CN101718279B - 空调用轴流风扇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够在保证风量同时减小输入功率，从而更加节能的一种空调用轴流风扇，其通过优化空调用轴流风扇的设计参数，主要是调整弦长、安装角ψ(x)及翼型截面升力系数三个参数来限定叶片形状及叶片与轮毂之间的位置关系，可在产生足够空气流量的同时降低电机的输入功率，达到节能效果，尤其适合于空调室外机的轴流风扇改进应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴流风扇，尤其是一种空调用轴流风扇。
背景技术
目前，空调器室外机主要由热交换器、轴流风扇、导风结构、风扇网罩、电机安装架、隔板和压缩机系统组成。通常，轴流风扇由一与电机轴连接的轮毂、以风扇旋转轴线为对称中心呈中心对称、等间距分布的叶片构成，其中，叶片由前缘线、后缘线和外缘线围成的曲面构成。
轴流风扇将电机输入的功率转为空气的循环流动，从而进行强制对流换热。研究如何通过匹配轴流风扇的各设计参数，在维持空调器必需的风量条件下降低电机输入功率，符合当今的环保节能潮流。
发明内容
为了克服现有空调用轴流风扇节能效果较差的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在保证风量同时减小输入功率，从而更加节能的一种空调用轴流风扇。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：空调用轴流风扇，包括半径为Rh的轮毂及连接在轮毂上的三个叶片，该三个叶片形状相同并以风扇旋转轴线为中心呈中心对称布置，轴流风扇半径为R，所述叶片的形状满足如下关系：
定义一坐标x，该坐标是这样得到，在轴流风扇外径与轮毂之间沿径向方向任一点所处位置的半径为r，Rh＜r＜R，则x＝r/R，Rh/R＜x＜1；
定义一法平面，该法平面是任一与风扇旋转轴线垂直的平面，其与风扇旋转轴线相交于中心点；
叶片的前缘线、后缘线在法平面上的投影线分别为前缘投影线和后缘投影线，前缘投影线、后缘投影线均是x的n次函数，其中n≥2；
前缘投影线的起点为前缘线与轮毂的交点在法平面的投影点，以该投影点与中心点的直线连线为第一基准线，随x变化前缘投影线上任一点与中心点的直线连线和第一基准线之间的夹角α(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，若α(x)为正表示该夹角与轴流风扇旋转方向相同，若α(x)为负表示该夹角与轴流风扇旋转方向相反；
后缘投影线的起点为后缘线与轮毂的交点在法平面的投影点，以该投影点与中心点的直线连线为第二基准线，随x变化后缘投影线上任一点与中心点的直线连线和第二基准线之间的夹角β(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，若β(x)为正表示该夹角与轴流风扇旋转方向相反，若β(x)为负表示该夹角与轴流风扇旋转方向相同；
随x变化，不同位置处翼弦线与法平面在通过轮毂中心线的任一平面上的投影的夹角ψ(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，所称翼弦线系以一半径为所述r，中心线为风扇旋转轴线的圆柱面截取叶片的截面在通过风扇旋转轴线的平面展开后该圆柱面与前缘线、后缘线交点的连线；
随x变化，不同位置处叶片翼型截面升力系数μ(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，所称叶片翼型截面(4)系以一半径为所述r，中心线为风扇旋转轴线(29)的圆柱面截取叶片(11)的截面展开后的区域；所称翼型截面升力系数是叶片翼型截面(4)表现的气动性能；
法平面内第一基准线和第二基准线的夹角θ的范围为65°～80°。
所述轴流风扇的半径R＝200～250mm，Rh∶R＝0.35～0.4∶1。
随x变化，不同半径处叶片的翼形形状为，靠近前缘处为圆弧，靠近后缘处为尖角，前缘与后缘之间圆滑过渡，翼型的重心在靠近前缘30％～45％的范围。
本发明的有益效果是：在轴流风扇的半径R和轮毂半径Rh确定的情况下，α(x)与β(x)及夹角θ决定了叶片某一径向位置处翼弦线的长度即弦长，而ψ(x)即叶片某一径向位置处的安装角，μ(x)是翼型截面升力系数，通过优化空调用轴流风扇的设计参数，主要是调整弦长、安装角ψ(x)和翼型截面升力系数μ(x)三个参数来限定叶片形状及叶片与轮毂之间的位置关系，可在产生足够空气流量的同时降低电机的输入功率，达到节能效果。
附图说明
图1是本发明轴流风扇的立体图。
图2是叶片在法平面的投影图。
图3是是以一以轮毂中心线为中心线、半径为r的圆柱面截取叶片的示意图。
图4是图3的截面展开图。
图5是α(x)的示意图。
图6是α(x)的示意图。
图7是本发明实施例效果测试图。
图8是本发明实施例效果测试图。
图中标记为，前缘1、后缘2、翼弦线3、叶片翼型截面4、轮毂10、叶片11、前缘线12、后缘线13、外缘线14、前缘投影线15、后缘投影线16、外缘线的投影线17、法平面20、风扇旋转轴线29、中心点O，前缘线与轮毂的交点在法平面上的投影点A，后缘线与轮毂的交点在法平面上的投影点B，前缘投影线上任意一点A’，后缘投影线上任意一点B’，α(x)＝∠A’OA，β(x)＝∠B’OB，θ＝∠AOB。
图4、图5和图6中虚线箭头所示为轴流风扇的旋转方向。
图7中，Q代表优化后的风量，QO代表优化前的风量；
图8中，P代表优化后的输入功率，PO代表优化前的输入功率。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1～图6所示，本发明的空调用轴流风扇包括半径为Rh的轮毂10及连接在轮毂10上的三个叶片11，该三个叶片11形状相同并以轮毂中心线29为中心呈中心对称布置，轴流风扇半径为R，所述叶片的形状满足如下关系：
定义一坐标x，该坐标是这样得到，在轴流风扇外径与轮毂10之间沿径向方向任一点所处位置的半径为r，Rh＜r＜R，则x＝r/R，Rh/R＜x＜1；
定义一法平面20，该法平面20是任一与轮毂中心线29垂直的平面，其与轮毂中心线29相交于中心点O；
叶片11的前缘线12、后缘线13在法平面20上的投影线分别为前缘投影线15和后缘投影线16，前缘投影线15、后缘投影线16均是x的n次函数，其中n≥2；
前缘投影线15的起点为前缘线12与轮毂10的交点在法平面20的投影点A，以该投影点A与中心点O的直线连线为第一基准线OA，随x变化前缘投影线15上任一点A’与中心点O的直线连线OA’和第一基准线OA之间的夹角α(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，若α(x)为正表示该夹角与轴流风扇旋转方向相同，若α(x)为负表示该夹角与轴流风扇旋转方向相反；
后缘投影线16的起点为后缘线13与轮毂10的交点在法平面20的投影点B，以该投影点B与中心点O的直线连线为第二基准线OB，随x变化后缘投影线16上任一点B’与中心点O的直线连线OB’和第二基准线OB之间的夹角β(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，若β(x)为正表示该夹角与轴流风扇旋转方向相反，若β(x)为负表示该夹角与轴流风扇旋转方向相同；
随x变化，不同位置处翼弦线3与法平面20在通过的风扇旋转轴线29的任一平面上的投影的夹角ψ(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，所称翼弦线3系以一半径为所述r，中心线为风扇旋转轴线29的圆柱面截取叶片11的截面平面展开后该圆柱面与前缘线12、后缘线13交点的连线；
随x变化，不同位置处叶片翼型截面升力系数μ(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，所称叶片翼型截面4系以一半径为所述r，中心线为风扇旋转轴线29的圆柱面截取叶片11的截面展开后的区域；所称翼型截面升力系数是叶片翼型截面4表现的气动性能；
法平面20内第一基准线OA和第二基准线OB的夹角θ的范围为65°～80°。
依据上述模型，不同位置x处的弦长是由α(x)，β(x)和θ规定，安装角由ψ(x)规定，翼型截面升力系数由μ(x)规定，以降低电机的输入功率为优化目标，对现有轴流风扇的设计参数进行优化，主要调整了叶片弦长和安装角，最终达到了在保证风量的同时降低电机输入功率的目的。不同状态的空调室外机，只要风扇直径满足本发明规定范围，按照本发明提供的弦长，安装角和翼形升力系数变化规律即可获得较好性能状态的风扇。
本发明依据常用风扇规格，即轴流风扇的半径R＝200～250mm，Rh∶R＝0.35～0.4∶1，利用上述的优化手段，得到了以下几组相对较优的弦长和安装角匹配关系：
第一组，
α(x)＝17x2-2.291x-2.1904，
β(x)＝9.6524x2+16.4764x-7.4573，
ψ(x)＝60.0654x2-127.9202x+84.2225+k，
μ(x)＝1.6712x2-3.6842x+2.2259；
第二组，
α(x)＝-93.7202x3+206.7488x2-123.8051x+22.2075，
β(x)＝2.3407x3+4.9376x2+19.4832x-8.06，
ψ(x)＝-84.0661x3+230.2580x2-235.9204x+105.4245+k，
μ(x)＝-0.0155x3+1.7026x2-3.7041x+2.2298；
第三组，
α(x)＝-221.9207x4+504.6206x3-376.8114x2+119.2391x-14.144，
β(x)＝-6.8822x4+20.8765x3-13.1303x2+27.0068x-9.1844，
ψ(x)＝-25.7978x4-14.2244x3+162.1815x2-207.7536x+101.2701+k，
μ(x)＝-1.9314x4+5.2132x3-3.394x2-1.5954x+1.9187；
第四组，
α(x)＝-635.4x5+1913.2x4-2288.6x3+1397.7x2-0427.2x+51，
β(x)＝-1782.5x5+6002.4x4-7867.6x3+5015.5x2-1526.5x+176.6，
ψ(x)＝605.8x5-2065.8x4+2651.3x3-1522.7x2+306.3x+40.8+k，
μ(x)＝16.0607x5-56.0114x4+75.8757x3-48.0603x2+12.031x+0.3164；
以上各α(x)，β(x)，ψ(x)函数的单位均为度，其中，k为测试系数，k＝-6～6，μ(x)为一无量纲系数。
在得到较优的弦长和安装角匹配关系后，改变测试系数k及夹角θ的取值来相应得到不同的输入功率，其中同等风量下输入功率最低的方案是进一步的优化方案，经过有限次试验，可以得到符合实际需要的优化方案。
本发明推荐应用于如下常规翼形的叶片，即：随x变化，不同半径处叶片11的翼形形状为，靠近前缘1处为圆弧，靠近后缘2处为尖角，前缘1与后缘2之间圆滑过渡，翼型的重心在靠近前缘30％～45％的范围，但是，本发明对于其它常用的轴流风扇叶片翼形，例如前缘1与后缘2均为圆弧的翼形，也可适用。
实施例：
一空调用轴流风扇，采用常规翼形，R＝233mm，Rh＝168mm，其采用的弦长与安装角匹配关系为：
α(x)＝-93.7202x3+206.7488x2-123.8051x+22.2075，
β(x)＝2.3407x3+4.9376x2+19.4832x-8.06，
ψ(x)＝-84.0661x3+230.2580x2-235.9204x+105.4245+k；
图7为ψ(x)中的A和θ对应取不同值“A＝0，θ＝76.3；A＝2，θ＝74.5；A＝4，θ＝73.4；A＝6，θ＝67.3”时，空调器室外机的风量测试结果，图8为相应的输入功率测试结果。
由图7和图8可知，本发明的轴流风扇在风量Q变化不大情况下，输入功率P降低较多，即应用本发明可保证同等风量下降低输入功率。
Claims (7)
1.空调用轴流风扇，包括半径为Rh的轮毂(10)及连接在轮毂(10)上的三个叶片(11)，该三个叶片(11)形状相同并以风扇旋转轴线(29)为中心呈中心对称布置，轴流风扇半径为R，其特征是：所述叶片的形状满足如下关系：
定义一坐标x，该坐标是这样得到，在轴流风扇外径与轮毂(10)之间沿径向方向任一点所处位置的半径为r，Rh＜r＜R，则x＝r/R，Rh/R＜x＜1；
定义一法平面(20)，该法平面(20)是任一与风扇旋转轴线(29)垂直的平面，其与风扇旋转轴线(29)相交于中心点(O)；
叶片(11)的前缘线(12)、后缘线(13)在法平面(20)上的投影线分别为前缘投影线(15)和后缘投影线(16)，前缘投影线(15)、后缘投影线(16)均是x的n次函数，其中n≥2；
前缘投影线(15)的起点为前缘线(12)与轮毂(10)的交点在法平面(20)的投影点(A)，以该投影点(A)与中心点(O)的直线连线为第一基准线(OA)，随x变化前缘投影线(15)上任一点(A’)与中心点(O)的直线连线(OA’)和第一基准线(OA)之间的夹角α(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，若α(x)为正表示该夹角与轴流风扇旋转方向相同，若α(x)为负表示该夹角与轴流风扇旋转方向相反；
后缘投影线(16)的起点为后缘线(13)与轮毂(10)的交点在法平面(20)的投影点(B)，以该投影点(B)与中心点(O)的直线连线为第二基准线(OB)，随x变化后缘投影线(16)上任一点(B’)与中心点(O)的直线连线(OB’)和第二基准线(OB)之间的夹角β(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，若β(x)为正表示该夹角与轴流风扇旋转方向相反，若β(x)为负表示该夹角与轴流风扇旋转方向相同；
随x变化，不同位置处翼弦线(3)与法平面(20)在通过的风扇旋转轴线(29)的任一平面上的投影的夹角ψ(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，所称翼弦线(3)系以一半径为所述r，中心线为风扇旋转轴线(29)的圆柱面截取叶片(11)的截面平面展开后该圆柱面与前缘线(12)、后缘线(13)交点的连线；
随x变化，不同位置处叶片翼型截面升力系数μ(x)是关于x的n次函数关系，其中n≥2，所称叶片翼型截面(4)系以一半径为所述r，中心线为风扇旋转轴线(29)的圆柱面截取叶片(11)的截面展开后的区域；所称翼型截面升力系数是叶片翼型截面(4)表现的气动性能；
法平面(20)内第一基准线(OA)和第二基准线(OB)的夹角θ的范围为65°～80°。
2.如权利要求1所述的空调用轴流风扇，其特征是：所述轴流风扇的半径R＝200～250mm，Rh∶R＝0.35～0.4∶1。
3.如权利要求2所述的空调用轴流风扇，其特征是：
α(x)＝17x2-2.291x-2.1904，
β(x)＝9.6524x2+16.4764x-7.4573，
ψ(x)＝60.0654x2-127.9202x+84.2225+k，
μ(x)＝1.6712x2-3.6842x+2.2259。
以上α(x)，β(x)，ψ(x)各函数的单位均为度，其中，k为测试系数，k＝-6～6，μ(x)为一无量纲系数。
4.如权利要求2所述的空调用轴流风扇，其特征是：
α(x)＝-93.7202x3+206.7488x2-123.8051x+22.2075，
β(x)＝2.3407x3+4.9376x2+19.4832x-8.06，
ψ(x)＝-84.0661x3+230.2580x2-235.9204x+105.4245+k，
μ(x)＝-0.0155x3+1.7026x2-3.7041x+2.2298。
以上α(x)，β(x)，ψ(x)各函数的单位均为度，其中，k为测试系数，k＝-6～6，μ(x)为一无量纲系数。
5.如权利要求2所述的空调用轴流风扇，其特征是：
α(x)＝-221.9207x4+504.6206x3-376.8114x2+119.2391x-14.144，
β(x)＝-6.8822x4+20.8765x3-13.1303x2+27.0068x-9.1844，
ψ(x)＝-25.7978x4-14.2244x3+162.1815x2-207.7536x+101.2701+k，
μ(x)＝-1.9314x4+5.2132x3-3.394x2-1.5954x+1.9187。
以上α(x)，β(x)，ψ(x)各函数的单位均为度，其中，k为测试系数，k＝-6～6，μ(x)为一无量纲系数。
6.如权利要求2所述的空调用轴流风扇，其特征是：
α(x)＝-635.4x5+1913.2x4-2288.6x3+1397.7x2-0427.2x+51，
β(x)＝-1782.5x5+6002.4x4-7867.6x3+5015.5x2-1526.5x+176.6，
ψ(x)＝605.8x5-2065.8x4+2651.3x3-1522.7x2+306.3x+40.8+k，
μ(x)＝16.0607x5-56.0114x4+75.8757x3-48.0603x2+12.031x+0.3164。
以上α(x)，β(x)，ψ(x)各函数的单位均为度，其中，k为测试系数，k＝-6～6，μ(x)为一无量纲系数。
7.如权利要求1～6中任意一项权利要求所述的空调用轴流风扇，其特征是：随x变化，不同半径处叶片(11)的翼形形状为，靠近前缘(1)处为圆弧，靠近后缘(2)处为尖角，前缘(1)与后缘(2)之间圆滑过渡，翼型的重心在靠近前缘30％～45％的范围。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |