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CN118815748A - 一种轴流叶轮 - Google Patents

一种轴流叶轮 Download PDF

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CN118815748A
CN118815748A CN202411023835.9A CN202411023835A CN118815748A CN 118815748 A CN118815748 A CN 118815748A CN 202411023835 A CN202411023835 A CN 202411023835A CN 118815748 A CN118815748 A CN 118815748A
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CN
China
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blade
hub
intersection
axial flow
blade root
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冯世峰
彭楠
徐俊华
郑旭
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Suzhou Linglong Automobile Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Linglong Automobile Technology Co ltd
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种轴流叶轮,该轴流叶轮包括固定圈、轮毂和若干个叶片。该轮毂设置在固定圈内且与轮毂同轴。该若干个叶片设置在轮毂和固定圈之间且沿轮毂周向间隔分布,叶片具有和轮毂连接的叶根、与叶根对应且与固定圈连接的叶顶、朝向叶轮旋转方向且位于叶根一侧的前缘、背离叶轮旋转方向且位于叶根另一侧的尾缘以及朝向出风方向的压力面和与压力面对应的吸力面,叶片靠近叶顶处设置有幅度渐变的波纹。通过采用幅度渐变波纹的叶片,有效降低压力面上的速度大小,以及尾缘处的速度脉动和压力波动,从而降低噪音。通过在叶片靠近叶顶处设置波纹,可使得叶片通过模具制作,加工更加容易,加工精度更高且不会改变风机性能。

Description

一种轴流叶轮
技术领域
本发明涉及风机技术领域,具体涉及一种轴流叶轮。
背景技术
传统轴流风机的叶片在前缘与尾缘处的形状都是光顺的直线或曲线,因此会造成叶片表面流动分离严重,形成二次流、回流和漩涡,在高转速情况下,噪声会很大。针对旋转机械噪声研究及应用,在叶片形状上,前缘与尾缘都做了很多研究。比如采用naca的翼型叶片,在前缘与尾缘处设计成各类的锯齿型,尤其是在尾缘采取仿生学锯齿设计,都能有效的降低风机的噪音。然而,在尾缘增设锯齿形状的结构,比如正弦型、熨斗型或者三角常规锯齿形,由于尾缘厚度本身较薄,再加上锯齿形状的扁平结构以及锯齿端部尖细的形状,在进行模具加工制作时存在加工难、加工精度较差的问题,叶片在运行时可能出现断裂。也有厂家在现有光顺尾缘的基础上,通过仿真观察内部流动情况,再通过人为对叶片进行切割,达到增设尾缘降低噪声的目的,虽然切割叶片能降低噪音,但此种做法也会改变风机的性能,带来其他的不确定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴流叶轮,能够通过采用幅度渐变波纹的叶片,有效降低压力面上的速度大小,以及尾缘处的速度脉动和压力波动,从而降低噪音。通过在叶片靠近叶顶处设置波纹,可使得叶片通过模具制作,加工更加容易,加工精度更高且不会改变风机性能。
为达到上述目的,本发明提供了一种轴流叶轮,包括:
固定圈;
轮毂,设置在所述固定圈内且与所述轮毂同轴;
若干个叶片,设置在所述轮毂和所述固定圈之间且沿所述轮毂周向间隔分布,所述叶片具有和所述轮毂连接的叶根、与所述叶根对应且与所述固定圈连接的叶顶、朝向叶轮旋转方向且位于所述叶根一侧的前缘、背离叶轮旋转方向且位于所述叶根另一侧的尾缘以及朝向出风方向的压力面和与所述压力面对应的吸力面,所述叶片靠近叶顶处设置有幅度渐变的波纹。
可选地,所述叶片靠近叶顶处沿所述前缘至所述尾缘方向向内凹陷形成多个间隔分布的凹槽,相邻两个所述凹槽之间沿所述前缘至所述尾缘方向向外凸出形成单个凸起,所述凹槽和所述凸起配合形成所述波纹,所述波纹沿所述叶根至所述叶顶方向以及沿所述前缘至所述尾缘方向幅度逐渐增加。
可选地,所述波纹沿预设处至叶顶处进行设置,所述预设处至所述叶根的距离占所述叶根至所述叶顶距离的比例范围为0.5625-0.6785。
可选地,所述前缘在子午面上的投影轮廓为抛物线,所述抛物线通过如下公式表示:
y=Ax2+Bx
其中,y为所述抛物线上的点在子午面上的第一坐标,x为所述抛物线上的点在子午面上的第二坐标,A、B为第一系数。
可选地,所述前缘与所述叶根相交处形成第一交点,所述前缘与所述叶顶相交处形成第二交点,所述抛物线经过所述第一交点和所述第二交点,所述第一交点与所述第二交点的第一坐标的差值范围为105-110,所述第一交点与所述第二交点的第二坐标的差值范围为75-80。
可选地,所述尾缘在子午面上的投影轮廓为直线,所述直线与轮毂径向面之间的夹角为0°-10°,所述直线远离所述轮毂的一端朝向所述抛物线方向。
可选地,所述叶片沿径向方向由与所述轮毂径向面同心的圆切割形成若干个切面,所述切面具有沿所述前缘至所述尾缘方向的的中位线,所述中位线上间隔设置有若干个切点,所述切点至轮毂中轴线上的预设点之间形成连接线,所述连接线与所述轮毂径向面之间的夹角形成切面角,若干个所述切面角相互配合以确定所述切面的形状。
可选地,所述切面角通过如下公式表示:
y=ax6+bx5+cx4+dx3+ex2+fx+g
其中,y为所述切面角,x为所述切点至所述中位线与所述前缘交点之间的距离,a、b、c、d、e、f和g为第二系数。
可选地,所述第二系数a、c、e和f由第一预设切面至所述叶顶处逐渐增大,所述第二系数b和d由第一预设切面至所述叶顶处逐渐减小,所述第一预设切面为所述预设处。
可选地,所述第二系数g由所述叶根处至第二预设切面处保持不变,所述第二系数g由所述第二预设切面处至所述叶顶处逐渐增大,所述第二预设切面至所述叶根的距离占所述叶根至所述叶顶距离的比例范围为0.7-0.8。
本发明的有益效果在于:通过采用幅度渐变波纹的叶片,有效降低压力面上的速度大小,以及尾缘处的速度脉动和压力波动,从而降低噪音。通过在叶片靠近叶顶处设置波纹,可使得叶片通过模具制作,加工更加容易,加工精度更高且不会改变风机性能。
通过调整子午面上前缘和尾缘的投影轮廓以及叶片不同半径处切面角来生成叶片形状,从而优化叶片的空气动力学性能,改善气流状态,降低噪音,提高结构强度和耐久性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一实施例所示的一种轴流叶轮的示意性结构图;
图2为本发明一实施例所示的一种轴流叶轮的叶片的示意性结构图;
图3为本发明一实施例所示的一种轴流叶轮的叶片的前缘和后缘在子午面上的投影轮廓的示意性结构图;
图4为本发明一实施例所示的一种轴流叶轮的叶片的切面角形成的示意性结构图;
图5为本发明一实施例所示的一种轴流叶轮的风速分布模拟示意图;
图中:1、固定圈;2、轮毂;3、叶片;31、叶根;32、叶顶;33、前缘;34、尾缘;35、压力面;36、吸力面;37、波纹;371、凹槽;372、凸起;4、子午面;41、抛物线;411、第一交点;412、第二交点;42、直线;5、切面;51、连接线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参见图1和图2,本申请一较佳实施例所示的一种轴流叶轮包括固定圈1、轮毂2和若干个叶片3。该轮毂2设置在固定圈1内且与轮毂2同轴。该若干个叶片3设置在轮毂2和固定圈1之间且沿轮毂2周向间隔分布,叶片3具有和轮毂2连接的叶根31、与叶根31对应且与固定圈1连接的叶顶32、朝向叶轮旋转方向且位于叶根31一侧的前缘33、背离叶轮旋转方向且位于叶根31另一侧的尾缘34以及朝向出风方向的压力面35和与压力面35对应的吸力面36,叶片3靠近叶顶32处设置有幅度渐变的波纹37。
当叶轮绕旋转轴旋转时,叶顶32处速度最大,速度随半径减小而减小。因此改善叶片3靠近叶顶32处的流动状态是改善风机性能,噪音的关键。因此,根据本发明实施例的方案,通过采用幅度渐变波纹37的叶片3,有效降低压力面35上的速度大小,以及尾缘34处的速度脉动和压力波动,从而降低噪音。通过在叶片3靠近叶顶32处设置波纹37,可使得叶片3通过模具制作,加工更加容易,加工精度更高且不会改变风机性能。
需要说明的是,固定圈1是防止高转速叶片3运行时出现较大变形,与叶顶32处相连接的环形环形结构,而前缘33是在叶轮旋转方向上与介质先接触,从叶根31至叶顶32的一边,后缘则是在叶轮旋转方向上,介质离开叶片3且从叶根31至叶顶32的另一边。
以下以具体实施例来详细说明:
请参见图2,该叶片3靠近叶顶32处沿前缘33至尾缘34方向向内凹陷形成多个间隔分布的凹槽371,相邻两个凹槽371之间沿前缘33至尾缘34方向向外凸出形成单个凸起372,凹槽371和凸起372配合形成波纹37,波纹37沿叶根31至叶顶32方向以及沿前缘33至尾缘34方向幅度逐渐增加。该波纹37幅度的变化包含两个方向,一个是从前缘33至后缘的方向,单个凹槽371和凸起372逐渐从平缓变化至深度加大;另一个是从叶根31至叶顶32方向,整个波纹37的波峰和波谷都逐渐加大。在本实施例中,叶片3数为7片。
该波纹37沿预设处至叶顶32处进行设置,预设处至叶根31的距离占叶根31至叶顶32距离的比例范围为0.5625-0.6785。即在本实施例中,波纹37位置的设置是以叶片3不同半径处的位置进行定义的。在本实施例中,将叶根31处定为0,将叶顶32处定为1,则叶片3从0.625-1处设置有幅度逐渐增加的波纹37。从压力面35上,0.625-1处的叶片3包角逐渐变大。在此需要说明的是,包角为取一垂直于轮毂2中轴线的平面,前缘33目标位置处在平面上的第一投影点至平面与轮毂2中心线交点(即中心)的连线为第一包角线,尾缘34目标位置处在平面上的第二投影点至平面与轮毂2中轴线交点(即中心)的连线为第二包角线,第一包角线和第二包角线之间的夹角即为包角ɑ,如图2所示,第一投影点和第二投影点的选取以包角能够覆盖整个叶片3目标部分为准。包角变大意味着叶片3在外部区域的攻角增加,这使得叶片3能够更有效地利用高速气流,攻角的增加有助于提高叶片3在高径向位置的推力。当采用渐变波纹37叶片3形状时,能够使叶片3上0.75-1处的载荷分布均匀,降低整个压力面35上的最大压力和速度,在速度较低时,可以增加边界层厚度,延缓其分离,从而使涡流减小,减少涡流分离,有效改善噪音水平。当采用本申请的叶片3时,与无波纹37结构的叶片3噪音比较,采用本申请叶片3的轴流风机的噪音值能下降1.7dB。请参见图5,可以看出,采用本申请叶片3的设计后,叶轮叶片3上的空气流速分布更加均匀,从而能够更好的进行降噪。
请参见图3,具体地,该前缘33在子午面4上的投影轮廓为抛物线41,抛物线41通过如下公式表示:
y=Ax2+Bx
其中,y为抛物线41上的点在子午面4上的第一坐标,x为抛物线41上的点在子午面4上的第二坐标,A、B为第一系数。在此需要说明的是,子午面4为一垂直于轮毂2中轴线且经过轮毂2中轴线的一个平面。
请参见图3,在本实施例中,选取前缘33与叶根31相交处形成第一交点411,前缘33与叶顶32相交处形成第二交点412,抛物线41经过第一交点411和第二交点412,第一交点411与第二交点412的第一坐标的差值范围为105-110,第一交点411与第二交点412的第二坐标的差值范围为75-80。通过确定第一交点411和第二交点412之间的坐标差值,在子午面4上确定二维坐标系的情况下,既能确定第一交点411和第二交点412具体的坐标,从而能够带入抛物线41公式求取第一系数A和B,进而确定前缘33在子午面4上的投影轮廓。具体地,在本实施例中,二维坐标系的建立是以轮毂2中轴线为第二坐标轴,以平行于轮毂2径向面的一直线为第一坐标轴(轮毂2径向面为轮毂2径向方向的平面),该第一坐标轴与前缘33在子午面4上的投影轮廓相交。在本实施例中,该尾缘34在子午面4上的投影轮廓为直线42,直线42与轮毂2径向面之间的夹角为0°-10°,直线42远离轮毂2的一端朝向抛物线41方向。
请参见图4,该叶片3沿径向方向由与轮毂2径向面同心的圆切割形成若干个切面5,切面5具有沿前缘33至尾缘34方向的的中位线,中位线上间隔设置有若干个切点,切点至轮毂2中轴线上的预设点之间形成连接线51,连接线51与轮毂2径向面之间的夹角形成切面角,若干个切面角相互配合以确定切面5的形状。在此需要说明的是,该切面5至轮毂2径向面中心的距离即为该切面5所在的半径,该中位线定义为到位于其两侧的切面5边线距离相等的线。也就是说,一个切面5的形状需要确定多个切面角才能生成。
具体的,该切面角通过如下公式表示:
y=ax6+bx5+cx4+dx3+ex2+fx+g
其中,y为切面角,x为切点至中位线与前缘33交点之间的距离,a、b、c、d、e、f和g为第二系数。第二系数a、c、e和f由第一预设切面5至叶顶32处逐渐增大,第二系数b和d由第一预设切面5至叶顶32处逐渐减小,第一预设切面5为预设处,第二系数a、b、c、d、e、f由叶根31处至第一预设切面5处变化较小。第二系数g由叶根31处至第二预设切面5处保持不变,第二系数g由第二预设切面5处至叶顶32处逐渐增大,第二预设切面5至叶根31的距离占叶根31至叶顶32距离的比例范围为0.7-0.8。在此需要说明的是,第二系数的变化同样是以叶片3不同半径处的位置进行定义的。具体地,在本实施例中,将叶根31处定为0,将叶顶32处定为1,则叶片3从0.625-1处的切面5的切面角第二系数a、c、e和f逐渐增大,b和d逐渐减小,从0-0.625处的切面5的切面角第二系数a、b、c、d、e、f变化较小;从0-0.75处的切面5的切面角第二系数g保持不变,从0.75-1处的切面5的切面角第二系数g逐渐增大。
通过上述设计能够调整子午面4上前缘33和尾缘34的投影轮廓以及叶片3不同半径处切面角来生成叶片3形状,从而优化叶片3的空气动力学性能,改善气流状态,降低噪音,提高结构强度和耐久性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (10)

1.一种轴流叶轮,其特征在于,包括:
固定圈;
轮毂,设置在所述固定圈内且与所述轮毂同轴;
若干个叶片,设置在所述轮毂和所述固定圈之间且沿所述轮毂周向间隔分布,所述叶片具有和所述轮毂连接的叶根、与所述叶根对应且与所述固定圈连接的叶顶、朝向叶轮旋转方向且位于所述叶根一侧的前缘、背离叶轮旋转方向且位于所述叶根另一侧的尾缘以及朝向出风方向的压力面和与所述压力面对应的吸力面,所述叶片靠近叶顶处设置有幅度渐变的波纹。
2.根据权利要求1所述的轴流叶轮,其特征在于,所述叶片靠近叶顶处沿所述前缘至所述尾缘方向向内凹陷形成多个间隔分布的凹槽,相邻两个所述凹槽之间沿所述前缘至所述尾缘方向向外凸出形成单个凸起,所述凹槽和所述凸起配合形成所述波纹,所述波纹沿所述叶根至所述叶顶方向以及沿所述前缘至所述尾缘方向幅度逐渐增加。
3.根据权利要求2所述的轴流叶轮,其特征在于,所述波纹沿预设处至叶顶处进行设置,所述预设处至所述叶根的距离占所述叶根至所述叶顶距离的比例范围为0.5625-0.6785。
4.根据权利要求3所述的轴流叶轮,其特征在于,所述前缘在子午面上的投影轮廓为抛物线,所述抛物线通过如下公式表示:
y=Ax2+Bx
其中,y为所述抛物线上的点在子午面上的第一坐标,x为所述抛物线上的点在子午面上的第二坐标,A、B为第一系数。
5.根据权利要求4所述的轴流叶轮,其特征在于,所述前缘与所述叶根相交处形成第一交点,所述前缘与所述叶顶相交处形成第二交点,所述抛物线经过所述第一交点和所述第二交点,所述第一交点与所述第二交点的第一坐标的差值范围为105-110,所述第一交点与所述第二交点的第二坐标的差值范围为75-80。
6.根据权利要求4所述的轴流叶轮,其特征在于,所述尾缘在子午面上的投影轮廓为直线,所述直线与轮毂径向面之间的夹角为0°-10°,所述直线远离所述轮毂的一端朝向所述抛物线方向。
7.根据权利要求6所述的轴流叶轮,其特征在于,所述叶片沿径向方向由与所述轮毂径向面同心的圆切割形成若干个切面,所述切面具有沿所述前缘至所述尾缘方向的的中位线,所述中位线上间隔设置有若干个切点,所述切点至轮毂中轴线上的预设点之间形成连接线,所述连接线与所述轮毂径向面之间的夹角形成切面角,若干个所述切面角相互配合以确定所述切面的形状。
8.根据权利要求7所述的轴流叶轮,其特征在于,所述切面角通过如下公式表示:
y=ax6+bx5+cx4+dx3+ex2+fx+g
其中,y为所述切面角,x为所述切点至所述中位线与所述前缘交点之间的距离,a、b、c、d、e、f和g为第二系数。
9.根据权利要求8所述的轴流叶轮,其特征在于,所述第二系数a、c、e和f由第一预设切面至所述叶顶处逐渐增大,所述第二系数b和d由第一预设切面至所述叶顶处逐渐减小,所述第一预设切面为所述预设处。
10.根据权利要求9所述的轴流叶轮,其特征在于,所述第二系数g由所述叶根处至第二预设切面处保持不变,所述第二系数g由所述第二预设切面处至所述叶顶处逐渐增大,所述第二预设切面至所述叶根的距离占所述叶根至所述叶顶距离的比例范围为0.7-0.8。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120212083A (zh) * 2025-05-14 2025-06-27 卧龙电气驱动集团股份有限公司 一种轴流叶轮及轴流风机

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CN120212083A (zh) * 2025-05-14 2025-06-27 卧龙电气驱动集团股份有限公司 一种轴流叶轮及轴流风机

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