专利名称：前部有孔的风机叶片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及叶片式气体压缩和输送机械－风机，包括通风机、透平鼓风机和透平压缩机所使用的动叶片和静叶片。
引证材料(1)苏联“SU.568.748”专利文献“打孔的轴流鼓风机叶片”。
(2)苏联“SU.964.255.A”专利文献、“离心通风机叶片”。
材料(1)的专利是在轴流风机叶片上距前缘0.2至0.24弦长和距后缘0.04至0.45弦长处有两排从工作面到非工作面向后斜的孔道。其作用是在大攻角时减少气流的反向游动，扩大稳定工作范围。因为孔影响区在叶片主要做功部分，在设计攻角范围内将会较大地影响叶片作功能力，降低压力系数。工艺上也较复杂。
材料(2)的专利是在离心风机动叶片上用一个空腔形成叶片前部叶型。空腔的非工作面有孔，在工作面与叶片主体相接处有锯齿形出口。它是利用离心力通过孔抽吸非工作面前部的附面层，阻止附面层分离减少紊流和压力损失。这种叶片在较大负攻角时，孔对前部工作面附面层分离不起改善作用。灰尘易积蓄在空腔内不好清除，影响动平衡。
本实用新型的目的在于提出一种在偏离设计状态工作时能减轻由于叶片前部出现的流动恶化所造成的损失，改善非设计点性能，又尽量减少对原有设计状态不利影响，有较佳孔分布的风机叶片。
本实用新型的前部有孔的风机叶片，用基元叶型来描述其构成。一条叶表流线按回转面与叶片相切成一个基元叶型，各基元叶型构成一个叶片。叶片上有多个连通工作面与非工作面的孔，分布在由各基元叶型距前缘为9％中线长处的叶型中线正交线之前。
孔的分布及孔径大小首先要考虑叶片强度要求。孔沿叶高方向排列成一排至多排，相邻排在叶高方向最好互相错开。同排孔的相邻孔中心距为2至4倍孔径，前一至二排最好取2至3倍孔径，以使气流均匀。
孔径为孔中心线与叶表相交的两点间距离的0.1至0.8倍。其中0.1倍是对叶片较厚处孔径的限制，0.8倍是对厚度较薄处孔径的限制。最小孔径最好大于0.5mm。
孔的形状最好为圆柱形孔。孔口边缘有半径为0至0.2倍孔径的圆角。其圆角不计入有孔区范围。
在孔的分布上，第一排孔最好与前缘半径线等距离或者等比例。第三排的孔径最好小于第二排的孔径或大于第二排的相邻孔距，以减轻对设计性能的不利影响。第二排和第二排以后的孔可以只在距叶尖或叶根1／4叶高范围内局部布置，以适应动叶片或静叶片的一个或两个端部气流攻角不合适时的需要。
叶片以气流流动方向为横的方向。离心通风机、离心鼓风机的动叶片与垂直回转轴的平面相切成横截面。在横截面上取中线法向与横截面垂直相切成沿叶高方向的叶片厚度截面。
对轴流式风机叶片和离心压缩机动叶片的导风轮部分及斜流式风机动叶片，用与叶片的径向设计基准线(重心线或前缘线等)所在的子午面及垂直回转轴的平面相正交的平面切出的截面为横截面。垂直回转轴的平面切出叶高方向的叶片厚度截面。
对于叶高方向非径向的静叶片，按垂直叶高方向取横截面。
孔在横截面上的角度范围是从工作面到非工作面与叶型中线法线方向成0°至后倾30°角。
对轴流风机叶片，孔在横截面上的角度范围最好取位于最前的孔中心线在叶型中线上交点处的法线与叶型外弦垂直线的夹角。对扭叶片，同排孔在有孔范围允许时还可以取一致的角度，即最接近叶根的孔所在横截面上孔中心线与叶型中线交点处的法向。
对以叶片凸面为工作面的离心式风机后向叶片，孔在横截面上的角度最好只取法向。
孔中心线在叶高方向的叶片厚度截面上投影与横截面投影线成0°±15°角。
本实用新型把前部有孔的风机叶片按叶型分成沿流程变厚度和等厚度两类。为了减少对叶片设计状态性能的不利影响，有孔区的最好范围是对叶型沿流程变厚度叶片，在各基元叶型上前缘半径圆心处的叶型中线正交线至距前缘为7％中线长处的叶型中线正交线之间；对叶型沿流程等厚度和仅在叶型后部渐薄而其余大部分等厚的叶片，在各基元叶型上前缘半径圆心处或距前缘1／2叶厚处的叶型中线正交线至距前缘为8％中线长处的叶型中线正交线之间。
本实用新型的前部有孔风机叶片，孔分布在叶片压力分布随攻角变化的敏感区内，连通了一部份工作面与非工作面，高压力面的部份工质通过孔流到低压力面，使叶片有孔部份压力分布局部地趋于平衡，从而影响叶片前部以至下游的流动。在过大或过小攻角时孔的作用是分别改善两个叶表面的不良压力分布，推迟附面层的分离或减少分离损失。因而本实用新型比现有技术有如下优点(1)在较大负攻角时，叶片前部工作面压力系数提高，增加作功能力，提高效率。
(2)在较大正攻角时，叶片前部非工作面压力系数提高，减少附面层分离损失，明显提高效率。
(3)尤其对攻角特性较差的等厚叶片，能明显提高非设计状态的效率和压力系数。
(4)在设计攻角和大攻角时，孔会使叶片上最低压力系数得以提高，因而可提高叶型的临界马赫数，改善叶片高亚音速时的适应性。
(5)由于对有孔区位置的选定及对其范围的限制，可使孔在正常攻角范围内的不利影响降至最小，而维持原无孔叶片设计状态性能水平。
(6)能通过不复杂的工艺直接对现有技术叶片进行改造。
在一个装有研究叶轮的高压离心通风机上，前部有孔叶片与无孔叶片的对比实验效果如下允许工作范围宽度保持在无孔叶片水平；压力系数提高0.25％至1.0％；在相当于4°至8°攻角绝对值的效率增益低谷，效率提高－1.0％至＋0.5％。最高效率提高0.3％至3.0％，最高效率点向最高压力系数方向偏移；较佳时在大流量边界效率提高1.8％，在小流量边界效率提高5.0％；
图1是本实用新型在轴流风机叶片上表示有孔区范围的立体示意图。
图2是孔在叶表面排列的示意图。
图3是图2中孔14的A－A剖面示意图。
图4是孔在横截面上角度范围示意图。
图5是在直叶片沿叶高方向叶片厚度截面上表示孔的角度示意图。
图6是在有变厚叶片的离心压缩机叶轮的立体示意图上表示的最好有孔范围。
以下结合附图对本实用新型及实施作进一步描述。
基元叶型是空间曲面，如图1所示在叶尖基元叶型上，1－3－2是从前缘1到后缘2的叶型中线，前缘到点3的叶型中线的曲线真实长度4等于9％的1－3－2曲线真实长度。3点正交线为5－3－6。7－8，9－10分别为叶中某基元叶型和叶根基元叶型9％中线长处的叶型中线正交线。由各基元叶型9％中线长处的叶型中线正交线构成的3－5－7－9－10－8－6－3界面之前为本实用新型的有孔区范围。
由于叶厚相对于回转半径很小，基元叶型很接近直纹曲面，在叶尖、叶根型面可作出准确的有孔范围线。叶表流线沿叶高等分作出。对平板叶片，除去前后圆弧边，可把叶表流线长度视为基元叶型中线长。对于各截面都有座标值的叶片，可用作图、计算求出范围线。对于扭叶片亦可从放大模型的流线回转切面上得出设计和工艺所需的数据。满足一般需要的简便做法结合图6说明。
孔的排列方式如图2示意的，沿叶高方向成排，同排相邻孔中心11，12的距离13在前两排取2－3倍孔经为佳。孔中心线B－B与叶表交点16，17的距离18，孔径15是尺寸18的0.1至0.8倍。孔口边缘园角19能减少孔内流动损失。
图4是用离心风机的叶型后部24渐薄其余大部分等厚的叶片表示本实用新型孔在横截面上的角度范围。孔从工作面20到非工作面21的方向为孔中心线与叶型中线交点22的法线C－C至向后倾斜30°(角度23)的D－D线范围。
图5表示的角度范围，是孔与横截面的相对关系。横截面在叶高方向的叶厚截面上的投影是在E－E线上，F－F线与E－E线构成25为±15°角，G－G线与E－E线构成26为－15°角，孔中心线在叶厚截面上的投影与E－E线成0°±15°角。
图6结合叶型沿流程变厚叶片的最好有孔范围说明满足一般需要的有孔范围线简便作法。在叶尖型面前缘点27至点30的曲线真实长31等于7％叶型中线27－29－30－28的曲线真实长度。作前缘半径圆心29和点30的叶型中线正交线交叶表边缘于32、33和34、35。在叶片凸面画出各横截面前缘半径圆心法线与叶表相交点的连线32－36，这是足够准确的前范围线。叶根型面距前缘7％中线长处的正交线与叶表交点是38，34－38是符合定义的变厚叶片的最好有孔后范围线。作与32－36线横向等距的34－37线，即为满足一般需要的有孔后范围线。
权利要求1.一种用于叶片式气体压缩和输送机械(风机)的叶片，叶片由叶表流线按回转面与叶片相切成的各基元叶型构成，叶片上有多个连通工作面与非工作面的孔，其特征在于，孔分布在各基元叶型距前缘为9%中线长处的叶型中线正交线之前。
2.根据权利要求1所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔沿叶高方向排列成一排至三排。
3.根据权利要求2所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，同排孔相邻孔中心距为2至4倍孔径。
4.根据权利要求3所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔径为孔中心线与叶表交成的两点间距离的0.1至0.8倍。
5.根据权利要求4所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔口边缘的园角半径为0至0.2倍孔径。
6.根据权利要求5所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔在横截面上的角度范围是从工作面到非工作面与叶型中线法线方向成0°至后倾30°角。
7.根据权利要求6所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔中心线在叶高方向的叶片厚度截面上投影与横截面投影线成0°±15°角。
8.根据权利要求7所述的前部有孔的风机叶片中，叶型沿流程变厚度的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔分布在各基元叶型前缘半径圆心处的叶型中线正交线至距前缘为7％中线长处的叶型中线正交线之间。
9.根据权利要求7所述的前部有孔的风机叶片中，叶型沿流程等厚度和仅在叶型后部渐薄其余大部分等厚的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔分布在各基元叶型前缘半径圆心处的叶型中线正交线至距前缘为8％中线长处的叶型中线正交线之间。
专利摘要一种前部有孔的风机叶片，用于叶片式气体压缩和输送机械的动叶片和静叶片。叶片上有多个连通工作面与非工作面的孔，孔分布在各基元叶型距前缘为9％中线长处的叶型中线正交线之前。通过孔影响叶片表面压力分布，在叶片处于过大过小攻角时改善气体流动，提高非设计状态性能，改善高亚音速工作的适应性，并能维持无孔叶片设计状态性能水平。在一个高压离心通风机上的实验表明，对提高小流量区效率尤为有效。
文档编号F04D29/38GK2038566SQ88213060
公开日1989年5月31日 申请日期1988年9月10日 优先权日1988年9月10日
发明者苏大为 申请人:苏大为
技术领域：
本实用新型涉及叶片式气体压缩和输送机械－风机，包括通风机、透平鼓风机和透平压缩机所使用的动叶片和静叶片。
引证材料(1)苏联“SU.568.748”专利文献“打孔的轴流鼓风机叶片”。
(2)苏联“SU.964.255.A”专利文献、“离心通风机叶片”。
材料(1)的专利是在轴流风机叶片上距前缘0.2至0.24弦长和距后缘0.04至0.45弦长处有两排从工作面到非工作面向后斜的孔道。其作用是在大攻角时减少气流的反向游动，扩大稳定工作范围。因为孔影响区在叶片主要做功部分，在设计攻角范围内将会较大地影响叶片作功能力，降低压力系数。工艺上也较复杂。
材料(2)的专利是在离心风机动叶片上用一个空腔形成叶片前部叶型。空腔的非工作面有孔，在工作面与叶片主体相接处有锯齿形出口。它是利用离心力通过孔抽吸非工作面前部的附面层，阻止附面层分离减少紊流和压力损失。这种叶片在较大负攻角时，孔对前部工作面附面层分离不起改善作用。灰尘易积蓄在空腔内不好清除，影响动平衡。
本实用新型的目的在于提出一种在偏离设计状态工作时能减轻由于叶片前部出现的流动恶化所造成的损失，改善非设计点性能，又尽量减少对原有设计状态不利影响，有较佳孔分布的风机叶片。
本实用新型的前部有孔的风机叶片，用基元叶型来描述其构成。一条叶表流线按回转面与叶片相切成一个基元叶型，各基元叶型构成一个叶片。叶片上有多个连通工作面与非工作面的孔，分布在由各基元叶型距前缘为9％中线长处的叶型中线正交线之前。
孔的分布及孔径大小首先要考虑叶片强度要求。孔沿叶高方向排列成一排至多排，相邻排在叶高方向最好互相错开。同排孔的相邻孔中心距为2至4倍孔径，前一至二排最好取2至3倍孔径，以使气流均匀。
孔径为孔中心线与叶表相交的两点间距离的0.1至0.8倍。其中0.1倍是对叶片较厚处孔径的限制，0.8倍是对厚度较薄处孔径的限制。最小孔径最好大于0.5mm。
孔的形状最好为圆柱形孔。孔口边缘有半径为0至0.2倍孔径的圆角。其圆角不计入有孔区范围。
在孔的分布上，第一排孔最好与前缘半径线等距离或者等比例。第三排的孔径最好小于第二排的孔径或大于第二排的相邻孔距，以减轻对设计性能的不利影响。第二排和第二排以后的孔可以只在距叶尖或叶根1／4叶高范围内局部布置，以适应动叶片或静叶片的一个或两个端部气流攻角不合适时的需要。
叶片以气流流动方向为横的方向。离心通风机、离心鼓风机的动叶片与垂直回转轴的平面相切成横截面。在横截面上取中线法向与横截面垂直相切成沿叶高方向的叶片厚度截面。
对轴流式风机叶片和离心压缩机动叶片的导风轮部分及斜流式风机动叶片，用与叶片的径向设计基准线(重心线或前缘线等)所在的子午面及垂直回转轴的平面相正交的平面切出的截面为横截面。垂直回转轴的平面切出叶高方向的叶片厚度截面。
对于叶高方向非径向的静叶片，按垂直叶高方向取横截面。
孔在横截面上的角度范围是从工作面到非工作面与叶型中线法线方向成0°至后倾30°角。
对轴流风机叶片，孔在横截面上的角度范围最好取位于最前的孔中心线在叶型中线上交点处的法线与叶型外弦垂直线的夹角。对扭叶片，同排孔在有孔范围允许时还可以取一致的角度，即最接近叶根的孔所在横截面上孔中心线与叶型中线交点处的法向。
对以叶片凸面为工作面的离心式风机后向叶片，孔在横截面上的角度最好只取法向。
孔中心线在叶高方向的叶片厚度截面上投影与横截面投影线成0°±15°角。
本实用新型把前部有孔的风机叶片按叶型分成沿流程变厚度和等厚度两类。为了减少对叶片设计状态性能的不利影响，有孔区的最好范围是对叶型沿流程变厚度叶片，在各基元叶型上前缘半径圆心处的叶型中线正交线至距前缘为7％中线长处的叶型中线正交线之间；对叶型沿流程等厚度和仅在叶型后部渐薄而其余大部分等厚的叶片，在各基元叶型上前缘半径圆心处或距前缘1／2叶厚处的叶型中线正交线至距前缘为8％中线长处的叶型中线正交线之间。
本实用新型的前部有孔风机叶片，孔分布在叶片压力分布随攻角变化的敏感区内，连通了一部份工作面与非工作面，高压力面的部份工质通过孔流到低压力面，使叶片有孔部份压力分布局部地趋于平衡，从而影响叶片前部以至下游的流动。在过大或过小攻角时孔的作用是分别改善两个叶表面的不良压力分布，推迟附面层的分离或减少分离损失。因而本实用新型比现有技术有如下优点(1)在较大负攻角时，叶片前部工作面压力系数提高，增加作功能力，提高效率。
(2)在较大正攻角时，叶片前部非工作面压力系数提高，减少附面层分离损失，明显提高效率。
(3)尤其对攻角特性较差的等厚叶片，能明显提高非设计状态的效率和压力系数。
(4)在设计攻角和大攻角时，孔会使叶片上最低压力系数得以提高，因而可提高叶型的临界马赫数，改善叶片高亚音速时的适应性。
(5)由于对有孔区位置的选定及对其范围的限制，可使孔在正常攻角范围内的不利影响降至最小，而维持原无孔叶片设计状态性能水平。
(6)能通过不复杂的工艺直接对现有技术叶片进行改造。
在一个装有研究叶轮的高压离心通风机上，前部有孔叶片与无孔叶片的对比实验效果如下允许工作范围宽度保持在无孔叶片水平；压力系数提高0.25％至1.0％；在相当于4°至8°攻角绝对值的效率增益低谷，效率提高－1.0％至＋0.5％。最高效率提高0.3％至3.0％，最高效率点向最高压力系数方向偏移；较佳时在大流量边界效率提高1.8％，在小流量边界效率提高5.0％；
图1是本实用新型在轴流风机叶片上表示有孔区范围的立体示意图。
图2是孔在叶表面排列的示意图。
图3是图2中孔14的A－A剖面示意图。
图4是孔在横截面上角度范围示意图。
图5是在直叶片沿叶高方向叶片厚度截面上表示孔的角度示意图。
图6是在有变厚叶片的离心压缩机叶轮的立体示意图上表示的最好有孔范围。
以下结合附图对本实用新型及实施作进一步描述。
基元叶型是空间曲面，如图1所示在叶尖基元叶型上，1－3－2是从前缘1到后缘2的叶型中线，前缘到点3的叶型中线的曲线真实长度4等于9％的1－3－2曲线真实长度。3点正交线为5－3－6。7－8，9－10分别为叶中某基元叶型和叶根基元叶型9％中线长处的叶型中线正交线。由各基元叶型9％中线长处的叶型中线正交线构成的3－5－7－9－10－8－6－3界面之前为本实用新型的有孔区范围。
由于叶厚相对于回转半径很小，基元叶型很接近直纹曲面，在叶尖、叶根型面可作出准确的有孔范围线。叶表流线沿叶高等分作出。对平板叶片，除去前后圆弧边，可把叶表流线长度视为基元叶型中线长。对于各截面都有座标值的叶片，可用作图、计算求出范围线。对于扭叶片亦可从放大模型的流线回转切面上得出设计和工艺所需的数据。满足一般需要的简便做法结合图6说明。
孔的排列方式如图2示意的，沿叶高方向成排，同排相邻孔中心11，12的距离13在前两排取2－3倍孔经为佳。孔中心线B－B与叶表交点16，17的距离18，孔径15是尺寸18的0.1至0.8倍。孔口边缘园角19能减少孔内流动损失。
图4是用离心风机的叶型后部24渐薄其余大部分等厚的叶片表示本实用新型孔在横截面上的角度范围。孔从工作面20到非工作面21的方向为孔中心线与叶型中线交点22的法线C－C至向后倾斜30°(角度23)的D－D线范围。
图5表示的角度范围，是孔与横截面的相对关系。横截面在叶高方向的叶厚截面上的投影是在E－E线上，F－F线与E－E线构成25为±15°角，G－G线与E－E线构成26为－15°角，孔中心线在叶厚截面上的投影与E－E线成0°±15°角。
图6结合叶型沿流程变厚叶片的最好有孔范围说明满足一般需要的有孔范围线简便作法。在叶尖型面前缘点27至点30的曲线真实长31等于7％叶型中线27－29－30－28的曲线真实长度。作前缘半径圆心29和点30的叶型中线正交线交叶表边缘于32、33和34、35。在叶片凸面画出各横截面前缘半径圆心法线与叶表相交点的连线32－36，这是足够准确的前范围线。叶根型面距前缘7％中线长处的正交线与叶表交点是38，34－38是符合定义的变厚叶片的最好有孔后范围线。作与32－36线横向等距的34－37线，即为满足一般需要的有孔后范围线。
权利要求1.一种用于叶片式气体压缩和输送机械(风机)的叶片，叶片由叶表流线按回转面与叶片相切成的各基元叶型构成，叶片上有多个连通工作面与非工作面的孔，其特征在于，孔分布在各基元叶型距前缘为9%中线长处的叶型中线正交线之前。
2.根据权利要求1所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔沿叶高方向排列成一排至三排。
3.根据权利要求2所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，同排孔相邻孔中心距为2至4倍孔径。
4.根据权利要求3所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔径为孔中心线与叶表交成的两点间距离的0.1至0.8倍。
5.根据权利要求4所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔口边缘的园角半径为0至0.2倍孔径。
6.根据权利要求5所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔在横截面上的角度范围是从工作面到非工作面与叶型中线法线方向成0°至后倾30°角。
7.根据权利要求6所述的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔中心线在叶高方向的叶片厚度截面上投影与横截面投影线成0°±15°角。
8.根据权利要求7所述的前部有孔的风机叶片中，叶型沿流程变厚度的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔分布在各基元叶型前缘半径圆心处的叶型中线正交线至距前缘为7％中线长处的叶型中线正交线之间。
9.根据权利要求7所述的前部有孔的风机叶片中，叶型沿流程等厚度和仅在叶型后部渐薄其余大部分等厚的前部有孔的风机叶片，其特征在于，孔分布在各基元叶型前缘半径圆心处的叶型中线正交线至距前缘为8％中线长处的叶型中线正交线之间。
专利摘要一种前部有孔的风机叶片，用于叶片式气体压缩和输送机械的动叶片和静叶片。叶片上有多个连通工作面与非工作面的孔，孔分布在各基元叶型距前缘为9％中线长处的叶型中线正交线之前。通过孔影响叶片表面压力分布，在叶片处于过大过小攻角时改善气体流动，提高非设计状态性能，改善高亚音速工作的适应性，并能维持无孔叶片设计状态性能水平。在一个高压离心通风机上的实验表明，对提高小流量区效率尤为有效。
文档编号F04D29/38GK2038566SQ88213060
公开日1989年5月31日 申请日期1988年9月10日 优先权日1988年9月10日
发明者苏大为 申请人:苏大为
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