片前缘和尾缘以及吸力面进行降噪设计的方式，本发明不会对风机的做功能力有任何影响，不会影响风机叶片压力面的气流，所以本发明在实现降低轴流风机噪声的同时，又不会对风机总体性能产生影响，使风机运行更加稳定。

Description

一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片

技术领域

本发明涉及的是一种叶片，具体地说是轴流风机叶片。

背景技术

轴流风机是一种常见的风机，外形似圆筒状，叶片和电机都在圆筒内，因气流方向和轴同向而称为轴流风机。轴流风机一般应用在仓库、办公室、工厂等场所的通风换气，也可用于冷风机(空气冷却器)、蒸发器、冷凝器等等。结合轴流风机的应用场景，可以预料到对轴流风机的噪声控制是非常有必要的。一般来说，降低风机的噪声主要是通过以下两种方式：一是从噪声的传播途径上下手，例如加装消声结构、吸声棉等；二是从风机本身下手，通过改善风机的结构来降低噪声。现阶段，应用最多的降噪方式是上述的第一种，但是其降噪能力有限，所以对风机本身进行降噪设计迫在眉睫，而叶片作为风机噪声产生最主要的位置，因此对叶片采取降噪设计是最主要的研究方向。

轴流风机噪声产生的主要原因是气体在流经叶片时发生流动分离，产生大量涡，涡的产生和破溃导致噪声的出现，所以叶片降噪设计的根本目标是减少涡的产生。

目前，叶片降噪设计主要集中在叶片前缘和尾缘处，一般通过布置特定的结构来减少叶片前缘和尾缘处涡流的产生，进而实现降噪的目的。上述结构通常是针对一般叶片，但是对于“宽型”(叶片的弦长比叶片从叶顶到叶根的距离长，如图1)叶片，空气在流经叶片吸力面发生的流动分离更加剧烈，流动分离产生的涡也远多于一般叶片，因此针对“宽”型叶片进行降噪设计非常必要。

发明内容

本发明的目的在于提供降低轴流风机噪声、提高风机运行稳定性的一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：包括叶片主体、前缘、尾缘、吸力面、压力面，吸力面自前缘弦长1/5-1/4处开始到尾缘，设置有波峰和波谷结构，波峰和波谷结构的型线为以两个大小不同的圆弧为单元，自前缘至尾缘方向连续布置的结构，形成波纹结构。

本发明还可以包括：

1、对于波峰来说，靠近前缘的一侧由小圆弧组成，靠近尾缘的一侧由大圆弧组成；对于波谷来说，小圆弧在靠近前缘的位置，大圆弧在靠近尾缘的位置。

2、靠近前缘的第一个小圆弧S1直径为d1，靠近前缘的第一个大圆弧S2直径为d2，以小圆弧S1的圆心坐标为原点，则小圆弧S1表示为：

x²+z²＝d₁ ²

d1取值范围为弦长λ的1/30-1/40，其中小圆弧S1和吸力面的切点为波纹结构的起始位置。

3、相对于小圆弧S1，大圆弧S2表示为：

(x-a₂)²+(z-c₂)²＝d₂ ²

a2和c2分别表示两个圆弧X和Z坐标的差值，大圆弧S2直径d2取值范围为弦长λ的1/3-1/4。

4、第二个波谷结构的起始位置与第一个波纹结构终点相切，其中圆弧大小和第一个波谷结构保持完全一致，差别在于圆心的位置是随着吸力面轮廓而改变，一直延伸到尾缘处，将小圆弧圆心连成曲线，则该曲线和吸力面轮廓曲线相同，大圆弧亦是如此。

5、第一个波峰波谷结构与叶片前缘的相距L3，L3为弦长λ的1/4-1/5，与吸力面和周向面S5切点位置距离为L4，L4为弦长λ的1/10。

本发明的优势在于：

(1)一般叶片降噪设计主要集中在叶片前缘和尾缘处，主要目标在于减少前缘和尾缘发生流动分离而产生的涡流，从而实现降低噪声的目的。但是对于“宽”型叶片，除了前缘和尾缘处会产生涡流外，气体在流经叶片吸力面发生的流动分离会在此区域产生大量的涡流，而本发明则可以显著减少“宽”型叶片吸力面区域内的涡流，填补了此类型风机领域降噪措施的空白。

(2)相较于一般在风机叶片前缘和尾缘以及吸力面进行降噪设计的方式，本发明不会对风机的做功能力有任何影响，不会影响风机叶片压力面的气流，所以本发明在实现降低轴流风机噪声的同时，又不会对风机总体性能产生影响，使风机运行更加稳定。

附图说明

图1为叶片的横向截面示意图；

图2为叶片吸力面示意图；

图3为波纹结构详细示意图；

图4叶片吸力面波纹结构圆弧圆心示意图；

图5为波纹结构起始位置与叶片前缘距离示意图；

图6为吸力面与风机周向面切点位置与波纹起始位置距离示意图；

图7为完整叶轮示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-7，本发明是一种在叶片吸力面具有波纹结构降噪设计的的轴流风机叶片，包括前缘A、尾缘B、吸力面C、压力面D、叶片弦长λ、叶宽L1、叶高L2、以及由半径分别为R1和R2的圆弧S1和S2组成的波纹结构。

叶片的吸力面自前缘弦长1/5-1/4处(流动分离处)开始到叶片尾缘，设置有从叶根到叶顶的波峰和波谷结构，前缘至尾缘方向的波峰和波谷型线为两个大小不同的圆弧，两个圆弧首尾相接组成波峰和波谷。另外，波峰和波谷从叶顶一直延伸到叶根处。

波峰和波谷结构由两个直径大小不同的圆弧首尾相接组成，波峰和波谷结构依次排列，一直延伸到叶片尾缘处，在叶片吸力面组成形状特殊的波纹结构，正是这种特殊的波纹结构，改变了流场的流动特性达到降噪目的。

对于波峰来说，靠近叶片前缘的一侧由小圆弧组成，靠近叶片尾缘的一侧由大圆弧组成；对于波谷来说，小圆弧在靠近叶片前缘的位置，大圆弧在靠近叶片尾缘的位置。

波峰波谷结构起始位置与叶片前缘的相距1/4-1/5弦长，且起始位置与吸力面和周向面切点相距1/10弦长。该结构的起始位置和叶片吸力面上产生的流动分离相关联，将该结构设置在流动分离产生处，可以有效破坏因流动分离而产生的涡，使其不能进一步发展为大涡，从而起到了降低噪声的作用。

波峰和波谷首尾相接，按照叶片吸力面的轮廓从起始位置到达叶片尾缘位置，即叶片吸力面的轮廓与每个波峰都相切，且切点位于波峰的最高处。

对于波峰来说，直径较大的圆弧在靠近叶片前缘的位置，直径较小的圆弧在靠近叶片尾缘的位置处；对于波谷来说，直径较大的圆弧在靠近叶片尾缘处，直径较小的圆弧在靠近叶片前缘处。

两个半径不同的圆弧在波峰处的连接是相切的，这样可以使波峰处的圆弧过渡顺滑，不会对空气的近壁面流动产生阻碍，减小对风机气动性能的影响。

波纹的起始处位于吸力面自前缘弦长λ的1/5-1/4处(流动分离处)。，如果以S1圆心坐标为原点，则圆弧S1可表示为：

x²+z²＝d₁ ²

上式中，d1取值范围为弦长λ的1/30-1/40，其中圆弧S1和叶片吸力面的切点(靠近叶片前缘A)为波纹结构的起始位置。

相对于圆弧S1，圆弧S2的圆心坐标为(23.04、227.08、-87.58)，那么圆弧S2则可以表示为：

(x-a₂)²+(z-c₂)²＝d₂ ²

上式中，a2和c2分别表示两个圆弧X和Z坐标的差值，S2圆弧直径d2取值范围为弦长λ的1/3-1/4，当两段圆弧的直径在d1和d2的取值范围内时，波纹结构对于涡的破坏效果最好，同时对风机总体性能影响最小，所以圆弧直径在该取值范围内时，波纹结构能有效降低风机噪声。

如图3所示，圆弧S2与圆弧S1的交点为波纹结构的波谷处，圆弧S2与叶片吸力面的交点为一个波谷结构的终点、波峰结构的最高点，也是下一个波谷结构的起点。第二个波谷结构的起始位置与第一个波纹结构终点相切，其中圆弧大小和第一个波谷结构保持完全一致，差别在于圆心的位置是随着吸力面轮廓而改变，以此类推，一直延伸到叶片尾缘处。其中，将小圆弧圆心连成曲线，则该曲线和吸力面轮廓曲线相同，大圆弧亦是如此，如图4所示。

从图3中可以看到，对于波谷来说，靠近叶片前缘的一侧由圆弧S1组成，靠近叶片尾缘的一侧由圆弧S2组成；对于波峰来说，圆弧S2在靠近叶片前缘的位置，圆弧S3在靠近叶片尾缘的位置。之所以将直径较小的圆弧S1设置在靠近叶片前缘位置处，是因为空气在吸力面产生流动分离后，旋转的涡会撞击到圆弧S1，而圆弧S1曲率较大，所以涡在接触到圆弧S1时会立刻被破坏，不会进一步发展。而圆弧S2曲率较大，设置在圆弧S1之后，不会对空气的整体流动产生较大阻碍作用。

波峰波谷结构与叶片前缘的相距L3，如图5所示，其中L3为弦长λ的1/4-1/5，与吸力面和周向面S5切点位置距离为L4，L4为弦长λ的1/10。波纹结构的起始位置和叶片的安装角以及吸力面叶形相关，两者都会对吸力面处产生的流动造成影响，两者共同决定了吸力面流动分离产生的位置。将波纹构起始位置设置在流动分离产生处，可以有效破坏因流动分离而产生的涡，阻止小涡进一步发展为大涡，以此实现降低噪声的目的。

Claims (6)

1.一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：包括叶片主体、前缘、尾缘、吸力面、压力面，吸力面自前缘弦长1/5-1/4处开始到尾缘，设置有波峰和波谷结构，波峰和波谷结构的型线为以两个大小不同的圆弧为单元，自前缘至尾缘方向连续布置的结构，形成波纹结构。

2.根据权利要求1所述的一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：对于波峰来说，靠近前缘的一侧由小圆弧组成，靠近尾缘的一侧由大圆弧组成；对于波谷来说，小圆弧在靠近前缘的位置，大圆弧在靠近尾缘的位置。

3.根据权利要求1所述的一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：靠近前缘的第一个小圆弧S1直径为d1，靠近前缘的第一个大圆弧S2直径为d2，以小圆弧S1的圆心坐标为原点，则小圆弧S1表示为：

x²+z²＝d₁ ²

d1取值范围为弦长λ的1/30-1/40，其中小圆弧S1和吸力面的切点为波纹结构的起始位置。

4.根据权利要求3所述的一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：相对于小圆弧S1，大圆弧S2表示为：

(x-a₂)²+(z-c₂)²＝d₂ ²

a2和c2分别表示两个圆弧X和Z坐标的差值，大圆弧S2直径d2取值范围为弦长λ的1/3-1/4。

5.根据权利要求1所述的一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：第二个波谷结构的起始位置与第一个波纹结构终点相切，其中圆弧大小和第一个波谷结构保持完全一致，差别在于圆心的位置是随着吸力面轮廓而改变，一直延伸到尾缘处，将小圆弧圆心连成曲线，则该曲线和吸力面轮廓曲线相同，大圆弧亦是如此。

6.根据权利要求1所述的一种在吸力面设置波峰和波谷的轴流风机叶片，其特征是：第一个波峰波谷结构与叶片前缘的相距L3，L3为弦长λ的1/4-1/5，与吸力面和周向面S5切点位置距离为L4，L4为弦长λ的1/10。

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