本發明(ming)屬于農(nong)業(ye)機(ji)械技術領域，涉及一種(zhong)農(nong)用通風機(ji)彎掠葉片及其設(she)計方(fang)法。

背景技術：

農(nong)用通風機(ji)廣泛(fan)應(ying)用于設施農(nong)業(ye)，如日光(guang)溫室和畜禽舍的(de)環(huan)境(jing)通風。目前，市場上大(da)部(bu)分農(nong)用通風機(ji)為上個世紀九十(shi)年研發的(de)“ddz”系列農(nong)用通風機(ji)，內部(bu)流動損(sun)失嚴重(zhong)，風機(ji)能效比較低。因此改善農(nong)用通風機(ji)能效比，對提高農(nong)業(ye)通風效率和節能環(huan)保都有重(zhong)要意義。

彎(wan)掠葉(xie)片除沿葉(xie)展(zhan)方(fang)向的(de)(de)(de)扭轉(zhuan)外，在葉(xie)片的(de)(de)(de)葉(xie)頂和葉(xie)根(gen)間還存在沿周向旋轉(zhuan)方(fang)向上的(de)(de)(de)傾斜(彎(wan))和沿來流方(fang)向上的(de)(de)(de)傾斜(掠)，是(shi)一(yi)種具有復(fu)雜三維空間結構的(de)(de)(de)葉(xie)片。

目前，彎(wan)掠(lve)(lve)(lve)(lve)葉(xie)片(pian)已經廣泛應用于葉(xie)輪機(ji)械，大量的(de)(de)(de)實驗研(yan)(yan)究和(he)數(shu)值計(ji)算表明，合理的(de)(de)(de)葉(xie)片(pian)彎(wan)掠(lve)(lve)(lve)(lve)能(neng)夠改(gai)變葉(xie)片(pian)與氣流(liu)(liu)作用力的(de)(de)(de)徑向(xiang)分力，控(kong)制葉(xie)片(pian)表面壓力梯度分布，減小(xiao)流(liu)(liu)動損失(shi)，達到提高葉(xie)輪機(ji)械氣動性能(neng)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。彎(wan)掠(lve)(lve)(lve)(lve)葉(xie)片(pian)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究主要(yao)集中在葉(xie)頂和(he)葉(xie)根(gen)區域的(de)(de)(de)彎(wan)掠(lve)(lve)(lve)(lve)，而對整體(ti)葉(xie)高范圍內的(de)(de)(de)彎(wan)掠(lve)(lve)(lve)(lve)研(yan)(yan)究，即重(zhong)心(xin)積(ji)疊線(xian)的(de)(de)(de)具體(ti)形狀論述(shu)不多，對于選取(qu)(qu)何種形式(shi)的(de)(de)(de)重(zhong)心(xin)積(ji)疊線(xian)以及如何控(kong)制重(zhong)心(xin)積(ji)疊線(xian)尚未取(qu)(qu)得共識。而農用通風機(ji)輪轂比較小(xiao)、葉(xie)片(pian)較長，在整個葉(xie)高上(shang)的(de)(de)(de)彎(wan)掠(lve)(lve)(lve)(lve)形狀控(kong)制值得探究。

技術實現要素：

本發明(ming)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是提供(gong)一種(zhong)由基于二次bezier曲線(xian)設計(ji)的(de)(de)重心積疊(die)線(xian)控制(zhi)葉片形(xing)狀的(de)(de)農用通(tong)風(feng)機彎掠葉片。

本(ben)發明的另一個目的是提供一種農用通風機彎掠葉片的設計方法。

為了實現(xian)上述目的，本發(fa)明提供了如(ru)下技術方案：

彎掠葉(xie)片(pian)的(de)形(xing)狀由基于二次bezier曲線(xian)(xian)設(she)計的(de)重心積疊(die)線(xian)(xian)控(kong)(kong)制(zhi)。彎葉(xie)片(pian)控(kong)(kong)制(zhi)曲線(xian)(xian)為(wei)重心積疊(die)線(xian)(xian)在周向(xiang)平(ping)面內的(de)投影(ying)，位(wei)于x-y平(ping)面內，設(she)計參(can)(can)(can)數(shu)為(wei)彎角(jiao)α、x方向(xiang)控(kong)(kong)制(zhi)參(can)(can)(can)數(shu)kx、y方向(xiang)控(kong)(kong)制(zhi)參(can)(can)(can)數(shu)ky。掠葉(xie)片(pian)控(kong)(kong)制(zhi)曲線(xian)(xian)為(wei)重心積疊(die)線(xian)(xian)在軸向(xiang)平(ping)面內的(de)旋轉投影(ying)，位(wei)于r-z平(ping)面內，設(she)計參(can)(can)(can)數(shu)為(wei)掠角(jiao)β、z方向(xiang)控(kong)(kong)制(zhi)參(can)(can)(can)數(shu)kz、r方向(xiang)控(kong)(kong)制(zhi)參(can)(can)(can)數(shu)kr。保持各截(jie)面幾何(he)參(can)(can)(can)數(shu)不(bu)變，以(yi)截(jie)面重心為(wei)參(can)(can)(can)考點(dian)，根據重心積疊(die)線(xian)(xian)形(xing)狀確定各截(jie)面彎掠位(wei)置。

一種農用通風機葉(xie)輪(lun)的(de)(de)彎(wan)掠(lve)葉(xie)片(pian)(pian)1，多個(ge)彎(wan)掠(lve)葉(xie)片(pian)(pian)1沿(yan)輪(lun)轂2的(de)(de)周向均勻徑(jing)向設置(zhi)構成葉(xie)輪(lun)，所述彎(wan)掠(lve)葉(xie)片(pian)(pian)1的(de)(de)葉(xie)片(pian)(pian)形狀由基于二次bezier曲(qu)線(xian)(xian)設計的(de)(de)重(zhong)心積疊線(xian)(xian)控制，其中，

重心積疊線(xian)在周向平面(mian)內的(de)投影為彎葉片控制曲線(xian)，位(wei)于(yu)x-y平面(mian)內，其控制方程為：

重心(xin)積疊線(xian)在軸向平面(mian)內的旋轉投影為(wei)掠葉(xie)片控(kong)制曲線(xian)，位(wei)于(yu)r-z平面(mian)內，其控(kong)制方(fang)程(cheng)為(wei)：

式中，

px為(wei)彎葉片控(kong)制曲線x方(fang)向坐(zuo)標(biao)；

py為彎葉片控制曲線y方向坐標；

pz為(wei)掠(lve)葉片控制曲線(xian)z方向坐標；

pr為掠葉片控制曲線r方向坐標；

t為bezier函數(shu)自變(bian)量；

r為葉輪半徑；

r0為葉根半徑；

α為彎角；

β為掠角；

kx為(wei)彎葉片控制(zhi)曲線x方向控制(zhi)參數；

ky為彎葉片(pian)控(kong)制曲(qu)線(xian)y方向控(kong)制參數(shu)；

kz為掠葉片控(kong)制曲線z方向控(kong)制參數；

kr為掠葉(xie)片(pian)控(kong)制曲(qu)線r方向控(kong)制參數；

x方(fang)向(xiang)(xiang)和y方(fang)向(xiang)(xiang)分別為(wei)(wei)葉根重心彎角為(wei)(wei)0°時，圓(yuan)柱坐標(biao)系轉換為(wei)(wei)直角坐標(biao)系后(hou)的x方(fang)向(xiang)(xiang)和y方(fang)向(xiang)(xiang)；

z方向(xiang)(xiang)為軸向(xiang)(xiang)，r方向(xiang)(xiang)為徑向(xiang)(xiang)。

一(yi)種農用通風機彎(wan)掠(lve)葉片(pian)1的(de)(de)設(she)計(ji)(ji)方法，使用基于二次bezier曲線(xian)設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)重(zhong)心積疊線(xian)控制彎(wan)掠(lve)葉片(pian)1的(de)(de)葉片(pian)形狀(zhuang)；

重(zhong)心(xin)積疊(die)線在周向平(ping)面(mian)內(nei)的投(tou)影為(wei)(wei)彎葉片控(kong)制曲線，位于x-y平(ping)面(mian)內(nei)；重(zhong)心(xin)積疊(die)線在軸向平(ping)面(mian)內(nei)的旋轉投(tou)影為(wei)(wei)掠葉片控(kong)制曲線，位于r-z平(ping)面(mian)內(nei)；

彎葉片(pian)控制曲線(xian)的控制方程為(wei)：

掠葉片控制(zhi)曲線的控制(zhi)方(fang)程為(wei)：

式中，

px為彎葉片控制曲線x方向(xiang)坐標；

py為彎葉片控制曲線(xian)y方(fang)向坐標；

pz為(wei)掠葉片控制曲線z方向坐標；

pr為掠葉片控(kong)制曲(qu)線r方向坐標(biao)；

t為bezier函數自變(bian)量；

r為葉輪半徑；

r0為葉根半徑；

α為彎角；

β為掠角；

kx為彎葉片控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)曲線x方(fang)向控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)參數；

ky為(wei)彎葉(xie)片控(kong)制曲線y方向控(kong)制參數；

kz為(wei)掠葉片控制(zhi)曲線z方向(xiang)控制(zhi)參數；

kr為掠葉(xie)片控制曲線r方向控制參數(shu)；

x方向和(he)y方向分別為(wei)葉根(gen)重心彎(wan)角為(wei)0°時，圓柱坐(zuo)標系(xi)轉(zhuan)換為(wei)直角坐(zuo)標系(xi)后的x方向和(he)y方向；

z方向(xiang)(xiang)為軸向(xiang)(xiang)，r方向(xiang)(xiang)為徑向(xiang)(xiang)。

對于葉(xie)輪半(ban)徑為600～700mm的農(nong)用通(tong)風機葉(xie)片(pian)，

所述彎葉(xie)片的三個(ge)設計參數(shu)為(wei)：

α的(de)取(qu)值(zhi)范圍為5～15°；

kx的取值范圍(wei)為0.5～1.5；

ky的取值范圍為0.5～1.0；

所述掠葉(xie)片的(de)三個設計(ji)參(can)數(shu)為：

β的取(qu)值(zhi)范圍(wei)為5～15°；

kz的(de)取值范圍為-0.5～0.5；

kr的取(qu)值范圍為0.5～1.0。

與(yu)現有技術相比，本發明(ming)的(de)有益效果在(zai)于：

(1)本發明采用(yong)二次bezier曲線(xian)(xian)設(she)(she)(she)計重心(xin)積疊(die)線(xian)(xian)的設(she)(she)(she)計方(fang)法，設(she)(she)(she)計參數簡(jian)單清晰、控(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)便，所獲(huo)得的重心(xin)積疊(die)線(xian)(xian)形狀靈活，能夠控(kong)制(zhi)(zhi)整(zheng)個葉(xie)高上葉(xie)片(pian)的彎(wan)掠形狀。

(2)本(ben)發明采用二次bezier曲線(xian)設計(ji)重(zhong)心(xin)積疊線(xian)的設計(ji)方法(fa)，設計(ji)參數(shu)及(ji)參數(shu)范圍明確，通(tong)過對設計(ji)參數(shu)的組(zu)合(he)，配合(he)優化算法(fa)，可(ke)得(de)到(dao)理論上相應優化目標下的最優彎掠葉片。

(3)本發明的由基于二次bezier曲線(xian)設計的重心積(ji)疊線(xian)控制葉片(pian)形狀的農(nong)用通風機彎掠葉片(pian)相比(bi)(bi)常規農(nong)用通風機，具有(you)更高(gao)的能效(xiao)比(bi)(bi)，能效(xiao)比(bi)(bi)提高(gao)了15％以(yi)上(shang)。

附圖說明

圖(tu)1a為本發(fa)明農(nong)用通風(feng)機(ji)彎葉片控制曲線設計圖(tu)；

圖1b為本發明農用通風機掠(lve)葉片控制曲線(xian)設計圖；

圖2為(wei)本(ben)發(fa)明一實施例(li)的彎掠葉片(pian)示意(yi)圖。

其中的附圖標記為：

1彎掠葉片

2輪轂

3截面

4重心積疊線

p0為葉根截面重心

p1為葉頂截面重心

p2為彎葉片形(xing)狀控(kong)制點

p3為掠葉片(pian)形狀控制點

α為彎角

β為掠角

具體實施方式

下面結(jie)合實施例對本發明(ming)進(jin)行進(jin)一步說明(ming)。

如圖1a、圖1b和圖2所示，多(duo)個農用通風機(ji)彎掠(lve)(lve)葉(xie)片(pian)1沿輪轂(gu)2的周向均勻徑向設(she)置構成葉(xie)輪。所述彎掠(lve)(lve)葉(xie)片(pian)1的葉(xie)片(pian)形狀由基于二(er)次bezier曲(qu)線(xian)設(she)計的重心積疊(die)線(xian)控制，其中，

重(zhong)心(xin)積疊線在周向平面(mian)內的(de)投影為彎葉片控(kong)(kong)制(zhi)曲線，位于x-y平面(mian)內，其控(kong)(kong)制(zhi)方程為：

重(zhong)心積疊線在軸(zhou)向平(ping)面內(nei)的旋轉投影為掠葉(xie)片控制曲線，位于r-z平(ping)面內(nei)，其控制方程為：

式中，

px為彎葉片控制曲線(xian)x方向坐(zuo)標；

py為彎葉片控制曲(qu)線y方向坐標；

pz為掠(lve)葉片控制曲線z方向(xiang)坐標；

pr為掠(lve)葉片控制曲線(xian)r方(fang)向坐標；

t為bezier函(han)數自變(bian)量(liang)；

r為葉輪半徑；

r0為葉根半徑；

α為彎角；

β為掠角；

kx為彎葉(xie)片控制(zhi)曲線x方向控制(zhi)參數(shu)；

ky為(wei)彎葉片控(kong)制曲線y方向(xiang)控(kong)制參數；

kz為掠葉(xie)片控制曲線(xian)z方(fang)向控制參數；

kr為掠葉(xie)片控制曲(qu)線r方(fang)向控制參數；

x方(fang)(fang)向(xiang)和y方(fang)(fang)向(xiang)分別(bie)為葉根重心(xin)彎角(jiao)為0°時，圓(yuan)柱坐標系(xi)轉換為直角(jiao)坐標系(xi)后的x方(fang)(fang)向(xiang)和y方(fang)(fang)向(xiang)；

z方(fang)向(xiang)為(wei)軸向(xiang)，r方(fang)向(xiang)為(wei)徑向(xiang)。

一種農(nong)用通風機彎(wan)掠葉片1的(de)設計方法，包(bao)括(kuo)：使用基于二次(ci)bezier曲(qu)線(xian)設計的(de)重心(xin)積疊線(xian)控制彎(wan)掠葉片1的(de)葉片形狀。

重心(xin)積疊線(xian)在周(zhou)向(xiang)平面(mian)內(nei)的投影為彎葉(xie)片(pian)控(kong)制曲(qu)(qu)線(xian)，位于(yu)x-y平面(mian)內(nei)；重心(xin)積疊線(xian)在軸向(xiang)平面(mian)內(nei)的旋轉投影為掠葉(xie)片(pian)控(kong)制曲(qu)(qu)線(xian)，位于(yu)r-z平面(mian)內(nei)。

二(er)次bezier曲(qu)線的首點(dian)(dian)p0為(wei)(wei)葉根截面重心(xin)，末點(dian)(dian)p1為(wei)(wei)葉頂截面重心(xin)。p2點(dian)(dian)為(wei)(wei)彎葉片形狀控(kong)(kong)制點(dian)(dian)，kx為(wei)(wei)p2點(dian)(dian)的x方(fang)向(xiang)控(kong)(kong)制參(can)(can)數，ky為(wei)(wei)p2點(dian)(dian)的y方(fang)向(xiang)控(kong)(kong)制參(can)(can)數。p3點(dian)(dian)為(wei)(wei)掠葉片形狀控(kong)(kong)制點(dian)(dian)，kz為(wei)(wei)p3點(dian)(dian)的z方(fang)向(xiang)控(kong)(kong)制參(can)(can)數，kr為(wei)(wei)p3點(dian)(dian)的r方(fang)向(xiang)控(kong)(kong)制參(can)(can)數。引入葉片具體參(can)(can)數：葉輪半(ban)徑r，葉根半(ban)徑r0，彎角(jiao)(jiao)α，掠角(jiao)(jiao)β。

則(ze)在直角(jiao)坐(zuo)標(biao)系下，彎(wan)葉片(pian)控(kong)制點p0、p1、p2的坐(zuo)標(biao)可(ke)以寫為：p0(0，r0)，p1(rsinα，rcosα)，p2(kxrsinα，kyrcosα)，掠(lve)葉片(pian)控(kong)制點p0、p1、p3的坐(zuo)標(biao)可(ke)以寫為：p0(0，r0)，p1(rtanβ，r)，p2(kzrtanβ，krr)。

彎葉(xie)片控制(zhi)(zhi)曲線的控制(zhi)(zhi)方程為：

掠葉(xie)片控制曲線的控制方程為：

式中，

px為彎(wan)葉片(pian)控制曲線x方向坐標；

py為彎葉片控制曲線y方(fang)向(xiang)坐(zuo)標；

pz為(wei)掠(lve)葉(xie)片(pian)控制曲線z方向坐標；

pr為掠葉片(pian)控(kong)制曲線r方向坐標；

t為bezier函數自(zi)變量；

r為葉輪半徑；

r0為葉根半徑；

α為彎角；

β為掠角；

kx為彎葉片(pian)控制曲線x方向控制參數；

ky為(wei)彎葉片(pian)控(kong)制曲線y方向控(kong)制參(can)數；

kz為(wei)掠葉片控(kong)制曲(qu)線z方向控(kong)制參數；

kr為掠葉片(pian)控制曲(qu)線(xian)r方向控制參數。

對于(yu)葉輪半徑(jing)為(wei)600～700mm的農用(yong)通風(feng)機(ji)葉片(pian)，

優選地，所述彎葉片(pian)的三個設計參數：

α的取值范圍是5～15°；

kx的取值范圍是0.5～1.5；

ky的取值范(fan)圍是(shi)0.5～1.0；

優選地(di)，所述掠(lve)葉(xie)片的三個設計參數(shu)：

β的取(qu)值范(fan)圍(wei)是5～15°；

kz的(de)取值范圍是-0.5～0.5；

kr的取(qu)值范圍(wei)是0.5～1.0。

結合(he)優(you)(you)化方法，可(ke)得到(dao)理(li)論上相(xiang)應優(you)(you)化目標下(xia)的(de)最優(you)(you)彎(wan)葉(xie)片和最優(you)(you)掠葉(xie)片參數組(zu)合(he)。對(dui)于(yu)不同大小的(de)葉(xie)輪，設計參數的(de)優(you)(you)化范圍(wei)可(ke)做適當調整。

實施例

將本發(fa)明(ming)的(de)(de)彎(wan)掠(lve)葉(xie)片設計方法應用(yong)(yong)(yong)在一常規農用(yong)(yong)(yong)通(tong)風機葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)，如(ru)圖2所示，該(gai)農用(yong)(yong)(yong)通(tong)風機葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)包括輪(lun)(lun)(lun)轂(gu)2和彎(wan)掠(lve)葉(xie)片1，六個彎(wan)掠(lve)葉(xie)片1圍繞輪(lun)(lun)(lun)轂(gu)2均勻安放。葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)半徑(jing)r＝634mm，葉(xie)根半徑(jing)r0＝114mm。根據(ju)本發(fa)明(ming)提出的(de)(de)彎(wan)葉(xie)片控制曲線(xian)表達式，則具(ju)體的(de)(de)彎(wan)葉(xie)片控制曲線(xian)的(de)(de)控制方程為：

具體的掠葉(xie)片控制曲線的控制方程為(wei)：

沿葉高均勻選取若(ruo)干個截面3，作為彎掠葉片造型截面。形狀(zhuang)控制(zhi)點確定重(zhong)心積(ji)疊線形狀(zhuang)，重(zhong)心積(ji)疊線形狀(zhuang)決定截面的位移。

對于彎葉(xie)片，保證(zheng)截面幾何(he)參(can)數(shu)不變(bian)，保持r、z方向(xiang)坐(zuo)標不變(bian)，根據彎葉(xie)片控(kong)制(zhi)曲(qu)線確定每一(yi)個截面x、y方向(xiang)位移量。

對于掠(lve)葉片，保(bao)證截面(mian)幾何參數(shu)不(bu)變(bian)，保(bao)持x、y、r方向坐標不(bu)變(bian)，根據掠(lve)葉片控制曲(qu)線確定每一個截面(mian)z方向位移量(liang)。

優化(hua)方(fang)法(fa)采用正(zheng)交試驗(yan)法(fa)，以(yi)能(neng)效比(bi)為優化(hua)目標，采用數(shu)值模(mo)擬方(fang)法(fa)對每(mei)種彎(wan)葉(xie)片(pian)和(he)掠(lve)葉(xie)片(pian)風機進行性能(neng)計(ji)算，得到能(neng)效比(bi)。表1、表2分(fen)別為彎(wan)葉(xie)片(pian)和(he)掠(lve)葉(xie)片(pian)的正(zheng)交試驗(yan)結果。

對比例常規農用通風機葉片α＝10°，kx＝1.2，ky＝0.7；能效比24.68m³/(h·w)。β＝5°，kz＝0，kr＝0.8，能效比24.68m³/(h·w)。

通過對正交試驗結果的分析，確定彎葉片的最優組合為α＝15°，kx＝1.5，ky＝0.5，取該最優組合下的彎葉片風機進行核算得到能效比為29.74m³/(h·w)，比常規農用通風機提高了20.5％。掠葉片的最優組合為β＝10°，kz＝-0.5，kr＝0.6，取該最優組合下的掠葉片風機進行核算得到能效比為28.49m³/(h·w)，比常(chang)規農用通風(feng)機提高了15.4％。

表1彎葉片正(zheng)交試驗結果

其中，k1、k2、k3分(fen)別指各因素在(zai)同一水平(ping)下的(de)平(ping)均值(zhi)，如α的(de)k1就是α＝5°的(de)條(tiao)件(jian)(jian)下的(de)風量(liang)平(ping)均值(zhi)，kx的(de)k1就是kx＝0.5的(de)條(tiao)件(jian)(jian)下的(de)能效比平(ping)均值(zhi)。

表2掠葉片正(zheng)交(jiao)試驗結果