专利名称：组合翼型的轴流风机叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合翼型的轴流风机叶片，具体涉及一种翼型为机翼型和 薄板型相结合的轴流风机叶片，用于大中型玻璃钢冷却用轴流风机，属于流体 工程领域。
背景技术：
目前在役的轴流风机存在着运行效率低、能源浪费严重的弊端，与当前国 家提出的节能减排要求相比，差异显著。目前常规的解决方案是按通风系统功 能的要求，确定风机的气动性能参数，然后进行叶片的叶型设计和叶片的模具 制造，但这会大幅度提高风机生产厂的模具投入费用，对小批量大直径的低效 风机由于模具费昂贵，会制约风机厂开模的积极性，从而无法实现采用高效风 机替换众多低效运行的风机。为了节省模具费，国外有些风机厂对相近直径的 轴流风机，常采取割短叶片长度的方法来制造较小直径的轴流风机叶片，如将 (p8530mm的叶片，通过截去叶顶部的叶片长度265mm或415mm，来制造 (p8000mm或cp7700mm风机，但弦长和叶角往往不能满足计算要求，会降低风 机的气动性能，且它把轴流风机外径处效率高的部分被切去了，使剩余部分相 对效率偏低，故这不是优化方案。国外有的风机厂采用等弦长、等安装角的叶 片用在不同直径和不同气动性能的风机上，虽然节省了模具费，但风机效率不 高。目前国内亦有采用挤压工艺成型的薄壁空心叶片，其随边可供切割，但其 切割规律未能完全按气动性能要求进行，且计算时尚缺乏新翼型在不同弦长时 升力系数与冲角的关系曲线，计算精度不高，均会导致效率偏低。国外的不少 单位单纯追求用同一模具制作叶片，由于风机直径范围很广，不同直径的风机 叶轮要求采用不同直径的叶柄，存在着叶轮直径与叶柄直径二者不相适应的弊 端o
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种组合翼型的轴流风机叶 片，能满足风机的气动性能要求，提高风机运行效率，同时在制造上可一模多 用，节省叶片模具费用。
为实现这一目的，本发明设计的轴流风机叶片翼型由机翼型前段和薄板型 后缘构成。所述的薄板型后缘可供切割，叶片按变环量规则设计，通过精确截 切薄板型后缘改变叶片在各半径处的弦长、叶角和升力系数值。叶片各截面上 的升力系数值的确定按独特规则处理，外径处取大值，内径处取小值，实现在 有限的后缘长度内最大限度满足气动性能要求。本发明叶片的结构特征使得采 用同一模具生产的叶片胚料可制作不同直径、不同气动性能的轴流风机。
本发明的具体结构为叶片翼型由机翼型前段和薄板型后缘构成，所述薄
板型后缘的弦长与机翼型前段弦长之比为0.2 0.3 : 1，薄板型后缘中各微段的 弦长与该微段外表面圆弧半径之比为0.55 0.66;叶片在各截面处的弦长按下式
确定
式中Cy为升力系数，^为弦长，Pt为风机全压值，P为输送空气密度，W为
角速度，W为相对速度，z为叶片数目，n为风机效率。
其中，Cy在0.7 1.2之间取值，本发明特点是叶片外径处Cy取大值，叶片 内径处Cy取小值。外径处Cy值与内径处Cy之比为1.55: 1。
本发明的叶片材料可以采用玻璃钢，尤其适用于制备大中型玻璃钢冷却用 轴流风机。但叶片材料不限于玻璃钢，也可以采用铝合金或工程塑料，制备各 种不同直径、不同气动性能的风机。
本发明是以传统的机翼型叶片为基础，将叶片后缘设计成弧形薄板呈弯曲 延伸，构成机翼型前段和薄板型后缘相结合的组合翼型。控制薄板型后缘的弦 长与机翼型前段的弦长之比在适当范围之内，并通过控制薄板型后缘中各微段的弦长与该微段外表面圆弧半径之比来确定后缘的弯曲度。叶片后缘延伸部分 形状设计是以能控制气流绕流时不会与叶片分离和不会产生涡流为原则。
本发明中，叶片流型按变环量设计，采用独特的升力系数选取规则，外径 处取大值，内径处取小值，与通常按等环量设计的取值规则正好相反，其效果 是使有限的后缘长度值，能最大限度满足气动性能要求。
本发明叶片的独特结构能实现采用同一模具生产的叶片胚料，通过精确截 切叶片后缘，按叶轮直径选择叶片长度，通过计算确定叶片数、转速和叶角， 制作不同直径、不同气动性能的轴流风机，来满足系统要求，提高风机运行效 率，实现节能降排。因可采用同一模具生产叶片胚料来制作不同直径、不同性 能的轴流风机，大幅度减少了模具的制造费用。
采用本发明新翼型叶片制造的轴流风机，能提高生产效率8倍以上，实现 了节能减排，是在役低效风机进行节能改造的理想翼型。
图l为本发明的叶片截面图。
图1中，1为叶片翼型的机翼型前段，即ab段，2为叶片翼型的薄板型后 缘，即bc段。
图2为未径截切的叶片坯料二维截面图，叶片由上至下呈等弦长。 图3为经截切获得直径为cp3600mm的风机叶片示意图。 图3 (a)为截切示意，图3 (b)为截切后的风机叶片二维图。 图4为经截切获得直径为cp2400mm风机叶片示意图。 图4 (a)为截切示意，图4 (b)为截切后的风机叶片二维图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。 本发明叶片翼型由机翼型前段和薄板型后缘构成，如图1所示。图1中，1
为叶片翼型的前段，也即ab段，为机翼型；2为叶片翼型的后缘，即bc段，为
弧型实心板。
所述薄板型后缘的弦长与机翼型前段弦长之比为0.2 0.3 : 1。为控制气流绕流叶片尾部时，气流不与叶片表面后缘分离和减少涡流，薄 板型后缘中各微段的弦长与该微段外表面圆弧半径之比在0. 55 0. 66范围内。
薄板型后缘可供切割，叶片按变环量规则设计。用同一个模具生产的叶片， 通过精确截切薄板型后缘，改变叶片在各半径处的弦长、叶角和升力系数值， 可以获得不同直径、不同性能参数的轴流风机。
未径截切的叶片坯料二维截面图如图2所示，叶片由上至下呈等弦长。
本发明中，所述的叶片各截面上的升力系数值的确定按独特规则处理，外 径处取大值，内径处取小值，实现在有限的后缘长度内最大限度满足气动性能 要求。
图3、图4给出了本发明实施例的两种不同直径、不同性能的风机叶片二 维图。这两种叶片采用同一模具生产，再经截切叶片的后缘获得。
其中，图3为经截切获得的直径为(p3600mm的风机叶片。如图3所示，叶
片翼型由机翼型前段和薄板型后缘构成，未经截切的叶片由上至下呈等弦长，
为360mm，机翼型前段的弦长为270mm。图3 (a)为叶片的截切示意图。
叶片各截面处的弦长和升力系数值的确定，按以下公式进行
— 4兀P
Cy,《 一 /XOWZT(
式中Cy为升力系数；《为弦长，[m];H为3. 1416; Pt为风机全压值，; P为输送空气密度，按1.2Kg/mn十算；《为角速度，* n， [1/S]， n
为转速；W为相对速度，[m/S];z为叶片数目，n为风机效率。
图3 (a)中给出了叶片半径R500、 ,0、 R800、 R1050、 R1300、 R1550、 R1800 各截面处的截切值的确定。
各截面处的Pt、 w、 n值按气动设计结果确定后，利用公式
Cy.《=ytXOWZTl ，计算各半径处的Cy《值，求得Cy《值后，对不同半径处
选择不同的Cy值，然后求得不同半径处的《值。其中，Cy在0.7 1.2之间取值，叶片外径(R2)处Cy取大值，叶片内径(R1)
处Cy取小值，外径处Cy值与内径处Cy之比为1.55: 1。
由于外径处Cy取大值，故求得的弦长€为最小，可供后续截面更多的截去
一些；在内径处Cy取小值，求得的弦长《相对较长，可以少截去或不截。按此
设计的叶片，叶片外径处因为Cy值大，冲角亦较大，内径处因为Cy值小，要求 冲角亦较小，导致叶片安装角内外径处差别明显减少，确保在有限的后缘长度 内，经切割使都能满足气动性能的要求。
图4为本发明另一个实施例，经截切获得直径为cp2400mm风机叶片示意图。 图4 (a)中给出了叶片半径R360、 R450、 R600、 R750、 R900、 R1200各截 面处的截切值的确定。
叶片各截面处的弦长和升力系数值的确定按同样方式进行，即按公式计算
出Cy.《值后，对不同半径处选择不同的Cy值，然后求得不同半径处的f值。叶 片外径(R2')处Cy取大值，叶片内径(Rl')处Cy取小值，
截切后得到的风机叶片(A'B'C'D')为cp2400mm风机叶片，如图4 (b)所示。
对直径自1800mm 4500mm风机，可采用弦长360mm的模具生产，叶柄尺 寸按风机直径选择配置，叶片材质可以是玻璃钢或铝合金，经样机测试，各型 号风机的全压效率均可达80%以上。
采用弦长为560mm模具生产的叶片，可专供制作(p4200mm和(p6000以上直 径的风机叶片。
制作低噪声风机叶片可采用增加弦长、降低转速的方案实施。 按本发明新翼型生产的叶片，叶片总长度按拟制造风机最大直径风机的叶 片长度确定，对不同性能、不同直径的风机都可用同一只模具来制造等弦长的 叶片胚料，通过精确截切叶片后缘，提供制作不同直径、不同气动性能的风机 叶片，大幅度减少了模具的制造费用。制得的叶片能提高风机运行效率，满足 系统要求。
权利要求
1、一种组合翼型的轴流风机叶片，其特征在于叶片翼型由机翼型前段和薄板型后缘构成；所述薄板型后缘的弦长与机翼型前段弦长之比为0.2～0.3∶1，薄板型后缘中各微段的弦长与该微段外表面圆弧半径之比为0.55～0.66；叶片各截面处的弦长按下式确定<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>y</mi></msub><mo>·</mo><mi>l</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>4</mn><mi>πPt</mi> </mrow> <mi>ρωwzη</mi></mfrac> </mrow>]]></math></maths>式中Cy为升力系数，l为弦长，Pt为风机全压值，ρ为输送空气密度，ω为角速度，W为相对速度，z为叶片数目，η为风机效率；其中，Cy在0.7～1.2之间取值，叶片外径处Cy取大值，叶片内径处Cy取小值，外径处Cy值与内径处Cy之比为1.55∶1。
2、 根据权利要求1的组合翼型的轴流风机叶片，其特征在于叶片材料为玻璃钢、铝合金或工程塑料。
全文摘要
本发明涉及一种组合翼型的轴流风机叶片，叶片翼型由机翼型前段和薄板型后缘构成。所述的薄板型后缘可供切割，叶片按变环量规则设计，通过精确截切薄板型后缘改变叶片在各半径处的弦长、叶角和升力系数值。叶片各截面上的升力系数C<sub>y</sub>值的确定按独特规则处理，外径处C<sub>y</sub>值取大值，内径处C<sub>y</sub>值取小值，实现在有限的后缘长度内最大限度满足气动性能要求。本发明叶片的结构特征使得同一模具生产的叶片胚料可制作不同直径、不同气动性能的轴流风机，不仅能满足系统要求，提高风机运行效率，实现节能降排，并可大幅度减少模具的制造费用。
文档编号F04D29/38GK101666329SQ200910195789
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者任世瑶, 徐鑫祥, 胡谷庆 申请人:上海交通大学;浙江上风冷却塔有限公司