[发明专利]双曲线变截面叶片

说明书

本发明名称是双曲线变截面叶片（1）。

双曲线变截叶片（1）是一种可安装在涡轮机械轮壳上的叶片。

现有技术例如法国专利FR2535406具有两个横截面呈双曲率形、垂直截面呈半椭圆形的叶片，叶片曲线较尖锐（曲率较大）的一端向里并接近垂直轴。两叶片之间是倾斜（偏置）的使一个叶片得到的风可以更改方向进入另一个叶片以便加速气流从而达到驱动发电机的目的。双曲率形不是双曲线更不存在双曲线的数学关系，此种构形没有考虑流动分离。目前，我国使用的涡轮机械特别是轴流风机所采用的叶片其展向截面呈长方形或梯形，在其叶栅面上由于有三元流动存在，不可能保持理想柱状层流，一种不可避免的流态畸变必然导致流场内附而层、二次流损耗的增加叶片根部、梢部更容易产生流场紊乱。因此降低了轴流风机的使用效率，产生了更高的噪音，并增加了叶片根部的疲劳程度。

本发明是用双曲线变截面叶片（1）规范和调整涡轮机械内流场的流态，以降低场内附面层、二次流损耗并导出了双曲线变截面叶片（1）展向截面双曲线与弦向截面翼型几何结合的数学通用方程。达到了节能、降噪、避免叶片根部疲劳断裂以及易于设计制造的目的。

双曲线变截面叶片（1）其展向任一同位坐标截面呈自身轴对称的双曲线形，且符合双曲线通用方程。

(X²)/(a³) - (y²)/(b²) =1

式中a表示双曲线实半轴长，b表示双曲线虚半轴长x表示弦向坐标（横坐标），y表示展向坐标（纵坐标）。b值可以根据叶片选用材料的机械强度、安全系数以及叶片所要安装涡轮机械的工况按气动设计选代确定。对于一种双曲线变截面叶片（1）展向任一同位坐标截面呈的双曲线形其b值为一个定数，不随同位坐标的位置变化而变化。在一个给定的弦向截面上选用标准翼型或设计的翼型方程作为该叶片的基型，双曲线的a值为该标准翼型（基型）的坐标函数即：

a值随同位坐标的变化而变化。双曲线变截面叶片（1）其展向不同同位坐标截面呈自身轴对称的双曲线形是属于一组等b值双曲线族。弦向上的基型坐标符合其相应的双曲线通用方程。弦向其它所有截面呈该基型的派生翼型，其坐标符合对应的双曲线通用方程。

双曲线变截面叶片（1）需可调栅距安装时。叶片（1）与支杆（5）用铆接或浇铸方式连接。双曲线变截面叶片（1）根部与支杆（5）用叶片（1）向下圆角过渡延伸方式连接支杆（5）设置在该双曲线变截面叶片（1）气动压力中心与弦向重心之间，一般设在弦长40%左右，支杆（5）下端的螺栓可作改变双曲线变截面叶片（1）的栅距并使其固定在涡轮机械的轮壳上。双曲线变截叶片（1）如不需栅距调节时，双曲线变截面叶片（1）可直接与涡轮机械的轮壳用焊接或整体浇铸的方式固定安装。

双曲线变截面叶片（1）展向同位坐标截面呈双曲线形其作用是在流场中规范和调整流态，安装了双曲线变截面叶片（1）的涡轮机械具有运行效率高、噪音、振动较低的优点。双曲线变截面叶片（1）因其根部，梢部具有较大相对厚度从几何形状上保证了运动双曲线变截面叶片（1）支承的机械强度。如有支杆（5）的双曲线变截面叶片（1）其根部与支杆（5）用圆角过渡伸延的方式连接可以减少支杆（5）在此处的应力集中，还因支杆（5）合理的设置在双曲线变截面叶片（1）气动压力中心与弦向重心之间，支杆（5）的安全可靠性进一步的得到了保证可以节省目前用优质高强度合金钢作支杆的材料。双曲线变截面叶片（1）可按下步骤设计制造。第一，选定一标准翼型作为某一弦向截面的翼型即是叶片的基型。第二，按机械强度和气动学计算选代出b值，建立a与基型坐标参数的函数，并计算出数个不同同位坐标的a值。第三，根据b和不同同位坐标截面双曲线的a值，绘制数个对应的双曲线形并做双曲线的拼块样板即可构成纵向拼块模型。

本发明较现有技术具有节能、降噪、减振、安全以及易于设计制造的优点。

附图说明：

图1：双曲线变截面叶片立体图。

图2：展向截面呈矩形的叶片立体图。

图3：摘要附图。

图4：等b双曲线族图。

最佳实施方案

双曲线变截面叶片（1）展长276mm，弦长261mm，平均厚度13mm，b值78mm，a最大值10.5mm，材料选用铝合金，标准翼型选用RAF-bE。支杆（5）危险断面1030mm²，设置在41.5%弦长处材料选用45号钢，连接螺丝M39×2。该规格的双曲线变截面叶片（1）安装在额定转速1500RPm的轴流风机上，轴流风机直径1.8m，轮壳比0.7，其运行效率90.3%，A声级噪音95分贝，避免了叶片根部疲劳断裂提高了安全可靠性。