CN104930604B - 出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法 - Google Patents

出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法。该出风防防护结构包括：中心圆盘；辐射筋条，从中心圆盘的外边缘向远离中心圆盘的方向延伸；辐射筋条的第一侧面与中心圆盘的中轴线的夹角为a，其中Vr为气流沿叶片旋转方向上流动的速度，VZ为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为辐射筋条的第一侧面上的点到中心圆盘的中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。本发明的出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法根据风道流场的特点确定而得到，能够尽可能地减小出风防护装置对流体的阻碍作用，进而提升风机的出风量，降低整个空调器室外机的噪音。

Description

出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，更具体地，涉及一种出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法。
背景技术
为了提升空调外机换热器的换热效果，一般会在换热器前面设计风道系统，通过强迫对流，提升系统的换热量。现在室外机大多数风机系统采用了轴流风机，该风机具有风量大、功耗低等优势，在空调行业内得到了广泛的应用。
由于风机系统属于旋转机械结构，而且转速较高，需要满足基本安全标准，比如：GB/T4208-2008，为了避免人触摸到运行的风叶结构，需要进行试验指试验，这对防护格栅结构的强度和间隙，提出较高的要求。
为了满足基本的运行安全，风机系统都会在出风口安装防护格栅结构。但增加防护结构之后，会增加风道的阻力，给系统带来负面影响，如：降低风量、增加噪音的问题，这都降低了风机系统的整个性能。
现有防护结构，一般仅仅是满足电气安全标准和结构强度，基本结构形式采用纵横交错的筋条，为了便于结构设计，没有太多的考虑此防护结构对于风机系统的整体影响，也就是没有考虑风道的流场，从而降低了风机系统性能。
查阅、分析相关专利，目前各种出风防护结构在考虑改善出风流场方面较少，表现为：
1)为了方便出模，仅仅沿风叶轴向(此方向与出模方向相同)进行拔模处理，如采用纵横交错的“田字形”结构，上下两端进行拔模处理；
2)在迎风口处的筋条改为锐角，减少风阻，如专利——一种空调器室外机出风网罩(CN200910161676.8)，该专利将径向筋条的沿轴向变为锐角，使之减少风阻，增大出风量。
分析现有专利，都是建立在定性分析基础上，没有监测出风机内部流场的实际分布，使得整个空调器室外机的出风防护结构的阻力大，噪音高，无法做到风机系统性能的最优化。
发明内容
本发明旨在提供一种出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法，以解决现有技术中的空调器室外机的阻力大，噪音高的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种出风防护结构，该出风防护结构包括：中心圆盘；辐射筋条，从中心圆盘的外边缘向远离中心圆盘的方向延伸；辐射筋条的第一侧面与中心圆盘的中轴线的夹角为a，其中Vr为气流沿叶片旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为辐射筋条的第一侧面上的点到中心圆盘的中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。
进一步地，辐射筋条为多根，多根辐射筋条沿中心圆盘的外周均匀布置，且当出风防护结构水平放置时，辐射筋条在水平面上的投影为弧线形。
进一步地，出风防护结构还包括：多根周向筋条，沿远离中心圆盘的方向，相邻两根周向筋条的间距逐渐增大，多根周向筋条与辐射筋条相交形成网状结构。
进一步地，辐射筋条的与第一侧面相对的一侧设置有沿辐射筋条的长度方向设置的凸起，凸起的凸出方向与气流的流动方向相反，且从凸起的顶端沿辐射筋条的宽度方向，辐射筋条的厚度逐渐减小。
根据本发明的另一方面，提供了一种空调器室外机，包括风机，风机包括出风防护结构，出风防护结构为上述的出风防护结构。
根据本发明的再一方面，提供了一种出风防护结构的设计方法，出风防护结构包括中心圆盘和从中心圆盘的外边缘向远离中心圆盘的方向延伸的辐射筋条，且辐射筋条的第一侧面与中心圆盘的中轴线的夹角a由公式确定，其中Vr为气流沿叶片旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为辐射筋条的第一侧面上的点到中心圆盘的中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。
进一步地，确定夹角a之后还包括：在中心圆盘的外周设置多根周向筋条，使相邻两根周向筋条的间距逐渐增大，并使周向筋条与辐射筋条相交形成网状结构。
进一步地，辐射筋条的与第一侧面相对的一侧设置有沿辐射筋条的长度方向设置的凸起，凸起的凸出方向与气流的流动方向相反，且从凸起的顶端沿辐射筋条的宽度方向，辐射筋条厚度的逐渐减小。
应用本发明的技术方案，该出风防护结构包括中心圆盘和辐射筋条，辐射筋条从中心圆盘的外边缘向远离中心圆盘的方向延伸，辐射筋条的第一侧面与中心圆盘的中轴线的夹角为a，其中Vr为气流沿叶片旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为辐射筋条的第一侧面上的点到中心圆盘的中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。本发明的出风防护结构根据风道流场的特点确定而得到，能够尽可能地减小出风防护装置对流体的阻碍作用，进而提升风机的出风量，降低整个空调器室外机的噪音。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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示意性示出了本发明中的出风防护结构的俯视图；
图2示意性示出了本发明的出风防护结构的主视图；
图3示意性示出了本发明的出风防护结构的第一局部剖视图；
图4示意性示出了流体的速度分解图；
图5示意性示出了本发明的出风防护结构的第二局部剖视图；
图6示意性示出了本发明中的未设置上出风防护结构时的风机的主视图；以及
图7示意性示出了本发明的空调器室外机的剖视图。
附图标记说明：
10、中心圆盘；20、辐射筋条；21、第一侧面；22、凸起；30、周向筋条；40、叶片；50、电机；60、换热器；70、导流圈；80、安装部；100、风机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
结合图1至图7所示，根据本发明的第一实施例，提供了一种出风防护结构。该出风防护结构包括中心圆盘10和辐射筋条20，辐射筋条20从中心圆盘10的外边缘向远离中心圆盘10的方向延伸，辐射筋条20的第一侧面21与中心圆盘10的中轴线的夹角为a，其中Vr为气流沿叶片40旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为辐射筋条20的第一侧面21上的点到中心圆盘10的中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。根据本实施例，中心圆盘10的设置不仅能够提高整个出风防护结构的强度，防止出风防护结构受到外界的意外冲击变形而损坏被出风防护结构防护的叶片40等结构，还能够阻止出风结构外部的气流回流。此外，在空调器领域内，由于出风防护结构防护的风机通常为轴流风机，轴流风机采用螺旋桨式轴流叶片，依赖叶片40的旋转对气流做功，将气流吹出来，实际气流的流动速度可以划分为叶片40旋转带动气流在叶片40在旋转方向上流动的速度Vr和气流沿叶片轴的轴向流动的速度Vz。根据旋转机械的知识，在风机转速一定的情况下，叶片40的旋转速度的分布规律为：
Vr＝2πfl'
其中，Vr为气流沿叶片40旋转方向上流动的速度，l'为叶片40上的点到叶片轴的中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。
同时，当风机转速一定的时候，叶片轴的速度是保持不变的，参见图4的分解图所示，此时，可以定义流体实际的出风角度为根据上述分析可以知道，流体的出风角度的大小与叶片40上的点到叶片轴的距离成正比关系。
在风机的外表设置上出风防护结构之后，l'与l相等，出风防护结构上的流体流动的分布情况与叶片40上的流体流动的分布情况一致。本实施例中，只要辐射筋条20的第一侧面21与中心圆盘10的中轴线的夹角a的大小与流体实际的出风角度a'相等，当流体流经出风防护结构的时候，能够尽可能地减小出风防护装置对流体的阻碍作用，进而提升风机的出风量，降低整个风机的噪音。
在本实施例中，辐射筋条20为多根，多根辐射筋条20沿中心圆盘10的外周均匀布置，这样，在靠近中心圆盘10的地方，流体的流通面积小，而在远离中心圆盘10的地方，流体的出风面积大。根据本实施例，在相邻的两根辐射筋条20之间，出风面积是不断增大的，根据流体力学可以知道，要降低流体的速度(V＝Q/S，Q为风量，S为流通面积)，在风量一定的情况下，需要增大流体的流通面积，这样有利于降低气流对出风防护结构的冲击速度，从而降低噪音，可见，本实施例中的辐射筋条20的设置方式正好与流体流速分布一致，能够进一步降低出风防护结构对流体的阻碍作用。需要说明的是，本实施例中的第一侧面21为辐射筋条20的形成流体流道的侧面，且当出风防护结构水平放置时，如图2所示，辐射筋条20在水平面上的投影为弧线形，也即辐射筋条20是沿中心圆盘10的外周呈弧线形结构布置的，辐射筋条20的这种布置方式与风道的出风方式相一致，能够进一步降低出风防护结构对出风机构流出的风的阻力，进而降低整个出风结构的噪音。
优选地，出风防护结构还包括多根周向筋条30，多根周向筋条30沿远离中心圆盘10的方向，相邻两根周向筋条30的间距逐渐增大，多根周向筋条30与辐射筋条20相交形成网状结构，对出风结构，例如风机的叶片进行保护以防止出风结构受到外界的破坏，降低出风结构在运行过程中的安全隐患，此外，相邻两根周向筋条30的间距逐渐增大，与风机的出风的风力的分布一致，能够很好地降噪。
优选地，周向筋条30呈圆环状结构，圆环状结构的中轴线与中心圆盘10的中轴线重合，且多根周向筋条30的半径沿远离中心圆盘10的方向均匀增大，加强整个出风防护结构的强度，如图1所示。
优选地，辐射筋条20的与第一侧面21相对的一侧设置有沿辐射筋条20的长度方向设置的凸起22，凸起22的凸出方向与气流的流动方向相反，且从凸起22的顶端沿辐射筋条20的宽度方向，辐射筋条20的厚度逐渐减小。在本实施例中，在第一侧面21的相对的一侧设置凸起22，该凸起22的设置能够使辐射筋条20的中部厚，边缘薄，在保证辐射筋条20的强度的同时，还能够减小辐射筋条20的迎风面，尽可能地降低辐射筋条20对流体的阻碍作用。凸起22的设置方式如图3所示。
参见图2所示，本实施例的出风防护结构还包括安装部80，该安装部80设置在出风防护结构的外边缘，用于将出风防护结构安装在被防护的结构上，在本实施例中，安装部80为固定设置在出风防护结构外边缘的挂钩，结合图6所示，图中的箭头表示风机的旋转方向，风机100上设置有与挂钩相适配的卡槽(图中未标出)。
根据本发明的又另一实施例，提供了一种空调器室外机，该空调器室外机包括风机100和换热器60，其中风机100包括设置在其内部的导流圈70以及驱动叶片轴旋转的电机50，具体链接关系参见图7所示，图7中区域A为气流回流区域，区域B为出风流线。在本实施例中风机100还包括出风防护结构，该出风防护结构为上述实施例中的出风防护结构。
根据本发明的再一实施例，提供了一种出风防护结构的设计方法。在本实施例中，出风防护结构包括中心圆盘10和从中心圆盘10的外边缘向远离中心圆盘10的方向延伸的辐射筋条20，且辐射筋条20的第一侧面21与中心圆盘10的中轴线的夹角a由公式确定，其中Vr为气流沿叶片40旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为辐射筋条20的第一侧面21上的点到中轴线的距离，f为叶片轴的旋转频率。与第一实施例一样，中心圆盘10的设置不仅能够提高整个出风防护结构的强度，防止出风防护结构受到外界的意外冲击变形而损坏被出风防护结构防护的叶片40等结构，还能够阻止出风结构外部的气流回流。根据第一实施的推导可知，出风防护结构的辐射筋条20的第一侧面21与中心圆盘10的中轴线的夹角a是根据风道流场的特点确定而得到，能够尽可能地减小出风防护装置对流体的阻碍作用，进而提升风机的出风量，降低整个风机的噪音。
根据本实施例的出风防护结构的设计方法，确定夹角a之后还包括：在中心圆盘10的外周设置多根周向筋条30，使相邻两根周向筋条30的间距逐渐增大，并使周向筋条30与辐射筋条20相交形成网状结构，对出风结构，例如风机的叶片进行保护，防止出风结构受到外界的破坏，降低出风结构运行过程中的安全隐患。此外，相邻两根周向筋条30的间距逐渐增大，与风机的出风的风力的分布一致，能够很好地降噪。
优选地，周向筋条30呈圆环状结构，圆环状结构的中轴线与中心圆盘10的中轴线重合，且多根周向筋条30的半径沿远离中心圆盘10的方向均匀增大，提高整个出风防护结构的强度。
优选地，辐射筋条20的与第一侧面21相对的一侧设置有沿辐射筋条20的长度方向设置的凸起22，凸起22的凸出方向与气流的流动方向相反，且从凸起22的顶端沿辐射筋条20的宽度方向，辐射筋条20的厚度逐渐减小。在本实施例中，在第一侧面21的相对的一侧设置凸起22，该凸起22的设置能够使辐射筋条20的中部厚，边缘薄，在保证辐射筋条20的强度的同时，还能够减小辐射筋条20的迎风面，尽可能地降低辐射筋条20对流体的阻碍作用。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：根据本发明的出风防护结构、空调器室外机及出风防护结构的设计方法，能够尽可能地减小出风防护装置对流体的阻碍作用，进而提升风机的出风量，降低整个空调器室外机的噪音。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种出风防护结构，其特征在于，包括：
中心圆盘(10)；
辐射筋条(20)，从所述中心圆盘(10)的外边缘向远离所述中心圆盘(10)的方向延伸；
所述辐射筋条(20)的第一侧面(21)与所述中心圆盘(10)的中轴线的夹角为a，其中Vr为气流沿叶片(40)旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为所述辐射筋条(20)的第一侧面(21)上的点到所述中心圆盘(10)的中轴线的距离，f为所述叶片轴的旋转频率。
2.根据权利要求1所述的出风防护结构，其特征在于，所述辐射筋条(20)为多根，多根所述辐射筋条(20)沿所述中心圆盘(10)的外周均匀布置，且当所述出风防护结构水平放置时，所述辐射筋条(20)在水平面上的投影为弧线形。
3.根据权利要求1所述的出风防护结构，其特征在于，所述出风防护结构还包括：
多根周向筋条(30)，沿远离所述中心圆盘(10)的方向，相邻两根所述周向筋条(30)的间距逐渐增大，多根所述周向筋条(30)与所述辐射筋条(20)相交形成网状结构。
4.根据权利要求1所述的出风防护结构，其特征在于，所述辐射筋条(20)的与所述第一侧面(21)相对的一侧设置有沿所述辐射筋条(20)的长度方向设置的凸起(22)，所述凸起(22)的凸出方向与气流的流动方向相反，且从所述凸起(22)的顶端沿所述辐射筋条(20)的宽度方向，所述辐射筋条(20)的厚度逐渐减小。
5.一种空调器室外机，包括风机(100)，所述风机(100)包括出风防护结构，其特征在于，所述出风防护结构为权利要求1至4中任一项所述的出风防护结构。
6.一种出风防护结构的设计方法，其特征在于，出风防护结构包括中心圆盘(10)和从所述中心圆盘(10)的外边缘向远离所述中心圆盘(10)的方向延伸的辐射筋条(20)，且所述辐射筋条(20)的第一侧面(21)与所述中心圆盘(10)的中轴线的夹角a由公式确定，其中Vr为气流沿叶片(40)旋转方向上流动的速度，Vz为气流沿叶片轴的轴向流动的速度，l为所述辐射筋条(20)的第一侧面(21)上的点到所述中心圆盘(10)的中轴线的距离，f为所述叶片轴的旋转频率。
7.根据权利要求6所述的出风防护结构的设计方法，其特征在于，确定所述夹角a之后还包括：在所述中心圆盘(10)的外周设置多根周向筋条(30)，使相邻两根所述周向筋条(30)的间距逐渐增大，并使所述周向筋条(30)与所述辐射筋条(20)相交形成网状结构。
8.根据权利要求6或7所述的出风防护结构的设计方法，其特征在于，所述辐射筋条(20)的与所述第一侧面(21)相对的一侧设置有沿所述辐射筋条(20)的长度方向设置的凸起(22)，所述凸起(22)的凸出方向与气流的流动方向相反，且从所述凸起(22)的顶端沿所述辐射筋条(20)的宽度方向，所述辐射筋条(20)的厚度逐渐减小。
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