专利名称：一种预置锥角的风机叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及风机叶轮，尤其是指ー种预置ー锥角的风机叶轮。
背景技术：
在エ业生产与人们的日常生活中，往往会产生出大量的废热，只有及时排出这些废热，才能維持正常的生产与生活。エ业化程度越发达，人们的物质生活水平越高，需要排出的废热就越多，产生的弊端也越多，例日本福岛核电站事故中，就是因为冷却塔断电不能正常工作，导致核反应产生的废热未能及时排出而产生了灾难性的后果。风机是目前エ业和民用常用的通风机。它广泛的用于冷却塔、空冷器和混合通风冷却塔。风机是这些机械通风机的主要部件，其主要功能是将机械能转变为空气动能，強迫气体流动，以实现冷热交換，达到排除所述废热的目的。近年来随着风机产量以及人们对环保意识的提高，挤拉成型エ艺用于叶片生产加 エ正在国外被普遍采用。拉挤成型エ艺克服了传统手糊エ艺产品质量的不稳定，劳动強度大，生产环境差，劳动生产率低等缺陷。过去人们总是认为挤拉成型エ艺生产的叶片传动效率较模压，真空成型等エ艺生产的叶片要低，通过标准的小风筒试验，发现如果叶型选择适当，挤拉成型エ艺生产的风机效率并不比传统的模压或真空成型传统エ艺生产的风机效率差。目前国内挤拉成型エ艺生产风机的厂家越来越多，叶片的材质也各不相同，有玻璃钢材质的有铝合金的有不锈钢材质的等。但受到叶柄強度的限制，所生产的风机直径都小于4. 5 米直径。通常叶片的开发首先要确定用户的要求，有些用户要求效率优先，有些用户更关心噪音的大小。根据用户的要求选定叶型，确定叶片截面形状。设计叶片截面形状时应考虑在满足功能的条件下使截面尺寸尽量的小，因为截面尺寸越小，越容易选择拉机型号，又可节省材料降低生产成本。目前，由于受到拉床吨位的限制，叶片的截面尺寸不能做的太大， 否则无法加工。现有的风机叶片截面形状见图1，目前叶片的最大叶柄直径d为48_，叶片安装角 a是根据风量风压的不同要求确定的，图中符号Y为迎风面。參见图2，现有的风机叶轮风筒21中，叶片22的叶柄根部通过固定座23与轮毂24 相联，传统的叶轮大多设计成叶柄的中心线垂直于叶轮旋转轴25 (见图2)，图2中C所示箭头方向为叶轮出风方向，F所示箭头方向为风机旋转方向。这种叶轮的优点是结构简单，安装方便，但叶片22如一根很长的悬臂梁，分布的空气动カ载荷和叶片的自身重量对叶片根部会产生很大的弯矩，而且这种弯矩随着周向气流速度的周期变化而相应的改变，叶片22 在大的交变弯矩作用下容易发生疲劳损环。由于挤拉叶片叶柄最大直径受叶片截面形状的限制无法做大，受叶柄強度的限制，叶片的承载能力也就受到限制，叶轮直径也无法做大，只能做小直径风机，大大限制了挤拉叶片的使用范围。參见图3，近年来国外出现了将叶轮设计成叶片可以绕挥舞铰作上下挥舞运动的铰支结构，叶轮风筒31中，叶片32的叶柄根部通过铰接固定座33与轮毂34相联，使叶片 32能在B-B'间作上下摆动，这种结构在叶柄旋转的平面主要承受由于离心力产生的拉应力，由于叶柄是由钢材制造的，承受拉应力的能力要比承受弯曲应力加拉应力的能力要大的多，这样就大大改善了叶片根部的受力情况，缺点是增加了一个自由度，如果结构设计不当很容易产生叶片长时间上下摆动而发生振动等现象，影响安全运行。叶片在挥舞运动中偏离水平面下沉的角度定义为叶片挥舞角Θ，并将挥舞铰距旋转中心的距离定为偏置量 e。图3中的叶片在正常工作中的受力分析如图4-图8所示图中横坐标均用S-S表示为水平方向，纵坐标均表示与S-S垂直的垂直方向，箭头长短示意力的大小，e为所述偏置量。其中，图4为叶片受重力Z的示意图；图5为叶片受离心力L的示意图；图6为叶片受气动力Q的示意图；图7为叶片受挥舞惯性力G的示意图；图8为叶片受各力(图4-图 7中的重力Z、离心力L、气动力Q、挥舞惯性力G)合成的示意图。上述挥舞惯性力G是指在挥舞铰支处必须设计成有很大的阻尼系数的结构，将叶片的力矩不平衡而产生的叶片上下摆动尽快衰减达到动态平衡，因此叶片在挥舞过程中还存在一力矩阻碍其挥舞，当叶片达到稳定运转时，这些对挥舞铰产生的上下摆动力矩之和应为零，即由离心力产生的转距同叶片重量(重力)产生的转矩加上气动力所产生的力矩之和相平衡，转矩为零.挥舞产生在整个运动部件上方向与运动趋势相反。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种能够提高叶轮的承载能力同时具有较高的运行安全系数的预置锥角的风机叶轮。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种预置锥角的风机叶轮，其特征在于所述风机叶轮的风筒中包含数个相同的叶片，每个叶片的叶柄根部分别固定于一个叶片固定座上，每个叶片固定座安装在处于风筒中央的一个轮毂上；所述叶片固定座与水平面倾斜一锥角β，使叶片的中心线同叶轮旋转轴的垂直平面形成一个锥角β。所述锥角β为2. 5度 5度。所述叶柄为空心钢管结构。所述叶柄钢管选用45钢。本发明的有益效果通过本发明将风机叶片固定座偏置一角度安装，使风机叶轮预置一锥角，采用预置一锥角的风机叶轮可以起到同现有的铰接固定座同样的改善叶片根部受力的作用，可大大地改善叶柄的受力情况，提高了叶轮的承载能力，扩大了挤拉叶片的应用范围。采用本发明的叶轮结构，风机叶柄处直径为48毫米，最大叶轮直径可达6-6. 3米(现有的最大叶轮直径只能做到4. 5米)，叶柄运行的安全系数比现有的高2. 5倍左右。经实践证明，采用本发明叶轮的风机在运行中取得了预期的排除废热效果，并产生了较好的经济效果。为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。
图I为现有的风机叶片截面形状示意图2为传统风机叶轮的结构示意图3为现有的铰支叶轮结构示意图4为图3中叶轮的叶片受重力的示意图5为图3中叶轮的叶片受离心力的示意图6为图3中叶轮的叶片受气动カ的示意图7为图3中叶轮的叶片受挥舞惯性カ的示意图8为图3中叶轮的叶片受重力、离心力、气动カ及挥舞惯性力的合成示意图
图9为本发明预置锥角的风机叶轮结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。本发明是通过对I. 2米至6米直径的铰支叶轮的风机在不同エ况条件下，计算并统计叶轮平衡后实际的挥舞角范围，其结果是叶轮达到平衡时挥舞角0范围是2. 5至5 度。但由于铰支叶轮的叶片长时间上下摆动会发生振动等现象，为克服该弊端，本发明将叶片的安装固定座设计成倾斜ー个角度(锥角)，同样能够起到在叶片旋转时ー个由离心カ 产生的离心カ矩来部分平衡由叶片重量(重力)和气动カ产生的カ矩，对叶片根部所受弯矩起到卸载的作用，而且不会产生叶片振动的现象，据此设计了如图9所示的具有卸载功能的预置ー锥角的风机叶轮。參见图9，本发明的预置锥角的风机叶轮结构如下本发明风机叶轮的风筒91中包含数个相同的叶片92，每个叶片92的叶柄根部分别固定于ー个叶片固定座93上，每个叶片固定座93安装在处于风筒91中央的一个轮毂 94上，因此每个叶片92通过各自的叶片固定座93与一个轮毂94相联，每个叶片固定座93 与水平面倾斜ー锥角P安装于轮毂94上(图2中现有叶片固定座23是水平安装于轮毂上，因此其与水平面锥角P为O。)，使叶片92的中心线同叶轮旋转轴的垂直平面形成一个@角，确定锥角角度时，其不能太小，角度太小卸载作用有限；也不宜太大，太大对叶轮直径和安装会有影响，也可能会对叶片反向加载，为此将叶片固定座93与水平面倾斜的锥角@选择2.5度 5度预置(根据旋转速度，风量，风压的不同，选择不同的锥角)，一般情况下采用锥角P =3.5°为宜。采用这样结构的叶片旋转时，产生的离心カ会产生ー个カ 矩来平衡由重力和空气动カ产生的カ矩，減少叶柄根部所承受的扭矩。图9中C所示箭头方向为叶轮出风方向，F所示箭头方向为风机旋转方向。另外，由于叶片远离旋转中心，叶片应制造得尽量轻，这对叶轮的平衡有利。从材料力学分析，对于圆柱形零件越靠近心部的材料对零件抗弯强度影响越小。综合上述因素本发明的叶柄设计成空心钢管结构(选用45钢)，可减轻叶片重量提高叶片品质。图9中举两个实施例I，叶轮直径D为6米的风机叶轮直径D = 6000mm,轮毂直径Dh = 1200mm,叶柄直径d = 48mm,叶身长Lb = 2390mm，对风机叶柄处的安全系数进行理论计算(业内采用的计算方法)
β =3.5°时，风机叶柄处的安全系数为4. 138 ;β = 0°时，风机叶柄处的安全系数为1.80。2，叶轮直径D为4. 5米的风机叶轮直径D = 4500mm,轮毂直径Dh = 635mm,叶柄直径d = 48mm,叶身长Lb = 1920mm，对风机叶柄处的安全系数进行理论计算(业内采用的计算方法)β = 3. 5°时，风机叶柄处的安全系数为4. 6 ；β = 0°时，风机叶柄处的安全系数为1.81。通过对不同直径的风机叶柄处的安全系数的理论计算，可以看出叶片预置一锥角的作用还是很明显的。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种预置锥角的风机叶轮，其特征在于所述风机叶轮的风筒中包含数个相同的叶片，每个叶片的叶柄根部分别固定于一个叶片固定座上，每个叶片固定座安装在处于风筒中央的一个轮毂上；所述叶片固定座与水平面倾斜一锥角P，使叶片的中心线同叶轮旋转轴的垂直平面形成一个锥角e。
2.如权利要求I所述的预置锥角的风机叶轮，其特征在于所述锥角P为2. 5度 5度。
3.如权利要求I所述的预置锥角的风机叶轮，其特征在于所述叶柄为空心钢管结构。
4.如权利要求I所述的预置锥角的风机叶轮，其特征在于所述叶柄钢管选用45钢。
全文摘要
本发明涉及一种预置锥角的风机叶轮，属于风机叶轮，解决现有风机叶轮承载能力及运行安全系数不佳的问题，本风机叶轮的风筒中包含数个相同的叶片，每个叶片的叶柄根部分别固定于一个叶片固定座上，每个叶片固定座安装在处于风筒中央的一个轮毂上；叶片固定座与水平面倾斜一锥角β，使叶片的中心线同叶轮旋转轴的垂直平面形成一个锥角β。本发明的风机叶轮改善了叶柄的受力情况，提高了叶轮的承载能力，扩大了挤拉叶片的应用范围，最大叶轮直径可达6-6.3米，叶柄运行的安全系数比现有的高2.5倍左右，采用本发明叶轮的风机在运行中取得了预期的排除废热效果，并产生了较好的经济效果。
文档编号F04D29/38GK102588340SQ201210096669
公开日2012年7月18日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者夏刚, 王海静 申请人:上海尔华杰机电装备制造有限公司