CN1153909C

CN1153909C - 轴流风扇用的叶片

Info

Publication number: CN1153909C
Application number: CNB018105092A
Authority: CN
Inventors: Oa; O·A·卡马戈; 多阿马兰特
Original assignee: TECSIS Tecnologia e Sistemas Avancados Ltda
Current assignee: TECSIS Tecnologia e Sistemas Avancados Ltda
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2004-06-16
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: US20030165386A1; BR0003706A; WO2001092726A1; DE60114613D1; US6779978B2; EP1290348A1; DE60114613T2; ES2252236T3; ATE308680T1; EP1290348B1; CN1432110A; AU2001261936A1

Abstract

本发明介绍了一种轴流风扇叶片，它体现了形状上的创新，该形状导致较低的噪声发射和较高的效率。按照本发明的目的的轴流风扇叶片具有比现有技术中的叶片低的涡流发射。这种较低的涡流发射引起较低水平的压力波动，从而导致较低的噪声发射，还在涡流形成方面形成较低的能量消耗，从而导致效率增加。本发明的轴流风扇叶片可应用于必须移动任何气体的许多用途。

Description

轴流风扇用的叶片

技术领域

本发明涉及一种轴流风扇用的叶片，它包含在形状方面的创新，它能产生比现有技术中的风扇叶片低的噪声水平和高的效率。

背景技术

轴流风扇在必须移动任何气体、例如空气的许多工业部门具有广泛的用途。在构成风扇的许多零件中，叶片是主要影响其效率和噪声水平的元件。其它的风扇零件的设计包括(例如)固定结构和风扇本体，在现有技术中众所周知它们只需相当小的努力。因此，为了获得具有理想的噪声水平和效率，主要的精力应该放在叶片设计上。

在现有技术中有许多轴流风扇叶片，它们包括某些种类的改进，以便降低它们的噪声水平和提高它们的效率。在美国专利第4,089,618号和第5,603,607号中，例如，公开了一种具有包含缺口的或呈锯齿形状的后缘的风扇叶片，而在美国专利第5,275,535号中，前缘和后缘均被切口。此外，在美国专利第5,326,225号和第5,624,234号中，公开了一种具有向前和向后弯曲的平面图形状的风扇叶片。此外，WO 95/13472号公开了一种具有机翼形截面的扭转的风扇叶片。

尽管所述的这些专利确实在噪声水平上有降低和在效率上有提高，但所获得的这种改进是十分有限的。此外，在这些专利中体现的发明措施不能应用于所有类型的风扇叶片。因此，在美国专利第4,089,618号和第5,603,607号中的具有缺口的和呈锯齿形状的后缘(例如)只导致叶片在具有非常薄的空气动力轮廓或由弯曲的片形成的叶片方面的改进。因此，这些专利的适用性是有限的。

风扇叶片产生的噪声来自于两个主要源头。第一个源头是在叶片转动过程中、叶片在类似于电动机支承的障碍物上的经过。每次叶片经过一障碍物，它在该障碍物上产生一压力变化，这导致噪声发射，而该噪声的频率等于风扇转动频率乘以叶片的数量。这种类型的噪声可通过叶片数量的适当选择和通过靠近叶片转动平面的障碍物的设计而降至最低程度，因此，本申请将不讨论它。第二个噪声源是叶片涡流发射。由于升力的产生，涡流在叶片后缘处发射，这从经典的空气动力学理论中已经知道。此外，当在叶片上有气流分离时，也发生涡流发射。这些发射的涡流产生压力变化，该压力变化产生噪声。与叶片经过障碍物时产生噪声相反，由涡流发射产生的噪声不是只存在于一种频率，而是存在于与发射的涡流的大小有关的宽频带里。

因此，本发明显示了在风扇叶片形状上的技术创新，该创新导致较低的涡流发射，由此降低由风扇产生的噪声水平。较低的涡流发射也意味着提供给风扇的、在涡流产生时消耗的少量的能量，这样，大量的能量可用来在流体中做功。这样，噪声水平的降低伴随着风扇效率的提高。

附图的简要说明

附图显示了按照本发明目的的轴流风扇的低噪声高效率叶片，其中：

图1显示了风扇叶片的立体图；

图2显示了风扇叶片的横断面；

图3显示了沿着风扇跨度的叶片扭转分布的图表；

图4显示了叶片平面图，即，叶片形状在风扇转动平面上的投影；以及

图5显示了叶片涡流发射的略图。

具体实施方式

如图1所示，按照本发明目的的轴流风扇的低噪声高效率叶片1包括一叫做前缘的前端2、一叫做后缘的后端3、以及一将叶片1固定在风扇毂上的柄部4。最靠近其转动轴线的叶片1的端部叫做根部5，而远离其转动轴线的端部叫做顶部7。叶片1的根部5和顶部6之间的距离叫做跨度。

叶片1的各横截面具有空气动力轮廓的形状，如图2所示。按照图1中的定义，前缘2和后缘3将该空气动力轮廓划分为一叫做压力侧的下侧7和一叫做吸力侧的上侧8。连接前缘2和后缘3的虚线9叫做翼弦线，而它的长度叫做弦长。翼弦线9和叶片1的转动平面10之间的夹角叫做扭转角θ。

由于叶片的转动，与前缘2相遇的流体的方向沿着叶片跨度相对各部分是不同的。因此，为了使叶片1的效率最优化，扭转角θ沿着叶片跨度改变，由此补偿在流体运动方向上的这种差异。沿着跨度的扭转角的分布如图3中的图表所示。扭转角从根部5区域处的较大角θ_根部改变至叶片1的顶部6区域处的较小角θ_顶部。

如上面所述，相对现有技术引入新颖性和在噪声水平和效率方面改进的叶片1的特征是前缘和后缘的形状。如显示叶片1的平面图、即叶片形状在其转动平面上的投影的图4所示，前缘2和后缘3不是直线的。前缘2和后缘3由若干线段形成，这些线段互相之间形成给定的角度，这样，形成如图4所示的凸起11和凹陷12。

如图1所示，轴流风扇叶片1的形状在流体流动中产生扰动，这样，在吸力侧8上的速度比压力侧7上的速度高。因此，在吸力侧8上的压力小于在压力侧7上的压力，从而导致升力产生，该升力导致在流体中做功。在流体中做的这种功造成压力增加和流体运动，它们是风扇的基本功能。

在叶片1的顶部6处，经过压力侧7的流体与经过吸力侧8的流体汇合。因此，在顶部6的压力具有在吸力侧8的较低压力和压力侧7的较高压力之间的中间值。这样，由于流体总是具有从较高压力处向较低压力处移动的趋势，所以，在叶片1的吸力侧8处，流体趋向于从顶部6向根部5的方向移动，而在叶片1的压力侧7处，流体趋向于沿相反方向、即从根部5向顶部6的方向移动。这样，在后缘3区域处，存在着经过吸力侧8和压力侧7的流体方向的不连续，从而导致在后缘3处的涡流发射，如图5所示意显示的。因此，每当在叶片1上有升力产生，即，每当在吸力侧8和压力侧7之间有压力差异，总将在后缘3处出现涡流发射。

涡流发射产生于任何类型的风扇叶片，只要它产生升力。因此，由于涡流发射引起的噪声散发和效率损失在任何类型的风扇叶片中是不可避免的。因此，本发明的技术改进是叶片1的形状，它改变在整个叶片1上的升力分布并使涡流发射降至最低程度，从而导致较低的噪声水平和较高的效率。

轴流风扇的叶片1可用各种材料制造。特别指出的材料是纤维增强塑料，这是由于它的特性决定的，这些特性包括重量轻、强度高和容易制造诸如叶片1那样的复杂形状。其它的材料也可使用，诸如金属、塑料或其它类型的合成材料。

由类似于叶片1的许多叶片形成的轴流风扇可应用于必须移动任何气体的许多用途。在这些用途中，有用于隧道的、用于采矿的、用于冷却塔的、用于空气冷却器的、用于发电机冷却的和电动机冷却的风扇。

考虑到轴流风扇叶片1的大量可能的用途，在本申请中出现的附图是不按比例的，它们只是示意的。因此，用于具体用途的叶片的实际尺寸必须根据该用途的要求确定。此外，也是根据用途，遵照本申请的主旨，可使用不同的空气动力轮廓、扭转分布和凸起11和凹陷12的数量。

Claims

1.一种轴流风扇用的叶片，包括一前缘(2)、一后缘(3)、一压力侧(7)和一吸力侧(8)，且叶片的各横断面具有空气动力轮廓的形状，各截面的扭转角θ沿着叶片跨度从叶片的根部(5)区域处的较大角θ_根部改变至叶片的顶部(6)区域处的较小角θ_顶部，其中，前缘(2)和后缘(3)由若干线段形成，这些线段互相之间形成给定的角度，这样，在前缘(2)和后缘(3)处形成若干凸起(11)和凹陷(12)。