CN111156191A - 叶轮、混流风机以及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶轮、混流风机以及空调器。叶轮包括轮盖、轮毂和多个叶片，轮盖包括沿轴线贯通的内腔，且内腔具有相对设置的进风端和出风端；轮毂设置于轮盖内；多个叶片连接于轮盖的内表面和轮毂的外表面之间，且叶片包括与轮毂的外表面连接并沿轮毂的外表面延伸的叶片根部以及与叶片根部相对的叶片外缘，叶片外缘的轮廓线在通过轴线的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从进风端到出风端的方向上，变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大。本发明的叶片外缘在纵向投影面上的投影为变倾角曲线且该变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大使得本发明的叶片对流道内的气流逐步导向从而避免大压力梯度且减小流动损失。

Description

叶轮、混流风机以及空调器

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种叶轮、混流风机以及空调器。

背景技术

风路***是空调器内用于促使空调器作用区域内的空气加快热交换的组成部分之一。在空调器的风路***中，设计人员根据空调器的不同机型和规格所对应的实际需求，选择和搭配合适的风机以满足空调器的工作品质和使用舒适性。

为满足空调器的风量和压头指标，相关技术中的空调器的风路***采用了混流风机。设计人员发现相关技术中的混流风机的流道内气流的压力梯度较大从而造成很大的流动损失。

发明内容

本发明提供一种叶轮、混流风机以及空调器，以避免大压力梯度而造成的流动损失。

本发明第一方面提供一种叶轮，包括：

轮盖，包括沿轴线贯通的内腔，且内腔具有相对设置的进风端和出风端；

轮毂，设置于轮盖内；以及

多个叶片，连接于轮盖的内表面和轮毂的外表面之间，且叶片包括与轮毂的外表面连接并沿轮毂的外表面延伸的叶片根部以及与叶片根部相对的叶片外缘，叶片外缘的轮廓线在通过轴线的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从进风端到出风端的方向上，变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大，纵向基准线与轴线平行。

在一些实施例中，变倾角曲线包括位于进风端一侧的第一端点以及位于出风端一侧的第二端点，其中，变倾角曲线在第一端点处的切线与纵向基准线之间的入口夹角的范围为[20°，85°]；和/或，变倾角曲线在第二端点处的切线与纵向基准线之间的出口夹角的范围为[10°，70°]。

在一些实施例中，入口夹角为50°，出口夹角为57.7°。

在一些实施例中，变倾角曲线为第一S形曲线。

在一些实施例中，第一S形曲线具有拐点并包括分别位于拐点两侧的第一曲线段和第二曲线段，第一曲线段的曲率半径与第二曲线段的曲率半径之间的比值范围为[0.2，5]。

在一些实施例中，第一曲线段的曲率半径为125mm，第二曲线段的曲率半径为38mm。

在一些实施例中，叶片根部在纵向投影面上的投影为第二S形曲线。

在一些实施例中，第二S形曲线包括位于进风端一侧的第三端点以及位于出风端一侧的第四端点，其中，第二S形曲线在第三端点处的切线与横向基准线之间的入口夹角的范围为[65°，120°]；和/或，第二S形曲线在第四端点处的切线与横向基准线之间的出口夹角的范围为[10°，65°]。

在一些实施例中，第二S形曲线在第三端点处的切线与横向基准线之间的入口夹角为91°，第二S形曲线在第四端点处的切线与横向基准线之间的入口夹角为24°。

在一些实施例中，叶片还包括位于进风端一侧的前缘，前缘的轮廓线在与轴线垂直的横向投影面上的投影为凹曲线。

在一些实施例中，叶片为扭曲叶片，扭曲叶片的表面包括从进风端到出风端依次布置的第一曲面段、第二曲面段和第三曲面段，第二曲面段位于第一曲面段和第三曲面段之间且相对于第一曲面段和第三曲面段向向叶轮的旋转方向一侧凹入。

在一些实施例中，第一曲面段、第二曲面段和第三曲面段之间通过圆弧面过渡。

在一些实施例中，叶片还包括位于出风端一侧的尾缘，尾缘的轮廓线在纵向投影面上的投影为内凹弧线。

在一些实施例中，叶片的数量为6个到20个。

本发明第二方面提供一种混流风机，包括如本发明第一方面任一项的叶轮。

本发明第三方面提供一种空调器，包括如本发明第二方面的混流风机。

基于本发明提供的技术方案，叶轮包括轮盖、轮毂和多个叶片，轮盖包括沿轴线贯通的内腔，且内腔具有相对设置的进风端和出风端；轮毂设置于轮盖内；多个叶片连接于轮盖的内表面和轮毂的外表面之间，且叶片包括与轮毂的外表面连接并沿轮毂的外表面延伸的叶片根部以及与叶片根部相对的叶片外缘，叶片外缘的轮廓线在通过轴线的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从进风端到出风端的方向上，变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大，纵向基准线与轴线平行。本发明的叶片外缘在纵向投影面上的投影为变倾角曲线且该变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大使得本发明的叶片对流道内的气流逐步导向从而避免大压力梯度且减小流动损失。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的叶轮的立体结构示意图；

图2为图1所示的叶轮的剖面结构示意图；

图3为图2所示的叶轮的局部放大结构示意图；

图4为图1所示的叶轮去掉轮盖后的结构示意图；

图5为图4中其中一个叶片的立体结构示意图；

图6为图1所示的叶轮的俯视结构示意图；

图7为图6中的叶轮的局部放大结构示意图；

图8为图1所示的叶轮的仰视结构示意图；

图9至图11为图4中另一个叶片在纵向投影面上的投影结构示意图；

图12为相关技术的混流风机入口流道内的速度矢量图；

图13为本发明实施例的混流风机入口流道内的速度矢量图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

下面根据图1至图13对本发明实施例的叶轮的具体结构进行详细说明。

如图1、图2、图5以及图10所示，本发明实施例的叶轮包括轮毂1、轮盖3以及多个叶片2，其中，轮盖3包括沿轴线贯通的内腔，且内腔具有相对设置的进风端和出风端；轮毂1设置于轮盖3内；多个叶片2连接于轮盖3的内表面和轮毂1的外表面之间，且叶片2包括与轮毂1的外表面连接并沿轮毂1的外表面延伸的叶片根部24以及与叶片根部24相对的叶片外缘22。叶片外缘22的轮廓线在通过轴线L的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从进风端到出风端的方向上，变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大。

本发明实施例的叶片外缘22在纵向投影面上的投影为变倾角曲线且该变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大使得本实施例的叶片对流道内的气流逐步导向从而避免大压力梯度且减小流动损失。

在此需要说明的是，本发明实施例的横向投影面垂直于叶轮的轴线L。本发明实施例的纵向投影面需要通过叶轮的轴线L。而且对于任一个叶片来说，该纵向投影面指的是该叶片朝向轴线L的方向正对的纵向投影面。例如，图4中的各个叶片2中位于轮毂1的前侧且位于最中间的叶片其所对应的纵向投影面就是与纸面平行的纵向投影面。也就是说，对于不同的叶片，其纵向投影面的位置不同。本发明实施例的纵向基准线位于纵向投影面内且与轴线L平行，横向基准线与轴线L垂直。

在一些实施例中，如图10所示，变倾角曲线包括位于进风端一侧的第一端点B以及位于出风端一侧的第二端点C，其中，变倾角曲线在第一端点B处的切线与纵向基准线之间的入口夹角d的范围为[20°，85°]。变倾角曲线在第二端点C处的切线与纵向基准线之间的出口夹角g的范围为[10°，70°]。

可选地，经过试验，将入口夹角d设置为50°，出口夹角g设置为57.7°时，气流的流动损失最小。

在本实施例中，如图10所示，变倾角曲线为第一S形曲线。具体地，本实施例的第一S形曲线具有拐点并包括分别位于拐点两侧的第一曲线段和第二曲线段，第一曲线段的曲率半径R1与第二曲线段的曲率半径R2之间的比值范围为[0.2，5]。

可选地，经过试验证明，将第一曲线段的曲率半径R1设置为125mm，第二曲线段的曲率半径R2设置为38mm时，气流的流动损失最小。

如图11所示，在本实施例中，叶片根部24在纵向投影面上的投影为第二S形曲线。

具体地，第二S形曲线包括位于进风端一侧的第三端点A以及位于出风端一侧的第四端点D，其中，第二S形曲线在第三端点A处的切线与横向基准线之间的入口夹角m的范围为[65°，120°]；第二S形曲线在第四端点D处的切线与横向基准线之间的出口夹角n的范围为[10°，65°]。此处的横向基准线也不是绝对横向基准线，而是位于通过轴线L的纵向投影面内且与轴线L垂直。

可选地，第二S形曲线在第三端点A处的切线与横向基准线之间的入口夹角m为91°，第二S形曲线在第四端点D处的切线与横向基准线之间的入口夹角n为24°。

本实施例的第二S形曲线具有拐点并包括分别位于拐点两侧的第一曲线段和第二曲线段，第一曲线段的曲率半径R₄与第二曲线段的曲率半径R₃之间的比值范围为[0，3.5]。

如图4所示，叶片2还包括位于进风端一侧的前缘21。如图7所示，前缘21的轮廓线在与轴线L垂直的横向投影面上的投影为凹曲线。也就是说，从上方俯视叶轮，其叶片2的前缘21的形状大致为凹面，从而起到减缓进气阻力以及对叶片的直接冲击从而提高进气流畅性以使得风机高效低噪运行。

在本实施例中，叶片2为扭曲叶片。该扭曲叶片包括从进风端到出风端的三个曲面段，三个曲面段分别是第一曲面段、第二曲面段和第三曲面段，其中，第二曲面段位于第一曲面段和第三曲面段之间且相对于第一曲面段和第三曲面段向叶轮的旋转方向一侧凹入。也就是说本实施例的扭曲叶片为双扭曲结构，如此设置可以减小内部流道中的气流流动分离，避免大量涡流的产生进而优化整个风机的气流流动状况。

进一步地，本实施例的叶片2还包括位于出风端一侧的尾缘23，如图9所示，尾缘23在纵向投影面上的投影为内凹弧线。且该内凹弧线朝向叶片的外侧凹入，此处所说的叶片外侧指的是远离叶片本体的一侧。如图6所示，从下方仰视叶轮，其叶片2的尾缘23的大致形状为凹面以避免气流在出气时的形成涡流进而优化气流流动。

将本实施例的叶轮应用于混流风机并将该混流风机应用于空调器时，将叶片的数量设置为6个到20个。

下面根据图1至图11对本发明具体实施例的叶轮的结构进行详细说明。

如图1所示，本实施例的叶轮包括轮毂1、轮盖3和多个叶片2；其中。轮盖3具有沿轴线贯通的内腔，且内腔具有分别位于两端的进风端和出风端。其中，进风端位于上侧，出风端位于下侧。如图2所示，轮毂1的外表面呈大致锥形。轮盖3同轴套设于轮毂1的外侧。多个叶片2连接于轮毂1的外表面和轮盖3的内表面之间。如图4所示，每个叶片2包括位于进风端一侧的前缘21、位于出风端一侧的尾缘23、与轮毂1的外表面连接并沿轮毂1的外表面延伸的叶片根部23以及与叶片根部23相对的外缘22。

如图6和图7所示，在叶轮的俯视图上，本实施例的前缘21具有与轮毂1相交的第一交点E以及与轮盖3相交的第二交点F，此时，前缘21为连接第一交点E与第二交点F的凹曲线。也就是说，前缘21的轮廓线在与轴线L垂直的横向投影面内的投影为凹曲线。本实施例的叶轮的叶片21在横向投影面内的投影为凹曲线以减缓进气阻力以及气流对叶片的直接冲击进而优化进气条件有助于风机高效低噪运行。在本实施例中，凹曲线的朝向与叶轮的旋转方向相反。具体地，如图7所示，本实施例的叶轮逆时针转动。如此设置可进一步提高进气流畅性。

具体地，本实施例的凹曲线包括叶形线。例如可以采用如下方程来得到叶形线轨迹。

x＝p*m₁*k*t/n₁+t³；

y＝m₁*k*t²/n₂+t³；

其中，k为用于调节凹曲线的弦长的参数；p＝±1用以调节凹曲线的朝向；t的取值范围为；m₁、n₁、n₂用以调节凹曲线的弯曲程度。

在本实施例中，如图6和图7所示，凹曲线在第一交点E处的切线与轮毂1的轮廓线在第一交点E处的切线之间的夹角a的范围为[20°，150°]，优选地，夹角a为70°。且凹曲线在第二交点F处的切线与轮盖3在第二交点F处的切线之间的夹角b的范围为[20°，150°]，优选地，夹角b为78.5°。

在本实施例中，凹曲线的最大弯曲点O在连接第一交点E和第二交点F的弦线上的投影与第一交点A之间的距离为弦长的20％-85％。此处的最大弯曲点O指的是凹曲线上与弦线之间距离最大的点。

在本实施例中最大弯曲线O与弦线之间距离c的范围为[2mm，12mm]。优选地，最大弯曲线O与弦线之间距离c为2.4mm。

如图3所示，前缘21在纵向投影面的投影为倾斜线，且从径向内侧到径向外侧的延伸方向上，倾斜线与横向基准线之间的竖直距离逐渐变大。此处的横向基准线指的是经过倾斜线的位于径向内侧的端点并与轴线垂直的横向基准线。优选地，倾斜线与横向基准线之间的最大竖直距离h的范围为[0，15mm]。更优地，h为6.7mm。

在一些实施例中，叶片的数量为6个到20个。

图9到图11为单叶片在纵向投影面上的投影。

在本实施例中，如图8和图9所示，尾缘23的尾缘投影为内凹弧线。内凹弧线的尾缘设计可以最大程度优化混流风机流动状况，减小混流风机内部流道中的气流流动分离，避免大量涡脱落的产生。

实际应用时，该内凹弧线的两个端点分别为第二端点C和第四端点D,弦线CD的长度范围为[10mm,30mm]，该内凹弧线在第二端点C处的切线与弦线之间的夹角e范围为[10°,50°]，该内凹弧线在第四端点D处的切线与弦线之间的夹角f为[10°,50°]。优选地，本实施例的弦线CD的长度为19mm，该内凹弧线在第二端点C处的切线与弦线之间的夹角e为31°，该内凹弧线在第四端点D处的切线与弦线之间的夹角f为31.5°。

如图10所示，本实施例的叶片2的外缘22在纵向投影面上的投影为变倾角弧线，从进风端到出风端的方向上，变倾角弧线的切线与纵向基准线的倾角逐渐增大。

具体地，如图10所示，本实施例的外缘22为S形曲线。

在一些实施例中，如图10所示，变倾角曲线包括位于进风端一侧的第一端点B以及位于出风端一侧的第二端点C，其中，变倾角曲线在第一端点B处的切线与纵向基准线之间的入口夹角d的范围为[20°，85°]。变倾角曲线在第二端点C处的切线与纵向基准线之间的出口夹角g的范围为[10°，70°]。

可选地，经过试验，将入口夹角d设置为50°，出口夹角g设置为57.7°时，气流的流动损失最小。

通过以上优化设计，如图2所示，本实施例的混流风机内部流道形式特殊，使气流沿叶轮轴线L流入，后斜向流出。具体地，在纵向投影面内，本实施例的叶轮流道大致为流道曲线M₁M₂,该流道曲线M₁M₂在进风端处的切线与纵向基准线之间的夹角α的范围为[0，30°]，在出风端处的切线与横向基准线之间的夹角β的范围为[0，80°]。可选地，该流道曲线M₁M₂在进风端处的切线与纵向基准线之间的夹角α为10度，在出风端处的切线与横向基准线之间的夹角β为40度。

对本实施例的混流风机进行仿真实验，并与优化前的混流风机的仿真进行对比，实验数据如下表所示，在仿真实验时，噪音测点为风机出口0.5m处。

通过仿真数据可知，在风量接近的情况下，优化后风机转速明显下降，同风量下噪音值下降，运行效率和压头都有所提升，风机气动性能和风噪水平得到明显改善。通过如图12和图13所示的速度矢量图对比也可发现，优化后，沿导流圈气流进入方向明显发生变化，气流向流道中部偏移，通过进气整流，流动速度分布更加均匀，速度梯度减缓明显。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (16)

1.一种叶轮，其特征在于，包括：

轮盖(3)，包括沿轴线贯通的内腔，且所述内腔具有相对设置的进风端和出风端；

轮毂(1)，设置于所述轮盖(3)内；以及

多个叶片(2)，连接于所述轮盖(3)的内表面和所述轮毂(1)的外表面之间，且所述叶片(2)包括与所述轮毂(1)的外表面连接并沿所述轮毂(1)的外表面延伸的叶片根部(24)以及与所述叶片根部(24)相对的叶片外缘(22)，所述叶片外缘(22)的轮廓线在通过所述轴线(L)的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从所述进风端到所述出风端的方向上，所述变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大，所述纵向基准线与轴线(L)平行。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述变倾角曲线包括位于所述进风端一侧的第一端点(B)以及位于所述出风端一侧的第二端点(C)，其中，所述变倾角曲线在所述第一端点(B)处的切线与所述纵向基准线之间的入口夹角(d)的范围为[20°，85°]；和/或，所述变倾角曲线在所述第二端点(C)处的切线与所述纵向基准线之间的出口夹角(g)的范围为[10°，70°]。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，所述入口夹角(d)为50°，所述出口夹角(g)为57.7°。

4.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述变倾角曲线为第一S形曲线。

5.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于，所述第一S形曲线具有拐点并包括分别位于所述拐点两侧的第一曲线段和第二曲线段，所述第一曲线段的曲率半径(R₁)与所述第二曲线段的曲率半径(R₂)之间的比值范围为[0.2，5]。

6.根据权利要求5所述的叶轮，其特征在于，所述第一曲线段的曲率半径(R₁)为125mm，所述第二曲线段的曲率半径(R₂)为38mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片根部(24)在所述纵向投影面上的投影为第二S形曲线。

8.根据权利要求7所述的叶轮，其特征在于，所述第二S形曲线包括位于所述进风端一侧的第三端点(A)以及位于所述出风端一侧的第四端点(D)，其中，所述第二S形曲线在所述第三端点(A)处的切线与横向基准线之间的入口夹角(m)的范围为[65°，120°]；和/或，所述第二S形曲线在所述第四端点(D)处的切线与横向基准线之间的出口夹角(n)的范围为[10°，65°]。

9.根据权利要求8所述的叶轮，其特征在于，所述第二S形曲线在所述第三端点(A)处的切线与横向基准线之间的入口夹角(m)为91°，所述第二S形曲线在所述第四端点(D)处的切线与横向基准线之间的入口夹角(n)为24°。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(2)还包括位于所述进风端一侧的前缘(21)，所述前缘(21)的轮廓线在与所述轴线(L)垂直的横向投影面上的投影为凹曲线。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(2)为扭曲叶片，所述扭曲叶片的表面包括从所述进风端到所述出风端依次布置的第一曲面段、第二曲面段和第三曲面段，所述第二曲面段位于所述第一曲面段和所述第三曲面段之间且相对于第一曲面段和所述第三曲面段向所述叶轮的旋转方向一侧凹入。

12.根据权利要求11所述的叶轮，其特征在于，所述第一曲面段、第二曲面段和第三曲面段之间通过圆弧面过渡。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(2)还包括位于所述出风端一侧的尾缘(23)，所述尾缘(23)的轮廓线在所述纵向投影面上的投影为内凹弧线。

14.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(2)的数量为6个到20个。

15.一种混流风机，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的叶轮。

16.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求15所述的混流风机。

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