[发明专利]一种叶片与轮毂复合铰接的轴流叶轮

说明书

所属技术领域

本发明涉及风机技术领域，具体地说是一种叶片根部没有弯矩的大型轴流风机叶轮。

背景技术

大风量轴流风机的用途极其广泛。但是，这种风机载荷大，叶片长，加之叶片与轮毂通常采用焊接、铆接、螺栓等方式进行固持联接，因而叶轮高速旋转时，叶片在气动力、重力、离心力以及空气阻力的作用下，产生两个互相垂直的弯矩，在叶片根部达到最大值。这种弯矩在大尺寸叶轮上尤为突出，以致出现叶片的结构性断裂。以直径10m的大型轴流风机叶轮为例，叶片根部产生垂直方向的弯矩就达到8000N.m以上。为了满足风机叶片的强度要求，传统的做法往往是将叶片根部的结构截面设计的很大、很强，一般要采用直径约100mm的结构钢接头。因而这种风机的重量大，生产成本高。为了消除叶片的弯矩，人们做了不解的努力。专利号为200520085766.0的实用新型专利，公开了一种零弯矩结构的大型轴流风机，在叶片与轮毂固定时倾斜一定角度，倾斜后的叶片产生离心力的分力来抵消气动力，达到叶片接头的零弯矩效果。但由于叶片接头与轮毂仍然采用固定连接方式，当风量、风压、转速发生改变，叶片就不再处于零弯矩状态了。专利申请号201010183142.8的发明专利，同样公开了零弯矩结构的风机叶轮，主要是在轮毂上设置与轮毂构成一体的铰接座，构成轮毂与叶片的铰接结构，保证在任何工作状态下，叶片接头与轮毂的弯矩均为零。但这种结构仅消除了垂直方向的弯矩，旋转平面内产生的弯矩仍然存在，因而并不是真正意义上的零弯矩叶轮。

发明内容

为了克服现有大型轴流风机叶轮在结构上存在的不足，本发明提供了一种重量轻、生产成本低、性能好的叶片与轮毂复合铰接的轴流叶轮。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种叶片与轮毂复合铰接的轴流叶轮，包括轮毂、叶片以及与叶片连接端连接的叶片接头，要点是在轮毂上设有数量至少为两个零弯矩复合铰接器，在每个复合铰接器上设有连接槽以及互相垂直的垂直轴孔和水平轴孔，轮毂上的双耳接头与垂直轴孔通过垂直轴铰接，双耳接头上设有限制叶片左右过度摆动的限位柱，连接槽内的叶片接头与水平轴孔通过水平轴铰接，铰接处设有限制叶片上下过度摆动的外伸段；所说叶片向下摆动的角度≤5°，叶片向上摆动的角度≤3°，叶片左右摆动的角度≤3°。

本发明与现有技术相比，最主要的优点，是通过复合铰接器垂直轴和水平轴将叶片与轮毂铰接，复合铰接的叶轮，在高速旋转时，叶片在气动力、重力、离心力及空气阻力的联合作用下，允许叶片在垂直叶轮旋转平面方向绕水平轴上下摆动，也允许叶片在叶轮旋转平面内绕垂直轴左右摆动，叶片的姿态在这些力达到平衡时，最终稳定，使叶片在垂直方向和旋转平面内两个方向的弯矩均变为零。这种结构从根本上消除了叶片根部的弯矩，彻底解决了传统大型轴流风机叶片根部的结构难题，结构简化，重量减轻，生产成本下降，延长了大型轴流风机使用寿命，质量的可靠性得到了提高。如直径10m的叶轮，复合铰接器的尺寸仅为50mm，铰接轴直径仅为25mm，即可满足强度要求。本发明可以在大型蒸发式冷凝器、大型空冷器、大型冷却塔等设备上广泛地安装使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视结构示意图；

图3是图1的俯视结构示意图；

图4是本发明工作状态示意图。

图中1.轮毂，2.双耳接头，3.垂直轴，4.复合铰接器，5.叶片接头，6.叶片，7.外伸段，8.水平轴孔，9.水平轴，10.垂直轴孔，11.连接槽，12.限位柱。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，这种叶片与轮毂复合铰接的轴流叶轮，包括轮毂1、叶片6以及与叶片6连接端连接的叶片接头5，主要是在轮毂1上设有4个的零弯矩复合铰接器4，在每个复合铰接器4上设有连接槽11以及互相垂直的垂直轴孔10和水平轴孔8，轮毂1上的双耳接头2与垂直轴孔10通过垂直轴3铰接，双耳接头2上设有限制叶片6左右过度摆动的限位柱12，连接槽11内的叶片接头5与水平轴孔8通过水平轴9铰接，铰接处设有限制叶片上下过度摆动的外伸段7。

如图4所示，叶片6向下摆动的角度≤5°，叶片向上摆动的角度≤3°，叶片左右摆动的角度≤3°。

实施例1：叶轮转轴垂直地面，叶片向上或向下排风。

叶轮直径D＝3m，轮毂直径d＝0.3m，功率N＝7.5kW，转速n＝260r/min，叶片质量M＝8kg，叶片数Z＝4，全压P＝115Pa。