[發明專利]一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結構

有效

• 申請號: 201710500746.2
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107084158B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 王博;吳艷輝;劉凱;劉思余
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F04D29/54
• 分類號: F04D29/54;F04D29/68
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結構，采用記憶合金驅動器+尾緣鋸齒滑塊模式，并將其約束在軸流風機空心靜葉內部；兩組記憶合金驅動器固定在機匣和輪轂上的槽道的端部；尾緣鋸齒滑塊安裝在機匣和輪轂內位于靜子葉片尾緣的側面，尾緣鋸齒滑塊的連接桿通過連接環與記憶合金驅動器相連接。在不同轉速下，利用電壓控制記憶合金絲的伸長量，進而改變尾緣鋸齒滑塊的位移，使之與尾跡寬度一致，有效地降低靜葉尾緣寬頻噪聲。同時，低速軸流風機在不同轉速下的尾跡變化較小，所采用的記憶合金驅動方式實現毫米級位移的控制，具有較高的控制精度，并且確保尾緣鋸齒滑塊與尾跡寬度的一致性，使得控制達到最佳效果。

技術領域

本發明涉及葉輪機械降噪技術領域，具體地說，涉及一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結構。

背景技術

葉輪機械是一種借助連續旋轉葉片與發生能量交換的動力機械。但是，常見的葉輪機械，如軸流風機，在處理噪聲問題上卻存在著很大的缺陷。噪聲通常可分為振動噪聲與氣動噪聲兩大類。振動噪聲主要由機械振動產生，通常借助動平衡來加以控制。氣動噪聲則是由于流場中的湍流脈動產生，一般通過流動控制技術，對湍流團的擊碎、疏導等方式來減弱。軸流風機主要由轉子葉片和靜子葉片兩個基本部分實現，其尾緣與湍流邊界層干涉輻射出的寬頻噪聲是軸流風機的噪聲來源之一。

葉片尾緣鋸齒構型，由于其能將葉片的脫落渦分割成數個小渦，并防止尾跡脫落渦集中產生，降低葉片尾緣附近的壓力脈動，進而實現降噪。

專利CN102635573公開了“一種齒形尾緣軸流風扇”，該齒形尾緣軸流風扇是在常規風扇尾緣添加固定結構大小的鋸齒結構，并在某一轉速下達到了一定的降噪效果。但是，該齒形尾緣軸流風扇的鋸齒結構寬度固定，可在某一特定轉速下能達到較好的降噪目的，但在其它轉速下的降噪效果欠佳。并且，該齒形尾緣軸流風扇僅僅降低了轉子葉片尾緣噪聲，而對于具有靜葉的葉輪機械，其靜葉會輻射出寬頻噪聲。因此，目前需要的是一種在各轉速條件下均能有效降低靜葉尾緣噪聲的鋸齒結構。

在不同的工作狀況下，不同寬度的鋸齒結構對降噪效果的影響有所不同。現有公開的技術文獻“葉片鋸齒尾緣對降低空調室外機氣動噪聲影響的試驗研究”(《工程熱物理學報》，2011,10:1681-1684)中研究表明，鋸齒寬度對降噪效果影響較大，而當鋸齒寬度與尾跡寬度相一致時，降噪效果較好。軸流風機的動葉轉速決定了靜葉上游來流速度，而來流速度對靜葉表面邊界層發展產生影響，進而決定了尾跡寬度。由此可見，可以通過實驗或數值模擬得到不同轉速下的尾跡寬度，進而獲取最佳尾緣鋸齒寬度。

形狀記憶合金(簡稱SMA)是一種具有形狀記憶功能的合金，兼有感知和驅動功能的新型材料。形狀記憶合金驅動器就是利用形狀記憶合金形狀記憶效應中的位移和力來對外界做功的機構。在航空航天制造領域，形狀記憶合金驅動器應用前景廣闊。利用形狀記憶合金驅動器制成的變形機翼、進氣道、噴口等，可根據自身工作狀況變化情況，改變關鍵位置的幾何尺寸，以實現流動控制。發明專利CN104314621提出了一種基于記憶合金的渦輪葉尖間隙控制系統的快速響應控制裝置。其中所采用的記憶合金絲-壓縮彈簧偏動式驅動器，實現葉頂間隙的精確控制。目前形狀記憶性能較好的TiNi基合金，其最佳回復應變約為8％，其設計得到的驅動機構受熱回復應變為3％至5％。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結構；采用記憶合金驅動器+鋸齒尾緣滑塊模式，并將其約束在軸流風機空心靜葉內部；在不同的檔位下，利用記憶合金作為驅動元件，控制尾緣鋸齒滑塊的位移尺寸，建立轉速與尾緣鋸齒寬度的關系，進而獲得最佳的降噪效果。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括靜子葉片、機匣、輪轂、滑槽、安裝基座、槽道、尾緣鋸齒滑塊、連接桿、連接環和記憶合金驅動器，所述靜子葉片與機匣和輪轂固定連接，機匣和輪轂上開有對稱的槽道，且位于靜子葉片尾緣同側面，槽道用于尾緣鋸齒滑塊的連接桿伸出，滑槽位于機匣和輪轂內側槽道端部下游，滑槽用于約束尾緣鋸齒滑塊移動；