CN113638906B - 轴流风叶、轴流风机及空调器 - Google Patents

Abstract

本方案提供的轴流风叶，轮毂带动其外周上通过叶根与其连接的多个叶片旋转，气流从叶片的叶片前缘流向叶片后缘，在压力面的作用下被推动前向，在压强差的作用下，气流从吸力面补充进轴流风叶。在叶片后缘处设置一排锯齿槽，通过锯齿将叶片后缘处的涡进行破碎，分隔成小型涡以降低涡能量，从而降低叶片尾迹湍流产生的噪音；在叶片外缘处设置由压力面向吸力面折弯而成的折弯部，折弯部可以减小间隙中压力面侧高压流体向吸力面侧的流动，减少压力面向吸力面流动的泄漏，从而降低泄漏涡所引起的气动噪音。通过在叶片上设置锯齿槽和折弯部，可以进一步降低轴流风机的噪音，使其满足静音需求。

Description

轴流风叶、轴流风机及空调器

技术领域

本申请涉及轴流风机技术领域，尤其涉及一种轴流风叶、轴流风机及空调器。

背景技术

轴流风机主要由风叶和机壳组成，通常用在流量要求较高而压力要求较低的场合，空调室外机需用低压轴流风机进行通风换气，基于其使用场景，对这种风机的要求是大风量、低噪声。轴流风机在运行过程中的噪声主要来源于叶轮旋转时的气动噪声、传动***产生的机械噪声、电机运转的电磁噪声和结构振动噪声；对风叶的设计主要为了改善风叶的气动噪声，气动噪声分为两类：旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是由运转的叶片与静止部件的相对运动引起空气压力脉动而产生，另外，由于叶片吸力面和压力面的压差而产生的噪声也称为旋转噪声；涡流噪声是叶片旋转时，由于叶片推动旋转面区间和叶尖周围空间的空气形成漩涡，在空气的黏滞作用下，这些涡流在叶片表面和风筒壁面形成强紊流喘动，进而***成许多大小涡流产生的噪声波。

目前经典的轴流风叶气动设计主要对风叶的数量、安装角度、面积、轮毂比等主要尺寸参数进行改良。随着生活品质的提高，人们对空调的静音性能要求也越来越高，而仅基于尺寸参数进行改良的轴流风叶所产生的噪音还是比较大，无法满足静音需求，所以需要对经典的轴流风叶的叶型进行优化设计以进一步降低轴流风机的噪音，以满足人们对空调的静音需求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种轴流风叶，该轴流风叶，能够进一步降低轴流风机的噪音。

本申请第一方面提供一种轴流风叶，包括：

具有轴心的圆形轮毂和分布在所述轮毂外周上的N片叶片，所述N为大于或等于2的整数；

所述叶片包括沿其旋转方向设置在叶片两端的叶片前缘和叶片后缘，以及连接于所述轮毂的叶根和远离所述叶根的叶片外缘；

其中，所述叶片靠近出风侧的一面为压力面，靠近进风侧的一面为吸力面；

所述叶片后缘设置有锯齿槽；

所述叶片外缘设置有由所述压力面向所述吸力面折弯形成的折弯部，所述折弯部的折弯宽度由叶片前缘至叶片后缘逐渐变大；

所述折弯宽度为所述折弯部在轴向方向上的宽度。

在一种实施方式中，所述折弯部的折弯轨迹线K的一端为与所述叶片前缘的顶点重合的折弯始点，另一端与所述叶片后缘相交形成折弯终点，所述K为圆弧线；

所述折弯始点的径向半径Zs等于所述叶片的半径R；

所述折弯终点的径向半径Ze等于85％～95％R；

所述叶片前缘处的所述折弯程度等于零，所述叶片后缘处的所述折弯程度Za等于2％～10％A，所述A为所述叶片的高度。

在一种实施方式中，所述折弯终点的径向半径Ze的最佳取值为90％R；

所述叶片后缘处的所述折弯程度Za的最佳取值为8％A。

在一种实施方式中，所述锯齿槽的齿间距B＝2H*sin(α/2)；

所述锯齿槽的齿数M＝(Ce-Cs)/B；

所述H为锯齿槽的齿高，所述α为所述锯齿槽的齿间夹角，所述Ce为所述锯齿槽的最大径向半径，所述Cs为所述锯齿槽的最小径向半径。

在一种实施方式中，所述α的取值范围为25°～45°；

所述H的取值范围为8～18mm；

所述Cs的取值范围为20％～30％R；

所述Ce的取值范围为75％～90％R，R为所述叶片的半径。

在一种实施方式中，所述α的最佳取值为35°；

所述H的最佳取值为15mm；

所述Cs的最佳取值为30％R；

所述Ce的最佳取值为80％R。

在一种实施方式中，所述压力面的空间曲线Gl由如下方程组1确定，

其中，x∈(-115,175)，a₁∈(-0.6,-0.5)、b₁∈(-0.01,0.03)、c₁∈(-2E-5,-10E-7)、d₁∈(-2E-7,5.5E-10)、e₁∈(-2.4E-9,5E-11)、f₁∈(-75,35)、A₁∈(-8E-4,8E-4)、B₁∈(-0.01,-0.001)、C₁∈(-2E-6,1.2E-5)、D₁∈(-4.5E-8,5.8E-7)、E₁∈(-3.4E-11,1.3E-8)和F₁∈(75,250)，E表示科学计算法，a₁、b₁、c₁、d₁、e₁、f₁、A₁、B₁、C₁、D₁、E₁和F₁为无量纲量的系数，用于确定所述方程组1的形状；

所述Gl由三维坐标系中的坐标点(x，y，z)的连接而成。

在一种实施方式中，所述吸力面的空间曲线Fl由如下方程组2确定，

其中，x∈(-115,175)，a₂∈(-0.65,0.65)、b₂∈(0.001,0.02)、c₂∈(-10E-6,2.4E-4)、d₂∈(1E-8,2.65E-6)、e₂∈(-1.8E-8,1.5E-9)、f₂∈(-45,-85)、A₂∈(-5E-3,8.5E-4)、B₂∈(-0.01,0.01)、C₂∈(-1.3E-6,1.5E-5)、D₂∈(-4.5E-8,7E-7)、E₂∈(-3.2E-11,3.2E-8)和F₂∈(79,245),E表示科学计算法，a₂、b₂、c₂、d₂、e₂、f₂、A₂、B₂、C₂、D₂、E₂和F₂为无量纲量的系数，用于确定所述方程组1的形状；

所述Fl由三维坐标系中的坐标点(x，y₂，z₂)的连接而成。

在一种实施方式中，所述系数的取值根据所述叶片的截面直径d确定，d∈(160,480)；

所述截面直径为所述叶片在所述旋转方向上的截面与所述吸力面或所述压力面的相交线的直径。

本申请第二方面提供一种轴流风机，包括如第一方面所述的任一种轴流风叶。

本申请第三方面提供一种空调器，包括如第二方面所述的轴流风机。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本方案提供的轴流风叶，轮毂带动其外周上通过叶根与其连接的多个叶片旋转，气流从叶片的叶片前缘流向叶片后缘，在压力面的作用下被推动前向，在压强差的作用下，气流从吸力面补充进轴流风叶。在叶片后缘处设置一排锯齿槽，通过锯齿将叶片后缘处的涡进行破碎，分隔成小型涡以降低涡能量，从而降低叶片尾迹湍流产生的噪音；在叶片外缘处设置由压力面向吸力面折弯而成的折弯部，折弯部可以减小间隙中压力面侧高压流体向吸力面侧的流动，减少压力面向吸力面流动的泄漏，从而降低泄漏涡所引起的气动噪音。通过在叶片上设置锯齿槽和折弯部，可以进一步降低轴流风机的噪音，使其满足静音需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例示出的轴流风叶的结构示意图；

图2是本申请实施例示出的轴流风叶的另一结构示意图；

图3是本申请实施例示出的锯齿槽的结构示意图；

图4是本申请实施例示出的轴流风叶的另一结构示意图；

图5是本申请实施例示出的轴流风叶的另一结构示意图；

图6是本申请实施例示出的轴流风叶的叶片的叶型截面结构示意图；

图7是本申请实施例示出的新型风叶与原有风叶的噪音和风量比较图；

图8是本申请实施例示出的新型风叶与原有风叶的转速和风量比较图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

本实施例提供一种轴流风叶，如图1至图2所示，本实施例中的轴流风叶包括具有轴心的圆形轮毂10和分布在轮毂外周上的N片叶片20，N为大于或等于2的整数；叶片包括沿其旋转方向30分布的叶片前缘21和叶片后缘22，出风侧的压力面23和进风侧的吸力面24，以及连接于轮毂10的叶根25和远离叶根的叶片外缘26；叶片后缘22设置有一排锯齿槽27；叶片外缘26设置有由压力面23向吸力面24折弯形成的折弯部28，折弯部28的折弯程度由叶片前缘21至叶片后缘22逐渐变大；折弯程度为折弯部28在轴向方向上的宽度。

应当说明的是，轴向方向即圆形轮毂一端的中心至另一端的中心的连线所在方向。

本实施例提供的轴流风叶通过上述设置，在圆形轮毂的外周上均匀设置多个叶片，轴流风叶工作时，轮毂带动叶片旋转，气流从叶片的叶片前缘流向叶片后缘，在压力面的作用下被推动前向，在压强差的作用下，气流从吸力面补充进轴流风叶，进而被相邻的叶片的压力面推动向前，如此通过压力面和吸力面的循环配合作用，源源不断地提供定向气流。在叶片后缘处设置一排锯齿槽，通过锯齿将叶片后缘处的涡进行破碎，分隔成小型涡以降低涡能量，从而降低叶片尾迹湍流产生的噪音；在叶片外缘处设置由压力面向吸力面折弯而成的折弯部，折弯部可以减小间隙中压力面侧高压流体向吸力面侧的流动，减少压力面向吸力面流动的泄漏，从而降低泄漏涡所引起的气动噪音。通过在叶片上设置锯齿槽和折弯部的，可以进一步降低轴流风机的噪音，使其满足静音需求。

实施例二

本实施例提供一种轴流风叶，与上一实施例相比，本实施例进一步对锯齿槽和折弯部进行如下设计：如图3至图4所示，H为锯齿槽的齿高，α为锯齿槽的齿间夹角，Ce为一排锯齿槽的最大径向半径，Cs为一排锯齿槽的最小径向半径。锯齿槽的齿间距B＝2H*sin(α/2)；锯齿槽的齿数M＝(Ce-Cs)/B；α的取值范围为25°～45°；H的取值范围为8～18mm；Cs的取值范围为20％～30％R；Ce的取值范围为75％～90％R，R为叶片的半径。如图5所示，折弯部的折弯轨迹线K的一端为与叶片前缘的顶点重合的折弯始点，另一端与叶片后缘相交形成折弯终点，K为圆弧线；折弯始点的径向半径Zs等于叶片的半径R；折弯终点的径向半径Ze等于85％～95％R；叶片前缘处的折弯程度等于零，叶片后缘处的折弯程度Za等于2％～10％A，A为叶片的高度。

具体的，在本实施例中R＝275mm。

本实施例提供的轴流风叶通过上述设置，通过在叶片的叶片后缘处设置锯齿槽，锯齿对叶片后缘处的涡起到破碎作用，能显著的降低尾迹涡，以涡核大小而言，对大涡破碎效果明显，起到明显的降噪作用，再按上述的尺寸范围对锯齿进行设计，能进一步地提高降噪效果；通过在叶片的叶片外缘处设置折弯部，折弯部可降低压力面向吸力面流动的泄漏，提高轴流风叶效率，降低了泄漏涡所引起的气动噪声，再按上述的尺寸范围对折弯部进行设计，能进一步地提高降噪效果。

优化地，通过正交实验确定α的最佳取值为35°；H的最佳取值为15mm；Cs的最佳取值为30％R；Ce的最佳取值为80％R；通过表1的实验数据可以得知折弯终点的径向半径Ze的最佳取值为90％R；叶片后缘处的折弯程度Za的最佳取值为8％A。通过按上述的最佳取值对折弯部和锯齿槽进行设计，能更进一步地提高降噪效果，同时提高效率。

表1叶片不同折弯部对比

实施例三

本实施例提供一种轴流风叶，与上一实施例相比，本实施例进一步对压力面和吸力面进行如下设计：因为折弯部和锯齿槽的设计会略微降低的轴流风叶的风量，所以采用折弯部和锯齿槽设计需要一定的风量裕量，因此在对轴流风叶设计时采用四叶片来提升风量，同时对叶片的叶型进行重新设计，其中压力面的空间曲线Gl由方程组1计算得到，

其中，方程组的定义域为(-115，175)，即x∈(-115,175)，a₁、b₁、c₁、d₁、e₁、f₁、A₁、B₁、C₁、D₁、E₁和F₁为无量纲量的系数，用于确定所述方程组1的形状，方程组1的系数的取值根据截面直径d确定，本方案中的叶片的叶型使用10个叶型截面，如图6所示，为方便显示，隐藏2个叶型截面，截面直径d＝160～480，每40mm创建一个叶型截面，各叶型截面上压力面所对应的系数如表2所示。

表2各叶型截面压力面Gl的优选系数和系数取值范围

其中压力面的空间曲线Fl由方程组2计算得到，

其中，方程组的定义域为(-115，175)，即x∈(-115,175)，a₂、b₂、c₂、d₂、e₂、f₂、A₂、B₂、C₂、D₂、E₂和F₂为无量纲量的系数，用于确定所述方程组2的形状，方程组2的系数的取值根据截面直径d确定，各叶型截面上压力面所对应的系数如表3所示。

表3各叶型截面压力面Fl的优选系数和系数取值范围

本实施例通过上述两个方程组和系数确定叶片的叶型，再结合锯齿槽和折弯部的设计，使得本实施例中提供的轴流风叶-新型风叶相比于改良前的原有风叶进行数据对比，通过如下表4的实验数据和表5的实验数据对比可以看出本实施例中的新型风叶在保持同风量下功率不变的情况下，噪音水平明显降低，且在同转速下可以达到更高的风量。

表4原有风叶的实验数据

表5新型风叶的实验数据

通过将表3和表4的实验数据转化成图7和图8，可以明显看出本实施例中的轴流风叶在相同转速下具有8％-10％的提升，在同风量工况下，轴流风叶相较于改良前的原有风叶降低了0.5-1dB的噪音，所以本实施例提供的轴流风叶可以解决噪音问题，满足静音需求。

实施例四

本实施例提供一种轴流风机包括如上述任一实施例所描述的轴流风叶。由于上述轴流风叶具有上述技术效果，具有该轴流风叶的轴流风机也应具有相应的技术效果，此处不再赘述。

实施例五

本实施例提供一种空调器包括如上述实施例所描述的轴流风机。由于上述轴流风机具有本方案中的轴流风叶的技术效果，具有该轴流风机的空调器也应具有相应的技术效果，此处不再赘述。

上文中已经参考附图详细描述了本申请的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种轴流风叶，其特征在于，包括：

具有轴心的圆形轮毂和分布在轮毂外周上的N片叶片，所述N为大于或等于2的整数；

所述叶片包括沿其旋转方向设置在叶片两端的叶片前缘和叶片后缘，以及连接于所述轮毂的叶根和远离所述叶根的叶片外缘；

其中，所述叶片靠近出风侧的一面为压力面，靠近进风侧的一面为吸力面；

所述叶片后缘设置有锯齿槽；所述锯齿槽的齿间距B＝2H*sin(α/2)；所述锯齿槽的齿数M＝(Ce-Cs)/B；所述H为锯齿槽的齿高，所述α为所述锯齿槽的齿间夹角，所述Ce为所述锯齿槽的最大径向半径，所述Cs为所述锯齿槽的最小径向半径；所述α的最佳取值为35°；所述H的最佳取值为15mm；所述Cs的最佳取值为30％R；所述Ce的最佳取值为80％R；

所述叶片外缘设置有由所述压力面向所述吸力面折弯形成的折弯部，所述折弯部的折弯宽度由叶片前缘至叶片后缘逐渐变大；

所述折弯宽度为所述折弯部在轴向方向上的宽度；

所述折弯部的折弯轨迹线K的一端为与所述叶片前缘的顶点重合的折弯始点，另一端与所述叶片后缘相交形成折弯终点，所述K为圆弧线；

所述折弯始点的径向半径Zs等于所述叶片的半径R；

所述折弯终点的径向半径Ze等于85％～95％R；

所述叶片前缘处的所述折弯程度等于零，所述叶片后缘处的所述折弯程度Za等于2％～10％A，所述A为所述叶片的高度。

2.根据权利要求1所述的一种轴流风叶，其特征在于：

所述折弯终点的径向半径Ze的最佳取值为90％R；

所述叶片后缘处的所述折弯程度Za的最佳取值为8％A。

3.根据权利要求1所述的一种轴流风叶，其特征在于：

所述压力面的空间曲线Gl由如下方程组1确定，

方程组1：

其中，x∈(-115,175)，a₁∈(-0.6,-0.5)、b₁∈(-0.01,0.03)、c₁∈(-2E-5,-10E-7)、d₁∈(-2E-7,5.5E-10)、e₁∈(-2.4E-9,5E-11)、f₁∈(-75,35)、A₁∈(-8E-4,8E-4)、B₁∈(-0.01,-0.001)、C₁∈(-2E-6,1.2E-5)、D₁∈(-4.5E-8,5.8E-7)、E₁∈(-3.4E-11,1.3E-8)和F₁∈(75,250)，a₁、b₁、c₁、d₁、e₁、f₁、A₁、B₁、C₁、D₁、E₁和F₁为无量纲量的系数，用于确定所述方程组1的形状；

所述Gl由三维坐标系中的坐标点(x，y，z)的连接而成。

4.根据权利要求1所述的一种轴流风叶，其特征在于：

所述吸力面的空间曲线Fl由如下方程组2确定，

方程组2：

其中，x∈(-115,175)，a₂∈(-0.65,0.65)、b₂∈(0.001,0.02)、c₂∈(-10E-6,2.4E-4)、d₂∈(1E-8,2.65E-6)、e₂∈(-1.8E-8,1.5E-9)、f₂∈(-45,-85)、A₂∈(-5E-3,8.5E-4)、B₂∈(-0.01,0.01)、C₂∈(-1.3E-6,1.5E-5)、D₂∈(-4.5E-8,7E-7)、E₂∈(-3.2E-11,3.2E-8)和F₂∈(79,245),a₂、b₂、c₂、d₂、e₂、f₂、A₂、B₂、C₂、D₂、E₂和F₂为无量纲量的系数，用于确定所述方程组2的形状；

所述Fl由三维坐标系中的坐标点(x，y₂，z₂)的连接而成。

5.根据权利要求3所述的一种轴流风叶，其特征在于：

所述系数的取值根据所述叶片的截面直径d确定，d∈(160,480)；

所述截面直径为所述叶片在所述旋转方向上的截面与所述吸力面或所述压力面的相交线的直径。

6.一种轴流风机，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的轴流风叶。

7.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求6所述的轴流风机。

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