CN102213235B - 空调用轴流风扇的叶片、空调用轴流风扇 - Google Patents
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Abstract
空调用轴流风扇的叶片，以H％＝0.7，r＝38.18确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截叶片时，具有满足如下条件的特征截面：α1＝0°，α2＝178°，β＝33.2°，b＝84.7，P1x＝48.919，P1y＝15.919，P1z＝-10.865，P2x＝26.459，P2y＝-44.119，P2z＝20.478；在H％＝0.3，r＝38.18，H％＝0.19，r＝38.18确定的圆柱面分别截取叶片时上述参数值相应变化，未标注的单位均为mm。还提供空调用轴流风扇，所有叶片均为本发明叶片。通过最佳的参数匹配，使具有本发明叶片的空调用轴流风扇在额定工况范围内达到最佳的风量及降低噪音的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调用轴流风扇的叶片、以及具有该叶片的空调用轴流风扇。
背景技术
在空调用轴流风扇的设计过程中，叶片安装角的设计直接影响叶片的气动性能，因此对风扇风量产生重要影响。而叶片径向弯曲角及前掠弯曲角不仅影响风量，对气动噪音也有重要影响。目前在风扇设计过程中往往很难达到最佳的参数匹配，导致旧翼型风扇存在风量不足、噪音偏高的问题。随着计算机技术及计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)的发展，以及其具有周期短、成本低、可以有效分析各种影响因素以及定量化流场参数等优点，使其成为叶轮机械研究和设计研发领域中的一种全新手段，可以做到在风扇设计阶段就能够较为准确地预估其气动性能和声学特性，为风扇的参数优化和结构设计提供依据，并且可以减少试验的费用和工作量，缩短研发周期，提高企业的经济效益。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种空调用轴流风扇的叶片、以及具有该叶片的空调用轴流风扇，以解决现有技术中由于叶片设计不合理导致翼型风扇风量不足、噪音偏高的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种空调用轴流风扇的叶片，由多个特征截面迭合而成，特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，在以H％＝0.7，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的第一圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝0°,α2＝178°,β＝33.2°，b＝84.7mm，P1x＝48.919mm，P1y＝15.919mm，P1z＝-10.865mm，P2x＝26.459mm，P2y＝-44.119mm，P2z＝20.478mm；在以H％＝0.3，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝29°,α2＝144°,β＝28.4°，b＝177.9mm，P1x＝71.443mm，P1y＝102.571mm，P1z＝-46.663mm，P2x＝115.616mm，P2y＝-47.518mm，P2z＝37.948mm；在以H％＝0.19，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝55°,α2＝134°,β＝24.9°，b＝272.3mm，P1x＝57.071mm，P1y＝184.243mm，P1z＝-85.508mm，P2x＝199.547mm，P2y＝-19.016mm，P2z＝28.289mm；相关参数定义如下：
H％—r与R的比值；
r—风扇的轮毂内切圆柱面半径；
R—与所述轮毂内切圆柱面同心的不同圆柱面的半径为R；
L1—与所述轮毂内切圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的圆弧中点的连线；
L2—叶片的叶根弦线中点与风扇工作时旋转中心点的连线；
L3—所述圆弧中点与所述风扇工作时旋转中心点的连线；
α1—L2与L3之间的夹角；
L4—风扇的前缘与R对应的圆柱面交点处，沿所述前缘曲线的切线；
L5—通过L4切点P与所述旋转中心点的连线；
α2—L4与L5之间的夹角；
β—与风扇的轴线垂直的基准平面与通过与轮毂圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的弦线的夹角，称为叶片安装角；
P1、P2—指半径为R不同圆柱面与叶片压力面相交型线上叶片后缘及前缘的交点，坐标表示为P1(P1x，P1y，P1z)，P2(P2x，P2y，P2z)；
b—半径为R的圆柱面与叶片前缘及后缘交点的连线，称为翼型弦长；
xy平面、z轴—以叶片的叶根侧电机轴孔中心点为原点，以经过所述原点并垂直于风扇轴线的平面为xy平面，以原点与所述第一圆柱面和叶片后缘线交点连线为x轴正方向，以垂直于所述xy平面从所述压力面指向吸力面的方向为z轴方向。
优选地，在以H％＝0.6，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝6°,α2＝172°,β＝32.6°，b＝111.6mm，P1x＝53.557mm，P1y＝36.832mm，P1z＝-22.523mm，P2x＝30.425mm，P2y＝-57.439mm，P2z＝32.593mm；在以H％＝0.27，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝34°,α2＝142°,β＝27.5°，b＝199.4mm，P1x＝69.824mm，P1y＝121.345mm，P1z＝-54.265mm，P2x＝132.953mm，P2y＝-43.859mm，P2z＝37.935mm。
优选地，在以H％＝0.5，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝13°,α2＝152°,β＝31.1°，b＝130.9mm，P1x＝61.880mm，P1y＝50.703mm，P1z＝-28.457mm，P2x＝51.763mm，P2y＝-60.997mm，P2z＝39.219mm；在以H％＝0.25，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝39°,α2＝136°,β＝26.7°，b＝223.5mm，P1x＝65.325mm，P1y＝140.562mm，P1z＝-62.941mm，P2x＝149.661mm，P2y＝-40.330mm，P2z＝37.618mm。
优选地，在以H％＝0.4，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝19°,α2＝150°,β＝30.5°，b＝142.9mm，P1x＝67.242mm，P1y＝67.108mm，P1z＝-34.190mm，P2x＝76.975mm，P2y＝-55.677mm，P2z＝38.305mm；在以H％＝0.22，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝44°,α2＝132°,β＝26.1°，b＝249.7mm，P1x＝58.171mm，P1y＝159.738mm，P1z＝-72.537mm，P2x＝165.948mm，P2y＝-36.897mm，P2z＝37.289mm。
优选地，在以H％＝0.35，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝24°,α2＝147°,β＝29.4°，时，b＝158.9mm，P1x＝70.498mm，P1y＝84.439mm，P1z＝-40.077mm，P2x＝97.257mm，P2y＝-51.391mm，P2z＝38.015mm；在以H％＝0.20，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝49°,α2＝137°,β＝25.6°，b＝275.4mm，P1x＝49.684mm，P1y＝177.165mm，P1z＝-82.016mm，P2x＝180.880mm，P2y＝-33.739mm，P2z＝36.888mm。
优选地，相邻的每两个特征截面之间为连续光滑过渡。
优选地，H％的误差在±1％内；α1，α2，β的误差在±1°内；述r，b，P1x，P1y，P1z，P2x，P2y，P2z的误差在±1mm内。
优选地，叶片由注塑工艺制作，材料为增强聚丙烯。
另一方面，本发明还提供一种空调用轴流风扇，风扇的所有叶片均为本发明的叶片。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：通过最佳的参数匹配，使具有本发明叶片的空调用轴流风扇在额定工况范围内达到最佳的风量及降低噪音的目的。
附图说明
图1是具有本发明叶片的风扇的俯视图，示出了用以定义叶片的特征截面的一些结构参数；
图2是图1的左视图，示出了用以限定叶片特征截面的参数β；
图3是具有本发明叶片的风扇的另一视图，示出了其中一个叶片的11个特征截面，还清楚地示出了参数b、β；
图4是图1中一个叶片的放大示意图，示出了压力面、吸力面、前缘、后缘、以及叶片的一个特征截面及其翼型弦长；
图5是图4中特征截面的正视图，示出了用于限定特征截面的两个点P1、P2的位置；
图6是从叶顶俯视的由不同特征截面迭合而成的叶片示意图；
图7是从叶根俯视的由不同特征截面迭合而成的叶片示意图；
图8是本发明叶片的一个特征截面的压力分布图；
图9是本发明叶片的另一特征截面的压力分布图；
具体实施方式
如图1-7所示，描述本发明的空调用轴流风扇的叶片，其是由多个特征截面迭合而成的异形体，特征截面的轮廓型线(例如图5所示)是由压力面曲线和吸力面曲线围成的封闭曲线。叶片的特征截面由附表1所示参数限定，附表1示出了11个特征截面及其相应参数。
附表1:叶片的特征截面、及确定该特征截面的相关参数
结合图1-5对附表1中的相关参数定义如下：
H％—r与R的比值；
r—风扇的轮毂内切圆柱面半径，如图1所示；尽管图1示出风扇轮毂形状为三角形，但风扇轮毂也可以是圆形等；
R—与所述轮毂内切圆柱面同心的不同圆柱面的半径为R，如图1所示；
L1—与所述轮毂内切圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的圆弧中点的连线，如图1所示；
L2—叶片的叶根弦线中点Q与风扇工作时旋转中心点O的连线，如图1所示；
L3—所述圆弧中点与所述风扇工作时旋转中心点的连线，如图1所示；
α1—L2与L3之间的夹角，称为叶片径向弯曲角，如图1所示；
L4—风扇的前缘与R对应的圆柱面交点处，沿所述前缘曲线的切线，如图1所示；
L5—通过L4切点P与所述旋转中心点的连线，如图1所示；
α2—L4与L5之间的夹角，称为叶片前掠弯曲角，如图1所示；
β—与风扇的轴线垂直的基准平面与通过与轮毂圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的弦线的夹角，称为叶片安装角，如图2、3所示；
P1、P2—指半径为R不同圆柱面与叶片压力面相交型线上叶片后缘及前缘的交点，坐标表示为P1(P1x，P1y，P1z)，P2(P2x，P2y，P2z)，结合图4和5所示；为了更清楚地说明P1、P2，图4中示出了一特征截面的弦长b、叶片的后缘17、前缘15、压力面19、吸力面13；
b—半径为R的圆柱面与叶片前缘及后缘交点的连线，称为翼型弦长，如图3、4所示；
xy平面、z轴—以叶片的叶根侧电机轴孔中心点为原点，以经过原点并垂直于风扇轴线的平面为xy平面，以原点与第一圆柱面(以下详述，即，附表1的特征截面1所在的圆柱面)和叶片后缘线交点连线为x轴正方向，以垂直于所述xy平面从压力面指向吸力面的方向为z轴方向；在图1中，x轴方向是水平向右，y轴方向是垂直向上、z轴方向是垂直于纸面指向读者(x、y、z未示出)。
以编号为1的特征截面为例，对附表1进一步解释如下：在以H％＝0.7，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面(即，上述的第一圆柱面)截取叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝0°,α2＝178°,β＝33.2°，b＝84.7mm，P1x＝48.919mm，P1y＝15.919mm，P1z＝-10.865mm，P2x＝26.459mm，P2y＝-44.119mm，P2z＝20.478mm，根据上述这些参数可以唯一确定该特征截面。其它编号的特征截面的参数与此相似，不再赘述。
需要指出，附表1中示出的仅仅是最有选的值，实际上，各参数值是允许有误差的，在本发明中H％的误差在±1％内；α1，α2，β的误差在±1°内；r，b，P1x，P1y，P1z，P2x，P2y，P2z误差在±1mm内。
另外，尽管根据附表1的参数能够确定出叶片的11个特征截面，但是，根据特征截面1、特征截面6、特征截面11就可以得到本发明的叶片；为了对由叶片进一步优化，可以增加特征截面2、特征截面7一共5个特征截面来确定本发明的叶片；为进一步优化，可以再增加特征截面3、特征截面8一共7个特征截面来确定本发明的叶片；还可以继续增加特征截面4、特征截面9一共9个特征截面来确定本发明的叶片，以进一步优化；再继续，可以再增加特征截面5、特征截面10共11个特征截面来确定本发明的叶片。除了叶片的特征截面之外，叶片的相邻的每两个特征截面之间部分为连续光滑过渡。
图8是附表1中特征截面4的压力分布图，图9是附表1中特征截面9的压力分布图，这两个压力分布图从通过CFD数值分析技术获取，从这两个压力分布图可以看出，叶片特征截面附近的压力分布规律，可见优化设计后的翼型风扇具有优良的气动特性。进一步优选地，叶片是注塑成型工艺形成的，材料为增强PP(聚丙烯)。
应该理解，即使r＝38.18mm是在叶片按比例缩放后取得的数值，只要符合本发明的有关特征截面的相关参数，这种叶片也属于本发明的构思。
另一方面，本发明还提供一种空调用轴流风扇，风扇的所有叶片均为本发明的叶片。
以下通过实验数据比较，来详细说明本发明的技术效果。
对于空调用轴流风扇而言，以型号为35W400123的风扇1(现有技术)、与风扇2(具有本发明叶片的风扇)进行比较，以说明本发明的有益效果。所作实验是在风扇1和风扇2的测试电压、功率不变的情形下进行的，共包括5组实验数据：
(1)第一组实验数据：风扇1选为上述型号的风扇，风扇2是具有三个叶片的风扇，其中，每个叶片是由附表1的11个特征截面确定的叶片：
附表2:第一组实验数据对比
(2)第二组实验数据：风扇1选为上述型号的风扇，风扇2是具有三个叶片的风扇，其中，每个叶片是由附表1的特征截面1、特征截面6、特征截面11确定的叶片：
附表3:第二组实验数据对比
(3)第三组实验数据：风扇1选为上述型号的风扇，风扇2是具有三个叶片的风扇，其中，每个叶片是由附表1的特征截面1、特征截面2、特征截面6、特征截面7、特征截面11确定的叶片：
附表4:第三组实验数据对比
(4)第四组实验数据：风扇1选为上述型号的风扇，风扇2是具有三个叶片的风扇，其中，每个叶片是由附表1的特征截面1、特征截面2、特征截面3、特征截面6、特征截面7、特征截面8、特征截面11确定的叶片：
附表5:第四组实验数据对比
(5)第五组实验数据：风扇1选为上述型号的风扇，风扇2是具有三个叶片的风扇，其中，每个叶片是由附表1的特征截面1、特征截面2、特征截面3、特征截面4、特征截面6、特征截面7、特征截面8、特征截面9、特征截面11确定的叶片：
附表6:第五组实验数据对比
根据以上五组实验数据对比，可以得出具有本发明叶片的空调用轴流风扇风量大、噪音低。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空调用轴流风扇的叶片，由多个特征截面迭合而成，所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，其特征在于:
在以H％＝0.7，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的第一圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝0°,α2＝178°,β＝33.2°，b＝84.7mm，P1x＝48.919mm，P1y＝15.919mm，P1z＝-10.865mm，P2x＝26.459mm，P2y＝-44.119mm，P2z＝20.478mm；
在以H％＝0.3，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝29°,α2＝144°,β＝28.4°，b＝177.9mm，P1x＝71.443mm，P1y＝102.571mm，P1z＝-46.663mm，P2x＝115.616mm，P2y＝-47.518mm，P2z＝37.948mm；
在以H％＝0.19，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝55°,α2＝134°,β＝24.9°，b＝272.3mm，P1x＝57.071mm，P1y＝184.243mm，P1z＝-85.508mm，P2x＝199.547mm，P2y＝-19.016mm，P2z＝28.289mm；
相关参数定义如下：
H％—r与R的比值；
r—风扇的轮毂内切圆柱面半径；
R—与所述轮毂内切圆柱面同心的不同圆柱面的半径为R；
L1—与所述轮毂内切圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的圆弧中点的连线；
L2—叶片的叶根弦线中点(Q)与风扇工作时旋转中心点(O)的连线；
L3—所述圆弧中点与所述风扇工作时旋转中心点的连线；
α1—L2与L3之间的夹角；
L4—风扇的前缘与R对应的圆柱面交点处，沿所述前缘曲线的切线；
L5—通过L4切点P与所述旋转中心点的连线；
α2—L4与L5之间的夹角；
β—与风扇的轴线垂直的基准平面与通过与轮毂圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的弦线的夹角，称为叶片安装角；
P1、P2—指半径为R不同圆柱面与叶片的压力面相交型线上叶片后缘及前缘的交点，坐标表示为P1(P1x，P1y，P1z)，P2(P2x，P2y，P2z)；
b—半径为R的圆柱面与叶片前缘及后缘交点的连线，称为翼型弦长；
xy平面、z轴—以叶片的叶根侧电机轴孔中心点为原点，以经过所述原点并垂直于风扇轴线的平面为xy平面，以原点与所述第一圆柱面和叶片后缘线交点连线为x轴正方向，以垂直于所述xy平面从所述压力面指向吸力面的方向为z轴方向。
2.根据权利要求1所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，
在以H％＝0.6，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝6°,α2＝172°,β＝32.6°，b＝111.6mm，P1x＝53.557mm，P1y＝36.832mm，P1z＝-22.523mm，P2x＝30.425mm，P2y＝-57.439mm，P2z＝32.593mm；
在以H％＝0.27，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝34°,α2＝142°,β＝27.5°，b＝199.4mm，P1x＝69.824mm，P1y＝121.345mm，P1z＝-54.265mm，P2x＝132.953mm，P2y＝-43.859mm，P2z＝37.935mm。
3.根据权利要求2所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，
在以H％＝0.5，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝13°,α2＝152°,β＝31.1°，b＝130.9mm，P1x＝61.880mm，P1y＝50.703mm，P1z＝-28.457mm，P2x＝51.763mm，P2y＝-60.997mm，P2z＝39.219mm；
在以H％＝0.25，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝39°,α2＝136°,β＝26.7°，b＝223.5mm，P1x＝65.325mm，P1y＝140.562mm，P1z＝-62.941mm，P2x＝149.661mm，P2y＝-40.330mm，P2z＝37.618mm。
4.根据权利要求3所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，
在以H％＝0.4，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝19°,α2＝150°,β＝30.5°，b＝142.9mm，P1x＝67.242mm，P1y＝67.108mm，P1z＝-34.190mm，P2x＝76.975mm，P2y＝-55.677mm，P2z＝38.305mm；
在以H％＝0.22，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝44°,α2＝132°,β＝26.1°，b＝249.7mm，P1x＝58.171mm，P1y＝159.738mm，P1z＝-72.537mm，P2x＝165.948mm，P2y＝-36.897mm，P2z＝37.289mm。
5.根据权利要求4所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，
在以H％＝0.35，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝24°,α2＝147°,β＝29.4°，时，b＝158.9mm，P1x＝70.498mm，P1y＝84.439mm，P1z＝-40.077mm，P2x＝97.257mm，P2y＝-51.391mm，P2z＝38.015mm；
在以H％＝0.20，r＝38.18mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面：α1＝49°,α2＝137°,β＝25.6°，b＝275.4mm，P1x＝49.684mm，P1y＝177.165mm，P1z＝-82.016mm，P2x＝180.880mm，P2y＝-33.739mm，P2z＝36.888mm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，相邻的每两个特征截面之间为连续光滑过渡。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，所述H％的误差在±1％内；所述α1，α2，β的误差在±1°内；所述r，b，P1x，P1y，P1z，P2x，P2y，P2z的误差在±1mm内。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，所述叶片由注塑工艺制作，材料为增强聚丙烯。
9.根据权利要求6所述的空调用轴流风扇的叶片，其特征在于，所述叶片由注塑工艺制作，材料为增强聚丙烯。
10.一种空调用轴流风扇，其特征在于，所述风扇的所有叶片均为前述任一权利要求所述叶片。
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