一种轴流风机叶片及风机
阅读说明：本技术 一种轴流风机叶片及风机 (Axial fan blade and fan ) 是由 陈炜 曹浩 胡胜 周舟 周卫华 卢铃 黄韬 张万福 于 2021-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轴流风机叶片,所述轴流风机叶片为前弯式叶片,所述轴流风机叶片的尾缘具有锯齿状结构,叶片表面沿叶片长度方向设置有脊状结构,多个所述脊状结构沿叶片宽度方向间隔平行设置。本发明具有在低转速工况下降噪效果明显等优点。(The invention discloses an axial flow fan blade which is a forward-bent blade, the trailing edge of the axial flow fan blade is of a sawtooth structure, the surface of the blade is provided with ridge-shaped structures along the length direction of the blade, and a plurality of the ridge-shaped structures are arranged in parallel at intervals along the width direction of the blade. The invention has the advantages of obvious noise reduction effect under the working condition of low rotating speed and the like.)
技术领域
本发明涉及风机降噪和环保技术领域，具体涉及一种轴流风机叶片及风机。
背景技术
随着城市用电规模的增大，变电站、储能站等电力设施建设位置越来越靠近城市人居环境。城区电力设施目前侧重于采用户内布置方式，这种方式能有效地隔绝变压器、电抗器等主要电力设备噪声对周边环境的影响，但同时也会带来新的噪声问题。由于主设备发热量大，需要在户内电力设施外墙和屋顶设置数量众多的通风散热装置，这些装置本身会产生较大的噪声，甚至会引起厂界噪声超标的问题，近年来由于散热装置噪声引起居民投诉的纠纷频发。户内电力设施通风散热主要采用墙面风机和屋顶风机，这类风机大多为轴流式风机。目前研究表明轴流风机噪声产生的源头主要有以下四个方面：①电机运行时产生的电磁噪声；②风机旋转部件转动产生的机械噪声；③空气在风机风道内流动产生的气动噪声；④风机振动通过结构传振至散热器或变压器本体引起结构传振导致的低频噪声。
风机的机械部件噪声可以通过选型低噪声电机、轴承和优化旋转部件平衡来实现，在风机安装前可以通过精细动平衡来有效减小风机的机械噪声。风机本体减振可以采用合适的减振结构如橡胶环、隔振支撑等来有效隔绝风机本体与安装基座或墙面的振动传播。
风机气动噪声主要分为两部分，一是风机叶片旋转时高速撞击气流，在风机叶片周围产生紊乱的流场，剧烈扰动的流场产生噪声；另一个是风机出风口存在高速空气扰流导致出风口气动噪声。叶片扰流降噪主要从以下方向开展：
一是增加叶片数量。增加叶片数量可以在相同转速下增加风机流量，意味着在同样流量条件下，更多叶片的叶轮需要的转速更小，转速越小，风机的旋转部件机械噪声会更小；
二是改变叶片表面粗糙度。通过合适的材料或工艺改变叶片表面粗糙度可以让来流湍流在叶片表面引起的脉动压力在微小空隙结构缓冲下得到一定的衰减，从而有效降低叶片表面压力脉动引起的噪声；
三是改变叶片结构。研究表明叶片尾缘不光滑结构可以有效减小尾缘湍流涡的大小，从而起到叶片尾缘降噪的效果，类似于鸟类翅膀的锯齿状尾缘结构降噪效果明显。
中国专利公开号CN 211573864 U公开了一种轴流风机风轮及其叶片，采用波状前缘叶片且叶片本体的整体厚度从前缘至后缘呈渐小设置，该种设计会一定程度降低通风量，高转速下有一定的降噪效果，但在低转速工况下降噪效果不明显，反而牺牲了部分的叶片气动性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在低转速工况下降噪效果明显的轴流风机叶片。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种轴流风机叶片，所述轴流风机叶片为前弯式叶片，所述轴流风机叶片的尾缘具有锯齿状结构，叶片表面沿叶片长度方向设置有脊状结构，多个所述脊状结构沿叶片宽度方向间隔平行设置。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述前弯式叶片的前弯角度θ为6°～12°。
所述锯齿状结构的锯齿深度h为2mm～10mm，锯齿角度α为10°～60°。
所述脊状结构的数量为a，锯齿状结构的锯齿数量为b，满足b＝2～7a。
所述脊状结构为类沟槽结构。
所述叶片前缘的厚度与叶片后缘的厚度相同。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种轴流风机，包括前述的轴流风机叶片。
所述轴流风机为低转速变频电机，风机的最大转速小于1450r/min。
所述轴流风机还包括温度传感器，所述温度传感器与风机开关联动。
所述轴流风机分设有至少三个不同档位的风量转速，记为nmin、nmid、nmax，满足nmin＜nmid＜nmax，当温度传感器检测到室内温度为T1时，风机的转速自动开启为nmin，当室内温度为T2时，风机的转速自动切换为nmid，当室内温度达到T3温度时，的转速自动切换为nmax，其中T1＜T2＜T3。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的轴流风机叶片为前弯式叶片，有助于稳定叶顶泄露涡流，从而使由泄露涡流产生的声源趋于稳定，前弯角度θ在6°～12°范围内时在低转速工况下降噪效果明显，最大可达5dB(A)，并且前弯式叶片可实现叶片从内径至外径的宽度渐渐增大，从而增加通风量。尾缘的锯齿型结构能够有效降低涡脱落噪声，气动噪声降低效果明显，最大可达10dB(A)。叶片表面非光滑的脊状结构具有减阻降噪的作用，既能够改善叶片径向压力分布，又能够对叶片壁面压力波动起到吸收缓冲的作用，降低宽频噪声。本发明的风机具有低噪声、节能环保等优点，适用于变电站通风散热的屋顶风机和墙面风机，其对噪声值控制要求较高，且对风压要求不高。
本发明的轴流风机，由于变电站风机一般独立安装与墙面或者屋顶，对风压要求不高，所以采用低转速变频电机，可以有效降低风机噪声，并且变频设计进一步减少风机的开启时间和开启时的风量。
附图说明
图1是本发明的叶片前弯定义示意图。
图2是本发明的叶片表面结构二维示意图。
图中各标号表示：1、锯齿状结构；2、脊状结构。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1
如图1和2所示，一种轴流风机叶片，轴流风机叶片为前弯式叶片，轴流风机叶片的尾缘具有锯齿状结构1，叶片表面沿叶片长度方向设置有脊状结构2，多个脊状结构2沿叶片宽度方向间隔平行设置。
本发明中，前弯式叶片是指叶片前缘是向前弯曲的，重心积跌线指的是叶片轴向(前后方向)的重心线，沿着旋转方向前弯即叶片前弯。
前弯式叶片的前弯角度θ为6°～12°。
锯齿状结构1的锯齿深度h为2mm～10mm，锯齿角度α为10°～60°。锯齿深度h一般与叶片形状和大小有关，适用于变电站的轴流风机风量大小一般小于20000，直径小于1m，本发明的锯齿状结构1的锯齿深度h取值在该范围内降噪效果最好。
脊状结构2的数量为a，锯齿状结构1的锯齿数量为b，满足b＝2～7a。a、b的比值决定了尾缘锯齿状结构1的稀疏程度，脊状结构2与锯齿状结构中锯齿的相对数量关系影响降噪效果，在此比值范围内的降噪效果最好。
脊状结构2为类沟槽结构。
叶片前缘的厚度与叶片后缘的厚度相同。
一种轴流风机，包括轴流风机叶片。
轴流风机为低转速变频电机，风机的最大转速小于1450r/min。
轴流风机还包括温度传感器，温度传感器与风机开关联动。
所述轴流风机分设有至少三个不同档位的风量转速，记为nmin、nmid、nmax，满足nmin＜nmid＜nmax，当温度传感器检测到室内温度为T1时，风机的转速自动开启为nmin，当室内温度为T2时，风机的转速自动切换为nmid，当室内温度达到T3温度时，的转速自动切换为nmax，其中T1＜T2＜T3。
本实施例的一种风量为9000m3/h的轴流风机样机，转速最大为960r/min，可实现560r/min、720r/min、960r/min三挡变速，风机控制可实现温度联动。风机叶片半径为400mm。
本实施例中，如图1所示，前弯角度θ为8.3°。如图2所示，叶片尾缘锯齿状结构的锯齿角度α为30°，锯齿深度h为6mm，表面脊状结构2的数量a与尾缘锯齿状结构数量b比例为1:3，即叶片表面一个脊状结构2对应于尾缘三个锯齿状结构b。
本实施例中，风机开启与温度传感联动，风量大小可随温度变化进行调整。风机在室内温度达到T1(40℃)温度时，便自动开启最小风量模式散热，当温度达到T2(45℃)温度时，风机风量自动切换为中档风量，当温度达到T3(50℃)温度时，风量便调整为最大风量散热。具体温度、风量设置和档位设置取决于实际需求，目的是尽量减少风机的开启时间和开启时的风量。
本实施例中，风机样机在半消声室内进行了噪声测试，按照《GB/T2888-2008风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》标准，在出风口与轴线角度45°，距离1m的位置进行了噪声测试，最大转速960r/min下，噪声值仅为64dB(A)，相比普通叶片(这里的普通叶片是指不带前弯和锯齿的)同等风量下的风机噪声值低6～8dB(A)，降噪效果显著。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
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