低噪音大风量轴流风机.pdf

一种低噪音大风量轴流风机，属于非变容泵技术领域。用于解决轴流风机降低噪音、提高效率的技术问题。该风机叶片为后掠形，其特别之处是，该风机叶片为后掠形，其截面形状为机翼型，特别之处是：以叶片转动中心为中心轴、以不同半径的圆柱面截割叶片，将所得各截面展开得到各展开截面弦长Bn和叶片前缘到叶片浆根中轴线弦长An，由An、Bn值及截面翼形展开图中X和Y的数值可确定叶片的几何形状。本发明通过对叶片轮廓和截面翼形设计，可有效减小涡流噪声和冲击噪声，叶片采用双层复合材料制成，提高了叶片刚度和强度，减轻叶片自重，减小叶片高速旋转时的变形。经对比试验表明，本发明与同类风机相比，风量大、噪声小、静压高、重量轻。

1.  一种低噪音大风量轴流风机，由壳体和叶片组成，叶片为后掠形，其截面形状为机翼型，其特征在于：所述叶片的几何形状由下述参数确定：以叶片(5)的转动中心为中心轴、以4个不同半径的圆柱面截割叶片，再将所得各截面展开，得到各展开截面弦长Bn和叶片前缘(7)到叶片浆根中轴线(6)弦长An，其数值分别如下：
(1-1)截面：  R1＝240mm  B1＝340mm  A1＝199mm
(2-2)截面：  R2＝293mm  B2＝397mm  A2＝195mm
(3-3)截面：  R3＝346mm  B3＝435mm  A3＝162mm
(4-4)截面：  R4＝400mm  B4＝472mm  A4＝114mm叶片的截面形状由下述参数确定：在各截面展开图上建立平面直角坐标系，以叶片前缘为X轴的坐标原点，以叶片浆根中轴线为Y轴坐标原点，各截面相应点的坐标值为：
(1-1)截面：X/B1(％)  X          Y_上        Y_上
           0         0          -34         -34
           2.5       8.5        -28～-29    -38～-39
           5         17         -25～-26    -39～-40
           10        34         -21～-22    -39～-40
           20        68         -15～-16    -40～-41
           30        102        -11～-12    -39～-40
           40        136        -9～-10     -38～-39
           50        170        -7～-8      -36～-37
           60        204        -6～-7      -34～-35
           70        238        -4～-5      -29～-30
           80        272        -1～-2      -21～-22
           90        306        5～6        -7～-8
           100       340        15          15
(2-2)截面：X/B2(％)  X          Y_上        Y_下
           0         0          0           0
            2.5         10           -6～-7            -38～-39
            5           20           -9～-10           -39～-40
            10          40           -14～-15          -39～-40
            20          79           -21～-22          -40～-41
            30          119          -24～-25          -39～-40
            40          159          -27～-28          -38～-39
            50          198          -29～-30          -39～-40
            60          238          -25～-26          -34～-35
            70          278          -16～-17          -33～-34
            80          318          -11～-12          -27～-28
            90          357          -7～-8            -20～-21
            100         397          0                 0；
(3-3)截面：X/B3(％)     X            Y_上              Y_下
            0           0            22                22
            2.5         11           23～24            14～15
            5           22           22～23            9～10
            10          44           19～20            1～2
            20          87           12～13            -12～-13
            30          131          4～5              -23～-24
            40          174          -3～-4            -33～-34
            50          218          -11～-12          -41～-42
            60          261          -19～-20          -48～-49
            70          305          -24～-25          -51～-52
            80          348          -28～-29          -49～-50
            90          392          -27～-28          -41～-42
            100         435          -23               -23；
(4-4)截面：X/B4(％)     X            Y_上              Y_下
            0           0            28                28
            2.5         12           27～28            18～19
            5           24           25～26            11～12
            10          47           18～19            0～1
            20          94           6～7              -18～-19
            30          142          -6～-7            -34～-35
            40          189          -18～-19          -49～-50
            50          236          -30～-31          -61～-62
            60          283          -40～-41          -71～-72
            70          330          -49～-50          -77～-78
            80          378          -55～-56          -78～-79
            90          425          -56～-57          -71～-72
            100         472          -55               -55，
其中X、Y上、、Y上数值单位均为毫米。

2.  根据权利要求1所述的低噪音大风量轴流风机，其特征在于：所述叶片由外部承力层(10)和内部填充材料层(11)构成，所述承力层为纤维增强塑料，内部填充材料层为聚氨酯泡沫层。

3.  根据权利要求2所述的低噪音大风量轴流风机，其特征在于：所述叶片承力层的厚度由叶片根部向叶片尖部递减，根部承力层厚度9～11毫米，尖部承力层厚度2～4毫米。

低噪音大风量轴流风机
技术领域
本发明涉及一种通风设备，特别是一种轴流风机，属非变容泵技术领域。
背景技术
风机是是用于输送气体的机械，轴流风机以其结构简单、制造方便、流量大等特点被广泛应用在各行各业中，尤其是在要求功率不大的通风场合。如何提高风机效率、降低噪音是这类风机研究的目标。风机噪声以空气动力噪声为主，这是由于叶片在高速旋转的过程中，受气体冲击和涡流等原因，使气体产生振动所引起的气体脉动声。根据动力噪音的产生机理不同，又分为旋转(冲击)噪音和涡流噪音，旋转噪音是由于叶片在高速旋转过程中，打击周围的气体介质，引起气体压力的脉动而产生。涡流噪音则是在气流流经叶片时产生的紊流附面层及旋涡分裂脱体从而引起叶片上压力的脉动而造成。通过对轴流风机的空气动力学研究表明，风机风量和噪声的大小与叶轮的气动特性密切相关，而叶片的几何形状是决定叶轮气动特性的主要因素。如平板形叶片产生的涡流较大，故涡流噪声也较大；而直叶片的旋转噪声较大。因此，合理改善风机叶片几何形状，是降低噪音、增加风量的有效手段。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种通过改变叶片几何形状而改变叶片表面气流流动特性、从而有效降低噪音、增大风量的低噪音大风量轴流风机。
本发明所称问题是以下技术方案解决的：
一种低噪音大风量轴流风机，由壳体和叶片组成，叶片为后掠形，其截面形状为机翼型，其特别之处是：所述叶片的几何形状由下述参数确定：以叶片5的转动中心为中心轴、以4个不同半径的圆柱面截割叶片，再将所得各截面展开，得到各展开截面弦长Bn和叶片前缘7到叶片浆根中轴线6的弦长An，其数值分别如下：
(1-1)截面：  R1＝240mm    B1＝340mm    A1＝199mm
(2-2)截面：  R2＝293mm    B2＝397mm    A2＝195mm
(3-3)截面：  R3＝346mm    B3＝435mm    A3＝162mm
(4-4)截面：  R4＝400mm    B4＝472mm    A4＝114mm
叶片的截面形状由下述参数确定：在各截面展开图上建立平面直角坐标系，以叶片前缘为X轴的坐标原点，以叶片浆根中轴线为Y轴坐标原点，各截面相应点的坐标值为：
1-1截面：X/B1(％)    X       Y_上        Y_上
            0        0       -34         -34
            2.5      8.5     -28～-29    -38～-39
            5        17      -25～-26    -39～-40
            10       34      -21～-22    -39～-40
            20       68      -15～-16    -40～-41
            30       102     -11～-12    -39～-40
            40       136     -9～-10     -38～-39
            50       170     -7～-8      -36～-37
            60       204     -6～-7      -34～-35
            70       238     -4～-5      -29～-30
            80       272     -1～-2      -21～-22
            90       306     5～6        -7～-8
            100      340     15          15
2-2截面：X/B2(％)    X       Y_上        Y_下
            0        0       0           0
            2.5      10     -6～-7      -38～-39
            5        20     -9～-10     -39～-40
            10       40     -14～-15    -39～-40
            20       79     -21～-22    -40～-41
            30       119    -24～-25    -39～-40
            40       159    -27～-28    -38～-39
            50       198    -29～-30    -39～-40
            60       238    -25～-26    -34～-35
            70       278    -16～-17    -33～-34
            80       318    -11～-12    -27～-28
            90       357    -7～-8      -20～-21
            100       397      0           0；
3-3截面：X/B3(％)     X        Y_上        Y_下
            0         0        22          22
            2.5       11       23～24      14～15
            5         22       22～23      9～10
            10        44       19～20      1～2
            20        87       12～13     -12～-13
            30        131      4～5       -23～-24
            40        174     -3～-4      -33～-34
            50        218     -11～-12    -41～-42
            60        261     -19～-20    -48～-49
            70        305     -24～-25    -51～-52
            80        348     -28～-29    -49～-50
            90        392     -27～-28    -41～-42
            100       435     -23         -23；
4-4截面：X/B4(％)     X       Y_上        Y_下
            0         0       28          28
            2.5       12      27～28      18～19
            5         24      25～26      11～12
            10        47      18～19      0～1
            20        94      6～7       -18～-19
            30        142    -6～-7      -34～-35
            40        189    -18～-19    -49～-50
            50        236    -30～-31    -61～-62
            60        283    -40～-41    -71～-72
            70        330    -49～-50    -77～-78
            80        378    -55～-56    -78～-79
            90        425    -56～-57    -71～-72
            100       472    -55         -55
其中X、Y_上、Y_上数值单位均为毫米。
上述低噪音大风量轴流风机，所述叶片由外部承力层10和内部填充材料层11构成，所述承力层为纤维增强塑料，内部填充材料层为聚氨酯泡沫。
 根据权利要求2所述的低噪音大风量轴流风机，其特征在于：所述叶片承力层的厚度由叶片根部向叶片尖部递减，根部承力层厚度9～11毫米，尖部承力层厚度2～4毫米。
本发明根据叶片高速旋转过程中的空气动力学原理，经反复试验对轴流风机的叶片进行了改进，其特点主要体现在以下方面：1.通过对叶片截面翼形设计，使叶片高速旋转时流经叶片表面的气流可形成较小的涡流，从而最大限度的减小涡流噪声；2.采用大角度后掠形叶片外形，可以有效降低叶片与气流的冲击，减小冲击噪声；3.叶片采用双层复合材料制成，可提高叶片刚度和强度，减轻叶片自重，减小叶片高速旋转时的变形，使叶片转动更加平稳。经对比试验表明，本发明与同类风机相比，噪声小、风量大、静压高、重量轻，尤其适用于变压器冷却器用风机。
附图说明
图1是叶片结构示意图；
图2是叶片截面翼形展开图；
图3是叶片组装示意图。
图中各部件标号如下：1-1、2-2、3-3、4-4分别表示以半径为R1、R2、R3、R4的圆柱面与叶片截割所得的切面；5.叶片；6.叶片浆根中轴线；7.叶片前缘；8.叶片后缘；9.叶片浆根；10.承力层；11.填充材料层。
具体实施方式
参看图1、图2，本发明轴流风机由壳体和叶片组成，叶片5是一种大角度后掠型叶片，其叶片轮廓形状可由参数Rn、An、Bn及截面翼形展开图中X和Y的数值确定。由附图可见，叶片浆根中轴线过叶片浆根中心，沿风机转动中心的径向，它是确定叶片几何形状的重要参数。Rn是以与叶片转动中心同轴线的圆柱面半径，以这些不同半径的圆柱面截割叶片，再将所得各截面展开，得到各展开截面弦长Bn和叶片前缘7到叶片浆根中轴线6的弦长An，根据叶片浆根中轴线、An的数值和截面翼形展开图中X和Y的数值，可确定叶片前缘几个点的位置，将这几个点由光滑曲线连接即得到叶片前缘7的轮廓。根据叶片前缘7的轮廓和Bn的数值和截面翼形展开图中X和Y的数值，叶片后缘8的几何轮廓亦可以确定。在本实施例中n＝4，Rn、An、Bn的尺寸分别为：R1＝240mm、B1＝340mm、A1＝199mm；R2＝293mm、B2＝397mm、A2＝195mm；R3＝346mm、B3＝435mm、A3＝162mm；R4＝400mm、B4＝472mm、A4＝114mm。
本发明的叶片展开翼形为机翼形，图3所示为以半径为Rn的圆柱面截割叶片，将所得到的截面展开形成的截面翼形展开图，将该图放入一个平面直角坐标系中，以叶片前缘为X轴的坐标原点，以叶片浆根中轴线为Y轴坐标原点，测得叶片翼形的有关参数Y_上、Y_下，结合Rn、An、Bn参数，把由这些参数确定的空间点光滑连接，即可确定叶片翼形的空间几何形状(即按照航空翼形截面图的复原与绘制原则)。在本实施例中，n＝4，4个切面的参数如前述。按照上述参数、或将上述参数以几何相似比例放大或缩小而生产的叶片亦可以实现本实用新型减少噪音、增加风量的效果，故均落入本发明保护范围中。
参看图2，本发明的另一项改进是，叶片采用夹层结构。为提高叶片的刚度和强度并且尽量减小叶片的自重，本发明叶片采用外设承力层10和内部填充材料层11的结构，承力层采用纤维增强塑料或其它高强度合成材料，内部填充材料层为聚氨酯泡沫或其它轻质填充材料。考虑到叶片各部位受力情况不等，承力层的厚度由叶片根部向叶片尖部递减，根部承力层厚度9～11毫米，尖部承力层厚度2～4毫米。
本发明产品与同类产品进行对比试验表明，它具有风量大、噪声低、静压高地特点，非常适于用作大型变压器的冷却风机。
下面提供几个具体实施例：
设n＝4，Rn、An、Bn的尺寸分别为：R1＝240mm、B1＝340mm、A1＝199mm；R2＝293mm、B2＝397mm、A2＝195mm；R3＝346mm、B3＝435mm、A3＝162mm；R4＝400mm、B4＝472mm、A4＝114mm。
实施例1：(下列参数中X、Y_上、Y_下单位均为毫米)
      1-1截面             2-2截面             3-3截面          4-4截面
X/B1 (％)X  Y_上  Y_下   X    Y_上  Y_下   X     Y_上 Y_下   X    Y_上 Y_下
0    0      -34   -34    0    0     0      0     22   22     0    28   28
2.5  8.5    -28   -38    10   -6    -38    11    23   14     12   27   18
5    17     -25   -39    20   -9    -39    22    22   9      24   25   11
10   34     -21   -39    40   -14   -39    44    19   1      47   18   0
20   68     -15   -40    79   -21   -40    87    12   -12    94   6    -18
30   102    -11   -39    119  -24   -39    131   4    -23    142  -6   -34
40   136  -9  -38    159  -27  -38    174  -3   -33    189  -18  -49
50   170  -7  -36    198  -29  -39    218  -11  -41    236  -30  -61
60   204  -6  -34    238  -25  -34    261  -19  -48    283  -40  -71
70   238  -4  -29    278  -16  -33    305  -24  -51    330  -49  -77
80   272  -1  -21    318  -11  -27    348  -28  -49    378  -55  -78
90   306   5  -7     357  -7   -20    392  -27  -41    425  -56  -71
100  340  15  15     397   0     0    435  -23  -23    472  -55  -55。
实施例2：(下列参数中X、Y_上、Y_下单位均为毫米)
      1-1截面            2-2截面             3-3截面              4-4截面
X/B1 (％)X  Y_上  Y_下    X    Y_上 Y_下   X      Y_上 Y_下   X     Y_上  Y_下
0    0      -34   -34     0    0    0      0      22   22     0     28    28
2.5  8.5    -29   -39     10   -7   -39    11     24   15     12    28    19
5    17     -26   -40     20   -10  -40    22     23   10     24    26    12
10   34     -22   -40     40   -15  -40    44     20   2      47    19    1
20   68     -16   -41     79   -22  -41    87     13   -13    94    7     -19
30   102    -12   -40     119  -25  -40    131    5    -24    142   -7    -35
40   136    -10   -39     159  -28  -39    174    -4   -34    189   -19   -50
50   170    -8    -37     198  -30  -40    218    -12  -42    236   -31   -62
60   204    -7    -35     238  -26  -35    261    -20  -49    283   -41   -72
70   238    -5    -30     278  -17  -34    305    -25  -52    330   -50   -78
80   272    -2    -22     318  -12  -28    348    -29  -50    378   -56   -79
90   306    6     -8      357  -8   -21    392    -28  -42    425   -57   -72
100  340    15    15      397  0    0      435    -23  -23    472   -56   -55，
上述参数均为四舍五入取整的数值。
本发明经对比试验，测得有关数据如下：
           本发明风机                     对比风机
功率(kw)       2.0                          1.5
转速(r/min)    950                          960
    风量m³/h  静压(Pa)  噪声db(A)    风量m³/h  静压(Pa)  噪声db(A)
26651    61.7    72           22251    39.4    80
25727    99.9    71           21109    65.8    77.5
24440    126     70           20312    86.7    76.5
23081    158     69           19055    117     75
21637    182     68.5         17708    149     73.5
20089    200     69           16250    168     74
18412    224.5   70           14647    193     72.5
16566    244.7   71           12847    211     73
14487    247     73           10748    241     75
12054    244     74           8125     267     76。