[發明專利]一種葉尖小翼的設計方法

在審

• 申請號: 202111060992.3
• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN113883092A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 李龍婷
• 申請（專利權）人: 蘇州浪潮智能科技有限公司
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F04D29/66
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 初曉麗

本發明公開了一種葉尖小翼的設計方法，包括如下步驟：(1)、根據葉頂截面的氣動負荷值沿著風扇葉型壓力面從前緣到尾緣沿程分別選取5個控制點，確定葉尖小翼不同位置的寬度。(2)、葉尖小翼與風扇葉片之間的連接方式采用圓弧過渡形式，對于不同控制點小翼寬度的不同取決于過渡圓弧半徑R的大小。(3)、當小翼5個控制點的寬度尺寸確定后，采用樣條擬合的方式，連接扇葉頂截面葉型前緣點、5個控制點及扇葉頂截面葉型尾緣點，完成葉尖小翼邊緣形狀設計。從葉尖泄露渦形成本質原因出發，提出一種針對服務器用高轉速散熱風扇更高效、更簡單的葉尖小翼設計方法，解決了小翼設計過程需反復迭代引起的設計周期較長問題。

技術領域

本發明涉及散熱風扇領域，具體的說是一種葉尖小翼的設計方法。

背景技術

對于扇葉來說，由旋轉機械徑向平衡方程可知，其固有屬性之一為壓力面側流體靜壓大于吸力面側，因此，當氣流流過扇葉時，這種靜壓差的存在會導致葉頂間隙處的氣流從壓力面一側向吸力面一側泄漏，并產生旋渦，帶來氣動損失，因而，降低葉頂間隙尺寸是一種行之有效可以抑制葉頂泄漏流的方法，這也是目前散熱軸流風扇設計者所廣泛采用的一種方法且不斷在追求間隙極限。目前，對于通用服務器所用40mm、60mm及80mm風扇來說，其葉頂間隙大小分別約為0.4～0.5mm、0.6mm以及0.8mm，根據風扇流場分析結果，對于40mm風扇來說，間隙需要達到0.2mm，對于60mm/80mm風扇來說，間隙需要降低到0.3mm，才可實現和零間隙一樣的效果，而由于當前服務器用風扇轉速較高，范圍普遍位于15000～35000rpm之間，且扇葉均采用塑膠材質加工而成，在扇葉高速旋轉過程中會發生相對較大變形，若葉尖間隙太小會產生剮蹭，引起故障，因而風扇設計者也在不斷探求發展具有更高抗變形能力的塑膠材料，但采用更小間隙設計是否可行還有待進一步評估，因此，目前所采用的通過新型材料探索來降低葉頂間隙尺寸的傳統方法仍然無法解決葉頂泄漏所帶來的氣動損失及氣動噪聲問題，仍需探索一些其余新型可行的抑制葉頂泄漏流的新技術。

近年來，在風力發電機及風機領域，一些學者提出了一種采用葉尖小翼設計來控制葉頂泄漏流的技術方案，研究結果表明這種設計可有效降低葉尖渦的尺寸和強度，從而提高氣動效率并降低氣動噪聲。發明專利CN103485973A提出了一種用于風力發電機葉片的葉尖小翼設計，發明專利CN101255873A提出了一種用于軸流壓氣機轉子的葉尖小翼設計。從背景技術來看，與風力發電機相比，由于葉片不受到扇框/機匣約束，其所采用小翼形狀無法直接用于風扇；與壓氣機相比，電子產品所用散熱風扇屬于微型軸流風機，徑向尺寸較小，屬于小展弦比風機，同時壓氣機比較關注氣體總壓及靜壓提升，而電子風扇較關注氣體速度提升，這些均導致這兩種風機在工作機理、特性曲線、噪聲源等方面有明顯區別。此外，上述專利中僅僅闡述了葉尖小翼對于各自研究對象葉頂泄漏流的抑制作用機理，并未提及小翼尺寸設計方法。發明專利CN111425451及CN112901555中均針對斜流風機提出了葉尖小翼的設計方法，但是其設計方法存在以下弊端：(1)并沒有從小翼控制葉頂泄漏流的根本原理上來考慮小翼尺寸的設計，且設計方法較為復雜，為獲得具有較好效果尺寸小翼，設計過程需要反復迭代，導致設計周期較長，同時可能會因為局部尺寸設計不合理在沒有獲得收益的情況下，反倒因為扇葉質量的增加對于結構強度產生附件影響；(2)在進行葉尖小翼設計過程中沒有將扇葉改型設計結合起來，如果依托葉尖小翼在減少泄漏損失方面的優勢，在葉片頂截面造型過程中，在傳統設計經驗的基礎上增加該截面氣動負荷以提高風扇的風壓、風量，可以達到更優提升扇葉性能效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種葉尖小翼的設計方法，解決了小翼設計過程需反復迭代引起的設計周期較長問題，同時提出在采用小翼設計基礎上，增加扇葉頂截面葉型負荷，從而對扇葉頂截面進行改型設計，進一步提升扇葉氣動性能。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種葉尖小翼的設計方法，包括如下步驟：

(1)、首先給出風扇葉頂截面的氣動負荷分布數值，根據葉頂截面的氣動負荷值沿著風扇葉型壓力面從前緣到尾緣沿程分別選取5個控制點，根據5個不同的控制點確定葉尖小翼不同位置的寬度；