专利名称：低噪声风机叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及风机类机械设备中高速旋转的叶片部件，尤其是一种能降低工作噪声的风机叶片。
背景技术：
在气体介质中高速运动的机械零部件一般要产生噪音，这是由于运动的零部件和与其相接触的环境介质之间的冲击、振动与摩擦造成的。这种噪音一般是我们不希望的甚至是有害的，绝大多数情况下这种噪音要通过介质传播到环境中，对环境产生污染，比如鼓风机噪音、汽车水箱风扇的噪音，空调的噪音等，因此降低空气中运动部件产生的噪音对于减少噪声污染具有重要的意义。传统的观念和经典的理论认为，零部件的表面粗糙度越小，运动时产生的噪音越小，也就是表面越光滑产生的噪音就越小。因此，传统的降低叶片噪音方法除追求其表面的光滑外，多是在叶片周围加隔音罩，将运动部件与环境隔离开，隔音罩由吸音材料构成，吸音材料可以将叶片与空气冲击与磨擦产生的噪音吸收，这样可以使噪音不向外传播。这种降低噪音方法，增加设备投资和能耗，并且设备体积增大。
发明内容
本发明的目的是提出一种低噪声风机叶片，以其自身结构直接有效的降低风机类机械设备的工作噪声。
传统的观念和经典的理论认为，零部件的表面粗糙度越小，运动时产生的噪音越小，也就是表面越光滑产生的噪音就越小。但是我们注意到，鹰等食肉猛禽，捕食瞬间飞行速度很高，达到100KM/H，而其飞行噪音相对很低，鲨鱼速度达到30KM/H，产生的噪音却相对较小。产生这种效果的原因很多，比如他们具有流线的外形，和谐的运动方式等。但是研究发现，除了这些方面的因素外，他们的表面非光滑形态是降低运动噪音的重要因素，比如鲨鱼的表皮不是光滑的，是由无数细小的凸起构成，这些凸起在某一部位呈现出近似的均匀分布，研究表明这样的表面形态具有降低运动噪音的功能。又比如鹰的体表羽毛形态呈现出类似沙漠表面的层层压叠形态，沙漠表面由易于流动的细小沙子组成，风吹过沙漠表面，形成了层层压叠的表面形态，这种形态具有低噪音的特征。
本发明人以运动部件的表面和介质之间的动力学、振动与摩擦学以及热力学研究为基础，运用现代仿生学技术，通过大量优化实验总结提出下述本发明低噪声风机叶片是将风机叶片表面制成具有凸、凹单元体的非光滑表面，所说的凸、凹单元体的高度(H)为5×10-3～2.5毫米、相对叶片表面的投影面积为0.785×10-4～5×102平方毫米，凸、凹单元体的分布密度为其在叶片表面上的投影面积之和与基体表面积之比为5％～60％。
仿生非光滑表面形态降噪技术是在零部件表面施加一定形状的并且具有相应分布规律的凸、凹单元体，使零部件表面由原来的光滑形态变成非光滑形态。凸、凹单元体的形状可以是球冠形的凸包，可以是球冠形的凹坑，可以是半圆形的凸筋，可以是半圆形的凹槽，可以是圆锥形的凹坑，可以是V形的沟槽。排列方式对于凸包或凹坑可以是矩形的、菱形的及同心圆排列，对于凸筋或凹槽可以是平行排列，也可以是交叉排列或者扇形排列。凸、凹单元体可以是和风机的叶片本身相同的材料，也可以是不同的材料。比如叶片材料是普通碳钢，凸、凹单元体材料可以是塑料。可以通过冲压成型工艺在表面形成同种材料的非光滑形态，也可以通过表面涂敷、粘接等工艺形成非同种材料的非光滑形态。
本发明揭示了与传统观念及经典理论不相符合的自然现象在空气介质中高速运动的非光滑表面形态的叶片和光滑表面形态的叶片相比，能够降低运动产生的噪音。依据非光滑的形态及分布不同，运动速度不同，和光滑的表面相比，施加非光滑表面形态的叶片可以使风机运动噪声降低0.3-2.1分贝。和当前的降噪技术比较，仿生非光滑表面降噪技术具有成本低，能耗低，效果显著的特点。特别是在某些体积较小的场合，仿生非光滑表面降噪技术是其他技术难以实现的。
图1是本发明低噪声风机叶片具有球冠形凸包单元体的非光滑表面形态示意图；图2是图1的局部剖视图；图3是本发明低噪声风机叶片具有球冠形凹坑单元体的非光滑表面形态示意图；图4是图3的局部剖视图；图5是本发明低噪声风机叶片具有V形凹槽单元体的非光滑表面形态示意图；图6是图5的局部剖视图；图7是本发明低噪声风机叶片具有圆锥形凹坑单元体的非光滑表面形态示意图；图8是图7的局部剖视图；图9是本发明低噪声风机叶片具有半圆形凸筋单元体的非光滑表面形态示意图；图10是图9的局部剖视图；图11是本发明低噪声风机叶片具有半圆形凹槽单元体的非光滑表面形态示意图；图12是图11的局部剖视图。
具体实施例方式
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1参照图1、2，一种轴流风机叶片，风机转速2800转/分钟，叶片外圆周直径600毫米，工作介质空气，将风机叶片表面制成具有球冠形凸包单元体的非光滑表面，球冠形凸包单元体的高度H为0.1-1.0毫米，球冠底圆直径D为0.2～3毫米(即凸包投影面积为0.0314-7.065平方毫米)，凸包单元体呈矩形排列，排列间距L在0.4-6.0毫米之间(即凸包单元体的投影面积之和与基体表面积之比为12％-33％)。非光滑单元体分布在叶片正面，采用模具冲压成型，
实施例2参照图3、4，一种汽车水箱风扇，风扇叶片转速1400转/分，叶片直径320毫米，将风机叶片表面制成具有球冠形凹坑单元体的非光滑表面，其球冠底圆直径D为0.22～3.2毫米(即凹坑投影面积为0.04-8平方毫米)，球冠高H为0.1～1.5毫米，球冠形凹坑单元体呈矩形排列，排列间距L在0.4～6.0毫米之间(即凹坑单元体投影面积之和与基体表面积之比为15％～40％)。采用模具冲压成型，非光滑单元体分布在叶片正面，实施例3参照图5、6，一种空调机风扇，风扇叶片转速1400转/分，叶片直径280毫米，将风机叶片表面制成具有V型凹槽单元体的非光滑表面，凹槽截面为等边三角形，其三角形边长D为0.1～1毫米，V型凹槽单元体投影面积为10～100平方毫米，平行排列，凹槽间距L在0.2～2.0毫米之间(即V型凹槽单元体的投影面积之和与基体表面积的比值为11％～35％)。采用模具冲压成形，非光滑单元体分布在叶片正面。
实施例4参照图7、8，一种轴流风机叶片，风机转速2800转/分钟，叶片外圆周直径1400毫米，工作介质空气，将风机叶片表面制成具有圆锥形凹坑单元体的非光滑表面，凹坑深度H为0.1～1.0毫米，凹坑底圆直径为2～5毫米(即圆锥形凹坑单元体投影面积为4～20平方毫米)，矩形排列，排列间距L在5～15毫米之间(即锥形凹坑单元体的投影面积之和与基体表面积的比值为25％～60％)。非光滑单元体分布在叶片正面，采用模具冲压成型。
实施例5参照图9、10，一种轴流风机叶片，风机转速2800转/分钟，叶片外圆周直径1600毫米，工作介质空气，将风机叶片表面制成具有半圆形凸筋单元体的非光滑表面。凸筋截面为半圆形，其直径D为2～5毫米、高度H为1.0～2.5毫米，半圆形凸筋单元体投影面积为200～500平方毫米，采用平行排列，排列间距L在5～15毫米之间(即半圆形凸筋单元体的投影面积之和与基体表面积的比值为25％～60％)，非光滑单元体分布在叶片正面，采用模具冲压成型。
实施例6参照图11、12，一种电吹风机叶片，电吹风转速1400-3500转/分钟，叶片外圆周直径60毫米，工作介质空气，将风机叶片表面制成具有半圆形凹槽单元体的非光滑表面。凹槽截面为半圆形，其高度H为0.005～0.5毫米，半圆形凹槽单元体投影面积为0.785×10-4～1.0平方毫米，采用平行排列，排列间距L在0.1-2.0毫米之间(即半圆形凹槽单元体的投影面积之和与基体表面积的比值为5％-15％)。非光滑单元体分布在叶片正面，采用模具压铸成型。
权利要求
1.一种低噪声风机叶片，其特征在于是将风机叶片表面制成具有凸、凹单元体的非光滑表面，所说的凸、凹单元体的高度(H)为5×10-4～2.5毫米、相对叶片表面的投影面积为0.785×10-4～5×102平方毫米，凸、凹单元体的分布密度为其在叶片表面上的投影面积之和与基体表面积之比为5％～60％。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声风机叶片，其特征在于所述的凸、凹单元体为球冠形凸包或凹坑、圆锥形凹坑、半圆形凸筋或凹槽或V形凹槽。
全文摘要
本发明涉及风机类机械设备中高速旋转的叶片部件，尤其是一种能降低工作噪声的低噪声风机叶片。是将风机叶片表面制成具有凸、凹单元体的非光滑表面，所说的凸、凹单元体的高度(H)为5×10
文档编号F04D29/38GK1710290SQ20051001695
公开日2005年12月21日 申请日期2005年7月12日 优先权日2005年7月12日
发明者任露泉, 刘庆平, 梁杰, 邱小明, 张桂兰, 崔占荣, 李因武, 刘燕, 田丽梅 申请人:吉林大学