專利名稱：軸流風(fēng)扇用的葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸流風(fēng)扇用的葉片，它包含在形狀方面的創(chuàng)新，它能產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)扇葉片低的噪聲水平和高的效率。
背景技術(shù)：
軸流風(fēng)扇在必須移動(dòng)任何氣體、例如空氣的許多工業(yè)部門具有廣泛的用途。在構(gòu)成風(fēng)扇的許多零件中，葉片是主要影響其效率和噪聲水平的元件。其它的風(fēng)扇零件的設(shè)計(jì)包括(例如)固定結(jié)構(gòu)和風(fēng)扇本體，在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知它們只需相當(dāng)小的努力。因此，為了獲得具有理想的噪聲水平和效率，主要的精力應(yīng)該放在葉片設(shè)計(jì)上。
在現(xiàn)有技術(shù)中有許多軸流風(fēng)扇葉片，它們包括某些種類的改進(jìn)，以便降低它們的噪聲水平和提高它們的效率。在美國(guó)專利第4,089,618號(hào)和第5,603,607號(hào)中，例如，公開了一種具有包含缺口的或呈鋸齒形狀的后緣的風(fēng)扇葉片。此外，在美國(guó)專利第5,326,225號(hào)和第5,624,234號(hào)中，公開了一種具有向前和向后彎曲的平面圖形狀的風(fēng)扇葉片。
盡管所述的這些專利確實(shí)在噪聲水平上有降低和在效率上有提高，但所獲得的這種改進(jìn)是十分有限的。此外，在這些專利中體現(xiàn)的發(fā)明措施不能應(yīng)用于所有類型的風(fēng)扇葉片。因此，在美國(guó)專利第4,089,618號(hào)和第5,603,607號(hào)中的具有缺口的和呈鋸齒形狀的后緣(例如)只導(dǎo)致葉片在具有非常薄的空氣動(dòng)力輪廓或由彎曲的片形成的葉片方面的改進(jìn)。因此，這些專利的適用性是有限的。
風(fēng)扇葉片產(chǎn)生的噪聲來自于兩個(gè)主要源頭。第一個(gè)源頭是在葉片轉(zhuǎn)動(dòng)過程中、葉片在類似于電動(dòng)機(jī)支承的障礙物上的經(jīng)過。每次葉片經(jīng)過一障礙物，它在該障礙物上產(chǎn)生一壓力變化，這導(dǎo)致噪聲發(fā)射，而該噪聲的頻率等于風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)頻率乘以葉片的數(shù)量。這種類型的噪聲可通過葉片數(shù)量的適當(dāng)選擇和通過靠近葉片轉(zhuǎn)動(dòng)平面的障礙物的設(shè)計(jì)而降至最低程度，因此，本申請(qǐng)將不討論它。第二個(gè)噪聲源是葉片渦流發(fā)射。由于升力的產(chǎn)生，渦流在葉片后緣處發(fā)射，這從經(jīng)典的空氣動(dòng)力學(xué)理論中已經(jīng)知道。此外，當(dāng)在葉片上有氣流分離時(shí)，也發(fā)生渦流發(fā)射。這些發(fā)射的渦流產(chǎn)生壓力變化，該壓力變化產(chǎn)生噪聲。與葉片經(jīng)過障礙物時(shí)產(chǎn)生噪聲相反，由渦流發(fā)射產(chǎn)生的噪聲不是只存在于一種頻率，而是存在于與發(fā)射的渦流的大小有關(guān)的寬頻帶里。
因此，本發(fā)明顯示了在風(fēng)扇葉片形狀上的技術(shù)創(chuàng)新，該創(chuàng)新導(dǎo)致較低的渦流發(fā)射，由此降低由風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲水平。較低的渦流發(fā)射也意味著提供給風(fēng)扇的、在渦流產(chǎn)生時(shí)消耗的少量的能量，這樣，大量的能量可用來在流體中做功。這樣，噪聲水平的降低伴隨著風(fēng)扇效率的提高。
附圖的簡(jiǎn)要說明附圖顯示了按照本發(fā)明目的的軸流風(fēng)扇的低噪聲高效率葉片，其中

圖1顯示了風(fēng)扇葉片的立體圖；圖2顯示了風(fēng)扇葉片的橫斷面；圖3顯示了沿著風(fēng)扇跨度的葉片扭轉(zhuǎn)分布的圖表；圖4顯示了葉片平面圖，即，葉片形狀在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)平面上的投影；以及圖5顯示了葉片渦流發(fā)射的略圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，按照本發(fā)明目的的軸流風(fēng)扇的低噪聲高效率葉片1包括一叫做前緣的前端2、一叫做后緣的后端3、以及一將葉片1固定在風(fēng)扇轂上的柄部4。最靠近其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的葉片1的端部叫做根部5，而遠(yuǎn)離其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的端部叫做頂部7。葉片1的根部5和頂部6之間的距離叫做跨度。
葉片1的各橫截面具有空氣動(dòng)力輪廓的形狀，如圖2所示。按照?qǐng)D1中的定義，前緣2和后緣3將該空氣動(dòng)力輪廓?jiǎng)澐譃橐唤凶鰤毫?cè)的下側(cè)7和一叫做吸力側(cè)的上側(cè)8。連接前緣2和后緣3的虛線9叫做翼弦線，而它的長(zhǎng)度叫做弦長(zhǎng)。翼弦線9和葉片1的轉(zhuǎn)動(dòng)平面10之間的夾角叫做扭轉(zhuǎn)角θ。
由于葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，與前緣2相遇的流體的方向沿著葉片跨度相對(duì)各部分是不同的。因此，為了使葉片1的效率最優(yōu)化，扭轉(zhuǎn)角θ沿著葉片跨度改變，由此補(bǔ)償在流體運(yùn)動(dòng)方向上的這種差異。沿著跨度的扭轉(zhuǎn)角的分布如圖3中的圖表所示。扭轉(zhuǎn)角從根部5區(qū)域處的較大角θ根部改變至葉片1的頂部6區(qū)域處的較小角θ頂部。
如上面所述，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)引入新穎性和在噪聲水平和效率方面改進(jìn)的葉片1的特征是前緣和后緣的形狀。如顯示葉片1的平面圖、即葉片形狀在其轉(zhuǎn)動(dòng)平面上的投影的圖4所示，前緣2和后緣3不是直線的。前緣2和后緣3由若干線段形成，這些線段互相之間形成給定的角度，這樣，形成如圖4所示的凸起11和凹陷12。
如圖1所示，軸流風(fēng)扇葉片1的形狀在流體流動(dòng)中產(chǎn)生擾動(dòng)，這樣，在吸力側(cè)8上的速度比壓力側(cè)7上的速度高。因此，在吸力側(cè)8上的壓力小于在壓力側(cè)7上的壓力，從而導(dǎo)致升力產(chǎn)生，該升力導(dǎo)致在流體中做功。在流體中做的這種功造成壓力增加和流體運(yùn)動(dòng)，它們是風(fēng)扇的基本功能。
在葉片1的頂部6處，經(jīng)過壓力側(cè)7的流體與經(jīng)過吸力側(cè)8的流體匯合。因此，在頂部6的壓力具有在吸力側(cè)8的較低壓力和壓力側(cè)7的較高壓力之間的中間值。這樣，由于流體總是具有從較高壓力處向較低壓力處移動(dòng)的趨勢(shì)，所以，在葉片1的吸力側(cè)8處，流體趨向于從頂部6向根部5的方向移動(dòng)，而在葉片1的壓力側(cè)7處，流體趨向于沿相反方向、即從根部5向頂部6的方向移動(dòng)。這樣，在后緣3區(qū)域處，存在著經(jīng)過吸力側(cè)8和壓力側(cè)7的流體方向的不連續(xù)，從而導(dǎo)致在后緣3處的渦流發(fā)射，如圖5所示意顯示的。因此，每當(dāng)在葉片1上有升力產(chǎn)生，即，每當(dāng)在吸力側(cè)8和壓力側(cè)7之間有壓力差異，總將在后緣3處出現(xiàn)渦流發(fā)射。
渦流發(fā)射產(chǎn)生于任何類型的風(fēng)扇葉片，只要它產(chǎn)生升力。因此，由于渦流發(fā)射引起的噪聲散發(fā)和效率損失在任何類型的風(fēng)扇葉片中是不可避免的。因此，本發(fā)明的技術(shù)改進(jìn)是葉片1的形狀，它使渦流發(fā)射降至最低程度，從而導(dǎo)致較低的噪聲水平和較高的效率。
軸流風(fēng)扇的葉片1可用各種材料制造。特別指出的材料是纖維增強(qiáng)塑料，這是由于它的特性決定的，這些特性包括重量輕、強(qiáng)度高和容易制造諸如葉片1那樣的復(fù)雜形狀。其它的材料也可使用，諸如金屬、塑料或其它類型的合成材料。
由類似于葉片1的許多葉片形成的軸流風(fēng)扇可應(yīng)用于必須移動(dòng)任何氣體的許多用途。在這些用途中，有用于隧道的、用于采礦的、用于冷卻塔的、用于空氣冷卻器的、用于發(fā)電機(jī)冷卻的和電動(dòng)機(jī)冷卻的風(fēng)扇。
考慮到軸流風(fēng)扇葉片1的大量可能的用途，在本申請(qǐng)中出現(xiàn)的附圖是不按比例的，它們只是示意的。因此，用于具體用途的葉片的實(shí)際尺寸必須根據(jù)該用途的要求確定。此外，也是根據(jù)用途，遵照本申請(qǐng)的主旨，可使用不同的空氣動(dòng)力輪廓、扭轉(zhuǎn)分布和凸起11和凹陷12的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種軸流風(fēng)扇用的低噪聲高效率葉片，包括一前緣(2)、一后緣(3)、一壓力側(cè)(7)和一吸力側(cè)(8)，其中，葉片的各橫斷面具有空氣動(dòng)力輪廓的形狀，各截面的扭轉(zhuǎn)角θ沿著葉片跨度從葉片的根部(5)區(qū)域處的較大角θ根部改變至葉片的頂部(6)區(qū)域處的較小角θ頂部，而前緣(2)和后緣(3)由若干線段形成，這些線段互相之間形成給定的角度，這樣，在前緣(2)和后緣(3)處形成若干凸起(11)和凹陷(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的軸流風(fēng)扇用的低噪聲高效率葉片，其特征在于，葉片的尺寸和凸起(11)及凹陷(12)的數(shù)量按照各種用途的要求確定。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種軸流風(fēng)扇葉片，它體現(xiàn)了形狀上的創(chuàng)新，該形狀導(dǎo)致較低的噪聲發(fā)射和較高的效率。按照本發(fā)明的目的的軸流風(fēng)扇葉片具有比現(xiàn)有技術(shù)中的葉片低的渦流發(fā)射。這種較低的渦流發(fā)射引起較低水平的壓力波動(dòng)，從而導(dǎo)致較低的噪聲發(fā)射，還在渦流形成方面形成較低的能量消耗，從而導(dǎo)致效率增加。本發(fā)明的軸流風(fēng)扇葉片可應(yīng)用于必須移動(dòng)任何氣體的許多用途。
文檔編號(hào)F04D29/38GK1432110SQ01810509
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月30日
發(fā)明者O·A·卡馬戈多阿馬蘭特 申請(qǐng)人:泰克西斯先進(jìn)技術(shù)及體系有限公司