本發(fā)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(jié)構(gòu)。

背景技術：

葉輪機械是一種借助連續(xù)旋轉(zhuǎn)葉片與發(fā)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?？煞譃檎駝釉肼暸c氣動噪聲兩大類。振動噪聲主要由機械振動產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)子葉片和靜子葉片兩個基本部分實現(xiàn)，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(gòu)型，由于其能將葉片的脫落渦分割成數(shù)個小渦，并防止尾跡脫落渦集中產(chǎn)生，降低葉片尾緣附近的壓力脈動，進而實現(xiàn)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(guī)風扇尾緣添加固定結(jié)構(gòu)大小的鋸齒結(jié)構(gòu)，并在某一轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)寬度固定，可在某一特定轉(zhuǎn)速下能達到較好的降噪目的，但在其它轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速條件下均能有效降低靜葉尾緣噪聲的鋸齒結(jié)構(gòu)。

在不同的工作狀況下，不同寬度的鋸齒結(jié)構(gòu)對降噪效果的影響有所不同?，F(xiàn)有公開的技術文獻“葉片鋸齒尾緣對降低空調(diào)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(zhuǎn)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(fā)展產(chǎn)生影響，進而決定了尾跡寬度。由此可見，可以通過實驗或數(shù)值模擬得到不同轉(zhuǎn)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(qū)動功能的新型材料。形狀記憶合金驅(qū)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(gòu)。在航空航天制造領域，形狀記憶合金驅(qū)動器應用前景廣闊。利用形狀記憶合金驅(qū)動器制成的變形機翼、進氣道、噴口等，可根據(jù)自身工作狀況變化情況，改變關鍵位置的幾何尺寸，以實現(xiàn)流動控制。發(fā)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(tǒng)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(qū)動器，實現(xiàn)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(qū)動機構(gòu)受熱回復應變?yōu)?％至5％。

技術實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提出一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)；采用記憶合金驅(qū)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(nèi)部；在不同的檔位下，利用記憶合金作為驅(qū)動元件，控制尾緣鋸齒滑塊的位移尺寸，建立轉(zhuǎn)速與尾緣鋸齒寬度的關系，進而獲得最佳的降噪效果。

本發(fā)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(huán)和記憶合金驅(qū)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(cè)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(nèi)側(cè)槽道端部下游，滑槽用于約束尾緣鋸齒滑塊移動；

所述尾緣鋸齒滑塊為整體加工成型的片狀體，尾緣鋸齒滑塊一側(cè)邊加工有鋸齒，另一側(cè)邊兩端有凸出的連接桿，兩端連接桿分別穿過機匣和輪轂上的槽道，兩端連接桿分別與帶有內(nèi)螺紋的連接環(huán)固連，并通過連接環(huán)與記憶合金驅(qū)動器相連接；尾緣鋸齒滑塊位于靜子葉片尾緣側(cè)面沿著槽道與滑槽移動，實現(xiàn)尾緣鋸齒滑塊位移的改變；

所述記憶合金驅(qū)動器為兩組，兩組記憶合金驅(qū)動器分別位于機匣和輪轂上的槽道端部；所述記憶合金驅(qū)動器包括矩形定板、記憶合金絲、偏動彈簧、驅(qū)動桿、外套筒、圓形動板，所述矩形定板中心有圓孔，矩形定板與安裝基座一端固連并通過安裝基座固定在機匣和輪轂上，矩形定板中心圓孔用于導線的引出；所述驅(qū)動桿一端與連接桿上的連接環(huán)螺紋連接，驅(qū)動桿上加工有圓形動板，用于支撐偏動彈簧和記憶合金絲；所述記憶合金絲兩端分別與矩形定板和圓形動板連接，記憶合金絲為拉伸狀態(tài)，記憶合金絲之間通過導線串聯(lián)，由軸流風機控制系統(tǒng)在兩端施加直流電壓；所述偏動彈簧套裝在記憶合金絲的外側(cè)，偏動彈簧兩端分別與矩形定板和圓形動板連接，偏動彈簧為壓縮狀態(tài)；所述外套筒嵌套在偏動彈簧外側(cè)，外套筒一端與矩形定板固連，另一端為敞口端。

所述記憶合金絲沿驅(qū)動桿周向分布為多根。

所述記憶合金絲為tini合金材料。

所述靜子葉片為空心厚葉片或薄葉片。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)，采用記憶合金驅(qū)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(nèi)部；兩組記憶合金驅(qū)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(nèi)位于靜子葉片尾緣的側(cè)面，尾緣鋸齒滑塊的連接桿通過連接環(huán)與記憶合金驅(qū)動器相連接。在不同轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速下的尾跡變化較小，所采用的記憶合金驅(qū)動方式實現(xiàn)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。

本發(fā)明基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)，利用記憶合金作為驅(qū)動元件，控制尾緣鋸齒滑塊的位移尺寸，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用操作方便的特點；且不會使結(jié)構(gòu)增加較大重量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)的靜子葉片與槽道部位示意圖。

圖3為圖2的靜子葉片側(cè)的滑槽與槽道放大圖。

圖4為本發(fā)明軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)的尾緣鋸齒滑塊示意圖。

圖5為本發(fā)明軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)的記憶合金驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為不同轉(zhuǎn)速下的靜葉尾跡寬度示意圖。

圖中:

1.靜子葉片2.機匣3.輪轂4.滑槽5.安裝基座6.槽道7.尾緣鋸齒滑塊8.連接桿9.連接環(huán)10.矩形定板11.記憶合金絲12.偏動彈簧13.驅(qū)動桿14.外套筒15.圓形動板

具體實施方式

本實施例是一種基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)。

本實施例是借助尾緣鋸齒滑塊破碎脫落渦的原理，以其達到降低軸流風機靜葉尾緣噪聲的目的。通過記憶合金驅(qū)動器，實現(xiàn)尾緣鋸齒滑塊的調(diào)節(jié)，使其與不同轉(zhuǎn)速下的尾跡寬度相近，進而將軸流風機靜葉的尾緣噪聲控制到最低。

參閱圖1～圖5，本實施例基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)，由靜子葉片1、機匣2、輪轂3、滑槽4、安裝基座5、槽道6、尾緣鋸齒滑塊7、連接桿8、連接環(huán)9和記憶合金驅(qū)動器組成；其中，靜子葉片1為滿足強度要求的空心厚葉片或薄葉片；靜子葉片1與機匣2和輪轂3固定連接，機匣2和輪轂3上開有槽道6，且位于靜子葉片尾緣同側(cè)面，槽道6用于尾緣鋸齒滑塊7的連接桿8伸出，滑槽4位于機匣2和輪轂3內(nèi)側(cè)槽道6端部下游，滑槽4用于約束尾緣鋸齒滑塊7滑動。尾緣鋸齒滑塊7為整體加工成型的片狀體；尾緣鋸齒滑塊7一側(cè)邊加工有鋸齒，尾緣鋸齒滑塊7另一側(cè)邊兩端有凸出的連接桿8，兩端連接桿8分別穿過機匣2和輪轂3上的槽道6，兩端連接桿8分別與帶有內(nèi)螺紋的連接環(huán)9固連，并通過連接環(huán)9與記憶合金驅(qū)動器相連接。尾緣鋸齒滑塊7位于靜子葉片尾緣側(cè)面沿著槽道6與滑槽4移動，實現(xiàn)尾緣鋸齒滑塊7位移的改變。

本實施例中，每個靜子葉片有兩組記憶合金驅(qū)動器,兩組記憶合金驅(qū)動器分別安裝在機匣2和輪轂3上的槽道6端部。記憶合金驅(qū)動器包括矩形定板10、記憶合金絲11、偏動彈簧12、驅(qū)動桿13、外套筒14、圓形動板15；矩形定板10中心加工有圓孔，矩形定板10與安裝基座5一端固連并通過安裝基座固定在機匣2和輪轂3上，矩形定板10中心圓孔用于導線的引出。驅(qū)動桿13一端與連接桿8上的連接環(huán)9螺紋連接，驅(qū)動桿13上有圓形動板用于支撐偏動彈簧12和記憶合金絲11。本實施例中記憶合金絲11由tini合金材料制成，每個記憶合金驅(qū)動器有四根記憶合金絲11，記憶合金絲11兩端分別與矩形定板10和圓形動板15連接，記憶合金絲11為拉伸狀態(tài)，并且記憶合金絲11之間通過導線串聯(lián)，由軸流風機控制系統(tǒng)在兩端施加直流電壓。偏動彈簧12為壓縮狀態(tài)套裝在記憶合金絲11的外側(cè)，偏動彈簧12兩端分別與矩形定板10和圓形動板15連接。外套筒14嵌套在偏動彈簧12外側(cè)，外套筒14一端與矩形定板10固定連接，另一端為敞口端。

本實施例基于記憶合金的軸流風機靜葉降噪結(jié)構(gòu)的工作原理為:由傳熱學知識得到公式(1):

式中，u為電壓、r為電阻、h為對流換熱系數(shù)、a為記憶合金絲的表面積、t為記憶合金絲11表面溫度、t0為環(huán)境溫度?？梢钥闯觯洃浐辖鸾z11兩端的電壓越高，其溫度就越高，使得記憶合金絲11的剛度增加，發(fā)生回復變形，帶動驅(qū)動桿13收縮。在風機的低轉(zhuǎn)速工況下，靜子葉片1的來流速度較低，附面層較厚，尾跡寬度大。此時在記憶合金絲11兩端施加低電壓，記憶合金絲11輸出的可回復應變小，露出靜葉尾緣的鋸齒寬度較大。當風機變檔至高轉(zhuǎn)速工況時，將記憶合金絲11兩端的電壓升高，使其輸出的可回復應變增加，驅(qū)動桿13帶動片狀鋸齒尾緣滑塊7向內(nèi)收縮，鋸齒寬度減小，與高轉(zhuǎn)速較小的尾跡寬度相適應。

如圖6所示，某低速軸流風機共有10765rpm、8130rpm、5059rpm三個檔位，由cfd計算可知，靜子葉片1在10765rpm、8130rpm、5059rpm三個檔位下的尾跡寬度分別為:2.72mm、3.46mm、5.03mm。本實施例所采用的尾緣鋸齒幅值與齒寬之比為0.866，所以片狀尾緣鋸齒滑塊7伸出的距離分別是:2.36mm、2.99mm、4.35mm。當轉(zhuǎn)速為5059rpm時，記憶合金絲11不產(chǎn)生回復位移，轉(zhuǎn)速為10765rpm、8130rpm時所需要的變形量為1.99mm、1.36mm。選取最大可回復應變?yōu)?％、長度為40mm的記憶合金絲11，可以實現(xiàn)2mm的最大可回復位移。

在軸流風機工作過程中，依靠記憶合金絲11兩端的電壓合理控制其相變過程，從而改變片狀尾緣鋸齒滑塊7的位置，實現(xiàn)鋸齒寬度的調(diào)控。實際應用中，通過工程計算，合理選擇每個轉(zhuǎn)速下記憶合金絲11所需的電壓值，使得尾緣鋸齒滑塊7與尾跡寬度盡可能一致，進而達到降低軸流風機靜葉寬頻噪聲的目的。