本发明属于风机叶片领域，并具体公开了一种方形负压风机叶片，将叶片吸力曲面投影到平面中得到吸力投影面，该吸力投影面中，靠近尾缘两侧设点A和点B，分别以点A和点B为圆心作圆A和圆B；在圆A上取一点b，以点b为切点作圆弧段l，使圆A内切于圆弧段l，圆弧段l半径为R4；作圆弧段S，圆弧段S和圆弧段l的交点为点i，圆弧段S与圆B的切点为点c，圆弧段S半径为R5；弧段b‑i‑c即为叶片的尾缘曲线。本发明通过对方形负压风机叶片尾缘凹陷结构的设计，能够大大减少叶片压力面和
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113586522 A (43)申请公布日 2021.11.02 (21)申请号 4.3 (22)申请日 2021.08.24 (71)申请人 佛山市南海九洲普惠风机有限公司 地址 528200 广东省佛山市南海区狮山镇 小塘新城塘新三路3号 申请人 华中科技大学 (72)发明人 唐文锋王军徐永森吴宁一 林志良王威 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心 42201 代理人 孔娜尚威 (51)Int.Cl. F04D 29/38 (2006.01) F04D 29/66 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (54)发明名称 一种方形负压风机叶片 (57)摘要 本发明属于风机叶片领域，并具体公开了一 种方形负压风机叶片，将叶片吸力曲面投影到平 面中得到吸力投影面，该吸力投影面中，靠近尾 缘两侧设点A和点B，分别以点A和点B为圆心作圆 A和圆B；在圆A上取一点b，以点b为切点作圆弧段 l，使圆A内切于圆弧段l，圆弧段l半径为R4；作圆 弧段S，圆弧段S和圆弧段l的交点为点i，圆弧段S 与圆B的切点为点c，圆弧段S半径为R5；弧段b‑i‑ c即为叶片的尾缘曲线。本发明通过对方形负压风机叶片尾 缘凹陷结构的设计，能够大大减少叶片压力面和吸力 面的压差，进而降低叶尖涡强度，改善叶片的气 A 动性能并提升降噪的效果。 2 2 5 6 8 5 3 1 1 N C CN 113586522 A 权利要求书 1/1页 1.一种方形负压风机叶片，其特征是，将叶片吸力曲面投影到平面中得到吸力投影 面，该吸力投影面中，靠近尾缘两侧设点A和点B，分别以点A和点B为圆心作圆A和圆B； 在圆A上取一点b，以点b为切点作圆弧段l，使圆A内切于圆弧段l，圆弧段l半径为R4；作 圆弧段S，圆弧段S和圆弧段l的交点为点i，圆弧段S与圆B的切点为点c，圆弧段S半径为R5； 弧段b‑i‑c即为叶片的尾缘曲线所述的方形负压风机叶片，其特征是，尾缘凹陷比ε＝1.38～1.42。 3.如权利要求1所述的方形负压风机叶片，其特征是，叶片吸力曲面上设置有P字形 加强筋，且P字形加强筋的凹槽靠近叶片上曲面一侧。 4.如权利要求3所述的方形负压风机叶片，其特征是，所述P字形加强筋边长与对应 叶片边长的比值为0.84～0.86。 5.如权利要求4所述的方形负压风机叶片，其特征是，所述P字形加强筋的凸槽宽度 与圆A半径的比值为0.9～2.7。 6.如权利要求2所述的方形负压风机叶片，其特征是，圆A半径是圆B半径的两倍，圆 弧段l半径R4与圆A半径的比值为29.5～30。 7.如权利要求1‑6任一项所述的方形负压风机叶片，其特征是，叶片厚度为2mm～ 3mm。 2 2 CN 113586522 A 说明书 1/4页 一种方形负压风机叶片 技术领域 [0001] 本发明属于风机叶片领域，更具体地，涉及一种方形负压风机叶片。 背景技术 [0002] 目前常见的轴流风机叶片，其主要为材质为塑料，形状为典型的前弯型叶片，径向 长度较短，通过模具注塑加工而成，大多数都用在民用通风和空调散热等领域。而方形负压风机 的方形叶片的材质主要为钢质，呈方形薄片状，径向长度高，其尾缘凹陷结构可直接冲压而 成，加工方便，大多数都用在输送含尘和固体杂质的非易燃易爆、低腐蚀性、中高温气体。方形负 压风机一般应用于工业生产厂房、各类仓库、家禽舍房和办公室中，由于其应用场所的特殊性， 必须要求其有节能与低噪的特点。 [0003] 研究表明，风机在工作时叶片会产生叶尖涡和叶顶泄漏涡，造成涡流噪声和压力 损失，从而使得叶片工作效率下降，噪声增加；特别是相比于普通叶片，方形负压风机的方 形叶片具有较高的径向长度，其叶片面积较大，叶片的吸力面流动分离较为严重，使得这一 问题更为突出。 [0004] 此外，工业上对于通风换气的流量工况要求较大，转速较高，因此对于叶片的强度 也具有一定的要求。而轴流风机叶片的厚度较薄，叶片在高转速旋转状态下压力差主要集 中在叶片中上部，易造成薄叶片的变形。 发明内容 [0005] 针对现存技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种方形负压风机叶片，其 目的是，在方形负压风机叶片设计尾缘凹陷结构，减少叶片压力面和吸力面的压差，进而 降低叶尖涡强度，改善叶片的气动性能并提升降噪的效果。 [0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种方形负压风机叶片，将叶片吸力曲面投影到 平面中得到吸力投影面，该吸力投影面中，靠近尾缘两侧设点A和点B，分别以点A和点B为圆 心作圆A和圆B； [0007] 在圆A上取一点b，以点b为切点作圆弧段l，使圆A内切于圆弧段l，圆弧段l半径为 R4；作圆弧段S，圆弧段S和圆弧段l的交点为点i，圆弧段S与圆B的切点为点c，圆弧段S半径 为R5；弧段b‑i‑c即为叶片的尾缘曲线] 作为进一步优选的，尾缘凹陷比ε＝1.38～1.42。 [0009] 作为进一步优选的，叶片吸力曲面上设置有P字形加强筋，且P字形加强筋的凹槽 靠近叶片上曲面一侧。 [0010] 作为进一步优选的，所述P字形加强筋边长与对应叶片边长的比值为0.84～0.86。 [0011] 作为进一步优选的，所述P字形加强筋的凸槽宽度与圆A半径的比值为0.9～2.7。 [0012] 作为进一步优选的，圆A半径是圆B半径的两倍，圆弧段l半径R4与圆A半径的比值 为29.5～30。 [0013] 作为进一步优选的，叶片厚度为2mm～3mm。 3 3 CN 113586522 A 说明书 2/4页 [0014] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现存技术相比，主要具备以下的 技术优点： [0015] 1.本发明方形叶片具有的尾缘凹陷结构能够有效减弱叶顶泄漏涡和叶尖涡的强 度，具有一定的节约能源的效果；其次，尾缘凹陷结构可以有效改善声压级分布的均匀性，改善风 机的声音品质；同时，本发明的尾缘凹陷结构可以在某些特定的程度上起到节省材料的作用。本发 明的方形叶片具有噪声小、耗电少、风量大和送风远的优点，适用于工业生产厂房、仓库和家禽 舍房等场合的通风换气。 [0016] 2.风机在工作时叶片会产生叶尖涡和叶顶泄漏涡，造成涡流噪声和压力损失，从 而使得叶片工作效率下降，噪声增加；而尾缘凹陷结构减少叶片压力面和吸力面的压差，进 而能够更好的降低叶尖涡强度，使得叶尖涡提前脱落，以此来降低涡流噪音和减少尾迹区域。特别是 当叶片的面积越大时，叶片表面与气流的接触面积就越大，相应的流动分离也大，流动损失 增加；方形负压风机的叶片面积较大，故流动损失相对于普通叶片更为严重，故增加尾缘凹 陷结构改善效果更明显。 [0017] 3.本发明将尾缘凹陷比进一步设置在1.38～1.42，当尾缘凹陷比ε过小时，叶片凹 陷程度过小，叶片气动性能与未凹陷时相比变化不大；当尾缘凹陷比ε较大时，叶片凹陷程 度过大，进而恶化叶片上的压力分布，导致叶片前缘流动分离加剧，压力损失加剧，最终会 降低气动效率并增加涡流噪声。 [0018] 4.本发明通过在叶片吸力面设置P字形加强筋结构，相对于传统的沿叶高方向的 竖状加强筋，P字形加强筋可以在增强叶片径向强度的同时，也能增加叶片的周向强度； 由于P字形加强筋在叶片中部形成了环形加强筋，还可以针对性的增加整个叶片中部区域 的结构强度，达到节省材料和增加叶片强度可靠性的目的。 [0019] 5.轴流风机叶片的厚度较薄，而叶片的主要受力载荷集中在叶片中上部，造成薄 叶片的变形，所以要呈P字在中上部布置更多的加强筋，在高转速下能够有效提升叶片中上 部主要受力区域承受压力的强度，使得轴流风机的工作范围更广。 附图说明 [0020] 图1为本发明实施例方形负压风机叶片立体结构示意图； [0021] 图2为本发明实施例方形负压风机叶片前视图； [0022] 图3为本发明实施例方形负压风机叶片下视图； [0023] 图4为本发明实施例方形负压风机叶片叶型参数示意图； [0024] 图5为本发明实施例方形负压风机叶片吸力面加强筋结构示意图； [0025] 图6为本发明实施例方形负压风机叶片折弯示意图； [0026] 图7为本发明实施例方形负压风机叶片单片立体结构示意图。 具体实施方式 [0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 4 4 CN 113586522 A 说明书 3/4页 [0028] 本发明实施例提供的一种方形负压风机叶片，如图1至图3所示，轴流叶片为空间 三维曲面，包括压力曲面、吸力曲面、上曲面、下曲面、前缘曲面和尾缘曲面。通过将叶片安 装在叶托之上，构成轴流风机的核心部件。按照送风量的不同，可选择不同叶片数进行搭 配，正常的情况下选用6片叶片。 [0029] 具体来说，叶片形状曲线均由圆弧线构成，具有提高能效、降低噪音、节省材料和 结构强度高等优点。轴流叶片表面为空间三维曲面，包括压力曲面、吸力曲面、上曲面、下曲 面、前缘曲面和尾缘曲面。以叶片中心点为O点，以吸力曲面指向压力曲面作为Z轴正方向， 以尾缘曲面指向所述前缘曲面作为Y轴正方向，以下曲面指向上曲面作为X轴正方向，以此 建立空间直角坐标系。 [0030] 所述前缘曲面与所述压力曲面和所述吸力曲面相交，相交线记为前缘曲线；所述 尾缘曲面与所述压力曲面和吸力曲面相交，相交线记为尾缘曲线；所述上曲面与所述压力 曲面和吸力曲面相交，相交线记为上曲线；所述下曲面与所述压力曲面和吸力曲面相交，相 交线] 将叶片吸力曲面投影到平面XOY中得到吸力投影面，在平面XOY中，过O点作中轴 线所示，以O点为坐标中心，定位叶片的四个顶点，以确定叶片的基本形状与大小，从 吸力投影面左上角开始，四个顶点顺时针依次分别记为点A、点B、点C、点D；然后分别以点A 和点D为圆心，作半径为r 的圆A和圆D；以点B和点C为圆心，作两半径为r的圆B和圆C。 1 2 [0032] 进一步，作圆A和圆D共同的外切圆，记切点为点a和点h，取圆弧段ah作为叶片的下 曲线；作圆B和圆C共同的内切圆，记切点为点d和点e，取圆弧段de作为叶片的 上曲线；作圆D和圆C共同的内切圆，记切点为点g和点f，取圆弧段gf为叶片的 前缘曲线] 进一步，在圆A上取一点，记为点b；以点b为切点，作一圆弧段l使得圆A内切于圆弧 段，其半径记为R4；作一圆弧段S，使得圆弧段l外切于圆弧段S且圆B外切于圆弧段S，圆弧段 S和圆弧段l的交点记为点i，圆弧段S与圆B的切点记为点c，记圆弧半径为R5；因此，弧段b‑ i‑c构成叶片的尾缘曲线，由两段圆弧所构成的尾缘凹陷的程度可由R5和R4的比值所确定， 记R5/R4为尾缘凹陷比ε，ε的值越大，则尾缘凹陷越深。 [0034] 则叶片在平面XOY的投影面由多个圆弧段相切连接而成，包括圆弧段ah、圆弧段 de、圆弧段gf、圆弧段bi、圆弧段ic、以及由顶点A、B、C、D所确定的四段圆弧。在平面YOZ内， 以上述O点为圆心，沿中轴线将叶片折弯为圆弧形，折弯半径记为R6，如图6所示。 [0035] 上述轴流叶片中，以圆A的半径r 作为尺寸基准，则半径r 两倍于半径r ，且进一步 1 1 2 的： [0036] 圆弧段ah的半径R1与半径r 的比值在39.5～40之间； 1 [0037] 圆弧段de的半径R2与半径r 的比值在23.5～24之间； 1 [0038] 圆弧段gf的半径R3与半径r 的比值在99.6～100之间； 1 [0039] 圆弧段bi的半径R4与半径r 的比值在29.5～30之间； 1 [0040] 折弯半径R6与r 的比值取在13.5～14之间； 1 [0041] 尾缘凹陷比ε为1.3～1.5，进一步优选为1.38～1.42；通过改变尾缘凹陷的深度， 使叶片吸力面中部高压气流提前流入叶片吸力面低压区，从而造成吸力面局部区域压力升 高，进而时叶尖涡提前脱落，以此来降低涡流噪音和减少尾迹区域，最终改善叶片的气动性 5 5 CN 113586522 A 说明书 4/4页 能和噪声状况。 [0042] 进一步优选的，叶片厚度按照标准取在2mm～3mm之间；由于叶片厚度一般较薄，在 叶片背面(吸力曲面)增加P字形加强筋结构，如图5所示，以加强叶片强度的作用，保证厚度 较薄的叶片在非常快速地旋转时的强度要求。如图7所示，通过叶片的投影截面和其折弯半径可以 确定叶片的三维模型。根据对应平行的叶片边长尺寸，按照0.84～0.86的比例缩小得到对 应的P字形加强筋边长，加强筋的凸槽宽度与半径r 的比值在0.9～2.7之间变化。 1 [0043] 本发明通过在方形负压风机叶片增加尾缘凹陷结构，不但可以提高风机的节能效 果，而且可以改善风机的声音品质；同时还可以节省生产的材料，降低成本。进一步通过在 叶片吸力面增加P字形加强筋结构，能大大的提升叶片主要受力部分承受载荷的强度。综上，本 发明具有提高能效、降低噪音、节省材料和结构强度高等优点。 [0044] 以下为具体实施例： [0045] 本实例中圆A和圆D的半径r 取10mm，圆B和圆C的半径取5mm；圆弧段ah的半径R1取1 397mm，圆弧段de的半径R2取237mm，圆弧段fg的半径R3取999mm；圆弧段bi的半径R4取 300mm，凹陷深度ε取值为1.41，则圆弧段ic的半径R5为424mm；折弯半径R6取140mm。最后，将 叶片安装至叶托部分，即可得到如图1所示的轴流风机叶轮。 [0046] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围以内。 6 6 CN 113586522 A 说明书附图 1/4页 图1 图2 7 7 CN 113586522 A 说明书附图 2/4页 图3 图4 8 8 CN 113586522 A 说明书附图 3/4页 图5 图6 9 9 CN 113586522 A 说明书附图 4/4页 图7 10 10
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