CN217814116U - 一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片 - Google Patents

一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片 Download PDF

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吕奔
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Abstract

一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，包括叶轮，叶轮由轮毂和若干叶片组成，叶片的外轮廓边由叶根缘、前叶缘、叶顶缘和叶尾缘组成，叶尾缘靠近叶顶缘的缘边上成型有若干个锯齿，所述叶尾缘上锯齿的齿距从叶片的叶根到叶尖逐渐递增，锯齿之间的齿槽深度从叶片的叶根到叶尖逐渐递增，所述锯齿之间的齿谷呈圆弧形，锯齿之间齿谷的圆弧半径从叶片的叶根到叶尖逐渐递增。它在风扇叶片上设计齿型逐渐增大的锯齿，锯齿结构能有效提高风扇的性能，能有效降低风扇的噪音。

Description

一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片
技术领域：
本实用新型涉及风扇叶片的技术领域，更具体地说涉及一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片。
背景技术：
叶片后缘处，由于气流的分离，在分离区一般都会产生大量的流场旋涡(涡流)，这种涡流的存在，将会影响到风扇叶片的气动特性 (阻力增加、升力减小)，从而影响风扇性能(风量、风压、功率及效率)。因此，在叶片后缘适当位置布置一定数量及形状尺寸的锯齿，利用锯齿产生的有利旋涡，去主动干扰叶片后缘主流场中的旋涡，假如两种旋涡方向正好相反，就会削弱甚至抵消叶片后缘主流场的旋涡，从而达到有效控制后缘涡流的目的，提升风扇性能。这就是后缘齿距的流场主动干扰原理与功效。后缘锯齿，早已大批量成功应用在航空领域，主要用在飞机发动机短舱的后缘，利用旋涡的主动干扰，起到有效控制发动机尾喷流流场的作用，从而减小发动机尾喷流的旋涡和涡流，最终达到控制和减小气动噪声的目的。
目前一些风扇的叶片会在其叶尾缘处开设锯齿，利用锯齿来提高风扇的性能和降低噪音，但现有叶片上叶尾缘处的锯齿的齿型大小一般都是相等，而且其锯齿布满叶片的整个叶尾缘，为了进一步提高风扇的性能，需要对风扇叶片上的锯齿结构进行研究。
实用新型内容：
本实用新型的目的就是针对现有技术之不足，而提供了一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，其风扇叶片上的锯齿结构能有效提高风扇的性能，有效降低风扇的噪音。
一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，包括叶轮，叶轮由轮毂和若干叶片组成，叶片的外轮廓边由叶根缘、前叶缘、叶顶缘和叶尾缘组成，叶尾缘靠近叶顶缘的缘边上成型有若干个锯齿，所述叶尾缘上锯齿的齿距从叶片的叶根到叶尖逐渐递增，锯齿之间的齿槽深度从叶片的叶根到叶尖逐渐递增，所述锯齿之间的齿谷呈圆弧形，锯齿之间齿谷的圆弧半径从叶片的叶根到叶尖逐渐递增。
优选的，所述叶片上的锯齿的几何形状满足以下方程：
y＝(p1+p3*x+p5*x^2+p7*x^3+p9*x^4+p11*x^5+p13*x^6+p15*x^7 )/(1+p2*x+p4*x^2+p6*x^3+p8*x^4+p10*x^5+p12*x^6+p14*x^7+p16* x^8)；其中：
p1＝0.1268；
p2＝-7.1159；
p3＝-0.6437；
p4＝16.1764；
p5＝0.4981；
p6＝-7.2463；
p7＝1.8876；
p8＝-13.9493；
p9＝-2.21089；
p10＝1.5409；
p11＝-1.5758；
p12＝13.9021；
p13＝-1.1542；
p14＝9.5881；
p15＝5.2072；
p16＝-12.2496。
优选的，所述的叶片上锯齿所占叶尾缘的长度位于叶尾缘长度的 3/20～4/20。
优选的，所述叶尾缘上锯齿的齿距为锯齿齿尖之间的间距，锯齿的齿尖呈圆弧形；所述锯齿之间的齿谷为锯齿之间齿槽的底部。
优选的，所述叶片上锯齿之间齿槽的两侧内壁之间的夹角呈锐角。
本实用新型的有益效果在于：
它在风扇叶片上设计齿型逐渐增大的锯齿，其锯齿结构能有效提高风扇的性能，能有效降低风扇的噪音。
附图说明：
图1为本实用新型侧视的结构示意图；
图2为本实用新型正视的结构示意图；
图3为图2中A处的局部放大示意图；
图4为现有带均匀大小锯齿的常规风扇扇叶测试的噪音曲线图；
图5为现有带均匀大小锯齿的常规风扇扇叶测试的功率曲线图；
图6为本实用新型风扇扇叶测试的噪音曲线图；
图7为本实用新型风扇扇叶测试的功率曲线图。
图中：1、轮毂；2、叶片；21、叶根缘；22、前叶缘；23、叶顶缘；24、叶尾缘；241、锯齿；d、齿距；r、齿谷的圆弧半径。
具体实施方式：
实施例：见图1至3所示，一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，包括叶轮，叶轮由轮毂1和若干叶片2组成，叶片2的外轮廓边由叶根缘21、前叶缘22、叶顶缘23和叶尾缘24组成，叶尾缘24靠近叶顶缘23的缘边上成型有若干个锯齿241，所述叶尾缘24上锯齿241 的齿距d从叶片2的叶根到叶尖逐渐递增，锯齿241之间的齿槽深度从叶片2的叶根到叶尖逐渐递增，所述锯齿241之间的齿谷呈圆弧形，锯齿241之间齿谷的圆弧半径r从叶片2的叶根到叶尖逐渐递增。
优选的，所述叶片2上的锯齿241的几何形状满足以下方程：
y＝(p1+p3*x+p5*x^2+p7*x^3+p9*x^4+p11*x^5+p13*x^6+p15*x^7 )/(1+p2*x+p4*x^2+p6*x^3+p8*x^4+p10*x^5+p12*x^6+p14*x^7+p16* x^8)；其中：
p1＝0.1268；
p2＝-7.1159；
p3＝-0.6437；
p4＝16.1764；
p5＝0.4981；
p6＝-7.2463；
p7＝1.8876；
p8＝-13.9493；
p9＝-2.21089；
p10＝1.5409；
p11＝-1.5758；
p12＝13.9021；
p13＝-1.1542；
p14＝9.5881；
p15＝5.2072；
p16＝-12.2496；
优选的，所述的叶片2上锯齿241所占叶尾缘24的长度位于叶尾缘24长度的3/20～4/20。
优选的，所述叶片2上锯齿241设有5个。
优选的，所述叶尾缘24上锯齿241的齿距d为锯齿241齿尖之间的间距，锯齿241的齿尖呈圆弧形；所述锯齿241之间的齿谷为锯齿241之间齿槽的底部。
优选的，所述叶片2上锯齿241之间齿槽的两侧内壁之间的夹角呈锐角。
工作原理：本实用新型设有后缘锯齿结构的风扇叶片，本风扇叶片对锯齿结构的研究，在叶片2的叶尾缘24上设计多个齿距d、齿槽深度、齿谷的圆弧半径r均逐渐递增的锯齿241，并提出了设计此类结构的锯齿241几何形状结构的设计方程，此类结构的锯齿241能有效提高风扇的性能，能有效降低风扇的噪音；
为验证本实用新型的风扇叶片所达到的技术效果，采用相同结构尺寸但设有均匀大小锯齿且布满叶尾缘24的常规风扇扇叶和本实用新型的风扇叶片在同样的工况下进行测试；
其中常规风扇叶片测试的数据如下述所示：
通风机空气动力性能试验原始记录
(GB/T 1236-2017，ISO 5801，AMCA-1999)
风机型号 36寸风叶 试验编号 20220741202 测试装置 风室
额定转速(r/m) 940 测试电机型号 750W-6P 流量测试方式
风机出口面积(m<sup>2</sup>) 0.6717 测试电机功率(kW) 075 喷嘴喉部总面积(m<sup>2</sup>) 0.280553
风机叶轮直径(m) 0.92 测试电机转速(r/m) 940 背景燥声(dB) 55
试验工况记录
工况序号 单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
大气压力 Pa 97638 97846 98170.1 98268 97964 98065 98227 97962 97733 97889
大气温度 ℃ 28.68 29.05 29.09 29.19 29.02 29.15 29 29.1 29.21 28.97
大气湿度 0.0 0.294 0.294 0.296 0.296 0.295 0.302 0.307 0.311 0.315 0.307
流量压差 Pa 108.74 130.73 161.77 183.93 209.86 230.18 248.15 272.11 293.7 316.32
风室静压 Pa 89.02 83.32 70.91 62.25 49.87 43 31.47 23.85 11.18 0.88
出口温度 ℃ 33.21 33.43 32.98 33.21 33.18 32.96 32.69 32.92 32.85 32.98
风机转速 r/m 925 926 930 932 938 939.5 940 940 951 957
输入功率 kW 1.0533 1.0263 0.98657 0.9412 0.8946 0.863 0.8388 0.8251 0.769 0.7312
电机效率 0.0 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
测试噪声 dB 72 71 70 69 68 67.5 66 66 66 69
测试电流 A 2.19 2.14 2.1 2.04 1.99 1.97 1.95 1.93 1.88 1.86
通风机空气动力性能试验计算结果
流量 m<sup>3</sup>/h 13909 15250 16934.5 18062 19329 20231 20984 22017 22903 23756
全压 Pa 114.84 112.63 104.657 99.367 91.089 87.391 78.171 74.615 65.172 58.092
静压 Pa 95.264 89.092 75.5835 66.31 53.255 45.897 33.52 25.483 11.979 0.9405
动压 Pa 19.575 23.542 29.0738 33.057 37.834 41.494 44.651 49.132 53.193 57.152
内功率 kW 0.789 0.7682 0.73611 0.7018 0.6687 0.6448 0.6254 0.6171 0.5768 0.547
静压效率 ％ 46.617 49.1 48.2706 47.377 42.733 39.974 31.222 25.239 13.205 1.1339
全压效率 ％ 56.196 62.074 66.8384 70.996 73.092 76.113 72.813 73.9 71.84 70.04
噪声 dBA 72.589 71.582 70.5544 69.549 68.57 68.066 66.548 66.575 66.6 69.577
比A声级 dBA 27.56 26.322 25.4773 24.642 24.125 23.783 23.074 23.297 24.326 28.143
常规风扇叶片测试数据的曲线如附图图4、5所示；
本实用新型的风扇叶片测试的数据如下述所示：
通风机空气动力性能试验原始记录
(GB/T 1236-2017，ISO 5801，AMCA-1999)
风机型号 36寸风叶 试验编号 2022041201 测试装置 风室
额定转速(r/m) 0 测试电机型号 750W-6P 流量测试方式
风机出口面积(m<sup>2</sup>) 0.06717 测试电机功率(kW) 0.75 喷嘴喉部总面积(m<sup>2</sup>) 0.280553
风机叶轮直径(m) 0.92 测试电机转速(r/m) 940 背景噪声(dB) 55
试验工况记录
工况序号 单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
大气压力 Pa 98381 98574 98412.2 98305 97838 98123 98471 98208 97975 98294
大气温度 ℃ 28.74 28.62 28.58 28.48 28.79 28.79 28.94 28.73 28.96 29.04
大气湿度 0.0 27.3 27.4 28.2 28.1 28.5 28.4 28.1 28.4 28.7 28.6
流量压差 Pa 134.3 148.7 168.31 180.77 209.05 224.39 244.16 277.6 297.55 330.14
风室静压 Pa 90.6 85.4 81.15 71.11 60.61 52.41 41.8 28.31 15.46 -3.08
出口温度 ℃ 31.32 31.28 31.72 31.76 32.11 32.1 31.81 32.39 32.66 32.42
风机转速 r/m 925 926 926.8 929 933 935 937 943.5 946 950
输入功率 kW 1.0954 1.0805 1.05391 1.0201 0.9782 0.9562 0.9173 0.8831 0.8425 0.7784
电机效率 0.0 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70
测试噪声 dB 70.6 69.5 68.5 68 67.7 67.5 67.2 66.8 68 68
测试电流 A 2.25 2.23 2.19 2.15 2.09 2.08 2.02 2 1.96 1.89
通风机空气动力性能试验计算结果
流量 m<sup>3</sup>/h 15358 16149 17214.2 17855 19267 19935 20752 22185 23011 24195
全压 Pa 120.23 117.02 116.228 107.89 102.44 96.179 88.178 80.033 70.187 56.125
静压 Pa 96.209 90.472 86.1093 75.511 64.745 55.821 44.384 30.12 16.502 -3.278
动压 Pa 24.021 26.548 30.1185 32.383 37.699 40.358 43.793 49.913 53.686 59.403
内功率 kW 0.8142 0.8013 0.78282 0.7583 0.7314 0.7129 0.6818 0.6577 0.6295 0.5799
静压效率 ％ 50.379 50.615 52.5658 49.358 47.345 43.331 37.502 28.205 16.747 -3.797
全压效率 ％ 62.957 65.468 70.9518 70.526 74.913 74.659 74.505 74.945 71.228 65.009
噪声 dBA 71.122 70.001 69.0152 68.522 68.273 68.048 67.721 67.338 68.567 68.54
比A声级 dBA 25.264 24.161 22.9562 22.95 22.821 22.996 23.249 23.418 25.628 27.326
本实用新型的风扇叶片测试的曲线如附图图6、7所示；
根据数据图表的对比，本风扇叶片能有效提高风机效率，并有效实现噪音的降低。
所述实施例用以例示性说明本实用新型，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，
对所述实施例进行修改，因此本实用新型的权利保护范围，应如本实用新型的权利要求所列。

Claims (5)

1.一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，包括叶轮，叶轮由轮毂(1)和若干叶片(2)组成，叶片(2)的外轮廓边由叶根缘(21)、前叶缘(22)、叶顶缘(23)和叶尾缘(24)组成，其特征在于：叶尾缘(24)靠近叶顶缘(23)的缘边上成型有若干个锯齿(241)，所述叶尾缘(24)上锯齿(241)的齿距(d)从叶片(2)的叶根到叶尖逐渐递增，锯齿(241)之间的齿槽深度从叶片(2)的叶根到叶尖逐渐递增，所述锯齿(241)之间的齿谷呈圆弧形，锯齿(241)之间齿谷的圆弧半径(r)从叶片(2)的叶根到叶尖逐渐递增。
2.根据权利要求1所述的一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，其特征在于：所述叶片(2)上的锯齿(241)的几何形状满足以下方程：
y＝(p1+p3*x+p5*x^2+p7*x^3+p9*x^4+p11*x^5+p13*x^6+p15*x^7)/(1+p2*x+p4*x^2+p6*x^3+p8*x^4+p10*x^5+p12*x^6+p14*x^7+p16*x^8)；其中：
p1＝0.1268；
p2＝-7.1159；
p3＝-0.6437；
p4＝16.1764；
p5＝0.4981；
p6＝-7.2463；
p7＝1.8876；
p8＝-13.9493；
p9＝-2.21089；
p10＝1.5409；
p11＝-1.5758；
p12＝13.9021；
p13＝-1.1542；
p14＝9.5881；
p15＝5.2072；
p16＝-12.2496。
3.根据权利要求1所述的一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，其特征在于：所述的叶片(2)上锯齿(241)所占叶尾缘(24)的长度位于叶尾缘(24)长度的3/20～4/20。
4.根据权利要求1所述的一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，其特征在于：所述叶尾缘(24)上锯齿(241)的齿距(d)为锯齿(241)齿尖之间的间距，锯齿(241)的齿尖呈圆弧形；所述锯齿(241)之间的齿谷为锯齿(241)之间齿槽的底部。
5.根据权利要求1所述的一种设有后缘锯齿结构的风扇叶片，其特征在于：所述叶片(2)上锯齿(241)之间齿槽的两侧内壁之间的夹角呈锐角。
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