風(fēng)輪葉片及貫流風(fēng)輪及風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)輪結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種風(fēng)輪葉片及貫流風(fēng)輪及風(fēng)輪葉片 的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在風(fēng)輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，風(fēng)輪是其主要部件，而葉片又是貫流風(fēng)輪中最重要的 部分，它是唯一進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的元件，因此葉片設(shè)計(jì)的好壞直接決定了風(fēng)輪效率的高低。葉 片的型線基本有直線型、圓弧型和機(jī)翼型H種，目前在貫流風(fēng)輪系統(tǒng)中應(yīng)用較多的是圓弧 型葉片，圓弧型葉片不易保證流體動力學(xué)特性，效率較低，噪音總值較高，且升力系數(shù)和阻 力系數(shù)沒有達(dá)到最優(yōu)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明旨在提供一種風(fēng)輪葉片及貫流風(fēng)輪及風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)方法，W解決現(xiàn)有技 術(shù)中的貫流風(fēng)輪采用圓弧型葉片造成的不易保證流體動力學(xué)特性，能量轉(zhuǎn)化效率較低的問 題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風(fēng)輪葉片，風(fēng)輪葉片的上表面和/或下表 面的截面曲線具有曲率漸變段。
[0005] 進(jìn)一步地，上表面的曲率漸變段的曲率的變化率大于下表面的曲率漸變段的曲率 的變化率。
[0006] 進(jìn)一步地，風(fēng)輪葉片的厚度漸變。
[0007] 進(jìn)一步地，風(fēng)輪葉片的厚度從一端至另一端先變大再變小。
[0008] 進(jìn)一步地，所風(fēng)輪葉片的最大厚度的位置范圍為位于風(fēng)輪葉片的弦線長度的1/3 至2/3處。
[0009] 進(jìn)一步地，風(fēng)輪葉片一端的厚度變化率大于另一端的厚度變化率。
[0010] 進(jìn)一步地，風(fēng)輪葉片的進(jìn)口角為80。至100°。
[0011] 進(jìn)一步地，風(fēng)輪葉片的出口角為15。至35。。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種貫流風(fēng)輪，包括風(fēng)輪葉片，風(fēng)輪葉片是上述的 風(fēng)輪葉片。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)方法，包括步驟：
[0014] S1，設(shè)置葉片弦線；S2,設(shè)定具有曲率漸變段的目標(biāo)翼型，得到目標(biāo)翼型的翼型弦 線W及目標(biāo)翼型的表面曲線形狀控制點(diǎn)在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)參數(shù)；S3,將葉片弦線等分， 獲得多個(gè)等分控制點(diǎn)，再將等分控制點(diǎn)與葉片弦線的圓也連接，確定各個(gè)控制點(diǎn)的法線方 向；S4,由等分控制點(diǎn)至葉片弦線的起始控制點(diǎn)的弧長與翼弦總弧長的長度之比，得出翼型 弦線上與等分控制點(diǎn)相應(yīng)的翼型控制點(diǎn)在翼型弦線上的位置；S5,在的翼型控制點(diǎn)做翼型 弦線的垂線分別與翼型的上表面和下表面的曲線相交，得到翼型弦線距離表面曲線的垂直 距離與翼型弦長的比，W翼型弦線距離表面曲線的垂直距離與翼型弦長的比作為幾何相似 變換的長度比例系數(shù)，確定等分控制點(diǎn)沿法線方向至葉片的上表面和下表面交點(diǎn)的距離， 從而確定葉片上表面和下表面各個(gè)形狀控制點(diǎn)；S6,將各個(gè)形狀控制點(diǎn)依次連接，得到上表 面和/或下表面的截面曲線具有曲率漸變段的風(fēng)輪葉片。
[0015] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，貫流風(fēng)輪葉片采用具有曲率漸變段的表面在空氣動力學(xué) 上更為有利，使得風(fēng)輪能量轉(zhuǎn)化效率提高，噪音總值降低，且在旋轉(zhuǎn)過程中有效控制葉片通 過頻率（BPF)峰值，能有效控制潤流的流動分離，減少潤流噪聲，減少損耗。本發(fā)明還提供 了一種新的風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)方法，用于設(shè)計(jì)得出本發(fā)明的具有曲率漸變段的風(fēng)輪葉片，可 W高效準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出預(yù)計(jì)翼型的風(fēng)輪葉片。
【附圖說明】
[0016] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0017] 圖1示出了應(yīng)用本發(fā)明的貫流風(fēng)輪的示意圖
[001引圖2本發(fā)明的風(fēng)輪葉片與現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪葉片的對比圖；
[0019] 圖3示出了本發(fā)明的風(fēng)輪葉片的示意圖；
[0020] 圖4示出了本發(fā)明的風(fēng)輪葉片取弦線位置的示意圖；
[0021] 圖5示出了本發(fā)明的風(fēng)輪葉片的法線分割示意圖擬及
[0022] 圖6示出了本發(fā)明的風(fēng)輪葉片的確定控制點(diǎn)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0024] 參見圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的圓弧形葉片10'，在垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的截面（W下的 截面均指垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸截取葉片的截面）上，其上下表面的截面曲線距離葉片弦線的距 離是相等的，表面曲線的曲率也不變，再在表面曲線兩端直接連接圓弧封閉（上述的"上表 面"、"下表面"并不是絕對的上下方向，而是作為兩個(gè)相對表面的指代，可W理解為上表面 指在旋轉(zhuǎn)方向上處于上游的表面，下表面指在旋轉(zhuǎn)方向上處于下游的表面，下同）。該種圓 弧形葉片不易保證流體動力學(xué)特性，效率較低，噪音總值較高，且升力系數(shù)和阻力系數(shù)沒有 達(dá)到最優(yōu)值。而本發(fā)明則提供了一種可用于貫流風(fēng)輪的機(jī)翼形葉片10,所謂機(jī)翼形葉片， 指的是葉片的截面形狀類似飛機(jī)的機(jī)翼的截面形狀：一方面，葉片上下表面的截面曲線與 葉片弦線的距離進(jìn)行漸變，即翼型厚度漸變，葉片在表面相對于葉片弦線做到的垂線與弦 線的交點(diǎn)位于葉片弦線總長從前端至后端的1/3處達(dá)到最大厚度，而且一端厚度的變化率 大，另一端厚度的變化率?。涣硪环矫?，上下表面的截面曲線均具有曲率漸變段，該曲率漸 變段指截面曲線中至少有一部分是曲率漸變的曲線而非直線或圓弧線。曲率漸變段構(gòu)成具 有一定彎度的表面形狀，優(yōu)選地，上表面的截面曲線的曲率變化的速率大于下表面曲線的 曲率變化。所謂曲線的曲率就是針對曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動率，通過微 分來定義。曲率表明曲線偏離直線的程度，是數(shù)學(xué)上表明曲線在某一點(diǎn)的彎曲程度的數(shù)值。 曲率越大，表示曲線的彎曲程度越大。
[002引參見圖2所示，本發(fā)明W圓弧形葉片的骨線作為機(jī)翼型葉片10的弦線11，W保證 內(nèi)、外圓周角在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。同時(shí)也可保證新設(shè)計(jì)葉片表面的曲率在合適的范圍內(nèi)。圖 中，a為風(fēng)輪葉片氣流的進(jìn)口角，目為葉片的氣流的出口角，在該實(shí)施例中，進(jìn)口角可設(shè)置 為80°至100°之間、出口角可設(shè)置為15°至35°之間。貫流風(fēng)輪內(nèi)部的流動非常復(fù)雜， 由于氣體兩進(jìn)兩出葉輪，風(fēng)葉的進(jìn)口角同時(shí)也是出口角，葉片尾部會產(chǎn)生脫離潤，產(chǎn)生流動 分離。而機(jī)翼型葉片能有效控制潤流的流動分離，減少潤流噪聲，減少損耗。
[0026] 參見圖3至圖5所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)機(jī)翼形葉片的過程如下：
[0027] 如圖3所示，首先，設(shè)置一條圓弧形的弦線11，從翼型庫中導(dǎo)出各翼型上、下表面 所有形狀控制點(diǎn)在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)參數(shù)。
[0028] 如圖4所示，其次，將確定的各機(jī)翼型葉片弦線11進(jìn)行等分，在弦線上獲得等分控 制點(diǎn)，再將等分控制點(diǎn)與弦線圓也相連接，確定各控制點(diǎn)的法線方向20,該實(shí)施例中列出了 28條法線。
[0029] 如圖5所示，由機(jī)翼型葉片弦線各等分控制點(diǎn)（i=l、2. .. 28)至前緣起始控制點(diǎn) (i=〇)弧長與弦線總弧長的長度之比（作為幾何相似變換的長度比例系數(shù))，對應(yīng)于直線上 坐標(biāo)參數(shù)，推算出翼型的弦線上相應(yīng)控制點(diǎn)的位置。在該點(diǎn)做弦線的垂線分別與上、下表面 交點(diǎn)到弦線的垂直距離與弦長之比，分別作為相應(yīng)的幾何相似變換的長度比例系數(shù)，確定 葉片弦線控制點(diǎn)沿法線方向至上、下表面交點(diǎn)的距離，從而確定翼型上、下表面各控制點(diǎn)， 將各機(jī)翼型葉片上、下表面形狀控制點(diǎn)依次連接，得到各葉片截面形狀。即在葉片曲線的相 應(yīng)位置上繪制葉片上下表面的形狀控制點(diǎn)，再用樣條曲線將各控制節(jié)點(diǎn)連接成線，得到上 表面和/或下表面的截面曲線具有曲率漸變段的風(fēng)輪葉片。如下表；（表中X坐標(biāo)為控制 點(diǎn)在弦線上沿法線投影點(diǎn)距離弦線一端的距離，Y坐標(biāo)為控制點(diǎn)沿法線方向距離弦線的距 貿(mào))。
[0030] 表1 ;翼型控制點(diǎn)坐標(biāo)
[0031]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種風(fēng)輪葉片，其特征在于，風(fēng)輪葉片的上表面和/或下表面的截面曲線具有曲率 漸變段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述上表面的截面曲線的曲率漸變 段的曲率變化率大于下表面的截面曲線的曲率漸變段的曲率變化率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片的厚度漸變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片的厚度從一端至另一 端先變大再變小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片的最大厚度的位置范 圍為位于所述風(fēng)輪葉片的弦線長度的1/3至2/3處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片一端的厚度變化率大 于另一端的厚度變化率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片的進(jìn)口 角為80°至100°。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片的出口 角為15°至35°。
9. 一種貫流風(fēng)輪，包括風(fēng)輪葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪葉片是權(quán)利要求1至8中任意 一項(xiàng)所述的風(fēng)輪葉片。
10. -種風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括步驟： S1，設(shè)置葉片弦線； 52, 設(shè)定具有曲率漸變段的目標(biāo)翼型，得到所述目標(biāo)翼型的翼型弦線以及所述目標(biāo)翼 型的表面曲線形狀控制點(diǎn)在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)參數(shù)； 53, 將所述葉片弦線等分，獲得多個(gè)等分控制點(diǎn)，再將所述等分控制點(diǎn)與所述葉片弦線 的圓心連接，確定各個(gè)控制點(diǎn)的法線方向； 54, 由所述等分控制點(diǎn)至所述葉片弦線的起始控制點(diǎn)的弧長與翼弦總弧長的長度之 t匕，得出翼型弦線上與所述等分控制點(diǎn)相應(yīng)的翼型控制點(diǎn)在所述翼型弦線上的位置； 55, 在所述的翼型控制點(diǎn)做所述翼型弦線的垂線分別與所述翼型的上表面和下表面的 曲線相交，得到所述翼型弦線距離表面曲線的垂直距離與所述翼型弦長的比，以所述翼型 弦線距離表面曲線的垂直距離與所述翼型弦長的比作為幾何相似變換的長度比例系數(shù)，確 定所述等分控制點(diǎn)沿所述法線方向至所述葉片的上表面和下表面交點(diǎn)的距離，從而確定所 述葉片上表面和下表面各個(gè)形狀控制點(diǎn)； 56, 將所述各個(gè)形狀控制點(diǎn)依次連接，得到上表面和/或下表面的截面曲線具有曲率 漸變段的風(fēng)輪葉片。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)輪葉片及貫流風(fēng)輪及風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的風(fēng)輪葉片，上表面和/或下表面的截面曲線具有曲率漸變段。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，貫流風(fēng)輪葉片采用具有曲率漸變段的表面在空氣動力學(xué)上更為有利，使得通風(fēng)輪效率提高，噪音總值降低，且在旋轉(zhuǎn)過程中有效控制葉片通過頻率（BPF）峰值，能有效控制渦流的流動分離，減少渦流噪聲，減少損耗。
【IPC分類】F04D29-30
【公開號】CN104564804
【申請?zhí)枴緾N201310501069
【發(fā)明人】張偉捷, 熊軍, 姚鋒, 劉池
【申請人】珠海格力電器股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月22日