前部有孔的風機葉片的製作方法
2023-10-04 09:53:59 5
專利名稱：前部有孔的風機葉片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及葉片式氣體壓縮和輸送機械－風機，包括通風機、透平鼓風機和透平壓縮機所使用的動葉片和靜葉片。
引證材料(1)蘇聯「SU.568.748」專利文獻「打孔的軸流鼓風機葉片」。
(2)蘇聯「SU.964.255.A」專利文獻、「離心通風機葉片」。
材料(1)的專利是在軸流風機葉片上距前緣0.2至0.24弦長和距後緣0.04至0.45弦長處有兩排從工作面到非工作面向後斜的孔道。其作用是在大攻角時減少氣流的反向遊動，擴大穩定工作範圍。因為孔影響區在葉片主要做功部分，在設計攻角範圍內將會較大地影響葉片作功能力，降低壓力係數。工藝上也較複雜。
材料(2)的專利是在離心風機動葉片上用一個空腔形成葉片前部葉型。空腔的非工作面有孔，在工作面與葉片主體相接處有鋸齒形出口。它是利用離心力通過孔抽吸非工作面前部的附面層，阻止附面層分離減少紊流和壓力損失。這種葉片在較大負攻角時，孔對前部工作面附面層分離不起改善作用。灰塵易積蓄在空腔內不好清除，影響動平衡。
本實用新型的目的在於提出一種在偏離設計狀態工作時能減輕由於葉片前部出現的流動惡化所造成的損失，改善非設計點性能，又儘量減少對原有設計狀態不利影響，有較佳孔分布的風機葉片。
本實用新型的前部有孔的風機葉片，用基元葉型來描述其構成。一條葉表流線按迴轉面與葉片相切成一個基元葉型，各基元葉型構成一個葉片。葉片上有多個連通工作面與非工作面的孔，分布在由各基元葉型距前緣為9％中線長處的葉型中線正交線之前。
孔的分布及孔徑大小首先要考慮葉片強度要求。孔沿葉高方向排列成一排至多排，相鄰排在葉高方向最好互相錯開。同排孔的相鄰孔中心距為2至4倍孔徑，前一至二排最好取2至3倍孔徑，以使氣流均勻。
孔徑為孔中心線與葉表相交的兩點間距離的0.1至0.8倍。其中0.1倍是對葉片較厚處孔徑的限制，0.8倍是對厚度較薄處孔徑的限制。最小孔徑最好大於0.5mm。
孔的形狀最好為圓柱形孔。孔口邊緣有半徑為0至0.2倍孔徑的圓角。其圓角不計入有孔區範圍。
在孔的分布上，第一排孔最好與前緣半徑線等距離或者等比例。第三排的孔徑最好小於第二排的孔徑或大於第二排的相鄰孔距，以減輕對設計性能的不利影響。第二排和第二排以後的孔可以只在距葉尖或葉根1／4葉高範圍內局部布置，以適應動葉片或靜葉片的一個或兩個端部氣流攻角不合適時的需要。
葉片以氣流流動方向為橫的方向。離心通風機、離心鼓風機的動葉片與垂直迴轉軸的平面相切成橫截面。在橫截面上取中線法向與橫截面垂直相切成沿葉高方向的葉片厚度截面。
對軸流式風機葉片和離心壓縮機動葉片的導風輪部分及斜流式風機動葉片，用與葉片的徑向設計基準線(重心線或前緣線等)所在的子午面及垂直迴轉軸的平面相正交的平面切出的截面為橫截面。垂直迴轉軸的平面切出葉高方向的葉片厚度截面。
對於葉高方向非徑向的靜葉片，按垂直葉高方向取橫截面。
孔在橫截面上的角度範圍是從工作面到非工作面與葉型中線法線方向成0°至後傾30°角。
對軸流風機葉片，孔在橫截面上的角度範圍最好取位於最前的孔中心線在葉型中線上交點處的法線與葉型外弦垂直線的夾角。對扭葉片，同排孔在有孔範圍允許時還可以取一致的角度，即最接近葉根的孔所在橫截面上孔中心線與葉型中線交點處的法向。
對以葉片凸面為工作面的離心式風機後向葉片，孔在橫截面上的角度最好只取法向。
孔中心線在葉高方向的葉片厚度截面上投影與橫截面投影線成0°±15°角。
本實用新型把前部有孔的風機葉片按葉型分成沿流程變厚度和等厚度兩類。為了減少對葉片設計狀態性能的不利影響，有孔區的最好範圍是對葉型沿流程變厚度葉片，在各基元葉型上前緣半徑圓心處的葉型中線正交線至距前緣為7％中線長處的葉型中線正交線之間；對葉型沿流程等厚度和僅在葉型後部漸薄而其餘大部分等厚的葉片，在各基元葉型上前緣半徑圓心處或距前緣1／2葉厚處的葉型中線正交線至距前緣為8％中線長處的葉型中線正交線之間。
本實用新型的前部有孔風機葉片，孔分布在葉片壓力分布隨攻角變化的敏感區內，連通了一部份工作面與非工作面，高壓力面的部份工質通過孔流到低壓力面，使葉片有孔部份壓力分布局部地趨於平衡，從而影響葉片前部以至下遊的流動。在過大或過小攻角時孔的作用是分別改善兩個葉表面的不良壓力分布，推遲附面層的分離或減少分離損失。因而本實用新型比現有技術有如下優點(1)在較大負攻角時，葉片前部工作面壓力係數提高，增加作功能力，提高效率。
(2)在較大正攻角時，葉片前部非工作面壓力係數提高，減少附面層分離損失，明顯提高效率。
(3)尤其對攻角特性較差的等厚葉片，能明顯提高非設計狀態的效率和壓力係數。
(4)在設計攻角和大攻角時，孔會使葉片上最低壓力係數得以提高，因而可提高葉型的臨界馬赫數，改善葉片高亞音速時的適應性。
(5)由於對有孔區位置的選定及對其範圍的限制，可使孔在正常攻角範圍內的不利影響降至最小，而維持原無孔葉片設計狀態性能水平。
(6)能通過不複雜的工藝直接對現有技術葉片進行改造。
在一個裝有研究葉輪的高壓離心通風機上，前部有孔葉片與無孔葉片的對比實驗效果如下允許工作範圍寬度保持在無孔葉片水平；壓力係數提高0.25％至1.0％；在相當於4°至8°攻角絕對值的效率增益低谷，效率提高－1.0％至＋0.5％。最高效率提高0.3％至3.0％，最高效率點向最高壓力係數方向偏移；較佳時在大流量邊界效率提高1.8％，在小流量邊界效率提高5.0％；
圖1是本實用新型在軸流風機葉片上表示有孔區範圍的立體示意圖。
圖2是孔在葉表面排列的示意圖。
圖3是圖2中孔14的A－A剖面示意圖。
圖4是孔在橫截面上角度範圍示意圖。
圖5是在直葉片沿葉高方向葉片厚度截面上表示孔的角度示意圖。
圖6是在有變厚葉片的離心壓縮機葉輪的立體示意圖上表示的最好有孔範圍。
以下結合附圖對本實用新型及實施作進一步描述。
基元葉型是空間曲面，如圖1所示在葉尖基元葉型上，1－3－2是從前緣1到後緣2的葉型中線，前緣到點3的葉型中線的曲線真實長度4等於9％的1－3－2曲線真實長度。3點正交線為5－3－6。7－8，9－10分別為葉中某基元葉型和葉根基元葉型9％中線長處的葉型中線正交線。由各基元葉型9％中線長處的葉型中線正交線構成的3－5－7－9－10－8－6－3界面之前為本實用新型的有孔區範圍。
由於葉厚相對於迴轉半徑很小，基元葉型很接近直紋曲面，在葉尖、葉根型面可作出準確的有孔範圍線。葉表流線沿葉高等分作出。對平板葉片，除去前後圓弧邊，可把葉表流線長度視為基元葉型中線長。對於各截面都有座標值的葉片，可用作圖、計算求出範圍線。對於扭葉片亦可從放大模型的流線迴轉切面上得出設計和工藝所需的數據。滿足一般需要的簡便做法結合圖6說明。
孔的排列方式如圖2示意的，沿葉高方向成排，同排相鄰孔中心11，12的距離13在前兩排取2－3倍孔經為佳。孔中心線B－B與葉表交點16，17的距離18，孔徑15是尺寸18的0.1至0.8倍。孔口邊緣園角19能減少孔內流動損失。
圖4是用離心風機的葉型後部24漸薄其餘大部分等厚的葉片表示本實用新型孔在橫截面上的角度範圍。孔從工作面20到非工作面21的方向為孔中心線與葉型中線交點22的法線C－C至向後傾斜30°(角度23)的D－D線範圍。
圖5表示的角度範圍，是孔與橫截面的相對關係。橫截面在葉高方向的葉厚截面上的投影是在E－E線上，F－F線與E－E線構成25為±15°角，G－G線與E－E線構成26為－15°角，孔中心線在葉厚截面上的投影與E－E線成0°±15°角。
圖6結合葉型沿流程變厚葉片的最好有孔範圍說明滿足一般需要的有孔範圍線簡便作法。在葉尖型面前緣點27至點30的曲線真實長31等於7％葉型中線27－29－30－28的曲線真實長度。作前緣半徑圓心29和點30的葉型中線正交線交葉表邊緣於32、33和34、35。在葉片凸面畫出各橫截面前緣半徑圓心法線與葉表相交點的連線32－36，這是足夠準確的前範圍線。葉根型面距前緣7％中線長處的正交線與葉表交點是38，34－38是符合定義的變厚葉片的最好有孔後範圍線。作與32－36線橫向等距的34－37線，即為滿足一般需要的有孔後範圍線。
權利要求1.一種用於葉片式氣體壓縮和輸送機械(風機)的葉片，葉片由葉表流線按迴轉面與葉片相切成的各基元葉型構成，葉片上有多個連通工作面與非工作面的孔，其特徵在於，孔分布在各基元葉型距前緣為9%中線長處的葉型中線正交線之前。
2.根據權利要求1所述的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔沿葉高方向排列成一排至三排。
3.根據權利要求2所述的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，同排孔相鄰孔中心距為2至4倍孔徑。
4.根據權利要求3所述的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔徑為孔中心線與葉表交成的兩點間距離的0.1至0.8倍。
5.根據權利要求4所述的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔口邊緣的園角半徑為0至0.2倍孔徑。
6.根據權利要求5所述的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔在橫截面上的角度範圍是從工作面到非工作面與葉型中線法線方向成0°至後傾30°角。
7.根據權利要求6所述的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔中心線在葉高方向的葉片厚度截面上投影與橫截面投影線成0°±15°角。
8.根據權利要求7所述的前部有孔的風機葉片中，葉型沿流程變厚度的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔分布在各基元葉型前緣半徑圓心處的葉型中線正交線至距前緣為7％中線長處的葉型中線正交線之間。
9.根據權利要求7所述的前部有孔的風機葉片中，葉型沿流程等厚度和僅在葉型後部漸薄其餘大部分等厚的前部有孔的風機葉片，其特徵在於，孔分布在各基元葉型前緣半徑圓心處的葉型中線正交線至距前緣為8％中線長處的葉型中線正交線之間。
專利摘要一種前部有孔的風機葉片，用於葉片式氣體壓縮和輸送機械的動葉片和靜葉片。葉片上有多個連通工作面與非工作面的孔，孔分布在各基元葉型距前緣為9％中線長處的葉型中線正交線之前。通過孔影響葉片表面壓力分布，在葉片處於過大過小攻角時改善氣體流動，提高非設計狀態性能，改善高亞音速工作的適應性，並能維持無孔葉片設計狀態性能水平。在一個高壓離心通風機上的實驗表明，對提高小流量區效率尤為有效。
文檔編號F04D29/38GK2038566SQ88213060
公開日1989年5月31日 申請日期1988年9月10日 優先權日1988年9月10日
發明者蘇大為 申請人:蘇大為