一種複合翼型風機葉片的設計方法
2023-05-01 19:47:36
專利名稱：一種複合翼型風機葉片的設計方法
技術領域：
本發明涉及風機風電技術領域，具體地說是一種複合翼型風機葉片的設計方法，也就是利用航空氣動力標準翼型為翼型葉片主體，在翼型葉片主體的前緣和後緣延伸添加翼型生成複合翼型，或在翼型葉片主體的吸力面上添加翼型生成複合翼型的方法。
背景技術：
透平機械的性能很大程度上取決於透平式葉輪葉片的結構和形狀，現有的機翼型葉片技術往往採用模壓、模鍛、精密銑削、手工整形的方法進行加工成型，加工難度大，製作成本高，難於形成規模化生產。為了解決透平式葉輪葉片的製作，相關文獻介紹了擠壓型材 製造風機葉輪葉片，但葉片多為軸流風機矩形葉片，即葉片徑向各級元級截面相同。專利文獻公開號為CN1908444公開了擠壓截工藝成型的軸流式節能風機葉片，葉片截面由空心的機翼型主體和實心的尾緣構成，通過葉片尾緣隨邊的不同方式切割、改變葉片數、葉片弦長、葉片安裝角度和轉速來實現所需要的流型。這些文獻解決了一些軸流風機的計算流型，但是還是存在一些不足，因為透平機械葉輪葉片計算流型較多，結構上大體上歸為三類軸流式、離心式、混流式，前面文獻中的葉片在應用上就明顯不能滿足工程設計要求。軸流風機設計時為了降低噪聲，許多場合採用葉片前掠結構，因為無法採用前面文獻所提到的機翼型矩形葉片和帶尾緣的機翼型葉片實現這一計算流型和結構，通常採用精密鑄造、注塑、壓鑄等方法來實現，這樣使得風機的製造成本高，模具投入費用大，而且不同機號之間通用性差；而且常規的離心式、混流式葉輪多採用單板葉片，儘管簡化了製作工藝，但同時也造成普遍運行效率低、工況範圍窄、噪聲高的後果。儘管有些葉輪採用了機翼型葉片，但多限於手工拼湊焊接，翼型精度差，製作成本高，而且不適合大批量規模化生產。
發明內容
本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種複合翼型風機葉片的設計方法。本發明的技術任務是按以下方式實現的採用航空氣動力標準翼型作為翼型葉片主體，然後通過對翼型葉片主體的前緣、後緣進行翼型疊加或者在翼型葉片主體的吸力面上進行翼型疊加製成複合翼型葉片，該複合翼型葉片在透平機械葉輪的應用中，葉柵葉道介質進行兩次或三加速，有效減小流動損失，同時起到降低噪聲作用；具體包括以下設計I)在翼型葉片主體的前緣部分疊加一個向前延伸的前緣葉片組成複合翼型葉片，疊加的前緣葉片厚度小於翼型葉片主體厚度，通過複合翼型葉片壓力面前延，保證壓力面光滑過渡；2)在翼型葉片主體的後緣部分疊加一個向後延伸的後緣葉片組成複合翼型葉片，疊加的後緣葉片厚度小於翼型葉片主體厚度，通過複合翼型葉片壓力面後延，保證壓力面光滑過渡；3)在翼型葉片主體的前緣部分和後緣部分分別疊加前緣葉片和後緣葉片，組成複合翼型葉片，疊加的前緣葉片和後緣葉片的厚度均小於翼型葉片主體的厚度，通過複合翼型葉片壓力面前延和後延，保證整個壓力面光滑過渡；4)在翼型葉片主體上部的吸力面上疊加輔助翼面，組成輔助翼型葉片，通過疊加輔助翼面，對葉片吸 力面曲線進行修飾；5)在翼型葉片主體的前緣部分疊加一個向前延伸的前緣葉片、後緣部分疊加一個向後延伸的後緣葉片和上部的吸力面上疊加輔助翼面，組成輔助翼型葉片；6)用於疊加的前緣葉片、後緣葉片和輔助翼面型材採用空實心或中空的結構形式，複合翼型葉片型材採用中空結構時，孔形狀為D型梁、工字梁、長圓孔、圓孔、三角形孔中的一種或兩種以上形狀的組合；7)前緣葉片、後緣葉片和輔助翼面作為分體結構與翼型葉片主體的結合採用鋁型材整體拉伸工藝製程或通過卯榫結構或者採用關節接頭進行聯接。本發明的方法具有以下突出的有益效果通過對航空氣動力標準翼型進行複合得到的葉片複合翼型，利用複合翼型製成的透平機械葉輪葉片可以更好的符合流體力學的工程計算，使得批量化、個性化的設計更容易實現。I)突出效果是在不同的透平葉輪葉片的應用中成為通用葉片，既可以作為等截面的矩形葉片，也可以作為變截面、變翼型的葉片使用，葉片通用化程度高。2)在透平機械葉輪的葉片相對扭角可以為0，即無扭角的葉片結構，也可以採用扭角工裝夾具設備對葉片進行扭角，使葉片有一定的相對扭角，使得葉輪葉片更好的符合工程計算流型。3)葉片型材的材料可以根據介質、環境條件的不同而不同。可以分為金屬材料、非金屬材料、複合材料。
附圖I是翼型葉片主體前緣疊加前緣葉片的結構示意圖；附圖2為翼型葉片王體後緣置加後緣葉片的結構不意圖；附圖3為翼型葉片王體如後分別置加如緣葉片和後緣葉片的結構不意圖；附圖4為翼型葉片主體上部吸力面疊加輔助頁面的結構示意圖；附圖5為翼型葉片主體前後和上部分別疊加前緣葉片、後緣葉片和輔助頁面的結構示意圖；附圖中的標記分別表示翼型葉片主體I、前緣葉片2、後緣葉片3、輔助頁面4。
具體實施例方式參照說明書附圖和具體實施例對本發明基於航空氣動力標準翼型生成透平機械通用複合翼型的方法做如下說明，但不以任何方式限制本發明。本發明採用航空氣動力標準翼型作為翼型葉片主體，然後通過對翼型葉片主體的前緣、後緣進行翼型疊加或者在翼型葉片主體的吸力面上進行翼型疊加製成複合翼型葉片，該複合翼型葉片在透平機械葉輪的應用中，葉柵葉道介質進行兩次或三加速，有效減小流動損失，同時起到降低噪聲作用；具體設計方法如下I)在翼型葉片主體的前緣部分疊加一個向前延伸的前緣葉片組成複合翼型葉片，疊加的前緣葉片厚度小於翼型葉片主體厚度，通過複合翼型葉片壓力面前延，保證壓力面光滑過渡；2)在翼型葉片主體的後緣部分疊加一個向後延伸的後緣葉片組成複合翼型葉片，疊加的後緣葉片厚度小於翼型葉片主體厚度，通過複合翼型葉片壓力面後延，保證壓力面光滑過渡；3)在翼型葉片主體的前緣部分和後緣部分分別疊加前緣葉片和後緣葉片，組成複合翼型葉片，疊加的前緣葉片和後緣葉片的厚度均小於翼型葉片主體的厚度，通過複合翼型葉片壓力面前延和後延，保證整個壓力面光滑過渡；4)在翼型葉片主體上部的吸力面上疊加輔助翼面，組成輔助翼型葉片，通過疊加輔助翼面，對葉片吸力面曲線進行修飾；5)在翼型葉片主體的前緣部分疊加一個向前延伸的前緣葉片、後緣部分疊加一個向後延伸的後緣葉片和上部的吸力面上疊加輔助翼面，組成輔助翼型葉片； 6)用於疊加的前緣葉片、後緣葉片和輔助翼面型材採用空實心或中空的結構形式，複合翼型葉片型材採用中空結構時，孔形狀為D型梁、工字梁、長圓孔、圓孔、三角形孔中的一種或兩種以上形狀的組合；7)前緣葉片、後緣葉片和輔助翼面作為分體結構與翼型葉片主體的結合採用鋁型材整體拉伸工藝製程或通過卯榫結構或者採用關節接頭進行聯接。實施例I :複合翼型的生成本發明的複合翼型生成方式分為以下六類①前緣疊加複合翼型以標準翼型作為翼型葉片主體，並對翼型葉片主體的前緣進行延伸疊加翼型，使疊加翼型與翼型葉片主體壓力面型線相吻合，即翼型葉片主體壓力面型線曲率半徑和疊加翼型的壓力面型線曲率半徑在結合點處相切，疊加翼型的最大厚度小於翼型葉片主體的最大厚度，吸力面上將翼型葉片主體型線與疊加翼型型線光滑過渡。②後緣疊加複合翼型以標準翼型作為翼型葉片主體，並對翼型葉片主體的後緣進行延伸疊加翼型，使疊加翼型與翼型葉片主體壓力面型線相吻合，即翼型葉片主體壓力面型線曲率半徑和疊加翼型的壓力面型線曲率半徑在結合點處相切，疊加翼型的最大厚度小於翼型葉片主體的最大厚度，吸力面上將翼型葉片主體型線與疊加翼型型線光滑過渡。③後緣疊加彎板複合翼型以標準翼型作為翼型葉片主體，並對翼型葉片主體的後緣進行延伸疊加彎板翼型，使疊加的彎板翼型與翼型葉片主體壓力面型線相吻合，即翼型葉片主體壓力面型線曲率半徑和疊加彎板翼型的壓力面型線曲率半徑在結合點處相切，吸力面上將翼型葉片主體型線與疊加彎板翼型型線光滑過渡。④前緣、後緣疊加複合翼型以標準翼型作為翼型葉片主體，並對翼型葉片主體的前緣、後緣進行延伸疊加翼型，使疊加翼型與翼型葉片主體壓力面型線相吻合，即翼型葉片主體壓力面型線曲率半徑和疊加翼型的壓力面型線曲率半徑在結合點處相切,疊加翼型的最大厚度小於翼型葉片主體的最大厚度，吸力面上將翼型葉片主體型線與疊加翼型型線光滑過渡。⑤前緣疊加翼型、後緣疊加彎板複合翼型以標準翼型作為翼型葉片主體，並對翼型葉片主體的前緣、後緣進行延伸疊加翼型，前緣延伸部分疊加標準翼型、後緣延伸部分疊加彎板翼型，使疊加翼型與翼型葉片主體壓力面型線相吻合，即翼型葉片主體壓力面型線曲率半徑和疊加翼型的壓力面型線曲率半徑在結合點處相切，疊加翼型的最大厚度小於翼型葉片主體的最大厚度，吸力面上將翼型葉片主體型線與疊加翼型型線光滑過渡。⑥吸力面疊加複合翼型以標準翼型作為翼型葉片主體，在主題翼型的吸力面上疊加翼型，複合翼型的壓力面型線即翼型葉片主體的壓力面型線保持不變，吸力面上將翼型葉片主體型線與疊加翼型型線光滑過渡。實施例2 :選擇複合翼型的類型，並確定截面形式(I)根據工程計算流型確定採用複合翼型的翼型型線。(2)複合翼型截面尺寸不大，或者考慮葉片耐磨、強度、剛度等條件時可以選用複合翼型實心結構，(3)複合翼型截面尺寸較大時，在滿足葉片強度、剛度等條件下，可以選用不同形式的空心截面結構。·
(4)複合翼型截面尺寸較大時，也可組合式的葉片截面結構可以是關節結構，也可以是卯榫結構，實施例3 :葉片型材材質根據葉輪葉片適用的介質(場合)不同，選用不同的材質。葉片材質可以是金屬材料、非金屬材料、複合材料。實施例4 :葉片型材成型通過擠壓、擠出、拉拔的方法製作出複合翼型葉片型材實施例5 :用葉片型材製作葉片根據工程計算流型選取葉片型材，並按葉片所需長度截取作為葉片毛料。根據葉片葉形銑切葉片的前緣、後緣薄翼，並作修整。 調整葉片的相對扭角，使之滿足工程計算。葉片與盤面或輪轂之間的連接，可以根據不同形式、不同材質的透平葉輪連接方式可以不同，可以採用連接方式鉚接、焊接、鉚焊、螺栓連接、粘接。實施例6 :利用複合翼型生成葉片型的材方法根據不同用途透平機械葉輪的性能要求和計算流型選擇複合翼型的型線結構，並根據使用場合確定複合翼型的截面結構，然後通過擠壓、擠出、拉拔的方法製作出複合翼型葉片型材。葉片型材截面結構分為實心複合翼型、全空心複合翼型、帶中心孔的複合翼型、帶加強筋的空心複合翼型、分體結構的複合翼型。葉片截面結構為分體結構式可採用卯榫結構、關節結構。在葉片型材加工時，葉片型材截面結構要遵循以下技術要求I)根據葉輪使用的場合選擇與之相適應的航空氣動力標準翼型作為翼型葉片主體和疊加翼型，需要考慮升阻比係數高的同時，還要考慮結構強度、剛度和連接方式。2)複合翼型葉片的壓力中心變化範圍應落在重心的前方，保證葉片在工況變化時的穩定性。3)葉片截面結構要根據適用場合的不同選用不同的結構，當選用空心結構時，要根據材料、強度、剛度的特點設置不同的空心結構，使得材料利用率最高、結構最輕、工藝性能最好。·
權利要求
1. 一種複合翼型風機葉片的設計方法，其特徵在於，採用航空氣動力標準翼型作為翼型葉片主體，然後通過對翼型葉片主體的前緣、後緣進行翼型疊加或者在翼型葉片主體的吸力面上進行翼型疊加製成複合翼型葉片，該複合翼型葉片在透平機械葉輪的應用中，葉柵葉道介質進行兩次或三加速，有效減小流動損失，同時起到降低噪聲作用；具體包括以下設計 1)在翼型葉片主體的前緣部分疊加一個向前延伸的前緣葉片組成複合翼型葉片，疊加的前緣葉片厚度小於翼型葉片主體厚度， 通過複合翼型葉片壓力面前延，保證壓力面光滑過渡； 2)在翼型葉片王體的後緣部分置加Iv向後延伸的後緣葉片組成複合翼型葉片，置加的後緣葉片厚度小於翼型葉片主體厚度，通過複合翼型葉片壓力面後延，保證壓力面光滑過渡； 3)在翼型葉片主體的前緣部分和後緣部分分別疊加前緣葉片和後緣葉片，組成複合翼型葉片，疊加的前緣葉片和後緣葉片的厚度均小於翼型葉片主體的厚度，通過複合翼型葉片壓力面前延和後延，保證整個壓力面光滑過渡； 4)在翼型葉片主體上部的吸力面上疊加輔助翼面，組成輔助翼型葉片，通過疊加輔助翼面，對葉片吸力面曲線進行修飾； 5)在翼型葉片主體的前緣部分疊加一個向前延伸的前緣葉片、後緣部分疊加一個向後延伸的後緣葉片和上部的吸力面上疊加輔助翼面，組成輔助翼型葉片； 6)用於疊加的前緣葉片、後緣葉片和輔助翼面型材採用空實心或中空的結構形式，複合翼型葉片型材採用中空結構時，孔形狀為D型梁、工字梁、長圓孔、圓孔、三角形孔中的一種或兩種以上形狀的組合； 7)前緣葉片、後緣葉片和輔助翼面作為分體結構與翼型葉片主體的結合採用鋁型材整體拉伸工藝製程或通過卯榫結構或者採用關節接頭進行聯接。
全文摘要
本發明提供一種複合翼型風機葉片的設計方法，本發明採用航空氣動力標準翼型作為複合翼型的翼型葉片主體，通過對翼型葉片主體的前緣向前延伸進行翼型疊加、後緣向後延伸進行翼型疊加或者兩者同時採用以及在翼型葉片主體的吸力面上進行翼型疊加的方法，複合成為新型翼型。複合翼型根據使用的計算流型和使用場合的不同可以採用切割、修整前緣延伸翼型和後緣延伸翼型、改變葉片角度、改變相對扭角、調整葉片數、改變弦長來滿足不同類型葉輪的氣動力要求，該方法滿足葉片的大批量規模化生產，通用性強，尤其應用於各類風機、小型風電行業具有很好的推廣價值。
文檔編號F04D29/26GK102943774SQ20121027514
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者王書勤 申請人:王書勤