專利名稱：前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及葉片式氣體壓縮和輸送機(jī)械－風(fēng)機(jī)，包括通風(fēng)機(jī)、透平鼓風(fēng)機(jī)和透平壓縮機(jī)所使用的動(dòng)葉片和靜葉片。
引證材料(1)蘇聯(lián)“SU.568.748”專利文獻(xiàn)“打孔的軸流鼓風(fēng)機(jī)葉片”。
(2)蘇聯(lián)“SU.964.255.A”專利文獻(xiàn)、“離心通風(fēng)機(jī)葉片”。
材料(1)的專利是在軸流風(fēng)機(jī)葉片上距前緣0.2至0.24弦長(zhǎng)和距后緣0.04至0.45弦長(zhǎng)處有兩排從工作面到非工作面向后斜的孔道。其作用是在大攻角時(shí)減少氣流的反向游動(dòng)，擴(kuò)大穩(wěn)定工作范圍。因?yàn)榭子绊憛^(qū)在葉片主要做功部分，在設(shè)計(jì)攻角范圍內(nèi)將會(huì)較大地影響葉片作功能力，降低壓力系數(shù)。工藝上也較復(fù)雜。
材料(2)的專利是在離心風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片上用一個(gè)空腔形成葉片前部葉型?？涨坏姆枪ぷ髅嬗锌?，在工作面與葉片主體相接處有鋸齒形出口。它是利用離心力通過(guò)孔抽吸非工作面前部的附面層，阻止附面層分離減少紊流和壓力損失。這種葉片在較大負(fù)攻角時(shí)，孔對(duì)前部工作面附面層分離不起改善作用。灰塵易積蓄在空腔內(nèi)不好清除，影響動(dòng)平衡。
本實(shí)用新型的目的在于提出一種在偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)工作時(shí)能減輕由于葉片前部出現(xiàn)的流動(dòng)惡化所造成的損失，改善非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能，又盡量減少對(duì)原有設(shè)計(jì)狀態(tài)不利影響，有較佳孔分布的風(fēng)機(jī)葉片。
本實(shí)用新型的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，用基元葉型來(lái)描述其構(gòu)成。一條葉表流線按回轉(zhuǎn)面與葉片相切成一個(gè)基元葉型，各基元葉型構(gòu)成一個(gè)葉片。葉片上有多個(gè)連通工作面與非工作面的孔，分布在由各基元葉型距前緣為9％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之前。
孔的分布及孔徑大小首先要考慮葉片強(qiáng)度要求?？籽厝~高方向排列成一排至多排，相鄰排在葉高方向最好互相錯(cuò)開(kāi)。同排孔的相鄰孔中心距為2至4倍孔徑，前一至二排最好取2至3倍孔徑，以使氣流均勻。
孔徑為孔中心線與葉表相交的兩點(diǎn)間距離的0.1至0.8倍。其中0.1倍是對(duì)葉片較厚處孔徑的限制，0.8倍是對(duì)厚度較薄處孔徑的限制。最小孔徑最好大于0.5mm。
孔的形狀最好為圓柱形孔?？卓谶吘売邪霃綖?至0.2倍孔徑的圓角。其圓角不計(jì)入有孔區(qū)范圍。
在孔的分布上，第一排孔最好與前緣半徑線等距離或者等比例。第三排的孔徑最好小于第二排的孔徑或大于第二排的相鄰孔距，以減輕對(duì)設(shè)計(jì)性能的不利影響。第二排和第二排以后的孔可以只在距葉尖或葉根1／4葉高范圍內(nèi)局部布置，以適應(yīng)動(dòng)葉片或靜葉片的一個(gè)或兩個(gè)端部氣流攻角不合適時(shí)的需要。
葉片以氣流流動(dòng)方向?yàn)闄M的方向。離心通風(fēng)機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉片與垂直回轉(zhuǎn)軸的平面相切成橫截面。在橫截面上取中線法向與橫截面垂直相切成沿葉高方向的葉片厚度截面。
對(duì)軸流式風(fēng)機(jī)葉片和離心壓縮機(jī)動(dòng)葉片的導(dǎo)風(fēng)輪部分及斜流式風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片，用與葉片的徑向設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線(重心線或前緣線等)所在的子午面及垂直回轉(zhuǎn)軸的平面相正交的平面切出的截面為橫截面。垂直回轉(zhuǎn)軸的平面切出葉高方向的葉片厚度截面。
對(duì)于葉高方向非徑向的靜葉片，按垂直葉高方向取橫截面。
孔在橫截面上的角度范圍是從工作面到非工作面與葉型中線法線方向成0°至后傾30°角。
對(duì)軸流風(fēng)機(jī)葉片，孔在橫截面上的角度范圍最好取位于最前的孔中心線在葉型中線上交點(diǎn)處的法線與葉型外弦垂直線的夾角。對(duì)扭葉片，同排孔在有孔范圍允許時(shí)還可以取一致的角度，即最接近葉根的孔所在橫截面上孔中心線與葉型中線交點(diǎn)處的法向。
對(duì)以葉片凸面為工作面的離心式風(fēng)機(jī)后向葉片，孔在橫截面上的角度最好只取法向。
孔中心線在葉高方向的葉片厚度截面上投影與橫截面投影線成0°±15°角。
本實(shí)用新型把前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片按葉型分成沿流程變厚度和等厚度兩類。為了減少對(duì)葉片設(shè)計(jì)狀態(tài)性能的不利影響，有孔區(qū)的最好范圍是對(duì)葉型沿流程變厚度葉片，在各基元葉型上前緣半徑圓心處的葉型中線正交線至距前緣為7％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之間；對(duì)葉型沿流程等厚度和僅在葉型后部漸薄而其余大部分等厚的葉片，在各基元葉型上前緣半徑圓心處或距前緣1／2葉厚處的葉型中線正交線至距前緣為8％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之間。
本實(shí)用新型的前部有孔風(fēng)機(jī)葉片，孔分布在葉片壓力分布隨攻角變化的敏感區(qū)內(nèi)，連通了一部份工作面與非工作面，高壓力面的部份工質(zhì)通過(guò)孔流到低壓力面，使葉片有孔部份壓力分布局部地趨于平衡，從而影響葉片前部以至下游的流動(dòng)。在過(guò)大或過(guò)小攻角時(shí)孔的作用是分別改善兩個(gè)葉表面的不良?jí)毫Ψ植?，推遲附面層的分離或減少分離損失。因而本實(shí)用新型比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)(1)在較大負(fù)攻角時(shí)，葉片前部工作面壓力系數(shù)提高，增加作功能力，提高效率。
(2)在較大正攻角時(shí)，葉片前部非工作面壓力系數(shù)提高，減少附面層分離損失，明顯提高效率。
(3)尤其對(duì)攻角特性較差的等厚葉片，能明顯提高非設(shè)計(jì)狀態(tài)的效率和壓力系數(shù)。
(4)在設(shè)計(jì)攻角和大攻角時(shí)，孔會(huì)使葉片上最低壓力系數(shù)得以提高，因而可提高葉型的臨界馬赫數(shù)，改善葉片高亞音速時(shí)的適應(yīng)性。
(5)由于對(duì)有孔區(qū)位置的選定及對(duì)其范圍的限制，可使孔在正常攻角范圍內(nèi)的不利影響降至最小，而維持原無(wú)孔葉片設(shè)計(jì)狀態(tài)性能水平。
(6)能通過(guò)不復(fù)雜的工藝直接對(duì)現(xiàn)有技術(shù)葉片進(jìn)行改造。
在一個(gè)裝有研究葉輪的高壓離心通風(fēng)機(jī)上，前部有孔葉片與無(wú)孔葉片的對(duì)比實(shí)驗(yàn)效果如下允許工作范圍寬度保持在無(wú)孔葉片水平；壓力系數(shù)提高0.25％至1.0％；在相當(dāng)于4°至8°攻角絕對(duì)值的效率增益低谷，效率提高－1.0％至＋0.5％。最高效率提高0.3％至3.0％，最高效率點(diǎn)向最高壓力系數(shù)方向偏移；較佳時(shí)在大流量邊界效率提高1.8％，在小流量邊界效率提高5.0％；
圖1是本實(shí)用新型在軸流風(fēng)機(jī)葉片上表示有孔區(qū)范圍的立體示意圖。
圖2是孔在葉表面排列的示意圖。
圖3是圖2中孔14的A－A剖面示意圖。
圖4是孔在橫截面上角度范圍示意圖。
圖5是在直葉片沿葉高方向葉片厚度截面上表示孔的角度示意圖。
圖6是在有變厚葉片的離心壓縮機(jī)葉輪的立體示意圖上表示的最好有孔范圍。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型及實(shí)施作進(jìn)一步描述。
基元葉型是空間曲面，如圖1所示在葉尖基元葉型上，1－3－2是從前緣1到后緣2的葉型中線，前緣到點(diǎn)3的葉型中線的曲線真實(shí)長(zhǎng)度4等于9％的1－3－2曲線真實(shí)長(zhǎng)度。3點(diǎn)正交線為5－3－6。7－8，9－10分別為葉中某基元葉型和葉根基元葉型9％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線。由各基元葉型9％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線構(gòu)成的3－5－7－9－10－8－6－3界面之前為本實(shí)用新型的有孔區(qū)范圍。
由于葉厚相對(duì)于回轉(zhuǎn)半徑很小，基元葉型很接近直紋曲面，在葉尖、葉根型面可作出準(zhǔn)確的有孔范圍線。葉表流線沿葉高等分作出。對(duì)平板葉片，除去前后圓弧邊，可把葉表流線長(zhǎng)度視為基元葉型中線長(zhǎng)。對(duì)于各截面都有座標(biāo)值的葉片，可用作圖、計(jì)算求出范圍線。對(duì)于扭葉片亦可從放大模型的流線回轉(zhuǎn)切面上得出設(shè)計(jì)和工藝所需的數(shù)據(jù)。滿足一般需要的簡(jiǎn)便做法結(jié)合圖6說(shuō)明。
孔的排列方式如圖2示意的，沿葉高方向成排，同排相鄰孔中心11，12的距離13在前兩排取2－3倍孔經(jīng)為佳?？字行木€B－B與葉表交點(diǎn)16，17的距離18，孔徑15是尺寸18的0.1至0.8倍。孔口邊緣園角19能減少孔內(nèi)流動(dòng)損失。
圖4是用離心風(fēng)機(jī)的葉型后部24漸薄其余大部分等厚的葉片表示本實(shí)用新型孔在橫截面上的角度范圍?？讖墓ぷ髅?0到非工作面21的方向?yàn)榭字行木€與葉型中線交點(diǎn)22的法線C－C至向后傾斜30°(角度23)的D－D線范圍。
圖5表示的角度范圍，是孔與橫截面的相對(duì)關(guān)系。橫截面在葉高方向的葉厚截面上的投影是在E－E線上，F(xiàn)－F線與E－E線構(gòu)成25為±15°角，G－G線與E－E線構(gòu)成26為－15°角，孔中心線在葉厚截面上的投影與E－E線成0°±15°角。
圖6結(jié)合葉型沿流程變厚葉片的最好有孔范圍說(shuō)明滿足一般需要的有孔范圍線簡(jiǎn)便作法。在葉尖型面前緣點(diǎn)27至點(diǎn)30的曲線真實(shí)長(zhǎng)31等于7％葉型中線27－29－30－28的曲線真實(shí)長(zhǎng)度。作前緣半徑圓心29和點(diǎn)30的葉型中線正交線交葉表邊緣于32、33和34、35。在葉片凸面畫出各橫截面前緣半徑圓心法線與葉表相交點(diǎn)的連線32－36，這是足夠準(zhǔn)確的前范圍線。葉根型面距前緣7％中線長(zhǎng)處的正交線與葉表交點(diǎn)是38，34－38是符合定義的變厚葉片的最好有孔后范圍線。作與32－36線橫向等距的34－37線，即為滿足一般需要的有孔后范圍線。
權(quán)利要求1.一種用于葉片式氣體壓縮和輸送機(jī)械(風(fēng)機(jī))的葉片，葉片由葉表流線按回轉(zhuǎn)面與葉片相切成的各基元葉型構(gòu)成，葉片上有多個(gè)連通工作面與非工作面的孔，其特征在于，孔分布在各基元葉型距前緣為9%中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔沿葉高方向排列成一排至三排。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，同排孔相鄰孔中心距為2至4倍孔徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔徑為孔中心線與葉表交成的兩點(diǎn)間距離的0.1至0.8倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔口邊緣的園角半徑為0至0.2倍孔徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔在橫截面上的角度范圍是從工作面到非工作面與葉型中線法線方向成0°至后傾30°角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔中心線在葉高方向的葉片厚度截面上投影與橫截面投影線成0°±15°角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片中，葉型沿流程變厚度的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔分布在各基元葉型前緣半徑圓心處的葉型中線正交線至距前緣為7％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片中，葉型沿流程等厚度和僅在葉型后部漸薄其余大部分等厚的前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于，孔分布在各基元葉型前緣半徑圓心處的葉型中線正交線至距前緣為8％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之間。
專利摘要一種前部有孔的風(fēng)機(jī)葉片，用于葉片式氣體壓縮和輸送機(jī)械的動(dòng)葉片和靜葉片。葉片上有多個(gè)連通工作面與非工作面的孔，孔分布在各基元葉型距前緣為9％中線長(zhǎng)處的葉型中線正交線之前。通過(guò)孔影響葉片表面壓力分布，在葉片處于過(guò)大過(guò)小攻角時(shí)改善氣體流動(dòng)，提高非設(shè)計(jì)狀態(tài)性能，改善高亞音速工作的適應(yīng)性，并能維持無(wú)孔葉片設(shè)計(jì)狀態(tài)性能水平。在一個(gè)高壓離心通風(fēng)機(jī)上的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)提高小流量區(qū)效率尤為有效。
文檔編號(hào)F04D29/38GK2038566SQ88213060
公開(kāi)日1989年5月31日 申請(qǐng)日期1988年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月10日
發(fā)明者蘇大為 申請(qǐng)人:蘇大為