專利名稱：一種預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)葉輪，尤其是指ー種預(yù)置ー錐角的風(fēng)機(jī)葉輪。
背景技術(shù)：
在エ業(yè)生產(chǎn)與人們的日常生活中，往往會產(chǎn)生出大量的廢熱，只有及時(shí)排出這些廢熱，才能維持正常的生產(chǎn)與生活。エ業(yè)化程度越發(fā)達(dá)，人們的物質(zhì)生活水平越高，需要排出的廢熱就越多，產(chǎn)生的弊端也越多，例日本福島核電站事故中，就是因?yàn)槔鋮s塔斷電不能正常工作，導(dǎo)致核反應(yīng)產(chǎn)生的廢熱未能及時(shí)排出而產(chǎn)生了災(zāi)難性的后果。風(fēng)機(jī)是目前エ業(yè)和民用常用的通風(fēng)機(jī)。它廣泛的用于冷卻塔、空冷器和混合通風(fēng)冷卻塔。風(fēng)機(jī)是這些機(jī)械通風(fēng)機(jī)的主要部件，其主要功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈩幽埽瑥?qiáng)迫氣體流動，以實(shí)現(xiàn)冷熱交換，達(dá)到排除所述廢熱的目的。近年來隨著風(fēng)機(jī)產(chǎn)量以及人們對環(huán)保意識的提高，擠拉成型エ藝用于葉片生產(chǎn)加 エ正在國外被普遍采用。拉擠成型エ藝克服了傳統(tǒng)手糊エ藝產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)環(huán)境差，勞動生產(chǎn)率低等缺陷。過去人們總是認(rèn)為擠拉成型エ藝生產(chǎn)的葉片傳動效率較模壓，真空成型等エ藝生產(chǎn)的葉片要低，通過標(biāo)準(zhǔn)的小風(fēng)筒試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)如果葉型選擇適當(dāng)，擠拉成型エ藝生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)效率并不比傳統(tǒng)的模壓或真空成型傳統(tǒng)エ藝生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)效率差。目前國內(nèi)擠拉成型エ藝生產(chǎn)風(fēng)機(jī)的廠家越來越多，葉片的材質(zhì)也各不相同，有玻璃鋼材質(zhì)的有鋁合金的有不銹鋼材質(zhì)的等。但受到葉柄強(qiáng)度的限制，所生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)直徑都小于4. 5 米直徑。通常葉片的開發(fā)首先要確定用戶的要求，有些用戶要求效率優(yōu)先，有些用戶更關(guān)心噪音的大小。根據(jù)用戶的要求選定葉型，確定葉片截面形狀。設(shè)計(jì)葉片截面形狀時(shí)應(yīng)考慮在滿足功能的條件下使截面尺寸盡量的小，因?yàn)榻孛娉叽缭叫?，越容易選擇拉機(jī)型號，又可節(jié)省材料降低生產(chǎn)成本。目前，由于受到拉床噸位的限制，葉片的截面尺寸不能做的太大， 否則無法加工?，F(xiàn)有的風(fēng)機(jī)葉片截面形狀見圖1，目前葉片的最大葉柄直徑d為48_，葉片安裝角 a是根據(jù)風(fēng)量風(fēng)壓的不同要求確定的，圖中符號Y為迎風(fēng)面。參見圖2，現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)葉輪風(fēng)筒21中，葉片22的葉柄根部通過固定座23與輪轂24 相聯(lián)，傳統(tǒng)的葉輪大多設(shè)計(jì)成葉柄的中心線垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)軸25 (見圖2)，圖2中C所示箭頭方向?yàn)槿~輪出風(fēng)方向，F(xiàn)所示箭頭方向?yàn)轱L(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。這種葉輪的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但葉片22如一根很長的懸臂梁，分布的空氣動カ載荷和葉片的自身重量對葉片根部會產(chǎn)生很大的彎矩，而且這種彎矩隨著周向氣流速度的周期變化而相應(yīng)的改變，葉片22 在大的交變彎矩作用下容易發(fā)生疲勞損環(huán)。由于擠拉葉片葉柄最大直徑受葉片截面形狀的限制無法做大，受葉柄強(qiáng)度的限制，葉片的承載能力也就受到限制，葉輪直徑也無法做大，只能做小直徑風(fēng)機(jī)，大大限制了擠拉葉片的使用范圍。參見圖3，近年來國外出現(xiàn)了將葉輪設(shè)計(jì)成葉片可以繞揮舞鉸作上下?lián)]舞運(yùn)動的鉸支結(jié)構(gòu)，葉輪風(fēng)筒31中，葉片32的葉柄根部通過鉸接固定座33與輪轂34相聯(lián)，使葉片 32能在B-B'間作上下擺動，這種結(jié)構(gòu)在葉柄旋轉(zhuǎn)的平面主要承受由于離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，由于葉柄是由鋼材制造的，承受拉應(yīng)力的能力要比承受彎曲應(yīng)力加拉應(yīng)力的能力要大的多，這樣就大大改善了葉片根部的受力情況，缺點(diǎn)是增加了一個(gè)自由度，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)很容易產(chǎn)生葉片長時(shí)間上下擺動而發(fā)生振動等現(xiàn)象，影響安全運(yùn)行。葉片在揮舞運(yùn)動中偏離水平面下沉的角度定義為葉片揮舞角Θ，并將揮舞鉸距旋轉(zhuǎn)中心的距離定為偏置量 e。圖3中的葉片在正常工作中的受力分析如圖4-圖8所示圖中橫坐標(biāo)均用S-S表示為水平方向，縱坐標(biāo)均表示與S-S垂直的垂直方向，箭頭長短示意力的大小，e為所述偏置量。其中，圖4為葉片受重力Z的示意圖；圖5為葉片受離心力L的示意圖；圖6為葉片受氣動力Q的示意圖；圖7為葉片受揮舞慣性力G的示意圖；圖8為葉片受各力(圖4-圖 7中的重力Z、離心力L、氣動力Q、揮舞慣性力G)合成的示意圖。上述揮舞慣性力G是指在揮舞鉸支處必須設(shè)計(jì)成有很大的阻尼系數(shù)的結(jié)構(gòu)，將葉片的力矩不平衡而產(chǎn)生的葉片上下擺動盡快衰減達(dá)到動態(tài)平衡，因此葉片在揮舞過程中還存在一力矩阻礙其揮舞，當(dāng)葉片達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這些對揮舞鉸產(chǎn)生的上下擺動力矩之和應(yīng)為零，即由離心力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距同葉片重量(重力)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩加上氣動力所產(chǎn)生的力矩之和相平衡，轉(zhuǎn)矩為零.揮舞產(chǎn)生在整個(gè)運(yùn)動部件上方向與運(yùn)動趨勢相反。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種能夠提高葉輪的承載能力同時(shí)具有較高的運(yùn)行安全系數(shù)的預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪，其特征在于所述風(fēng)機(jī)葉輪的風(fēng)筒中包含數(shù)個(gè)相同的葉片，每個(gè)葉片的葉柄根部分別固定于一個(gè)葉片固定座上，每個(gè)葉片固定座安裝在處于風(fēng)筒中央的一個(gè)輪轂上；所述葉片固定座與水平面傾斜一錐角β，使葉片的中心線同葉輪旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面形成一個(gè)錐角β。所述錐角β為2. 5度 5度。所述葉柄為空心鋼管結(jié)構(gòu)。所述葉柄鋼管選用45鋼。本發(fā)明的有益效果通過本發(fā)明將風(fēng)機(jī)葉片固定座偏置一角度安裝，使風(fēng)機(jī)葉輪預(yù)置一錐角，采用預(yù)置一錐角的風(fēng)機(jī)葉輪可以起到同現(xiàn)有的鉸接固定座同樣的改善葉片根部受力的作用，可大大地改善葉柄的受力情況，提高了葉輪的承載能力，擴(kuò)大了擠拉葉片的應(yīng)用范圍。采用本發(fā)明的葉輪結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)葉柄處直徑為48毫米，最大葉輪直徑可達(dá)6-6. 3米(現(xiàn)有的最大葉輪直徑只能做到4. 5米)，葉柄運(yùn)行的安全系數(shù)比現(xiàn)有的高2. 5倍左右。經(jīng)實(shí)踐證明，采用本發(fā)明葉輪的風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中取得了預(yù)期的排除廢熱效果，并產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效果。為進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖I為現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)葉片截面形狀示意圖2為傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖3為現(xiàn)有的鉸支葉輪結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3中葉輪的葉片受重力的示意圖5為圖3中葉輪的葉片受離心力的示意圖6為圖3中葉輪的葉片受氣動カ的示意圖7為圖3中葉輪的葉片受揮舞慣性カ的示意圖8為圖3中葉輪的葉片受重力、離心力、氣動カ及揮舞慣性力的合成示意圖
圖9為本發(fā)明預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例的附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明是通過對I. 2米至6米直徑的鉸支葉輪的風(fēng)機(jī)在不同エ況條件下，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)葉輪平衡后實(shí)際的揮舞角范圍，其結(jié)果是葉輪達(dá)到平衡時(shí)揮舞角0范圍是2. 5至5 度。但由于鉸支葉輪的葉片長時(shí)間上下擺動會發(fā)生振動等現(xiàn)象，為克服該弊端，本發(fā)明將葉片的安裝固定座設(shè)計(jì)成傾斜ー個(gè)角度(錐角)，同樣能夠起到在葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)ー個(gè)由離心カ 產(chǎn)生的離心カ矩來部分平衡由葉片重量(重力)和氣動カ產(chǎn)生的カ矩，對葉片根部所受彎矩起到卸載的作用，而且不會產(chǎn)生葉片振動的現(xiàn)象，據(jù)此設(shè)計(jì)了如圖9所示的具有卸載功能的預(yù)置ー錐角的風(fēng)機(jī)葉輪。參見圖9，本發(fā)明的預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)如下本發(fā)明風(fēng)機(jī)葉輪的風(fēng)筒91中包含數(shù)個(gè)相同的葉片92，每個(gè)葉片92的葉柄根部分別固定于ー個(gè)葉片固定座93上，每個(gè)葉片固定座93安裝在處于風(fēng)筒91中央的一個(gè)輪轂 94上，因此每個(gè)葉片92通過各自的葉片固定座93與一個(gè)輪轂94相聯(lián)，每個(gè)葉片固定座93 與水平面傾斜ー錐角P安裝于輪轂94上(圖2中現(xiàn)有葉片固定座23是水平安裝于輪轂上，因此其與水平面錐角P為O。)，使葉片92的中心線同葉輪旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面形成一個(gè)@角，確定錐角角度時(shí)，其不能太小，角度太小卸載作用有限；也不宜太大，太大對葉輪直徑和安裝會有影響，也可能會對葉片反向加載，為此將葉片固定座93與水平面傾斜的錐角@選擇2.5度 5度預(yù)置(根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度，風(fēng)量，風(fēng)壓的不同，選擇不同的錐角)，一般情況下采用錐角P =3.5°為宜。采用這樣結(jié)構(gòu)的葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的離心カ會產(chǎn)生ー個(gè)カ 矩來平衡由重力和空氣動カ產(chǎn)生的カ矩，減少葉柄根部所承受的扭矩。圖9中C所示箭頭方向?yàn)槿~輪出風(fēng)方向，F(xiàn)所示箭頭方向?yàn)轱L(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。另外，由于葉片遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心，葉片應(yīng)制造得盡量輕，這對葉輪的平衡有利。從材料力學(xué)分析，對于圓柱形零件越靠近心部的材料對零件抗彎強(qiáng)度影響越小。綜合上述因素本發(fā)明的葉柄設(shè)計(jì)成空心鋼管結(jié)構(gòu)(選用45鋼)，可減輕葉片重量提高葉片品質(zhì)。圖9中舉兩個(gè)實(shí)施例I，葉輪直徑D為6米的風(fēng)機(jī)葉輪直徑D = 6000mm,輪轂直徑Dh = 1200mm,葉柄直徑d = 48mm,葉身長Lb = 2390mm，對風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算(業(yè)內(nèi)采用的計(jì)算方法)
β =3.5°時(shí)，風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)為4. 138 ;β = 0°時(shí)，風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)為1.80。2，葉輪直徑D為4. 5米的風(fēng)機(jī)葉輪直徑D = 4500mm,輪轂直徑Dh = 635mm,葉柄直徑d = 48mm,葉身長Lb = 1920mm，對風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算(業(yè)內(nèi)采用的計(jì)算方法)β = 3. 5°時(shí)，風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)為4. 6 ；β = 0°時(shí)，風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)為1.81。通過對不同直徑的風(fēng)機(jī)葉柄處的安全系數(shù)的理論計(jì)算，可以看出葉片預(yù)置一錐角的作用還是很明顯的。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪，其特征在于所述風(fēng)機(jī)葉輪的風(fēng)筒中包含數(shù)個(gè)相同的葉片，每個(gè)葉片的葉柄根部分別固定于一個(gè)葉片固定座上，每個(gè)葉片固定座安裝在處于風(fēng)筒中央的一個(gè)輪轂上；所述葉片固定座與水平面傾斜一錐角P，使葉片的中心線同葉輪旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面形成一個(gè)錐角e。
2.如權(quán)利要求I所述的預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪，其特征在于所述錐角P為2. 5度 5度。
3.如權(quán)利要求I所述的預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪，其特征在于所述葉柄為空心鋼管結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求I所述的預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪，其特征在于所述葉柄鋼管選用45鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)置錐角的風(fēng)機(jī)葉輪，屬于風(fēng)機(jī)葉輪，解決現(xiàn)有風(fēng)機(jī)葉輪承載能力及運(yùn)行安全系數(shù)不佳的問題，本風(fēng)機(jī)葉輪的風(fēng)筒中包含數(shù)個(gè)相同的葉片，每個(gè)葉片的葉柄根部分別固定于一個(gè)葉片固定座上，每個(gè)葉片固定座安裝在處于風(fēng)筒中央的一個(gè)輪轂上；葉片固定座與水平面傾斜一錐角β，使葉片的中心線同葉輪旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面形成一個(gè)錐角β。本發(fā)明的風(fēng)機(jī)葉輪改善了葉柄的受力情況，提高了葉輪的承載能力，擴(kuò)大了擠拉葉片的應(yīng)用范圍，最大葉輪直徑可達(dá)6-6.3米，葉柄運(yùn)行的安全系數(shù)比現(xiàn)有的高2.5倍左右，采用本發(fā)明葉輪的風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中取得了預(yù)期的排除廢熱效果，并產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效果。
文檔編號F04D29/38GK102588340SQ201210096669
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者夏剛, 王海靜 申請人:上海爾華杰機(jī)電裝備制造有限公司