一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于风机【技术领域】，特别是涉及一种轴流通风机叶轮。一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，包括轮毂和叶片，其特征在于：所述叶片叶型的中弧线为基于三点的二次三角贝塞尔曲线，所述叶片在叶根处不重叠，叶片叶根安装角49°-53°。本实用新型提供一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，通过重新设计的中弧线为基于三点的二次三角贝塞尔曲线的叶片、安装角和叶顶弦长与叶根弦长的比值，在有限的小空间内提供较高的静压升，既具有结构紧凑的特点，又满足冷却通风要求。
【专利说明】一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于风机【技术领域】，特别是涉及一种轴流通风机叶轮。
【背景技术】
[0002] 国内机车高速重载化，使机车内动力设备发热量增加。为确保机车行驶安全，对机 车内发热部件的强制对流通风系统的要求不断提高。目前，对其冷却系统的核心部件-- 冷却通风机，大多依赖进口。然而进口风机的成本高，采购周期长，以及维修不便等问题使 机车用冷却风机国产化成为亟待解决的问题。机车牵引系统具有功率大、发热元件多等特 点，要求冷却风机具有较高的静压升；同时受机车车厢有限空间限定，要求风机的外径尺寸 小。因此，机车牵引系统冷却风机既要具有结构紧凑的特点，又要满足苛刻的冷却通风要 求，大大增加了设计难度。
[0003] 我国的用电频率较国外低，导致电机驱动的风机转速也较低。在转速降低、外形尺 寸不变、功率不超载的苛刻条件下，进行进口风机的国产化设计，保持较高的出口静压具有 较高的设计难度。由于运行条件改变，风机的流量降低，而轴流风机适用与大流量条件，要 保证其在小流量下不发生失速和喘振，并具有较高的效率和输出静压更是难上加难。通风 机的核心部件是叶轮，风机的国产化很大部分取决于风机叶轮的国产化。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本实用新型提供一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴 流叶轮，在能在有限的空间内为待冷却的变压器等部件进行冷却，特别适用于高速重载机 车内的冷却通风机。
[0005] 为达到到上述目的，本实用新型提供一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片 轴流叶轮，包括轮毂和叶片，其特征在于：所述叶片叶型的中弧线为基于三点的二次三角贝 塞尔曲线，所述叶片在叶根处不重叠，叶片叶根安装角49° -53°。
[0006] 所述叶片叶顶安装角为7-9°。
[0007] 所述叶片叶根处轴向长度最长，叶根处轴向长度为220mm-230mm。
[0008] 所述叶片叶顶弦长与叶根弦长比值为1. 09-1. 13。
[0009] 所述叶片叶根弦长285mm-290mm。
[0010] 所述叶片叶顶弦长318mm-322mm。
[0011] 所述叶片有9-11片，叶片沿轮毂圆周均匀分布。
[0012] 所述叶片叶顶间隙为2mm-5mm。
[0013] 一种轴流通风机，所述轴流通风机包括：强扭曲叶片轴流叶轮、进气室、排风段、驱 动电机、支撑板，进气室和排风段中间固定连接支撑板，支撑环中间固定连接强扭曲叶片轴 流叶轮，进气室内固定连接驱动电机，驱动电机通过联轴器连接强扭曲叶片轴流叶轮，排风 段出风口处固定连接待冷却物。
[0014] 使用本实用新型效果明显：本实用新型提供一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭 曲叶片轴流叶轮，通过重新设计的中弧线为基于三点形状可调的二次三角贝塞尔曲线的叶 片、设计安装角和叶顶弦长与叶根弦长的比值，在有限的小空间内提供较高的静压升，既具 有结构紧凑的特点，又满足冷却通风要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的轴测结构示意图。
[0016] 图2是本实用新型的主视结构示意图。
[0017] 图3是本实用新型的子午面结构示意图。
[0018] 图4是本实用新型的叶片变截面积叠规律示意图。
[0019] 图5是本实用新型的进排气机壳不意图。
[0020] 图6是轴流通风机具体应用示意图。
[0021] 图7是本发明根据贝塞尔中弧线做出的叶片线形图。
[0022] 图中：1-叶根截面型线、2-0. 5叶高处叶片截面型线、3-叶顶截面型线、4-进 气室、5-排风段、6-驱动电机、7-支撑板、8-待冷却的变压器、9-叶片安装角、10-叶型前 缘方向角、11-叶型尾缘方向角。
【具体实施方式】
[0023] 实施例1
[0024] 本实用新型提供一种新型低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，轮 毂直径为525-535mm，叶片高度为230-238mm ;采用9-11片贝塞尔中弧线变截面强扭曲叶 片并沿圆周均匀分布，叶片与轮毂采用整体铸造设计，并将表面进行光滑处理，保证表面 粗糙度；叶片的轴向长度较长，为220-230mm，在有限空间内增加了叶片的弦长，叶根弦长 285-290mm，叶顶弦长318-322mm，增大了叶片的有效做功面积，从而在低转速下达到相对高 的压比；为使大弦长叶片在叶根处不重叠，叶片叶根采用较大的安装角，为49-53° ;反动 度沿叶高方向增加，充分利用叶顶的做功能力使其更有效的转化为静压升，叶顶安装角为 7-9° ;叶型的中弧线为基于三点的二次三角贝塞尔曲线为形状可调的，其叶型的中弧线可 以根据需要或者其他数据的改变调整形状，其描述方式如图7所示，用图中所示的叶片安 装角9、叶型前缘方向角10、叶型尾缘方向角11来描述该二次贝塞尔曲线，该曲线既可表 示出叶片的前后缘方向角，进而表示出叶型的弯折角，又可表示出叶片的安装角，方便参数 化建模及优化设计，且使叶片更符合流动规律，使叶轮趋于无漩涡流动，提高叶轮效率，3个 角度在叶根处分别为38-40°，17-18°和27-28°，0. 5叶高处分别为59-6Γ ,16-17° 和36-67°，在叶顶处分别为81-82°，15-16°和44-46° ;叶片整体采用变环量设计，叶顶 处的气流转折角大，在60-65之间°，叶根处的气流转折角小，在40-45°之间，这样使叶片 的增压能力沿叶高方向增加，充分利用叶顶大的周向速度实现其增压能力；为更进一步利 用叶顶的加功能力，并考虑其安全性，叶轮叶片采用2-5mm的较小叶顶间隙；为满足铸造工 艺和强度要求，叶片和轮毂连接处倒圆角，倒圆半径12-15mm;该叶轮适用于小流量轴流风 机，在常温常压，1450rpm的低转速，7. 5m3/s的小流量下，可以达到1350-1400Pa的静压升。
[0025] 实施例2
[0026] 如图2-图4所示，本实用新型的新型低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流 叶轮。轮毂直径265mm，叶轮外径500mm，采用10片贝塞尔中弧线变截面强扭曲叶片并沿圆 周均匀分布，叶片与轮毂采用整体铸造设计，并将表面进行光滑处理，保证表面粗糙度；图 4中叶根截面型线1、〇. 5叶高处叶片截面型线2、叶顶截面型线3为优化后得到的各个高度 叶片截面型线；为满足铸造工艺和强度要求，叶片和轮毂连接处倒圆角，倒圆半径13mm ;叶 片的轴向长度223. 55mm，叶根弦长286. 8mm，叶顶弦长319. 5mm，叶片叶根安装角为50. 9° ; 叶顶安装角为8. 8° ;叶型的中弧线的二次贝塞尔曲线，图7中所示的3个角度在叶根处分 别为39.15°，17. 5°和27.5。，0.5叶高处分别为60. 15° ,16.5°和36.25°，在叶顶处 分别为81. 14°，15. 5°和45° ;叶片整体采用变环量设计，叶顶处的气流转折角60. 5°， 叶根处的气流转折角45°，叶轮叶片叶顶间隙2_ ;该叶轮适用于小流量轴流风机，在常温 常压，1450rpm的低转速，7. 5m3 /s的小流量下，可以达到静压升1361Pa，等熵效率87%，耗功 率为 16. 9kw。
[0027] 具体实施时，要由机壳构成通流部分，如图5所示。由进气道4和排风段组5成， 本实用新型风机安装在进气道4和排风段5中间。
[0028] 如图6所示，为本实用新型为机车牵引电机用变压器冷却。本实用新型风机用驱 动电机6驱动，电机放置在进气道中央的支撑板7上，下面通过联轴器连接本实用新型叶 轮。气体通过进气室4进入叶轮，在叶轮中增压后经过排风段5进一步将动能转化为压力 能后进入待冷却的变压器8对其进行冷却。
【权利要求】
1. 一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，包括轮毂和叶片，其特征在 于：所述叶片叶型的中弧线为基于三点的二次三角贝塞尔曲线，所述叶片在叶根处不重叠， 叶片叶根安装角49° -53°。
2. 根据权利要求1所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，其特 征在于：所述叶片叶顶安装角为7-9°。
3. 根据权利要求1所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，其特 征在于：所述叶片叶根处轴向长度最长，叶根处轴向长度为220mm-230mm。
4. 根据权利要求1所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，其特 征在于：所述叶片叶顶弦长与叶根弦长比值为1. 09-1. 13。
5. 根据权利要求1所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，其特 征在于：所述叶片叶根弦长285mm-290mm。
6. 根据权利要求1所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，其特 征在于：所述叶片叶顶弦长318mm-322mm。
7. 根据权利要求2-6任一项所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流 叶轮，其特征在于：所述叶片有9-11片，叶片沿轮毂圆周均匀分布。
8. 根据权利要求7所述的一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮，其特 征在于：所述叶片叶顶间隙为2mm-5mm。
9. 采用权利要求1所述一种低转速高压比贝塞尔中弧线强扭曲叶片轴流叶轮的一种 轴流通风机，其特征在于：所述轴流通风机包括：强扭曲叶片轴流叶轮、进气室、排风段、驱 动电机、支撑板，进气室和排风段中间固定连接支撑板，支撑环中间固定连接强扭曲叶片轴 流叶轮，所述叶片叶型的中弧线为基于三点的二次三角贝塞尔曲线，所述叶片在叶根处不 重叠，叶片叶根安装角49° -53°，进气室内固定连接驱动电机，驱动电机通过联轴器连接 强扭曲叶片轴流叶轮，排风段出风口处固定连接待冷却物。
【文档编号】F04D29/38GK203906384SQ201320432205
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年7月20日 优先权日:2013年7月20日
【发明者】王晓放, 罗艾然, 徐胜利, 杨晓清, 吴联军, 姜治迅 申请人:大连理工大学