CN103334954B - 一种叶片带半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片带半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置。本发明的半圆柱形凸槽叶片沿周向等间距安装在轮毂上，轮毂与电机输出轴相连接，电机固定在电机固定架上，电机固定架固定在机匣内；导线的两端分别是电机和导线连接头，导线连接头外接电源；半圆柱形凸槽叶片由一体成型的叶片和半圆柱形凸槽组成，每个叶片压力面上设置有n条半圆柱形凸槽，半圆柱形凸槽是直径1mm的半圆柱体，相邻半圆柱形凸槽间的径向间距为6mm，靠近叶顶和叶根的半圆柱形凸槽距离叶顶的径向距离分别为2mm和1mm；半圆柱形凸槽叶片叶顶和叶根处的安装角均为48°。本发明的静压和效率明显加强，且在一定频率范围内有效降低了风扇的噪声。

Description

一种叶片带半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置

技术领域

本发明属于风扇技术领域，尤其涉及一种叶片带半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置。

背景技术

小型轴流风扇(指叶轮直径小于200mm，风量小于1000m³/h的风扇)在空调、冰箱、计算机以及电吹风等民用电器以及化工、机械等行业应用十分广泛。这些风扇在运行过程中将产生一定的能量损耗，尽管每台风扇的能耗不大，但由于这类风扇的数量十分庞大，总的能量损耗还是非常可观的。

相对于高压比、大流量的大中型风机，小型轴流风扇有着尺寸小、流量与压升低、耗功不高等特点，其往往工作在失速区。由于小型风扇性能的要求并不是像大中型风机那样极度地追求高效率，而更注重以微小的叶轮尺寸产生足够大的流量、压力，以适应散热的需求。因此高性能、低噪音是理想风扇叶型所要达到的目标，这其中包括叶型有最大效能、低损耗、最大体积流率(即通风量)等。除此之外，低噪声也是目前小型轴流风扇发展的目标。

因此，基于上述的描述，迫切需要改变轴流风扇叶片的形状，设计出一种新的小型轴流风扇，以此来提高风扇的静压和效率，并且能够降低风扇装置的噪声。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种叶片带半圆柱形半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置，以使得风扇的静压和效率提高，噪声降低。

本发明包括机匣、电机固定架、电机、轮毂、半圆柱形凸槽叶片，半圆柱形凸槽叶片沿周向等间距安装在轮毂上，轮毂与电机输出轴相连接，电机固定在电机固定架上，电机固定架固定在机匣内；导线的一端与电机相连接，另一端与导线连接头相连接；导线连接头外接电源。

所述机匣的截面为四边形，四个角端均开有螺纹通孔，用于机匣的固定。

半圆柱形凸槽叶片为弯扭叶型或圆弧板型直叶片，根据实际需求而定。半圆柱形凸槽叶片由一体成型的叶片和半圆柱形凸槽组成，半圆柱形凸槽的条数为n条，，且均设置在叶片的压力面，半圆柱形凸槽沿着叶片的压力面的曲面紧紧依附在叶片上，叶片的弦长从叶顶到叶根逐渐减小，叶顶弦长为30mm，叶根弦长为15mm；

半圆柱形凸槽的圆柱的直径为lmm，半圆柱形凸槽之间的径向间距优选为6mm，靠近叶顶的半圆柱形凸槽距离叶顶的径向距离d₁优选2mm,靠近叶根的半圆柱形凸槽距离叶根的径向距离d₂优选1mm；半圆柱形凸槽两端距离叶片前缘和后缘的距离均优选2mm，半圆柱形凸槽叶片叶顶和叶根处的安装角均为48°；

所述半圆柱形凸槽的设置条数根据叶片的径向长度决定，相邻的半圆柱形凸槽之间的优选间距有如下两种选择方式：

第一种为半圆柱形凸槽之间的间距D均相同，在半圆柱形凸槽数目n根据实际需求确定后,D可由下式获得：

$D=\frac{L-d_1-d_2}{n-1}$

第二种为半圆柱形凸槽间的间距D非均匀分布，可由下式获得：

D＝k(L-d₁-d₂)

这里k为间距系数，k具体的值会根据风扇叶片数、叶片径向直径以及叶片翼型设计理论中基元级的个数综合决定的，L为叶片的长度，指叶根到叶顶的距离。

所述的n条半圆柱形凸槽长度均不相同，半圆柱形凸槽的长度由其所处在的叶片的径向位置的叶栅的叶型的中线长度决定，n条半圆柱形凸槽的长度从叶顶到叶根逐渐减小。半圆柱形凸槽两端的连线与叶片径向中心线相互垂直，单个叶片上的各条半圆柱形凸槽两端的连线互为异面直线，它们之间的夹角由叶片扭曲的角度决定。

本发明具有如下积极效果：

本发明能够改善原型风扇的静压-流量特性和效率-流量特性，尤其当流量大于0.006kg/s时，本发明的静压和效率要明显比原型风扇的好，同时在4.5(kHz)～5.6(kHz)与9(kHz)～11.2(kHz)频段上，本发明能够一定程度上降低噪声，且叶片半圆柱形凸槽对各个频段上的噪声影响程度也不一样。

附图说明

图1是本发明优选实施例安装示意图；

图2是半圆柱形凸槽叶片示意图；

图3是原型叶片风扇与本发明P-Q性能曲线对比示意图；

图4是原型叶片风扇与本发明η-Q效率曲线对比示意图；

图5是原型叶片风扇与本发明在出口区离转子中心50mm处监测的1/3倍噪声频程图；

图中，机匣1、电机固定架2、电机3、轮毂4、半圆柱形凸槽叶片5、螺纹通孔6、导线7、导线连接头8、叶顶9、叶根10、半圆柱形凸槽11、压力面12、前缘13、后缘14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示,一种叶片带半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置，包括机匣1、电机固定架2、电机3、轮毂4、半圆柱形凸槽叶片5，半圆柱形凸槽叶片5沿周向等间距安装在轮毂4上，轮毂4与电机3输出轴相连接，电机3固定在电机固定架2上，电机固定架2固定在机匣1内；导线7的一端与电机3相连接，另一端与导线连接头8相连接；导线连接头8外接电源.

所述机匣1的截面为四边形，四个角端均开有螺纹通孔6，用于机匣的固定。

如图2所示，本发明优选实施例中风扇叶轮外径为84mm，轮毂直径为30mm，轮毂高度为14mm，叶顶间隙为1mm，叶片数为7。

所述半圆柱形凸槽叶片5为优选为弯扭叶型，根据实际需求圆弧板型直叶片也可以，半圆柱形凸槽叶片5由一体成型的叶片和半圆柱形凸槽11组成，每个叶片上设置有5条半圆柱形凸槽11，它们均设置在叶片的压力面12上，半圆柱形凸槽11沿着叶片的压力面12的曲面紧紧依附在叶片上，叶片的弦长从叶顶9到叶根10逐渐减小，叶顶9弦长为30mm，叶根10弦长为15mm，半圆柱形凸槽11为直径1mm的半圆柱体，半圆柱形凸槽间的径向间距优选为6mm，靠近叶顶9的半圆柱形凸槽距离叶顶的径向距离d₁优选为2mm，靠近叶根的半圆柱形凸槽距离叶根的径向距离优选d₂为1mm；半圆柱形凸槽两端距离叶片前缘13和后缘14的距离均优选为2mm，半圆柱形凸槽叶片叶顶和叶根处的安装角均为48°；5条半圆柱形凸槽11的长度均不相同，半圆柱形凸槽11的长度由其所处在的叶片的径向位置的叶栅的叶型的中线长度决定，5条半圆柱形凸槽11的长度从叶顶9到叶根10逐渐减小。半圆柱形凸槽11两端的连线与叶片径向中心线相互垂直，单个叶片上的各条半圆柱形凸槽两端的连线互为异面直线，它们之间的夹角由叶片扭曲的角度决定。

所述半圆柱形凸槽的设置条数根据叶片的径向长度决定，半圆柱形凸槽之间的优选间距有如下两种选择方式：

第一种为半圆柱形凸槽之间的间距D均相同，在半圆柱形凸槽数目n根据实际需求确定后,D可由下式获得：

$D=\frac{L-d_1-d_2}{n-1}$

第二种为半圆柱形凸槽间的间距D非均匀分布，可由下式获得：

D＝k(L-d₁-d₂)

其中，k为间距系数，k具体的值会根据风扇叶片数、叶片径向直径以及叶片翼型设计理论中基元级的个数综合决定的L为叶片的长度，指叶根到叶顶的距离。

如图3所示，为原型叶片风扇与本发明P-Q性能曲线对比示意图,从图像整体分析可知，叶片半圆柱形凸槽风扇模型原型风扇的静压-流量特性总体上比原型风扇模型静压-流量特性好；仅在质量流量小于0.006(kg/s)时，原型风扇模型的静压-流量曲线比叶片半圆柱形凸槽式风扇的好。因此，单从P-Q曲线看，本发明对静压的提高有明显的作用。

如图4所示，为原型叶片风扇与本发明η-Q效率曲线对比示意图，在不同的流量范围内，原型风扇模型和叶片半圆柱形凸槽式风扇模型的效率值有不同的情况。当流量小于0.006kg/s时，叶片上的半圆柱形凸槽不能提高风扇的效率值；当流量大于0.006kg/s时，叶片半圆柱形凸槽式风扇模型的效率值大于原型风扇模型的效率值，且其最大效率值大于原型风扇的最大效率值。虽然叶片带半圆柱形凸槽式风扇模型在流量大于0.02kg/s时的效率值为多少并不知道，但是单从η-Q曲线看，本发明在一定流量范围内可以明显提高轴流风扇的效率。

如图5所示，为原型叶片风扇与本发明在出口区离转子中心50mm处监测的1/3倍噪声频程图，从图中可以看出，频率在4.5(kHz)～5.6(kHz)与9(kHz)～11.2(kHz)范围内，叶片半圆柱形凸槽风扇的A级声压值比原型风扇的低，在其他的频率范围内，叶片半圆柱形凸槽风扇的A级声压值都比原型风扇高；随着频率的增大，A级声压值的每个频率范围也增大，但两个风扇模型的每个频段范围都相同。因此，在4.5(kHz)～5.6(kHz)与9(kHz)～11.2(kHz)频段上，本发明能够一定程度上降低噪声，且叶片半圆柱形凸槽对各个频段上的噪声影响程度也不一样。

本发明工作过程如下：

气体从进风口轴向进入叶轮，如图2所示，与没有半圆柱形凸槽的叶片相比，在叶片的压力面上设计增加了五条半圆柱形凸槽，变成了半圆柱形凸槽叶片，气流在半圆柱形凸槽叶片的作用下，使得吸力面最低静压力由原来出现在叶片中心和叶顶弦长的2/3处变为只出现在叶片中心处，压力面高压区的分布更接近尾缘。同时在出风口，涡流消失点向下移动，流场稳流强度下降，出口处涡量减少，使得噪声有所下降。因此，此过程中本发明能够改善原型风扇的静压-流量特性和效率-流量特性，尤其当流量大于0.006kg/s时，本发明的静压和效率要明显比原型风扇的好，同时在4.5(kHz)～5.6(kHz)与9(kHz)～11.2(kHz)频段上，本发明能够一定程度上降低噪声，且叶片半圆柱形凸槽对各个频段上的噪声影响程度也不一样。

本领域的技术人员应当明白，在不脱离发明内容的情况下，可以对该发明进行各种改进和改变。因此依据本发明的技术实质，对本发明所作的简单修改以及各种相似变化和改进，均应该属于本发明技术范围之内。

Claims (1)

1.一种叶片带半圆柱形凸槽的小型轴流风扇装置，其特征在于包括机匣、电机固定架、电机、轮毂、半圆柱形凸槽叶片；

半圆柱形凸槽叶片沿周向等间距安装在轮毂上，轮毂与电机输出轴相连接，电机固定在电机固定架上，电机固定架固定在机匣内；导线的一端与电机相连接，另一端与导线连接头相连接，导线连接头外接电源；

所述机匣的截面为四边形，四个角端均开有螺纹通孔，用于机匣的固定；

半圆柱形凸槽叶片为弯扭叶型，由一体成型的叶片和半圆柱形凸槽组成，每个叶片上设置有n条半圆柱形凸槽，且均设置在叶片的压力面，半圆柱形凸槽沿着叶片的压力面的曲面仅仅依附在叶片上，叶片的弦长从叶顶到叶根逐渐减小，叶顶弦长为30mm，叶根弦长为15mm；

半圆柱形凸槽的圆柱的直径为lmm，半圆柱形凸槽之间的径向间距为6mm，靠近叶顶的半圆柱形凸槽距离叶顶的径向距离d₁为2mm,靠近叶根的半圆柱形凸槽距离叶根的径向距离d₂为1mm；半圆柱形凸槽两端距离叶片前缘和后缘的距离均为2mm，半圆柱形凸槽叶片叶顶和叶根处的安装角均为48°；

所述半圆柱形凸槽的设置条数n根据叶片的径向长度决定，相邻的半圆柱形凸槽之间的间距选择如下：

若半圆柱形凸槽之间的间距D均相同，则半圆柱形凸槽数目n根据实际需求确定后,D可由下式获得：

$D=\frac{L-d_1-d_2}{n-1}$

若半圆柱形凸槽间的间距D非均匀分布，可由下式获得：

D＝k(L-d₁-d₂)

其中，k为间距系数，k具体的值会根据风扇叶片数、叶片径向直径以及叶片翼型设计理论中基元级的个数综合决定的；L为叶片的长度，指叶根到叶顶的距离；

所述的n条半圆柱形凸槽长度均不相同，半圆柱形凸槽的长度由其所处在的叶片的径向位置的叶栅的叶型的中线长度决定，n条半圆柱形凸槽的长度从叶顶到叶根逐渐减小；半圆柱形凸槽两端的连线与叶片径向中心线相互垂直，单个叶片上的各条半圆柱形凸槽两端的连线互为异面直线，且其夹角由叶片扭曲的角度决定。