專利名稱：低噪聲風(fēng)機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)類機(jī)械設(shè)備中高速旋轉(zhuǎn)的葉片部件，尤其是一種能降低工作噪聲的風(fēng)機(jī)葉片。
背景技術(shù)：
在氣體介質(zhì)中高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零部件一般要產(chǎn)生噪音，這是由于運(yùn)動(dòng)的零部件和與其相接觸的環(huán)境介質(zhì)之間的沖擊、振動(dòng)與摩擦造成的。這種噪音一般是我們不希望的甚至是有害的，絕大多數(shù)情況下這種噪音要通過(guò)介質(zhì)傳播到環(huán)境中，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，比如鼓風(fēng)機(jī)噪音、汽車水箱風(fēng)扇的噪音，空調(diào)的噪音等，因此降低空氣中運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的噪音對(duì)于減少噪聲污染具有重要的意義。傳統(tǒng)的觀念和經(jīng)典的理論認(rèn)為，零部件的表面粗糙度越小，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音越小，也就是表面越光滑產(chǎn)生的噪音就越小。因此，傳統(tǒng)的降低葉片噪音方法除追求其表面的光滑外，多是在葉片周圍加隔音罩，將運(yùn)動(dòng)部件與環(huán)境隔離開(kāi)，隔音罩由吸音材料構(gòu)成，吸音材料可以將葉片與空氣沖擊與磨擦產(chǎn)生的噪音吸收，這樣可以使噪音不向外傳播。這種降低噪音方法，增加設(shè)備投資和能耗，并且設(shè)備體積增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種低噪聲風(fēng)機(jī)葉片，以其自身結(jié)構(gòu)直接有效的降低風(fēng)機(jī)類機(jī)械設(shè)備的工作噪聲。
傳統(tǒng)的觀念和經(jīng)典的理論認(rèn)為，零部件的表面粗糙度越小，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音越小，也就是表面越光滑產(chǎn)生的噪音就越小。但是我們注意到，鷹等食肉猛禽，捕食瞬間飛行速度很高，達(dá)到100KM/H，而其飛行噪音相對(duì)很低，鯊魚速度達(dá)到30KM/H，產(chǎn)生的噪音卻相對(duì)較小。產(chǎn)生這種效果的原因很多，比如他們具有流線的外形，和諧的運(yùn)動(dòng)方式等。但是研究發(fā)現(xiàn)，除了這些方面的因素外，他們的表面非光滑形態(tài)是降低運(yùn)動(dòng)噪音的重要因素，比如鯊魚的表皮不是光滑的，是由無(wú)數(shù)細(xì)小的凸起構(gòu)成，這些凸起在某一部位呈現(xiàn)出近似的均勻分布，研究表明這樣的表面形態(tài)具有降低運(yùn)動(dòng)噪音的功能。又比如鷹的體表羽毛形態(tài)呈現(xiàn)出類似沙漠表面的層層壓疊形態(tài)，沙漠表面由易于流動(dòng)的細(xì)小沙子組成，風(fēng)吹過(guò)沙漠表面，形成了層層壓疊的表面形態(tài)，這種形態(tài)具有低噪音的特征。
本發(fā)明人以運(yùn)動(dòng)部件的表面和介質(zhì)之間的動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與摩擦學(xué)以及熱力學(xué)研究為基礎(chǔ)，運(yùn)用現(xiàn)代仿生學(xué)技術(shù)，通過(guò)大量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)總結(jié)提出下述本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片是將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有凸、凹單元體的非光滑表面，所說(shuō)的凸、凹單元體的高度(H)為5×10-3～2.5毫米、相對(duì)葉片表面的投影面積為0.785×10-4～5×102平方毫米，凸、凹單元體的分布密度為其在葉片表面上的投影面積之和與基體表面積之比為5％～60％。
仿生非光滑表面形態(tài)降噪技術(shù)是在零部件表面施加一定形狀的并且具有相應(yīng)分布規(guī)律的凸、凹單元體，使零部件表面由原來(lái)的光滑形態(tài)變成非光滑形態(tài)。凸、凹單元體的形狀可以是球冠形的凸包，可以是球冠形的凹坑，可以是半圓形的凸筋，可以是半圓形的凹槽，可以是圓錐形的凹坑，可以是V形的溝槽。排列方式對(duì)于凸包或凹坑可以是矩形的、菱形的及同心圓排列，對(duì)于凸筋或凹槽可以是平行排列，也可以是交叉排列或者扇形排列。凸、凹單元體可以是和風(fēng)機(jī)的葉片本身相同的材料，也可以是不同的材料。比如葉片材料是普通碳鋼，凸、凹單元體材料可以是塑料?？梢酝ㄟ^(guò)沖壓成型工藝在表面形成同種材料的非光滑形態(tài)，也可以通過(guò)表面涂敷、粘接等工藝形成非同種材料的非光滑形態(tài)。
本發(fā)明揭示了與傳統(tǒng)觀念及經(jīng)典理論不相符合的自然現(xiàn)象在空氣介質(zhì)中高速運(yùn)動(dòng)的非光滑表面形態(tài)的葉片和光滑表面形態(tài)的葉片相比，能夠降低運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪音。依據(jù)非光滑的形態(tài)及分布不同，運(yùn)動(dòng)速度不同，和光滑的表面相比，施加非光滑表面形態(tài)的葉片可以使風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)噪聲降低0.3-2.1分貝。和當(dāng)前的降噪技術(shù)比較，仿生非光滑表面降噪技術(shù)具有成本低，能耗低，效果顯著的特點(diǎn)。特別是在某些體積較小的場(chǎng)合，仿生非光滑表面降噪技術(shù)是其他技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。


圖1是本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片具有球冠形凸包單元體的非光滑表面形態(tài)示意圖；圖2是圖1的局部剖視圖；圖3是本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片具有球冠形凹坑單元體的非光滑表面形態(tài)示意圖；圖4是圖3的局部剖視圖；圖5是本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片具有V形凹槽單元體的非光滑表面形態(tài)示意圖；圖6是圖5的局部剖視圖；圖7是本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片具有圓錐形凹坑單元體的非光滑表面形態(tài)示意圖；圖8是圖7的局部剖視圖；圖9是本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片具有半圓形凸筋單元體的非光滑表面形態(tài)示意圖；圖10是圖9的局部剖視圖；圖11是本發(fā)明低噪聲風(fēng)機(jī)葉片具有半圓形凹槽單元體的非光滑表面形態(tài)示意圖；圖12是圖11的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1參照?qǐng)D1、2，一種軸流風(fēng)機(jī)葉片，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分鐘，葉片外圓周直徑600毫米，工作介質(zhì)空氣，將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有球冠形凸包單元體的非光滑表面，球冠形凸包單元體的高度H為0.1-1.0毫米，球冠底圓直徑D為0.2～3毫米(即凸包投影面積為0.0314-7.065平方毫米)，凸包單元體呈矩形排列，排列間距L在0.4-6.0毫米之間(即凸包單元體的投影面積之和與基體表面積之比為12％-33％)。非光滑單元體分布在葉片正面，采用模具沖壓成型，
實(shí)施例2參照?qǐng)D3、4，一種汽車水箱風(fēng)扇，風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分，葉片直徑320毫米，將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有球冠形凹坑單元體的非光滑表面，其球冠底圓直徑D為0.22～3.2毫米(即凹坑投影面積為0.04-8平方毫米)，球冠高H為0.1～1.5毫米，球冠形凹坑單元體呈矩形排列，排列間距L在0.4～6.0毫米之間(即凹坑單元體投影面積之和與基體表面積之比為15％～40％)。采用模具沖壓成型，非光滑單元體分布在葉片正面，實(shí)施例3參照?qǐng)D5、6，一種空調(diào)機(jī)風(fēng)扇，風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分，葉片直徑280毫米，將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有V型凹槽單元體的非光滑表面，凹槽截面為等邊三角形，其三角形邊長(zhǎng)D為0.1～1毫米，V型凹槽單元體投影面積為10～100平方毫米，平行排列，凹槽間距L在0.2～2.0毫米之間(即V型凹槽單元體的投影面積之和與基體表面積的比值為11％～35％)。采用模具沖壓成形，非光滑單元體分布在葉片正面。
實(shí)施例4參照?qǐng)D7、8，一種軸流風(fēng)機(jī)葉片，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分鐘，葉片外圓周直徑1400毫米，工作介質(zhì)空氣，將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有圓錐形凹坑單元體的非光滑表面，凹坑深度H為0.1～1.0毫米，凹坑底圓直徑為2～5毫米(即圓錐形凹坑單元體投影面積為4～20平方毫米)，矩形排列，排列間距L在5～15毫米之間(即錐形凹坑單元體的投影面積之和與基體表面積的比值為25％～60％)。非光滑單元體分布在葉片正面，采用模具沖壓成型。
實(shí)施例5參照?qǐng)D9、10，一種軸流風(fēng)機(jī)葉片，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分鐘，葉片外圓周直徑1600毫米，工作介質(zhì)空氣，將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有半圓形凸筋單元體的非光滑表面。凸筋截面為半圓形，其直徑D為2～5毫米、高度H為1.0～2.5毫米，半圓形凸筋單元體投影面積為200～500平方毫米，采用平行排列，排列間距L在5～15毫米之間(即半圓形凸筋單元體的投影面積之和與基體表面積的比值為25％～60％)，非光滑單元體分布在葉片正面，采用模具沖壓成型。
實(shí)施例6參照?qǐng)D11、12，一種電吹風(fēng)機(jī)葉片，電吹風(fēng)轉(zhuǎn)速1400-3500轉(zhuǎn)/分鐘，葉片外圓周直徑60毫米，工作介質(zhì)空氣，將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有半圓形凹槽單元體的非光滑表面。凹槽截面為半圓形，其高度H為0.005～0.5毫米，半圓形凹槽單元體投影面積為0.785×10-4～1.0平方毫米，采用平行排列，排列間距L在0.1-2.0毫米之間(即半圓形凹槽單元體的投影面積之和與基體表面積的比值為5％-15％)。非光滑單元體分布在葉片正面，采用模具壓鑄成型。
權(quán)利要求
1.一種低噪聲風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于是將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有凸、凹單元體的非光滑表面，所說(shuō)的凸、凹單元體的高度(H)為5×10-4～2.5毫米、相對(duì)葉片表面的投影面積為0.785×10-4～5×102平方毫米，凸、凹單元體的分布密度為其在葉片表面上的投影面積之和與基體表面積之比為5％～60％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低噪聲風(fēng)機(jī)葉片，其特征在于所述的凸、凹單元體為球冠形凸包或凹坑、圓錐形凹坑、半圓形凸筋或凹槽或V形凹槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)類機(jī)械設(shè)備中高速旋轉(zhuǎn)的葉片部件，尤其是一種能降低工作噪聲的低噪聲風(fēng)機(jī)葉片。是將風(fēng)機(jī)葉片表面制成具有凸、凹單元體的非光滑表面，所說(shuō)的凸、凹單元體的高度(H)為5×10
文檔編號(hào)F04D29/38GK1710290SQ20051001695
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者任露泉, 劉慶平, 梁杰, 邱小明, 張桂蘭, 崔占榮, 李因武, 劉燕, 田麗梅 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)