高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪的製作方法
2023-04-24 18:58:31 2
高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，包括輪轂和葉片，葉片上開有多個降噪孔，降噪孔為通孔，且降噪孔的軸線與輪轂的軸線平行，降噪孔的密度從葉片根部到葉片外緣逐漸遞減；葉片採用防振合金材料製成；降噪孔的開孔係數ε為0.08～0.09。本發明通過在葉片上開有降噪孔，使風機葉輪的噪音降低，並且葉片採用防振合金材料，減小了風機在運轉時的振動，同時此種防振合金材料還具有吸聲的作用，進一步降低了噪聲，本發明所述的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪具有噪聲低、振動小且效率高的優點。
【專利說明】高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及冷卻系統通風冷卻【技術領域】，具體為一種高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪。
【背景技術】
[0002]隨著中國鐵路技術的發展，高速電力機車運行速度隨之提高，機車牽引力要求越來越大，伴隨而來的問題是機車用電子器件功率密度越來越高，其工作時耗散的熱量越來越多，對機車冷卻系統的要求也越來越苛刻，減振、降噪、高效三個指標是重中之重，迫切需要一種高速電力機車冷卻系統用噪聲低、振動小、高效率的軸流風機葉輪。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有技術中高速電力機車冷卻系統用軸流風機葉輪噪聲高、振動大、效率低的問題，而研製一種噪聲低、振動小的高效率軸流風機葉輪。本發明採用在葉片上開有降噪孔使部分氣流自葉片的工作面流向葉片的非工作面，使非工作面邊界層發生改變，減小葉片分離區域大小和紊流強度，達到降低噪聲的效果；降噪孔的密度從葉片根部到葉片外緣逐漸遞減，進一步改善葉片的流場的紊流程度；採用減振吸聲、機械性能好、耐腐蝕的防振合金材料製成，使軸流風機葉輪振動小，且進一步降低噪聲。
[0004]本發明的技術手段如下:
[0005]一種高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，具有輪轂和葉片；其特徵在於:所述葉片上開有多個降噪孔，所述降噪孔為通孔，降噪孔的軸線與所述輪轂的軸線平行；所述葉片具有葉片根部和葉片外緣，所述降噪孔的密度從葉片根部到葉片外緣逐漸遞減；所述葉片採用防振合金材料製成。葉片上的降噪孔可使部分氣流自葉片的工作面流向葉片的非工作面，使非工作面邊界層內的流體速度分布得到改變，達到降噪的效果。對軸流風機葉輪進行計算流體動力學(CFD)仿真分析發現，軸流葉輪葉片根部流場的紊流程度遠大於葉片外緣流場的紊流程度，紊流程度從葉片根部到葉片外緣呈現遞降的趨勢，而流場強烈的紊流會使升力呈現強烈的不穩定性，進而導致葉輪的噪聲增加，本發明針對這一現象，設計降噪孔的密度從葉片根部到葉片外緣逐漸遞減，以進一步優化葉片流場的紊流程度，進一步降低葉片的噪聲。防振合金材料具有優異的減振性能、機械性能和較強的耐腐蝕性。
[0006]進一步地，所述葉片上降噪孔的開孔係數ε為0.08?0.09。
[0007]進一步地，所述降噪孔的半徑為2.75mm?5.5mm。
[0008]進一步地，所述葉輪在所述輪轂徑向面上的投影的直徑為300mm?900mm。
[0009]進一步地，所述葉片為7片?12片，且均布焊接固定在所述輪轂的外周面上。
[0010]更進一步地，所述相鄰葉片的葉片外緣上的相應點在所述輪轂徑向面上的投影的距離t為200mm?300mmo
[0011]由於採用了上述技術方案，本發明提供的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪具有結構簡單、噪聲低、振動小、效率高且葉片耐腐蝕性強等優點，能夠適應目前飛速發展的高速電力機車冷卻系統的嚴格要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明實施例立體結構示意圖；
[0013]圖2為圖1所示實施例的上視圖；
[0014]圖3為圖1所示實施例的右視圖。
[0015]圖中:1、輪轂，2、葉片，20、降噪孔，21、葉片根部，22、葉片外緣，23、葉片前緣，24、
葉片後緣，a、工作面，b、非工作面。
【具體實施方式】
[0016]如圖1?圖3所示的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，包括輪轂I和葉片2，葉片2共有7片，且均布焊接固定在輪轂I的外周面上；葉輪在輪轂I徑向面上的投影的直徑D為300mm?900mm，葉片2具有葉片根部21、葉片外緣22、葉片前緣23和葉片後緣24，相鄰葉片2的葉片外緣22上的相應點在所述輪轂I徑向面上的投影的距離t為200mm?300mm ;葉片2具有工作面a和非工作面b，葉片2呈弧形，如圖3中所示，非工作面b的相切面與輪轂I軸線的夾角β為47.75°?52.5° ;葉片2上開有多個降噪孔20，降噪孔20為通孔，降噪孔20的軸線方向與輪轂I的軸線方向平行，降噪孔20的密度從葉片根部21到葉片外緣22逐漸遞減，降噪孔20在葉片2上的開孔係數為0.08?0.09，本發明所述開孔係數為葉片2上開孔的面積與葉片2的工作面a的表面積的比值；降噪孔20的半徑為2.75mm?5.5mm ;葉片2在不同截面上的厚度是不相同的，呈從中間到葉片前緣23/葉片後緣24逐漸變薄的趨勢；葉片2採用功能性材料防振合金製成，具體可採用Mn-Cu-Al合金，該種合金具有減振吸聲、機械性能好、高耐腐蝕性的優點，減小了風機在運轉時的振動，同時此種防振合金材料還具有吸聲的作用。
[0017]風機所產生的噪聲主要是由於葉片氣流出口處出現渦流分離而作用於葉片的升力所引起的，葉片前任何大尺度紊流將產生附加升力脈動，從而使噪聲輻射明顯增加。為了降低風機的紊流噪聲，本發明採取對風機葉片2上開降噪孔20的方法。風機工作葉片氣流出口處因為紊流而產生了渦流分離，形成分離區，採用在葉片2上開降噪孔20的方法使部分氣流自葉片2的工作面a流向非工作面b，使非工作表面b邊界層內的流體速度分布得到改變，邊界層內的流體獲得新的動能克服摩擦阻力，促使分離點向葉片氣流出口處移動，從而減少了葉片氣流出口處的分離區的尺寸大小以及紊流強度，達到降低噪音的作用。其中邊界層是指氣流在葉片表面由於本身黏性影響產生的一層流動緩慢的流體層。
[0018]對軸流風機葉輪進行計算流體動力學(CFD)仿真分析發現，軸流葉輪葉片根部21流場的紊流程度遠大於葉片外緣22流場的紊流程度，紊流程度從葉片根部21到葉片外緣22呈現遞降的趨勢，而流場強烈的紊流會使升力呈現強烈的不穩定性，進而導致葉輪的噪聲增加，設計降噪孔20的密度從葉片根部21到葉片外緣22逐漸遞減，可改善風機葉輪的流場的紊流程度，進一步降低噪聲，改善風機葉輪的性能。
[0019]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，具有輪轂和葉片；其特徵在於:所述葉片上開有多個降噪孔，所述降噪孔為通孔，降噪孔的軸線與所述輪轂的軸線平行；所述葉片具有葉片根部和葉片外緣，所述降噪孔的密度從葉片根部到葉片外緣逐漸遞減；所述葉片採用防振合金材料製成。
2.根據權利要求1所述的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，其特徵在於:所述葉片上降噪孔的開孔係數ε為0.08?0.09。
3.根據權利要求1所述的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，其特徵在於:所述降噪孔的半徑為2.75mm?5.5mm。
4.根據權利要求1所述的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，其特徵在於:所述葉輪在所述輪轂徑向面上的投影的直徑D為300mm?900mm。
5.根據權利要求1?4任一項所述的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，其特徵在於:所述葉片為7片?12片，且均布焊接固定在所述輪轂的外周面上。
6.根據權利要求5所述的高速電力機車冷卻系統用低噪軸流風機葉輪，其特徵在於:所述相鄰葉片的葉片外緣上的相應點在所述輪轂徑向面上的投影的距離t為200mm?300mmo
【文檔編號】F04D29/38GK104454641SQ201410640489
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】包明冬, 王博, 李海倫 申請人:中國北車集團大連機車研究所有限公司