高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，包括轮毂和叶片，叶片上开有多个降噪孔，降噪孔为通孔，且降噪孔的轴线与轮毂的轴线平行，降噪孔的密度从叶片根部到叶片外缘逐渐递减；叶片采用防振合金材料制成；降噪孔的开孔系数ε为0.08～0.09。本发明通过在叶片上开有降噪孔，使风机叶轮的噪音降低，并且叶片采用防振合金材料，减小了风机在运转时的振动，同时此种防振合金材料还具有吸声的作用，进一步降低了噪声，本发明所述的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮具有噪声低、振动小且效率高的优点。
【专利说明】高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及冷却系统通风冷却【技术领域】，具体为一种高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮。
【背景技术】
[0002]随着中国铁路技术的发展，高速电力机车运行速度随之提高，机车牵引力要求越来越大，伴随而来的问题是机车用电子器件功率密度越来越高，其工作时耗散的热量越来越多，对机车冷却系统的要求也越来越苛刻，减振、降噪、高效三个指标是重中之重，迫切需要一种高速电力机车冷却系统用噪声低、振动小、高效率的轴流风机叶轮。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术中高速电力机车冷却系统用轴流风机叶轮噪声高、振动大、效率低的问题，而研制一种噪声低、振动小的高效率轴流风机叶轮。本发明采用在叶片上开有降噪孔使部分气流自叶片的工作面流向叶片的非工作面，使非工作面边界层发生改变，减小叶片分离区域大小和紊流强度，达到降低噪声的效果；降噪孔的密度从叶片根部到叶片外缘逐渐递减，进一步改善叶片的流场的紊流程度；采用减振吸声、机械性能好、耐腐蚀的防振合金材料制成，使轴流风机叶轮振动小，且进一步降低噪声。
[0004]本发明的技术手段如下:
[0005]一种高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，具有轮毂和叶片；其特征在于:所述叶片上开有多个降噪孔，所述降噪孔为通孔，降噪孔的轴线与所述轮毂的轴线平行；所述叶片具有叶片根部和叶片外缘，所述降噪孔的密度从叶片根部到叶片外缘逐渐递减；所述叶片采用防振合金材料制成。叶片上的降噪孔可使部分气流自叶片的工作面流向叶片的非工作面，使非工作面边界层内的流体速度分布得到改变，达到降噪的效果。对轴流风机叶轮进行计算流体动力学(CFD)仿真分析发现，轴流叶轮叶片根部流场的紊流程度远大于叶片外缘流场的紊流程度，紊流程度从叶片根部到叶片外缘呈现递降的趋势，而流场强烈的紊流会使升力呈现强烈的不稳定性，进而导致叶轮的噪声增加，本发明针对这一现象，设计降噪孔的密度从叶片根部到叶片外缘逐渐递减，以进一步优化叶片流场的紊流程度，进一步降低叶片的噪声。防振合金材料具有优异的减振性能、机械性能和较强的耐腐蚀性。
[0006]进一步地，所述叶片上降噪孔的开孔系数ε为0.08?0.09。
[0007]进一步地，所述降噪孔的半径为2.75mm?5.5mm。
[0008]进一步地，所述叶轮在所述轮毂径向面上的投影的直径为300mm?900mm。
[0009]进一步地，所述叶片为7片?12片，且均布焊接固定在所述轮毂的外周面上。
[0010]更进一步地，所述相邻叶片的叶片外缘上的相应点在所述轮毂径向面上的投影的距离t为200mm?300mmo
[0011]由于采用了上述技术方案，本发明提供的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮具有结构简单、噪声低、振动小、效率高且叶片耐腐蚀性强等优点，能够适应目前飞速发展的高速电力机车冷却系统的严格要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例立体结构示意图；
[0013]图2为图1所示实施例的上视图；
[0014]图3为图1所示实施例的右视图。
[0015]图中:1、轮毂，2、叶片，20、降噪孔，21、叶片根部，22、叶片外缘，23、叶片前缘，24、
叶片后缘，a、工作面，b、非工作面。
【具体实施方式】
[0016]如图1?图3所示的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，包括轮毂I和叶片2，叶片2共有7片，且均布焊接固定在轮毂I的外周面上；叶轮在轮毂I径向面上的投影的直径D为300mm?900mm，叶片2具有叶片根部21、叶片外缘22、叶片前缘23和叶片后缘24，相邻叶片2的叶片外缘22上的相应点在所述轮毂I径向面上的投影的距离t为200mm?300mm ;叶片2具有工作面a和非工作面b，叶片2呈弧形，如图3中所示，非工作面b的相切面与轮毂I轴线的夹角β为47.75°?52.5° ;叶片2上开有多个降噪孔20，降噪孔20为通孔，降噪孔20的轴线方向与轮毂I的轴线方向平行，降噪孔20的密度从叶片根部21到叶片外缘22逐渐递减，降噪孔20在叶片2上的开孔系数为0.08?0.09，本发明所述开孔系数为叶片2上开孔的面积与叶片2的工作面a的表面积的比值；降噪孔20的半径为2.75mm?5.5mm ;叶片2在不同截面上的厚度是不相同的，呈从中间到叶片前缘23/叶片后缘24逐渐变薄的趋势；叶片2采用功能性材料防振合金制成，具体可采用Mn-Cu-Al合金，该种合金具有减振吸声、机械性能好、高耐腐蚀性的优点，减小了风机在运转时的振动，同时此种防振合金材料还具有吸声的作用。
[0017]风机所产生的噪声主要是由于叶片气流出口处出现涡流分离而作用于叶片的升力所引起的，叶片前任何大尺度紊流将产生附加升力脉动，从而使噪声辐射明显增加。为了降低风机的紊流噪声，本发明采取对风机叶片2上开降噪孔20的方法。风机工作叶片气流出口处因为紊流而产生了涡流分离，形成分离区，采用在叶片2上开降噪孔20的方法使部分气流自叶片2的工作面a流向非工作面b，使非工作表面b边界层内的流体速度分布得到改变，边界层内的流体获得新的动能克服摩擦阻力，促使分离点向叶片气流出口处移动，从而减少了叶片气流出口处的分离区的尺寸大小以及紊流强度，达到降低噪音的作用。其中边界层是指气流在叶片表面由于本身黏性影响产生的一层流动缓慢的流体层。
[0018]对轴流风机叶轮进行计算流体动力学(CFD)仿真分析发现，轴流叶轮叶片根部21流场的紊流程度远大于叶片外缘22流场的紊流程度，紊流程度从叶片根部21到叶片外缘22呈现递降的趋势，而流场强烈的紊流会使升力呈现强烈的不稳定性，进而导致叶轮的噪声增加，设计降噪孔20的密度从叶片根部21到叶片外缘22逐渐递减，可改善风机叶轮的流场的紊流程度，进一步降低噪声，改善风机叶轮的性能。
[0019]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，具有轮毂和叶片；其特征在于:所述叶片上开有多个降噪孔，所述降噪孔为通孔，降噪孔的轴线与所述轮毂的轴线平行；所述叶片具有叶片根部和叶片外缘，所述降噪孔的密度从叶片根部到叶片外缘逐渐递减；所述叶片采用防振合金材料制成。
2.根据权利要求1所述的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，其特征在于:所述叶片上降噪孔的开孔系数ε为0.08?0.09。
3.根据权利要求1所述的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，其特征在于:所述降噪孔的半径为2.75mm?5.5mm。
4.根据权利要求1所述的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，其特征在于:所述叶轮在所述轮毂径向面上的投影的直径D为300mm?900mm。
5.根据权利要求1?4任一项所述的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，其特征在于:所述叶片为7片?12片，且均布焊接固定在所述轮毂的外周面上。
6.根据权利要求5所述的高速电力机车冷却系统用低噪轴流风机叶轮，其特征在于:所述相邻叶片的叶片外缘上的相应点在所述轮毂径向面上的投影的距离t为200mm?300mmo
【文档编号】F04D29/38GK104454641SQ201410640489
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】包明冬, 王博, 李海伦 申请人:中国北车集团大连机车研究所有限公司