一种大型风洞风机叶轮的制作方法

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本实用新型属于风洞风机技术领域，特别是一种大型风洞风机叶轮。


背景技术：

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风洞是利用相对运动的原理，通过风洞风机产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道实验设备，是空气动力学研究和试验过程中最基础的工具，现已被广泛应用于航空航天、高铁、汽车等行业。
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随着我国航空航天、高铁、以及汽车行业的快速发展，风洞实验室越来越多，而风洞风机作为风洞实验室的核心设备其需求量也越来越多。风洞风机属于大型设备，其叶轮尺寸相应的也大，部分机型叶轮直径可达十余米，这使得叶轮的加工、制造和运输极为困难。目前国内现有的风洞风机叶轮常采用整体式钢制叶轮毂，其叶片与叶柄轴通过螺栓连接在一起，叶柄轴再与轮毂通过螺母锁紧。其问题一在于当轮毂尺寸较大时采用整体式钢制叶轮毂会使得叶轮重量较大，转动惯量也随之增加，电机的轴承受到巨大考验，此外整体式钢制叶轮毂的加工也较为困难；问题二在于风洞风机叶轮通常会长时间工作，其叶片做功较大且长期受到气动力的作用，若叶片与叶柄轴通过螺栓连接在一起，螺栓连接位置受到交变弯矩作用，容易导致螺栓疲劳断裂，严重影响风洞的可靠性；问题三在于叶柄轴与轮毂通过螺母锁紧，不利于风机叶片开度的调节，叶片在拧紧螺母的过程存在随着螺母转动的可能。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种大型风洞风机叶轮，其重量轻，转动惯量小，力学性能好，可靠性高，叶片调节方便，而且加工制作难度小，成本相对较低。
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本实用新型技术方案：一种大型风洞风机叶轮，包括整体式叶片、轮毂、叶片固定装置，整体式叶片插入轮毂由叶片固定装置固定，其特征在于：所述的整体式叶片包括叶身、叶柄和金属脚，所述的叶柄为长杆状且在根部和金属脚连为一个整体，所述的金属脚开设有螺纹连接段和非螺纹连接段；所述的轮毂由金属内圈层和复合材料外圈层组成，所述的金属内圈层和复合材料外圈层通过螺栓连接在一起，所述的金属内圈层开设有叶片安装孔ⅰ和叶片安装孔ⅱ，所述的复合材料外圈层开设有叶片安装孔ⅲ；所述的叶片固定装置由轴螺母和胀套组成，所述的轴螺母安装在金属脚的螺纹连接段，所述的胀套安装在金属脚的非螺纹连接段，所述的叶身和叶柄材质为复合材料，所述的复合材料外圈层由n个相同的子部件拼接而成且n大于1。
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本实用新型有益效果在于：本实用新型采用了整体式叶片，对比传统叶片通过螺栓和叶柄轴连接的设计，采用整体式叶片能有效规避气动弯矩带来的叶片螺栓疲劳破坏，减少转子的故障点；整体式叶片和轮毂通过轴螺母和胀套连接，轴螺母可以承受叶片在运转过程中较大的的离心力，胀套可以防止叶片因承受气动弯矩而转动，当需要调节叶片角
度时松开胀套即可，轴螺母和胀套的配合使用使得这种大型风洞风机叶片在安装和调节时更加方便；轮毂由金属内圈层和复合材料外圈层组成，由于复合材料密度仅为钢的五分之一，相对于整体式钢轮毂来说，轮毂的重量和转动惯量得到有效降低，轻质的轮毂可以减小电机轴承的负担，甚至致使电机轴承选型降档，从而降低成本。与此同时，转动惯量的减少大大提升了整个驱动系统的动力学性能。
附图说明
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图1为本实用新型结构示意图。
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图2为本实用新型叶片结构示意图。
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图3为本实用新型金属脚结构示意图。
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图4为本实用新型轮毂结构示意图。
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图5为本实用新型叶片固定装置结构示意图。
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附图中，对应技术特征标注如下：
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1-整体式叶片，2-轮毂，3-叶片固定装置，4-叶身，5-叶柄，6-金属脚，7-螺纹连接段，8-非螺纹连接段，9-复合材料外圈层，10-金属内圈层，11-叶片安装孔ⅰ，12-叶片安装孔ⅱ，13-叶片安装孔ⅲ，14-轴螺母，15-账套。
具体实施方式
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下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
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如图1或2或3或4或5所示，在实施本实用新型时，先将轮毂2的金属内圈层10和复合材料外圈层9通过螺栓连接成一个整体，再将整体式叶片1依次通过叶片安装孔ⅲ13、叶片安装孔ⅱ12、叶片安装孔ⅰ11插入轮毂2中，使其金属脚6的螺纹连接段7和非螺纹连接段8穿过安装孔ⅰ11，将叶身4转动到安装角度，再将叶片固定装置3的轴螺母14安装在金属脚6的螺纹连接段7拧紧即可，最后将叶片固定装置3的账套15安装在金属脚6的非螺纹连接段8使整体式叶片1固定不再旋转，当要调节整体式叶片1角度时松开账套15即可。实际使用情况表明，该一种大型风洞风机叶轮，其重量轻，转动惯量小，力学性能好，可靠性高，叶片调节方便，而且加工制作难度小，成本相对较低。