一種葉輪裝置的製作方法
2023-05-22 05:34:51 1
專利名稱：一種葉輪裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種葉輪裝置。
現有技術對這些有旋轉葉片的流體機械的梢渦及其危害卻至今無相當有效的解決辦法，頂多在螺旋槳的近葉梢處減小些負荷以減小其梢渦，但這樣做作用不大卻影響了其效率。雖然，西班牙新德裡大學曾有人提出過在葉梢加端板以形成無梢渦(TVF)螺旋槳的技術，但由於端板的阻力影響了螺旋槳的效率，且由於船後螺旋槳的進流不均勻，端板處時有分離流出現，故該技術難以推廣。我們也曾研究過用葉梢向葉面(壓力面)彎曲和側斜的反彎扭技術來消除或減小梢渦，該技術能在一定程度上減小梢渦，取得了一定的減振降噪效果，但在重負荷時反彎扭葉片還是壓不住梢渦。
以前，國外有人用鋸齒形隨邊來消除螺旋漿的鳴音，其依據的是用螺旋漿葉片隨邊結構的交叉變化來破壞其展向相關性，從而減小對其尾流中的卡門渦街的激勵作用的響應(卡門渦街不參與形成梢渦，是一種橫向渦；卡門渦街的激勵作用是流體機械或電線等產生蜂鳴的原因，是一種共振現象。)，以此來消除鳴音。但是，由於鳴音往往由漿葉內半徑較厚的隨邊誘發，故鋸齒形隨邊必須從0.5R(R為螺旋漿半徑)處做起，而對於葉梢弦長是否為零無要求。
本發明的另一個目的是提高葉輪裝置的效率。
為了實現上述目的，本發明的解決方案是一種葉輪裝置，包括鋸齒形旋轉葉片和安裝葉片的輪轂，其特點是，所述旋轉葉片的葉梢的弦長必須小於5％的葉輪直徑，鋸齒形分布在旋轉葉片半徑的0.75至1.0倍處的隨邊上，從齒中間到齒的邊緣由厚變薄，且在旋轉葉片的壓力面和吸力面的齒根兩齒間均形成馬鞍形凹面。
所述旋轉葉片隨邊鋸齒的齒頂角小於120°，所述齒的高度小於3％C(C為葉剖面弦長)。
所述鋸齒的外側邊與旋轉方向的夾角大於或等於180°。
所述旋轉葉片的形狀可以是直葉的或3斜的或彎扭的。
所述旋轉葉片和輪轂的聯接可以是整體鑄造的或鉸接的。
圖2是本發明的葉輪裝置的平面圖。
圖3是圖2的A向剖面圖。
這裡提出的仿照貓頭鷹翅膀的鋸齒形後緣構造有鋸齒形隨邊(見圖2)的葉梢的技術能在各種條件下(包括重負荷時)極大地減小有旋轉葉片2的流體機械的梢渦。這是因為鋸齒形隨邊的馬鞍形凹面6能使流體在此形成渦匯，此渦匯把連成一片的自由尾渦分割成一條一條的離散渦使之不能翻捲成一個單一的梢渦(這些離散渦在到達葉梢時由於相位和強度不同，有相互耗散作用)，同樣由於這些離散渦作用在流場中的某一點時由於相位和強度不同，其作用將互相抵消，故其誘導脈動流的作用將大大減弱，從而極大地減小了旋轉葉片2的流體機械的梢渦及其引發的噪音和振動。與此同時，由於減小了梢渦損失，有旋轉葉片2的流體機械的效率也提高了。例如，某艇螺距比約為1的螺旋槳在進速係數J＝0.5左右的重負荷工況時，用常規平直葉片時螺旋槳水噪音為156-161dB(各頻段有不同的聲級)，用反彎扭葉片時水噪音為143-153dB，用反彎扭的鋸齒形葉梢葉片時水噪音為139-150dB，對船底板的激振力，上述各槳相應的值分別為4.88kPa，3.79kPa和1.93kPa，而螺旋槳效率用反彎扭葉片時比用常規葉片時提高了約3％，用鋸齒形葉片時又比反彎扭葉片時提高了2.5％。從上述數據可以看到用鋸齒形葉梢可降低噪音3-5dB，降低激振力44.2％。這充分證明了用馬鞍形凹面產生的渦匯分割自由尾渦理論的正確性，也證明了用鋸齒形隨邊的葉梢消除梢渦的技術是切實可行的。
為了有效分割自由尾渦，防止鋸齒過大過疏，並防止影響旋轉葉片2的流體動力性能，本發明的旋轉葉片2隨邊鋸齒3的齒頂角小於120°，齒高(在葉剖面的弦向)小於3％C(C為葉剖面弦長)。因為齒高過大會破壞葉輪機械的水動力性能，因而影響其效率。而齒角過大會使鋸齒太寬，達不到分割自由尾渦的目的，例如，弦長C為0.425D的葉片處3％C齒高的齒尖8的齒頂角為120°的話，齒寬就達0.044R，這樣在0.25R的有效消渦範圍內只能布置5個齒，與現在的布置了10個齒的鋸齒形葉梢相比其梢渦的作用要減小一半，因此，其減振降噪作用也要減小一半左右。現在用小鋸齒消除或減小了梢渦後，節省了原來產生梢渦的能量，故可以達到本發明的另一目的，提高了葉輪機械的效率。
在水動力機械中，如果不注意葉梢部位鋸齒的形狀，使其成為旋轉葉片2的一部分導邊(迎向進流的一邊)，那麼由於鋸齒形的橫剖面不是很好的流線型，鋸齒形上將產生額外的空泡，其後果是引起噪音和激振力激增。因此，此時齒的外側邊(靠近葉梢的一側)與旋轉方向的夾角必須大於或等於180°。
權利要求
1.一種葉輪裝置，包括鋸齒形旋轉葉片和安裝葉片的輪轂，其特徵在於，所述旋轉葉片的葉梢的弦長必須小於5％的葉輪直徑，鋸齒形分布在旋轉葉片半徑的0.75至1.0倍處的隨邊上，從齒中間到齒的邊緣由厚變薄，且在旋轉葉片的壓力面和吸力面的齒根兩齒間均形成馬鞍形凹面。
2.根據權利要求1所述的葉輪裝置，其特徵在於，所述旋轉葉片隨邊鋸齒的齒頂角小於120°，所述齒的高度小於3％C(C為葉剖面弦長)。
3.根據權利要求1所述的葉輪裝置，其特徵在於，所述齒的外側邊與旋轉方向的夾角大於或等於180°。
4.根據權利要求1所述的葉輪裝置，其特徵在於，所述旋轉葉片的形狀可以是直葉的或側斜的或彎扭的。
5.根據權利要求1所述的葉輪裝置，其特徵在於，所述旋轉葉片和輪轂的聯接可以是整體鑄造的或鉸接的。
全文摘要
本發明涉及一種葉輪裝置，包括鋸齒形旋轉葉片和安裝葉片的輪轂，其特點是，所述旋轉葉片的葉梢的弦長必須小於5％的葉輪直徑，鋸齒形分布在旋轉葉片半徑的0.75至1.0倍處的隨邊上，從齒中間到齒的邊緣由厚變薄，且在旋轉葉片的壓力面和吸力面的齒根兩齒間均形成馬鞍形凹面。該葉輪裝置能有效地消除梢渦，提高葉輪的效率。
文檔編號F04D29/24GK1403704SQ02137529
公開日2003年3月19日 申請日期2002年10月18日 優先權日2002年10月18日
發明者華漢金 申請人:中國船舶工業第七○八研究所