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[摘要]本文主要对轴流通风机的设计与参数进行了研究和分析，并重点对轴流风机叶片的设计理论进行了深入探究，为研发一款新型流量大，全压高的变压器轴流通风机提供了坚实的理论支撑。并在实际生产中进行了应用，得到了很好的收效。
[关键词] 轴流风机 叶片 设计
变压器轴流通风机是大中型电力变压器冷却系统的重要组成部分。一般要求其具有较好的性能，即流量大，全压高，噪声小。轴流通风机的结构形式比较单一，一般由电机、叶轮、支架、机壳和防护罩等几部分组成，但是其中叶轮的结构和外形，特别是叶片的形状、型线却变化很多，对轴流通风机的气动性能也起着决定性的作用。因此，在实际生产中对轴流风机叶片的设计理论进行了深入探究，并进行了应用。
一、轴流风机叶片设计理论
轴流风机的叶片通常是流线型的，其设计的核心就是叶片型线设计。本文根据扭曲叶片理论，采用全三维造型来进行叶片流型设计，并结合空气动力学理论，应用变环量流线型设计方法，并通过改变叶片的冲角来改变叶片表面摩擦阻力，绕翼型气流保持其流线形状，使气流在风机内运行稳定、通畅，使叶片的做功分布更加符合运动规律，从而保证风机运行在最高效率点，达到低噪、节能，发挥出更高的功能转换效益。
首先，基于抛物面理论，我们在柱坐标下建立叶片中型面方程：
Z=B（1-F1/a） （1）
其中：F=[tanθ-tan（θ-λ）]/tanθ，通过参数θ、a、B等的取值變化，可以控制叶片的扭曲程度和倾斜情况，从而可以满足不同场合下的需要。
根据变环量设计方法，并综合考虑叶轮叶根的机械强度、叶尖部分的加工工艺，我们采用如下的叶片凸面和凹面方程：
z1=B（1-F1/a）+ Δz+（r2-r）tanδ1[1-（1-2λ/θ）2] （2）
z2=B（1-F1/a）-r1r2tan[δ2f（t）]/r （3）
上述两式中，第二项的作用是对叶片分块进行不同程度的加厚，以提高叶片的机械强度；第一项则是为了增大叶尖部分的厚度以方便加工。在叶片设计中，根据设计要求和气动参数，结合B、θ、a等一些优化设计参数，由（1）、（2）和（3）式就可以确定风机叶轮的结构参数及叶片的几何形状。由此构造成型的扭曲叶片不但方便加工，而且便于下面的参数计算。
二、轴流风机的叶片设计
依据以上设计得到的叶片结构参数和叶片几何参数，设计了一款实用新型旨在提供一种流量大、全压高的9Q系列变压器轴流通风机，其中9表示风机叶轮直径为900mm，Q表示风机为前吹式。其总体结构形式由电机、叶轮、导流罩、支架、机壳和防护罩等6部分组成。其特征是电机位于风机的进口端，电机轴和叶轮相连，驱动叶轮旋转，电机由支架支撑，外面套有导流罩，导流罩位于风机的进口端，为中空的锥形柱体，底端面的直径和轮毂的直径相等，机壳为直径910mm的圆筒形。在进口端略呈喇叭口状，以使气流平顺地进入风机的流道，在风机的进口端端面上有防护罩，以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。
其中的风机叶片为特殊设计，在设计过程中采用了抛物面理论和不等功原理，对叶片的流型和流面进行全三维的造型设计，得到的叶片为三维的扭曲叶片，其特征为叶片不等厚，型面连续光滑，任一相贯面与型面相割，得到的相贯线呈流线形状的机翼形，以使风机具有优良的气动性能；并且通过改变叶片的冲角来改变叶片表面摩擦阻力，绕翼型气流保持其流线形状，使气流在风机内运行稳定、通畅，使叶片的做功分布更加符合运动规律。此新型轴流风机的总体结构中，增加了导流罩部分，导流罩位于风机的进口端，套在电机的外面，其作用是使气流平顺地进入通风机的流道，从而提高风机叶轮在进口端的吸力，使通风机能发挥最大的效率。因而9Q系列变压器轴流通风机具有优良的气动性能，流量大，全压高，噪声低，能耗省，运行稳定，性能曲线平坦，使用范围广。如下图所示。
图1： 防护罩-1，机壳-2，，支架-3，整流罩-4，叶轮-5，电机-6，电机轴-7，叶片-8，轮毂-9
具体实施方式：本新型风机优选实施的总体结构示意图，气流方向为由左向右。电机6位于风机的进口端，电机轴7和叶轮5相连，驱动叶轮旋转。电机由支架3支撑，外面套有整流罩4，整流罩为中空的锥形柱体，锥体的锥度为13°，长度约为236mm，底端面的直径和轮毂的直径相等。机壳2为直径910mm的圆筒形，在进口端略呈喇叭口状，以使气流平顺地进入风机的流道。在风机的进口端端面上设计有防护罩1，以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。
叶轮由叶片8和轮毂9组成，整个叶轮直径为900mm，轮毂的直径和叶轮的直径之比，即轮毂比可以在0.45至0.55范围变化，在本实施例中轮毂比为0.5，即轮毂直径为450mm。叶轮宽度的选择范围为110mm至130mm，在本实例中为120mm。叶片以一定的叶片包角安装在轮毂上，叶片包角的变化范围可以在25°至33°至范围内变动，叶片包角增大，可以使风机的最大流量和全压增加，在本实施例中，叶片包角为31°。叶片在轮毂的周向均匀布置，在具体的实施中，叶片的数目可以根据性能的需要在3片到8片的范围内选择，其规律是叶片数减少，则风量减小，风压降低。在本实例中，叶片的数目为8片。
图2：，叶根-10，叶梢-11。
图2分别为本实用新型的叶片8的正视图、侧视图和俯视图。叶片8为三维扭曲叶片，叶片凸面、中型面和凹面的抛物指数a1、a和a2分别为0.5、0.55、0.6。
图3：叶剖面展开图
图3显示的分别为三个典型的叶剖面展开后的形状，即用半径分别为r=450mm（叶梢），r=355.76mm（叶根）圆柱面和叶片相切所得到的的叶片轮廓线展开后的形状。叶片8的特征是，其叶根10宽度较小，而叶梢宽度大，从叶梢到叶根，叶片的宽度逐渐减小，但叶剖面的最大厚度则逐渐增加。非常好的保证了运行曲线的平滑；叶片的强度、耐磨性等其它叶片的使用性能。
本文在挖掘叶片几何参数的基础上，建立了与扭曲叶片结构参数相关的气动方程。该设计应用中经验公式采用较少，设计方法准确与可靠性得到了保障。
该理论在实际生产中得到了广泛应用，新型轴流风机得到了用户的一致好评，为我厂创造了良好的经济效益，也为国家的经济建设作出了贡献。
参考文献：
[1]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制[J].变压器.2013（10）
[2]符艳军.低压轴流通风机降噪的优化设计[J].风机技术.2011（03）
[2]张汉昶.通风机的使用与维修
[关键词] 轴流风机 叶片 设计
变压器轴流通风机是大中型电力变压器冷却系统的重要组成部分。一般要求其具有较好的性能，即流量大，全压高，噪声小。轴流通风机的结构形式比较单一，一般由电机、叶轮、支架、机壳和防护罩等几部分组成，但是其中叶轮的结构和外形，特别是叶片的形状、型线却变化很多，对轴流通风机的气动性能也起着决定性的作用。因此，在实际生产中对轴流风机叶片的设计理论进行了深入探究，并进行了应用。
一、轴流风机叶片设计理论
轴流风机的叶片通常是流线型的，其设计的核心就是叶片型线设计。本文根据扭曲叶片理论，采用全三维造型来进行叶片流型设计，并结合空气动力学理论，应用变环量流线型设计方法，并通过改变叶片的冲角来改变叶片表面摩擦阻力，绕翼型气流保持其流线形状，使气流在风机内运行稳定、通畅，使叶片的做功分布更加符合运动规律，从而保证风机运行在最高效率点，达到低噪、节能，发挥出更高的功能转换效益。
首先，基于抛物面理论，我们在柱坐标下建立叶片中型面方程：
Z=B（1-F1/a） （1）
其中：F=[tanθ-tan（θ-λ）]/tanθ，通过参数θ、a、B等的取值變化，可以控制叶片的扭曲程度和倾斜情况，从而可以满足不同场合下的需要。
根据变环量设计方法，并综合考虑叶轮叶根的机械强度、叶尖部分的加工工艺，我们采用如下的叶片凸面和凹面方程：
z1=B（1-F1/a）+ Δz+（r2-r）tanδ1[1-（1-2λ/θ）2] （2）
z2=B（1-F1/a）-r1r2tan[δ2f（t）]/r （3）
上述两式中，第二项的作用是对叶片分块进行不同程度的加厚，以提高叶片的机械强度；第一项则是为了增大叶尖部分的厚度以方便加工。在叶片设计中，根据设计要求和气动参数，结合B、θ、a等一些优化设计参数，由（1）、（2）和（3）式就可以确定风机叶轮的结构参数及叶片的几何形状。由此构造成型的扭曲叶片不但方便加工，而且便于下面的参数计算。
二、轴流风机的叶片设计
依据以上设计得到的叶片结构参数和叶片几何参数，设计了一款实用新型旨在提供一种流量大、全压高的9Q系列变压器轴流通风机，其中9表示风机叶轮直径为900mm，Q表示风机为前吹式。其总体结构形式由电机、叶轮、导流罩、支架、机壳和防护罩等6部分组成。其特征是电机位于风机的进口端，电机轴和叶轮相连，驱动叶轮旋转，电机由支架支撑，外面套有导流罩，导流罩位于风机的进口端，为中空的锥形柱体，底端面的直径和轮毂的直径相等，机壳为直径910mm的圆筒形。在进口端略呈喇叭口状，以使气流平顺地进入风机的流道，在风机的进口端端面上有防护罩，以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。
其中的风机叶片为特殊设计，在设计过程中采用了抛物面理论和不等功原理，对叶片的流型和流面进行全三维的造型设计，得到的叶片为三维的扭曲叶片，其特征为叶片不等厚，型面连续光滑，任一相贯面与型面相割，得到的相贯线呈流线形状的机翼形，以使风机具有优良的气动性能；并且通过改变叶片的冲角来改变叶片表面摩擦阻力，绕翼型气流保持其流线形状，使气流在风机内运行稳定、通畅，使叶片的做功分布更加符合运动规律。此新型轴流风机的总体结构中，增加了导流罩部分，导流罩位于风机的进口端，套在电机的外面，其作用是使气流平顺地进入通风机的流道，从而提高风机叶轮在进口端的吸力，使通风机能发挥最大的效率。因而9Q系列变压器轴流通风机具有优良的气动性能，流量大，全压高，噪声低，能耗省，运行稳定，性能曲线平坦，使用范围广。如下图所示。
图1： 防护罩-1，机壳-2，，支架-3，整流罩-4，叶轮-5，电机-6，电机轴-7，叶片-8，轮毂-9
具体实施方式：本新型风机优选实施的总体结构示意图，气流方向为由左向右。电机6位于风机的进口端，电机轴7和叶轮5相连，驱动叶轮旋转。电机由支架3支撑，外面套有整流罩4，整流罩为中空的锥形柱体，锥体的锥度为13°，长度约为236mm，底端面的直径和轮毂的直径相等。机壳2为直径910mm的圆筒形，在进口端略呈喇叭口状，以使气流平顺地进入风机的流道。在风机的进口端端面上设计有防护罩1，以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。
叶轮由叶片8和轮毂9组成，整个叶轮直径为900mm，轮毂的直径和叶轮的直径之比，即轮毂比可以在0.45至0.55范围变化，在本实施例中轮毂比为0.5，即轮毂直径为450mm。叶轮宽度的选择范围为110mm至130mm，在本实例中为120mm。叶片以一定的叶片包角安装在轮毂上，叶片包角的变化范围可以在25°至33°至范围内变动，叶片包角增大，可以使风机的最大流量和全压增加，在本实施例中，叶片包角为31°。叶片在轮毂的周向均匀布置，在具体的实施中，叶片的数目可以根据性能的需要在3片到8片的范围内选择，其规律是叶片数减少，则风量减小，风压降低。在本实例中，叶片的数目为8片。
图2：，叶根-10，叶梢-11。
图2分别为本实用新型的叶片8的正视图、侧视图和俯视图。叶片8为三维扭曲叶片，叶片凸面、中型面和凹面的抛物指数a1、a和a2分别为0.5、0.55、0.6。
图3：叶剖面展开图
图3显示的分别为三个典型的叶剖面展开后的形状，即用半径分别为r=450mm（叶梢），r=355.76mm（叶根）圆柱面和叶片相切所得到的的叶片轮廓线展开后的形状。叶片8的特征是，其叶根10宽度较小，而叶梢宽度大，从叶梢到叶根，叶片的宽度逐渐减小，但叶剖面的最大厚度则逐渐增加。非常好的保证了运行曲线的平滑；叶片的强度、耐磨性等其它叶片的使用性能。
本文在挖掘叶片几何参数的基础上，建立了与扭曲叶片结构参数相关的气动方程。该设计应用中经验公式采用较少，设计方法准确与可靠性得到了保障。
该理论在实际生产中得到了广泛应用，新型轴流风机得到了用户的一致好评，为我厂创造了良好的经济效益，也为国家的经济建设作出了贡献。
参考文献：
[1]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制[J].变压器.2013（10）
[2]符艳军.低压轴流通风机降噪的优化设计[J].风机技术.2011（03）
[2]张汉昶.通风机的使用与维修