专利名称：一种复合翼型风机叶片的设计方法
技术领域：
本发明涉及风机风电技术领域，具体地说是一种复合翼型风机叶片的设计方法，也就是利用航空气动力标准翼型为翼型叶片主体，在翼型叶片主体的前缘和后缘延伸添加翼型生成复合翼型，或在翼型叶片主体的吸力面上添加翼型生成复合翼型的方法。
背景技术：
透平机械的性能很大程度上取决于透平式叶轮叶片的结构和形状，现有的机翼型叶片技术往往采用模压、模锻、精密铣削、手工整形的方法进行加工成型，加工难度大，制作成本高，难于形成规模化生产。为了解决透平式叶轮叶片的制作，相关文献介绍了挤压型材 制造风机叶轮叶片，但叶片多为轴流风机矩形叶片，即叶片径向各级元级截面相同。专利文献公开号为CN1908444公开了挤压截工艺成型的轴流式节能风机叶片，叶片截面由空心的机翼型主体和实心的尾缘构成，通过叶片尾缘随边的不同方式切割、改变叶片数、叶片弦长、叶片安装角度和转速来实现所需要的流型。这些文献解决了一些轴流风机的计算流型，但是还是存在一些不足，因为透平机械叶轮叶片计算流型较多，结构上大体上归为三类轴流式、离心式、混流式，前面文献中的叶片在应用上就明显不能满足工程设计要求。轴流风机设计时为了降低噪声，许多场合采用叶片前掠结构，因为无法采用前面文献所提到的机翼型矩形叶片和带尾缘的机翼型叶片实现这一计算流型和结构，通常采用精密铸造、注塑、压铸等方法来实现，这样使得风机的制造成本高，模具投入费用大，而且不同机号之间通用性差；而且常规的离心式、混流式叶轮多采用单板叶片，尽管简化了制作工艺，但同时也造成普遍运行效率低、工况范围窄、噪声高的后果。尽管有些叶轮采用了机翼型叶片，但多限于手工拼凑焊接，翼型精度差，制作成本高，而且不适合大批量规模化生产。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种复合翼型风机叶片的设计方法。本发明的技术任务是按以下方式实现的采用航空气动力标准翼型作为翼型叶片主体，然后通过对翼型叶片主体的前缘、后缘进行翼型叠加或者在翼型叶片主体的吸力面上进行翼型叠加制成复合翼型叶片，该复合翼型叶片在透平机械叶轮的应用中，叶栅叶道介质进行两次或三加速，有效减小流动损失，同时起到降低噪声作用；具体包括以下设计I)在翼型叶片主体的前缘部分叠加一个向前延伸的前缘叶片组成复合翼型叶片，叠加的前缘叶片厚度小于翼型叶片主体厚度，通过复合翼型叶片压力面前延，保证压力面光滑过渡；2)在翼型叶片主体的后缘部分叠加一个向后延伸的后缘叶片组成复合翼型叶片，叠加的后缘叶片厚度小于翼型叶片主体厚度，通过复合翼型叶片压力面后延，保证压力面光滑过渡；3)在翼型叶片主体的前缘部分和后缘部分分别叠加前缘叶片和后缘叶片，组成复合翼型叶片，叠加的前缘叶片和后缘叶片的厚度均小于翼型叶片主体的厚度，通过复合翼型叶片压力面前延和后延，保证整个压力面光滑过渡；4)在翼型叶片主体上部的吸力面上叠加辅助翼面，组成辅助翼型叶片，通过叠加辅助翼面，对叶片吸 力面曲线进行修饰；5)在翼型叶片主体的前缘部分叠加一个向前延伸的前缘叶片、后缘部分叠加一个向后延伸的后缘叶片和上部的吸力面上叠加辅助翼面，组成辅助翼型叶片；6)用于叠加的前缘叶片、后缘叶片和辅助翼面型材采用空实心或中空的结构形式，复合翼型叶片型材采用中空结构时，孔形状为D型梁、工字梁、长圆孔、圆孔、三角形孔中的一种或两种以上形状的组合；7)前缘叶片、后缘叶片和辅助翼面作为分体结构与翼型叶片主体的结合采用铝型材整体拉伸工艺制程或通过卯榫结构或者采用关节接头进行联接。本发明的方法具有以下突出的有益效果通过对航空气动力标准翼型进行复合得到的叶片复合翼型，利用复合翼型制成的透平机械叶轮叶片可以更好的符合流体力学的工程计算，使得批量化、个性化的设计更容易实现。I)突出效果是在不同的透平叶轮叶片的应用中成为通用叶片，既可以作为等截面的矩形叶片，也可以作为变截面、变翼型的叶片使用，叶片通用化程度高。2)在透平机械叶轮的叶片相对扭角可以为0，即无扭角的叶片结构，也可以采用扭角工装夹具设备对叶片进行扭角，使叶片有一定的相对扭角，使得叶轮叶片更好的符合工程计算流型。3)叶片型材的材料可以根据介质、环境条件的不同而不同。可以分为金属材料、非金属材料、复合材料。
附图I是翼型叶片主体前缘叠加前缘叶片的结构示意图；附图2为翼型叶片王体后缘置加后缘叶片的结构不意图；附图3为翼型叶片王体如后分别置加如缘叶片和后缘叶片的结构不意图；附图4为翼型叶片主体上部吸力面叠加辅助页面的结构示意图；附图5为翼型叶片主体前后和上部分别叠加前缘叶片、后缘叶片和辅助页面的结构示意图；附图中的标记分别表示翼型叶片主体I、前缘叶片2、后缘叶片3、辅助页面4。
具体实施例方式参照说明书附图和具体实施例对本发明基于航空气动力标准翼型生成透平机械通用复合翼型的方法做如下说明，但不以任何方式限制本发明。本发明采用航空气动力标准翼型作为翼型叶片主体，然后通过对翼型叶片主体的前缘、后缘进行翼型叠加或者在翼型叶片主体的吸力面上进行翼型叠加制成复合翼型叶片，该复合翼型叶片在透平机械叶轮的应用中，叶栅叶道介质进行两次或三加速，有效减小流动损失，同时起到降低噪声作用；具体设计方法如下I)在翼型叶片主体的前缘部分叠加一个向前延伸的前缘叶片组成复合翼型叶片，叠加的前缘叶片厚度小于翼型叶片主体厚度，通过复合翼型叶片压力面前延，保证压力面光滑过渡；2)在翼型叶片主体的后缘部分叠加一个向后延伸的后缘叶片组成复合翼型叶片，叠加的后缘叶片厚度小于翼型叶片主体厚度，通过复合翼型叶片压力面后延，保证压力面光滑过渡；3)在翼型叶片主体的前缘部分和后缘部分分别叠加前缘叶片和后缘叶片，组成复合翼型叶片，叠加的前缘叶片和后缘叶片的厚度均小于翼型叶片主体的厚度，通过复合翼型叶片压力面前延和后延，保证整个压力面光滑过渡；4)在翼型叶片主体上部的吸力面上叠加辅助翼面，组成辅助翼型叶片，通过叠加辅助翼面，对叶片吸力面曲线进行修饰；5)在翼型叶片主体的前缘部分叠加一个向前延伸的前缘叶片、后缘部分叠加一个向后延伸的后缘叶片和上部的吸力面上叠加辅助翼面，组成辅助翼型叶片； 6)用于叠加的前缘叶片、后缘叶片和辅助翼面型材采用空实心或中空的结构形式，复合翼型叶片型材采用中空结构时，孔形状为D型梁、工字梁、长圆孔、圆孔、三角形孔中的一种或两种以上形状的组合；7)前缘叶片、后缘叶片和辅助翼面作为分体结构与翼型叶片主体的结合采用铝型材整体拉伸工艺制程或通过卯榫结构或者采用关节接头进行联接。实施例I :复合翼型的生成本发明的复合翼型生成方式分为以下六类①前缘叠加复合翼型以标准翼型作为翼型叶片主体，并对翼型叶片主体的前缘进行延伸叠加翼型，使叠加翼型与翼型叶片主体压力面型线相吻合，即翼型叶片主体压力面型线曲率半径和叠加翼型的压力面型线曲率半径在结合点处相切，叠加翼型的最大厚度小于翼型叶片主体的最大厚度，吸力面上将翼型叶片主体型线与叠加翼型型线光滑过渡。②后缘叠加复合翼型以标准翼型作为翼型叶片主体，并对翼型叶片主体的后缘进行延伸叠加翼型，使叠加翼型与翼型叶片主体压力面型线相吻合，即翼型叶片主体压力面型线曲率半径和叠加翼型的压力面型线曲率半径在结合点处相切，叠加翼型的最大厚度小于翼型叶片主体的最大厚度，吸力面上将翼型叶片主体型线与叠加翼型型线光滑过渡。③后缘叠加弯板复合翼型以标准翼型作为翼型叶片主体，并对翼型叶片主体的后缘进行延伸叠加弯板翼型，使叠加的弯板翼型与翼型叶片主体压力面型线相吻合，即翼型叶片主体压力面型线曲率半径和叠加弯板翼型的压力面型线曲率半径在结合点处相切，吸力面上将翼型叶片主体型线与叠加弯板翼型型线光滑过渡。④前缘、后缘叠加复合翼型以标准翼型作为翼型叶片主体，并对翼型叶片主体的前缘、后缘进行延伸叠加翼型，使叠加翼型与翼型叶片主体压力面型线相吻合，即翼型叶片主体压力面型线曲率半径和叠加翼型的压力面型线曲率半径在结合点处相切,叠加翼型的最大厚度小于翼型叶片主体的最大厚度，吸力面上将翼型叶片主体型线与叠加翼型型线光滑过渡。⑤前缘叠加翼型、后缘叠加弯板复合翼型以标准翼型作为翼型叶片主体，并对翼型叶片主体的前缘、后缘进行延伸叠加翼型，前缘延伸部分叠加标准翼型、后缘延伸部分叠加弯板翼型，使叠加翼型与翼型叶片主体压力面型线相吻合，即翼型叶片主体压力面型线曲率半径和叠加翼型的压力面型线曲率半径在结合点处相切，叠加翼型的最大厚度小于翼型叶片主体的最大厚度，吸力面上将翼型叶片主体型线与叠加翼型型线光滑过渡。⑥吸力面叠加复合翼型以标准翼型作为翼型叶片主体，在主题翼型的吸力面上叠加翼型，复合翼型的压力面型线即翼型叶片主体的压力面型线保持不变，吸力面上将翼型叶片主体型线与叠加翼型型线光滑过渡。实施例2 :选择复合翼型的类型，并确定截面形式(I)根据工程计算流型确定采用复合翼型的翼型型线。(2)复合翼型截面尺寸不大，或者考虑叶片耐磨、强度、刚度等条件时可以选用复合翼型实心结构，(3)复合翼型截面尺寸较大时，在满足叶片强度、刚度等条件下，可以选用不同形式的空心截面结构。·
(4)复合翼型截面尺寸较大时，也可组合式的叶片截面结构可以是关节结构，也可以是卯榫结构，实施例3 :叶片型材材质根据叶轮叶片适用的介质(场合)不同，选用不同的材质。叶片材质可以是金属材料、非金属材料、复合材料。实施例4 :叶片型材成型通过挤压、挤出、拉拔的方法制作出复合翼型叶片型材实施例5 :用叶片型材制作叶片根据工程计算流型选取叶片型材，并按叶片所需长度截取作为叶片毛料。根据叶片叶形铣切叶片的前缘、后缘薄翼，并作修整。 调整叶片的相对扭角，使之满足工程计算。叶片与盘面或轮毂之间的连接，可以根据不同形式、不同材质的透平叶轮连接方式可以不同，可以采用连接方式铆接、焊接、铆焊、螺栓连接、粘接。实施例6 :利用复合翼型生成叶片型的材方法根据不同用途透平机械叶轮的性能要求和计算流型选择复合翼型的型线结构，并根据使用场合确定复合翼型的截面结构，然后通过挤压、挤出、拉拔的方法制作出复合翼型叶片型材。叶片型材截面结构分为实心复合翼型、全空心复合翼型、带中心孔的复合翼型、带加强筋的空心复合翼型、分体结构的复合翼型。叶片截面结构为分体结构式可采用卯榫结构、关节结构。在叶片型材加工时，叶片型材截面结构要遵循以下技术要求I)根据叶轮使用的场合选择与之相适应的航空气动力标准翼型作为翼型叶片主体和叠加翼型，需要考虑升阻比系数高的同时，还要考虑结构强度、刚度和连接方式。2)复合翼型叶片的压力中心变化范围应落在重心的前方，保证叶片在工况变化时的稳定性。3)叶片截面结构要根据适用场合的不同选用不同的结构，当选用空心结构时，要根据材料、强度、刚度的特点设置不同的空心结构，使得材料利用率最高、结构最轻、工艺性能最好。·
权利要求
1. 一种复合翼型风机叶片的设计方法，其特征在于，采用航空气动力标准翼型作为翼型叶片主体，然后通过对翼型叶片主体的前缘、后缘进行翼型叠加或者在翼型叶片主体的吸力面上进行翼型叠加制成复合翼型叶片，该复合翼型叶片在透平机械叶轮的应用中，叶栅叶道介质进行两次或三加速，有效减小流动损失，同时起到降低噪声作用；具体包括以下设计 1)在翼型叶片主体的前缘部分叠加一个向前延伸的前缘叶片组成复合翼型叶片，叠加的前缘叶片厚度小于翼型叶片主体厚度， 通过复合翼型叶片压力面前延，保证压力面光滑过渡； 2)在翼型叶片王体的后缘部分置加Iv向后延伸的后缘叶片组成复合翼型叶片，置加的后缘叶片厚度小于翼型叶片主体厚度，通过复合翼型叶片压力面后延，保证压力面光滑过渡； 3)在翼型叶片主体的前缘部分和后缘部分分别叠加前缘叶片和后缘叶片，组成复合翼型叶片，叠加的前缘叶片和后缘叶片的厚度均小于翼型叶片主体的厚度，通过复合翼型叶片压力面前延和后延，保证整个压力面光滑过渡； 4)在翼型叶片主体上部的吸力面上叠加辅助翼面，组成辅助翼型叶片，通过叠加辅助翼面，对叶片吸力面曲线进行修饰； 5)在翼型叶片主体的前缘部分叠加一个向前延伸的前缘叶片、后缘部分叠加一个向后延伸的后缘叶片和上部的吸力面上叠加辅助翼面，组成辅助翼型叶片； 6)用于叠加的前缘叶片、后缘叶片和辅助翼面型材采用空实心或中空的结构形式，复合翼型叶片型材采用中空结构时，孔形状为D型梁、工字梁、长圆孔、圆孔、三角形孔中的一种或两种以上形状的组合； 7)前缘叶片、后缘叶片和辅助翼面作为分体结构与翼型叶片主体的结合采用铝型材整体拉伸工艺制程或通过卯榫结构或者采用关节接头进行联接。
全文摘要
本发明提供一种复合翼型风机叶片的设计方法，本发明采用航空气动力标准翼型作为复合翼型的翼型叶片主体，通过对翼型叶片主体的前缘向前延伸进行翼型叠加、后缘向后延伸进行翼型叠加或者两者同时采用以及在翼型叶片主体的吸力面上进行翼型叠加的方法，复合成为新型翼型。复合翼型根据使用的计算流型和使用场合的不同可以采用切割、修整前缘延伸翼型和后缘延伸翼型、改变叶片角度、改变相对扭角、调整叶片数、改变弦长来满足不同类型叶轮的气动力要求，该方法满足叶片的大批量规模化生产，通用性强，尤其应用于各类风机、小型风电行业具有很好的推广价值。
文档编号F04D29/26GK102943774SQ20121027514
公开日2013年2月27日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者王书勤 申请人:王书勤