CN109989939A - 一种风扇叶组件及其动力风机单元体和无叶风扇灯*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇叶组件及其动力风机单元体和无叶风扇灯***，包括叶片基座和多个叶片，多个所述叶片呈圆周式均匀分布在所述叶片基座上，所述叶片的叶尖与所述叶片基座中心轴线的夹角为33.5°~37.3°，所述叶片的叶根与所述叶片基座中心轴线的夹角为52°~58°。通过改进叶片在叶片基座上的叶根安装角和叶尖安装角，则在同等尺寸、同等电动率输入的情况下，使该叶型设计相比于传统风机叶型设计，具有体积小、重量轻、效率高、叶片处流通风量大的特点，使该风扇叶组件可广泛用于动力风机单元体和无叶风扇灯***等通风设备中，使通风设备结构简单，体积小、重量轻和风量大。

Description

一种风扇叶组件及其动力风机单元体和无叶风扇灯***

技术领域

本发明涉及一种风扇叶组件，尤其涉及的是一种风扇叶组件及其动力风机单元体和无叶风扇灯***。

背景技术

风扇仍然是目前通风设备的核心部件，具有结构简单、加工方便、成本低等优点，在各个领域得到了非常广泛的应用。风扇叶型设计的优劣，直接关系到风机效率、能耗、噪音，乃至体积和重量等性能指标；因此风扇叶型设计就成为决定风机性能的关键因素之一。

目前市场上的风机叶型通常采用传统的设计方法，即在叶片径向基本没有太大的变化，且无专门的前整流罩和排气结构。这种结构的扇风效率较低，为了增大风量，通常采用增大叶片面积的方法。然而，增大叶片面积后，风机尺寸加大，体积和重量增大，使得通风设备尺寸也随之增大，限制了通风设备的小型化和个性化。

如果在保证风扇性能的同时，如保证风量的前提下，尺寸减小，效率提高，那么会极大地改善现有传统风机的缺点，对相关行业产品的改变可能是颠覆性的。

因此，应该提供一种新的技术方案解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风扇叶组件，旨在解决现有技术中为增大通风设备的风量，只能通过增大扇叶片面积和风机尺寸后才能实现的技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种利用该风扇叶组件的动力风机单元体和无叶风扇灯***,使动力风机单元体具有结构紧凑、体积小、效率高和风量大的特点，从而使无叶风扇灯***结构紧凑，出风效率高，气体流量大。

本发明的技术方案如下：

一种风扇叶组件，其中，包括叶片基座和多个叶片，多个所述叶片呈圆周式均匀分布在所述叶片基座上，所述叶片的叶尖与所述叶片基座中心轴线的夹角为33.5°~37.3°，所述叶片的叶根与所述叶片基座中心轴线的夹角为52°~58°。

所述的风扇叶组件，其中，所述叶尖截面叶型弦长为一预设值a，所述叶尖截面叶型的最大厚度为一预设值b, 所述叶片的叶根截面叶型弦长为一预设值c，所述叶根截面叶型的最大厚度为一预设值d，a小于c，b小于d。

所述的风扇叶组件，其中，所述叶片的叶尖处呈后掠状。

所述的风扇叶组件，其中，所述叶片的叶尖与所述叶片基座中心轴线的夹角QUOTE 为35°。

所述的风扇叶组件，其中，所述叶片的叶根与所述叶片基座中心轴线的夹角QUOTE 为55°。

所述的风扇叶组件，其中，所述叶片的个数为10~15个。

所述的风扇叶组件，其中，还包括前整流罩，所述前整流罩连接在所述叶片基座上。

一种动力风机单元体，其中，包括所述的风扇叶组件，还包括风扇机匣、传动电机和安装座，所述风扇机匣为管道结构，所述传动电机通过所述安装座安装在所述风扇机匣内，所述叶片基座连接在所述传动电机的动力输出轴上。

一种无叶风扇灯***，其中，包括所述的动力风机单元体，还包括控制组件、灯壳和LED灯源，所述动力风机单元体和所述LED灯源均安装在所述灯壳内，所述LED灯源和所述传动电机均与所述控制组件电性连接，所述灯壳上设置有进风口和出风口，所述进风口设置在所述灯壳底部，所述出风口开设在所述灯壳边沿上并沿所述灯壳边沿延伸；所述动力风机单元用于将所述灯壳外的空气抽入所述灯壳内并使气体从所述出风口处朝向下方向高速喷射出，从而使所述灯壳四周空气向高速射流流动。

本发明的有益效果：本发明公开了一种风扇叶组件，通过改进叶片在叶片基座上的叶根安装角和叶尖安装角，则在同等尺寸、同等电动率输入的情况下，使该叶型设计相比于传统风机叶型设计，具有体积小、重量轻、效率高、叶片处流通风量大的特点，使该风扇叶组件可广泛用于各种通风设备中，使通风设备结构简单，体积小、重量轻和风量大。

附图说明

图1是本发明中风扇叶组件的立体结构示意图。

图2是本发明中叶片结构原理图。

图3是本发明中动力风机单元体剖视结构图。

图4是本发明中动力风机单元体立体结构示意图。

图5是本发明中动力风机单元体立体后视结构示意图。

图中标号：1、叶片基座；2、叶片；3、风扇机匣；4、传动电机；41、动力输出轴；5、安装座；6、进气整流罩；7、片状连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明为解决上述问题，提供一种风扇叶组件，如图1所示，包括叶片基座1和多个叶片2，多个该叶片2呈圆周式均匀分布在该叶片基座1上，还包括前整流罩（图中未画出），该前整流罩连接在该叶片基座1上，前整流罩结构简单，对流入空气起到整流作用（整流罩为现有技术，本文不再赘述）。叶片基座1外轮廓通常为圆形。本发明有别于通常通风风机的设计方法，基于航空发动机追求高效率大风量风扇设计的思想，提供了一种全新的风扇叶组件设计方案。该风扇叶组件设计方法可根据实际风量需求，按照等熵流动特征，通过优化风扇风量、效率和功耗，给出根据风扇叶尖和叶跟不同的旋转速度而匹配的叶型扭转角，具体的，如图2所示，本实施例中，叶片2的叶尖与叶片基座1中心轴线的夹角（即叶尖安装角）为33.5°~37.3°，该叶片2的叶根与该叶片基座1中心轴线的夹角（即叶根安装角）为52°~58°，经过若干次迭代优化使叶型在各个径向截面处的效率最优，从而得出满足性能要求的最优风扇叶型设计方案，即当叶根安装角为55°且叶尖安装角为35°时为最优实施例。与传统通风设备风扇的构型相比，采用了航空发动机风扇设计思想，使单位时间内流过风扇的空气流量比传统风机要大、效率也更高，从而在实现相同风量环境的前提下，该发明提出的风扇叶组件具有体积小、重量轻、效率高、叶片2处流通风量大的特点；又因为本实施例中，叶片2的叶片中部至叶尖处（本领域技术人员常称为叶尖处，为本领域技术人员公知常识，本文不再赘述）呈后掠状设计使其刚度得到提高。本发明提出的风扇设计可广泛用于各种通风设备中。

本实施例中，该叶尖截面叶型弦长为一预设值a，该叶尖截面叶型的最大厚度为一预设值b（图中未标出）, 该叶片2的叶根截面叶型弦长为一预设值c，该叶根截面叶型的最大厚度为一预设值d（图中未标出），a小于c，b小于d，叶尖和叶根之间的截面介于二者之间。叶片2与叶片基座1加工时采用整体成型加工工艺，不存在安装问题；一个完整风扇的叶片2数量要视风量要求而定，本实施例中，叶片2数量在10~15个之间。

本领域技术人员还提供了关于得出最优风扇叶型安装角的支撑材料：

1.风扇叶型截面选型的理论计算：

S==3061.5=3.061

V=4/min=/s=/s

===21.88m/s

===50.24m/s

==54.79m/s

上述各式中，S是风扇流通面积，单位；D是直径，单位m，V是空气流量（即风量），单位/s；v是气流速度，单位m/s；是指周向角速度，R是半径。其中，下标“SHROUD”和“HUB”分别是指叶尖和叶根，下标“排气”是指从风扇排出的速度，下标“周向”是指风扇叶尖沿圆周方向，下标“绝对”是指气流的绝对值。综上该结构和基于上述计算结果，本发明中的叶片2采用极低速翼型，行业内选型规格为goe496翼型。

2.攻角选择与优化

攻角初步选择：叶根（hub）处10°，叶尖（shroud）处7°； 从而可计算出零攻角下叶根、叶尖的安装角分别为

===21.88m/s

===50.24m/s

==54.79m/s

==24.35°

==42°

其中，是零攻角时叶尖的安装角，是零攻角时叶根的安装角；其它变量同上。再经过初始迭代后可得叶尖叶根的安装角分别为31°和52°。

经过上述几次优化迭代不断调整叶尖叶根安装角结果，并考虑安装角与弯掠之间的耦合作用后，最终得到合理的安装角范围为：

叶尖安装角：33.5°~37.3°；专利里选取35°。

叶根安装角：52°~58°；专利里选取55°。

通过这样的叶型设计，在同等尺寸、同等电功率输入的情况下，风扇效率至少可以提升5%；或者，在同等尺寸和功率输入的情况下，新构型风机可以比传统动力风机的风量至少增加5%。

如图3、图4和图5所示，本发明还公开了一种动力风机单元体，该动力风机单元体包括了该风扇叶组件，还包括风扇机匣3、传动电机4和安装座5，该风扇机匣3为管道结构，该传动电机4通过该安装座5安装在该风扇机匣3内，该叶片基座1连接在该传动电机4的动力输出轴41上。本实施例中，风扇机匣3一端口处还连接有进气整流罩6，该进气整流罩6为管状结构，进风整流罩采用航空发动机进气道设计理念，进气整流罩6和风扇机匣3采用过盈配合连接，进气整流罩6唇口逐渐收缩（类似于喇叭口状，如图所示），用于减少空气流入风扇机匣3内和叶片2处时可能出现的流动损失，从而提高了空气流入的效率，有利于动力风机单元体性能的提高。作为动力单元体，可为各种通风设备提供动力。该动力风机单元体与传统风机相比，在相同风量的情况下，由于采用了上述的航空发动机风扇叶片2设计思想设计的风扇叶型，所以具有体积小、重量轻、效率高、风量大的特点；采用单元体设计，安装和拆卸简单方便快捷，即插即用；动力风机整体尺寸可大幅减小，采用该动力风机单元体后可使设备体积更小、结构更紧凑、重量更轻。该方案具有设计简单、安装方便、安全可靠、重量轻、刚度好、易于加工制造的特点，可广泛用于各种通风设备中。

本实施例中，传动电机4的安装座5悬空式设置在风扇机匣3内，实际使用时，安装座5四周可连接多个片状连接件7（如图5所示）用于将安装座5与风扇机匣3内壁固定连接，并使气体无阻地在风扇机匣3内外流通。

上述结构使用详细过程：空气从进气整流罩6进入风扇机匣3内，流经风扇叶片2后，空气压力增加，再流经风扇叶片2后的片状连接件7（用于固定传动电机4和风扇机匣3），最后排出。片状连接件7置于风扇叶片2之后，既起到固定和支持作用，又具有降噪功能。

本实施例中，该传动电机4采用无刷直流电机，该类型电机具有体积小、重量轻、功率密度高、结构简单等优点，可根据实际需求，配合风扇进行适应性设计。所谓适应性设计是指电机外径尽可能小于等于风扇叶片基座1内径，使其风扇叶片基座1及其上的叶片2与传动电机4间在轴向上的距离尽可能短，使动力风机单元体整体结构更紧凑、体积小、重量轻。

本发明还公开了一种无叶风扇灯***（图中未画出），包括上述的动力风机单元体，还包括控制组件、灯壳和LED灯源，该动力风机单元体和该LED灯源均安装在该灯壳内，该LED灯源和该传动电机4均与该控制组件（该控制***具有启动、停止、改变传动电机4转速等功能）电性连接，该灯壳上设置有进风口和出风口，该进风口设置在该灯壳底部，该出风口开设在该灯壳边沿上并沿该灯壳边沿延伸（该出风口在灯壳上呈环形设置，人眼看呈窄缝状）；该动力风机单元用于将该灯壳外的空气抽入该灯壳内并使气体从该出风口处朝向下方向高速喷射出，从而使该灯壳四周空气向高速射流流动。

实际应用中，灯壳上连接有一立柱，该立柱可用于将灯壳安装连接在墙面形成常见的家用挂灯形式。该立柱为空心结构，动力风机单元体安装在立柱内，空气从灯壳上环形分布的窄缝（即出风口）喷射出，根据伯努利方程可知高速气流的静压相对于周边空气的静压低，从而使周边空气向高速射流流动，从而实现流量倍增的效果（流量增加的倍数与射流速度相关）。

在进一步的实施例中，可在进风口设置过滤器材，用于先过滤空气中杂质再形成清新气体喷射到灯壳外。

本发明的无叶风扇灯***有别于传统有叶风扇灯构型，采用模块化设计理念，开发出动力风机模块，根据射流引射原理开发出倍增气流流道设计方案、结合低能耗、高效率LED灯源和控制***，提出一种无叶风扇灯***的新方案。整个***外无旋转零部件、射流引射气道和LED灯一体化设计，动力风机单元体即插即用，安全可靠、时尚美观、结构紧凑、成本低廉。采用模块化设计，动力风机单元体基于航空发动机风扇设计思想，无叶风道根据射流引射原理设计，动力采用无刷直流电机，具有安全可靠、体积小、重量轻、效率高、功耗低，安装方便等特点。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种风扇叶组件，其特征在于，包括叶片基座和多个叶片，多个所述叶片呈圆周式均匀分布在所述叶片基座上，所述叶片的叶尖与所述叶片基座中心轴线的夹角为33.5°~37.3°，所述叶片的叶根与所述叶片基座中心轴线的夹角为52°~58°。

2.根据权利要求1所述的风扇叶组件，其特征在于，所述叶尖截面叶型弦长为一预设值a，所述叶尖截面叶型的最大厚度为一预设值b, 所述叶片的叶根截面叶型弦长为一预设值c，所述叶根截面叶型的最大厚度为一预设值d，a小于c，b小于d。

3.根据权利要求1所述的风扇叶组件，其特征在于，所述叶片的叶尖处呈后掠状。

4.根据权利要求1所述的风扇叶组件，其特征在于，所述叶片的叶尖与所述叶片基座中心轴线的夹角为35°。

5.根据权利要求1所述的风扇叶组件，其特征在于，所述叶片的叶根与所述叶片基座中心轴线的夹角为55°。

6.根据权利要求1所述的风扇叶组件，其特征在于，所述叶片的个数为10~15个。

7.根据权利要求1所述的风扇叶组件，其特征在于，还包括前整流罩，所述前整流罩连接在所述叶片基座上。

8.一种动力风机单元体，其特征在于，包括如权利要求1~7任意一项所述的风扇叶组件，还包括风扇机匣、传动电机和安装座，所述风扇机匣为管道结构，所述传动电机通过所述安装座安装在所述风扇机匣内，所述叶片基座连接在所述传动电机的动力输出轴上。

9.一种无叶风扇灯***，其特征在于，包括如权利要求8所述的动力风机单元体，还包括控制组件、灯壳和LED灯源，所述动力风机单元体和所述LED灯源均安装在所述灯壳内，所述LED灯源和所述传动电机均与所述控制组件电性连接，所述灯壳上设置有进风口和出风口，所述进风口设置在所述灯壳底部，所述出风口开设在所述灯壳边沿上并沿所述灯壳边沿延伸；所述动力风机单元用于将所述灯壳外的空气抽入所述灯壳内并使气体从所述出风口处朝向下方向高速喷射出，从而使所述灯壳四周空气向高速射流流动。