CN107023513A - 轴流风轮及空调器 - Google Patents

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CN107023513A CN201710461683.4A CN201710461683A CN107023513A CN 107023513 A CN107023513 A CN 107023513A CN 201710461683 A CN201710461683 A CN 201710461683A CN 107023513 A CN107023513 A CN 107023513A
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Abstract

本发明公开一种轴流风轮及空调器，所述轴流风轮包括轮毂及间隔设于所述轮毂周向上的多个风叶，所述风叶具有分别位于所述轴流风轮旋转方向前后侧的前叶缘和后叶缘，所述前叶缘在其外端或靠近其外端的位置设有向前突出的前掠部，且所述前叶缘的连接所述轮毂和所述前掠部的叶根段呈直线段设置，所述前掠部具有与所述叶根段连接的前掠内侧段，所述前掠内侧段与所述叶根段之间呈夹角设置，所述夹角的取值范围为[125°，140°]。本发明的轴流风轮，能够减小气流在风叶上生成的叶尖漩涡，以降低轴流风轮工作时产生的噪音及减小轴流风轮消耗的功率。

Description

轴流风轮及空调器
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种轴流风轮及空调器。
背景技术
目前，常规的空调器所使用的轴流风轮，轴流风轮的风叶自其风叶根部到风叶顶部呈线性逐步增大，且风叶的前叶缘与顶叶缘之间是呈圆弧状设置，风叶旋转时，风叶对气流施加的径向分力趋于零，它对流场内的气动参数分布影响较小，几乎可以略去不计，从而容易在风叶邻近前叶缘的位置处生成叶尖涡旋，在旋转过程中，叶尖涡旋逐渐长大，积卷较多的气流，如此不仅产生较大的噪音，还消耗了轴流风轮电机的功率，导致排风量减小。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种轴流风轮，旨在能够减小气流在风叶上生成的叶尖漩涡，以降低轴流风轮工作时产生的噪音及减小轴流风轮消耗的功率。
为实现上述目的，本发明提出的轴流风轮包括轮毂及间隔设于所述轮毂周向上的多个风叶，所述风叶具有分别位于所述轴流风轮旋转方向前后侧的前叶缘和后叶缘，所述前叶缘在其外端或靠近其外端的位置设有向前突出的前掠部，且所述前叶缘的连接所述轮毂和所述前掠部的叶根段呈直线段设置，所述前掠部具有与所述叶根段连接的前掠内侧段，所述前掠内侧段与所述叶根段之间呈夹角设置，所述夹角的取值范围为[125°，140°]。
优选地，在所述轴流风轮的旋转方向上，所述前掠部呈渐缩状设置。
优选地，所述后叶缘在其外端或靠近其外端的位置设有凹陷部。
优选地，以所述轮毂的中心为圆心，所述轮毂的半径设为R0，所述叶根段的外端所在圆周的半径设为R1，所述风叶的径向宽度设为Dm，所述R1的取值范围为[R0+0.75Dm，R0+0.9Dm]。
优选地，所述凹陷部凹陷的最深位置所在圆周的半径设为R2，所述R2的取值范围为[R0+0.5Dm，R1]。
优选地，所述后叶缘的内端与其外端之间的间距设为Lm，所述凹陷部具有朝向另一相邻风叶的敞口，所述敞口在所述后叶缘延伸方向上的宽度设为L1，所述L1的取值范围为[0.6Lm，Lm]。
优选地，所述风叶的轴向高度设为H，所述H的取值范围为[0.54(R0+Dm)，0.70(R0+Dm)]。
本发明还提供一种空调器，所述空调器包括轴流风轮，所述轴流风轮包括轮毂及间隔设于所述轮毂周向上的多个风叶，所述风叶具有分别位于所述轴流风轮旋转方向前后侧的前叶缘和后叶缘，所述前叶缘在其外端或靠近其外端的位置设有向前突出的前掠部，且所述前叶缘的连接所述轮毂和所述前掠部的叶根段呈直线段设置，所述前掠部具有与所述叶根段连接的前掠内侧段，所述前掠内侧段与所述叶根段之间呈夹角设置，所述夹角的取值范围为[125°，140°]。
本发明的轴流风轮，通过在所述前叶缘设置前掠部，当轴流风轮旋转时，当风叶旋转时，前叶缘能够在风叶表面形成了C型静压分布，提高了前叶缘承受进口流场畸变的能力，改变了前叶缘的径向力分布和压力梯度分布，使得风叶具有较大的流量裕度。当风叶旋转时，前叶缘将气流在风叶叶面的分离点向叶片尾缘推移，有效地推迟了气流分离的发生，进而推迟了叶尖涡旋的生成，减小了叶尖涡旋的积卷。由此可见，本发明的轴流风轮，相对于现有技术而言，能够减小气流在风叶生成的叶尖涡旋，从而降低了轴流风轮工作时叶尖涡旋产生的噪音，同时叶尖涡旋积卷较少的气流，减小了叶尖涡旋消耗所述轴流风轮的功率，有利于轴流风轮将更多的气流排送出去，进而增大轴流风轮的排风量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明轴流风轮一实施例的结构示意图；
图2为本发明轴流风轮另一实施例的结构示意图；
图3为图2中轴流风轮的部分结构示意图；
图4为图2中轴流风轮的侧视图；
图5为本发明的轴流风轮与常规轴流风轮的排风量-噪音对比曲线图；
图6为本发明的轴流风轮与常规轴流风轮的排风量-功率对比曲线图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 轮毂 230 顶叶缘
200 风叶 300 打水圈
210 前叶缘 10 前掠部
211 叶根段 11 前掠内侧段
220 后叶缘 20 凹陷部
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种轴流风轮及空调器，所述轴流风轮安装于空调器内，能够减小气流在风叶上生成叶尖漩涡，以降低轴流风轮工作时产生的噪音及减小轴流风轮消耗的功率。所述空调器可以是窗式空调器或分体式空调器，其中，若空调器为窗式空调器，则所述轴流风轮设于该窗式空调器的室外侧；若空调器为分体式空调器，则所述轴流风轮设于该分体式空调器的室外机。
请参阅图1至图3，本发明的轴流风轮，包括轮毂100及间隔设于轮毂100周向上的多个风叶200，风叶200具有分别位于所述轴流风轮旋转方向前后侧的前叶缘210和后叶缘220，前叶缘210在其外端或靠近其外端的位置设有向前突出的前掠部10，且前叶缘210的连接轮毂100和前掠部10的叶根段211(可参阅图4)呈直线段设置，前掠部10具有与叶根段211连接的前掠内侧段11，前掠内侧段11与叶根段211之间呈夹角设置，所述夹角的取值范围为[125°，140°]。
在本实施例中，风叶200的数量没有具体限定，优选为3至5个，多个风叶200均匀间隔设于轮毂100的外周面上；轮毂100用以与驱动电机连接，以受所述驱动电机驱动转动而带动风叶200旋转，从而将空调器内侧的气流引导至室外侧，向室外侧排风。若空调器为窗式空调器，则所述轴流风轮外还环套有打水圈300。
由于风叶200旋转时，风叶200的顶部线速度较大，气流较易于在风叶200顶部邻近前叶缘210的位置处产生叶尖涡旋，通过在前叶缘210设置前掠部10，当风叶200旋转时，前叶缘210能够在风叶200表面形成了C型静压分布，提高了前叶缘210承受进口流场畸变的能力，改变了前叶缘210的径向力分布和压力梯度分布，使得风叶200具有较大的流量裕度。当风叶200旋转时，前叶缘210将气流在风叶200叶面的分离点向叶片尾缘推移，有效地推迟了气流分离的发生，进而推迟了叶尖涡旋的生成，削弱了叶尖涡旋向风叶200下游的发展，即减小了叶尖涡旋的积卷。
因此，将前掠部10可设于前叶缘210的外端或靠近其外端的位置处，即是相当于将前掠部10设置在前叶缘210的具有较大叶弦长的位置处，如此可使得前掠部10能够获得较大的线速度，前掠气流效果较强。显然，优选将前掠部10设于前叶缘210的外端，可使得前掠部10具有更大的叶弦长，从而能够获得更大的线速度，前掠气流更明显，进而推迟了叶尖涡旋的生成效果更强。
另外，前叶缘210的连接轮毂100和前掠部10的叶根段211呈直线段设置，如此设置是出于以下两方面考虑：其一，当风叶200旋转时，气流高速流过叶根段211，由于叶根段211呈直线段设置，使得该气流不易于在此叶根段211位置涡旋形成涡流，从而避免涡流产生，减少了涡流噪音的产生；其二，叶根段211呈直线段设置，使得叶根段211具有较强的刚性，有利于减小气流高速流过叶根段211时，叶根段211所发生的振颤，从而避免叶根段211因振颤产生噪音。由此可见，相对于现有技术中叶根段211呈弧线段设置而言，本实施例中的叶根段211，能够有效减小风叶200旋转时发生的振颤及噪音。
前掠内侧段11与叶根段211之间呈夹角设置，是为加强前掠部10前掠气流的效果，如图2所示，所述夹角为α，所述夹角形成前掠角，所述前掠角改变了风叶200顶部叶弦长的展向分布，使得风叶200顶部具有较大的流量裕度，不易于在风叶200的顶部邻近前掠部10的位置处生成叶尖涡旋。
为了使风叶200顶部具有较好的流量裕度，所述夹角不宜过小，若所述夹角小于125°，则前掠部10前掠气流的效果过强，气流易于被前掠部10拦截而难以通过，降低了所述轴流风轮的排风效果；所述夹角亦不宜过大，若所述夹角大于140°，则前掠部10前掠气流的效果不明显，气流较仍然容易在风叶200顶部邻近前叶缘210的位置处产生叶尖涡旋。因此，所述夹角的取值范围限定为[125°，140°]，例如130°或135°。
本发明的轴流风轮，通过在前叶缘210设置前掠部10，当轴流风轮旋转时，当风叶200旋转时，前叶缘210能够在风叶200表面形成了C型静压分布，提高了前叶缘210承受进口流场畸变的能力，改变了前叶缘210的径向力分布和压力梯度分布，使得风叶200具有较大的流量裕度。当风叶200旋转时，前叶缘210将气流在风叶200叶面的分离点向叶片尾缘推移，有效地推迟了气流分离的发生，进而推迟了叶尖涡旋的生成，减小了叶尖涡旋的积卷。由此可见，本发明的轴流风轮，相对于现有技术而言，能够减小气流在风叶200生成的叶尖涡旋，从而降低了轴流风轮工作时叶尖涡旋产生的噪音，同时叶尖涡旋积卷较少的气流，减小了叶尖涡旋消耗所述轴流风轮的功率，有利于所述轴流风轮将更多的气流排送出去，进而增大所述轴流风轮的排风量。
考虑到风叶200旋转时，气流对前叶缘210的冲击作用较强，为避免前掠部10于该夹角位置处发生断裂，前掠内侧段11与叶根段211之间采用圆弧段过渡连接，所述圆弧段改善了前掠内侧段11与叶根段211之间的延展性，能够承受较大的应力，从而避免该位置处因气流向前叶缘210施加的冲击作用过于集中而发生的断裂。
进一步地，在所述轴流风轮的旋转方向上，前掠部10呈渐缩状设置。
在本实施例中，在所述轴流风轮的旋转方向上，通过将前掠部10呈渐缩状设置，前掠部10前掠气流的阻力逐渐增大，从而将气流分流，使得气流不易于在风叶200前叶缘210生成叶尖涡旋，进而推迟了叶尖涡旋的生成。
当然，前掠部10的形状并不局限于此，还可以是方状或其他形状。
请继续参阅图3和图4，基于上述实施例中，后叶缘220在其外端或靠近其外端的位置设有凹陷部20。
在本实施例中，通过在风叶200的后叶缘220设置凹陷部20，当风叶200旋转时，气流自旋转方向的前侧向后侧流动，流经后叶缘220时，经凹陷部20的最深位置(即d位置)顺沿其边界分流至后叶缘220的两端，而后逐渐与风叶200分离。由此可见，凹陷部20减弱了后叶缘220的强度，削弱了后叶缘220对气流分离的阻力，降低风叶200尾迹对噪音影响，一方面避免了后叶缘220受气流影响而发生振颤，避免了产生较大的噪音；另一方面还提高了风叶200后叶缘220的升力，以提高轴流风轮的做功效率。
进一步地，为了确保前掠部10获得较大的弦长，以轮毂100的中心为圆心，轮毂100的半径设为R0，叶根段211的外端(即a位置)所在圆周的半径设为R1，风叶200的径向宽度设为Dm，所述R1的取值范围为[R0+0.75Dm，R0+0.9Dm]。
在本实施例中，叶根段211的外端为前掠部10向前凸设的起始位置，将所述R1的取值范围限定为[R0+0.75Dm，R0+0.9Dm]，即相当于前掠部10自前叶缘210高度的75％-90％位置起始前掠，以确保前掠部10获得较大的弦长，同时前掠部10的径向前掠截面能够满足前掠气流的需要。应说明的是，若所述R1小于(R0+0.75Dm)，则前掠部10接近与风叶200的根部，不能前掠风叶200顶部的气流，在风叶200顶部还是容易形成叶尖涡旋；若所述R1大于(R0+0.9Dm)，则前掠部10的径向前掠截面相应变小，则前掠部10前掠气流不明显。
进一步地，凹陷部20凹陷的最深位置所在圆周的半径设为R2，所述R2的取值范围为[R0+0.5Dm，R1]。
在本实施例中，以轮毂100的中心为圆心，以(R0+0.5Dm)为半径的圆周，与叶根段211的外端所在圆周(半径为R1)围合成一环形区域，通过将所述R2的取值范围限定为[R0+0.5Dm，R1]，使得凹陷部20的最深位置限定于该环形区域内，即凹陷部20的最深位置高于风叶200的中部位置，且低于前叶缘210的前掠起始位置，以在风叶200的顶部产生叶尖涡旋之后，叶尖涡旋向后席卷至该环形区域内，最先到达该凹陷部20凹陷的最深位置，再进该凹陷部20分离出去，显然，如此设置可使得叶尖涡旋席卷的路径变小，阻止了叶尖涡旋的积卷增大，从而有利于增大轴流风轮的排风量，同时降低了轴流风轮工作时叶尖涡旋产生的噪音。
进一步地，为确保凹陷部20的降噪效果，后叶缘220的内端(即b位置)与其外端(即c位置)之间的间距设为Lm，凹陷部20具有朝向另一相邻风叶200的敞口，所述敞口在后叶缘220延伸方向上的宽度设为L1，所述L1的取值范围为[0.6Lm，Lm]。
在本实施例中，所述敞口在后叶缘220延伸方向上的宽度不宜过小，若小于0.6L1，则凹陷部20削弱后叶缘220对气流分离的阻力不佳，凹陷部20对降噪效果及提高后叶缘220升力不明显，故而，将所述L1限定在[0.6Lm，Lm]之间，以确保凹陷部20降噪效果的同时，提高后叶缘220的升力，以使所述轴流风轮具有较高的做功能力。
请参阅图4和图5，进一步地，风叶200的轴向高度设为H，所述H的取值范围为[0.54(R0+Dm)，0.70(R0+Dm)]。
在本实施例中，风叶200具有连接前叶缘210的外端与后叶缘220外端的顶叶缘230，以轮毂100的中心为圆心，顶叶缘230所在的圆周的半径为(R0+Dm)，将所述H的取值范围限定为[0.54(R0+Dm)，0.70(R0+Dm)]，是为了使得所述轴流风轮具有较好的轴向高度，在叶尖涡旋未积卷变大时，及时将更多的气流排至室外侧，具体可依据实际情况做适应性设定，例如，叶轮外直径为400mm时，对应的叶片轴线高度尺寸在108mm至140mm的范围内；当叶轮外直径为300mm时，对应的叶片轴线高度尺寸在81mm至105mm的范围内。
请参阅图5，图5为本发明的轴流风轮与常规轴流风轮的排风量-噪音对比曲线图，由图可知，本发明的轴流风轮比常规轴流风轮相比，在相同的应用工况条件下，当排风量相同时，本发明的轴流风轮工作所产生的噪音相对于常规轴流风轮降低了3dB～4dB。显然，本发明的轴流风轮工作所产生的噪音更小。
请参阅图6，图6为本发明的轴流风轮与常规轴流风轮的排风量-功率对比曲线图，由图可知，本发明的轴流风轮比常规轴流风轮相比，在相同的应用工况条件下，当排风量相同时，本发明的轴流风轮消耗的功率更小，相对于常规轴流风轮而言降低了30w-40w，同比功率降低40％。显然，本发明的轴流风轮可以显著降低消耗的功率，降低耗电量。
由此可见，本实施例的轴流风轮，通过前叶缘210的前掠部10与后叶缘220的凹陷部20两者配合，使得所述轴流风轮能够获得最大的流量裕度，削弱了风叶顶部区域的叶尖涡旋的影响，推迟了叶尖涡旋的形成，提高了轴流风轮的做功能力，前掠部10的设计相对于常规轴流风轮风叶而言，能提高80％的承受进口流场畸变的能力；同时，在失速裕度方面至少能提高5个百分点，从而可以获得更高的风压比来增大风轮的做功能力，大前掠角的叶型设计，至少可以提高10％以上的流量，能够使叶片通道内的流动径向迁移，边界层流动，削弱间隙涡的影响，降低叶片通道和叶顶区域的二次流损失。显然，所述轴流风轮能够较好地平衡做功功率和噪音，使得风叶200能够大角度前掠气流，在提高排风量的同时提升风叶200的升力。综合起来，本实施例的轴流风轮能达到工作时产生较低的气动噪音、较大的排风量及消耗较少的功率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种轴流风轮，用于空调器，其特征在于，所述轴流风轮包括轮毂及间隔设于所述轮毂周向上的多个风叶，所述风叶具有分别位于所述轴流风轮旋转方向前后侧的前叶缘和后叶缘，所述前叶缘在其外端或靠近其外端的位置设有向前突出的前掠部，且所述前叶缘的连接所述轮毂和所述前掠部的叶根段呈直线段设置，所述前掠部具有与所述叶根段连接的前掠内侧段，所述前掠内侧段与所述叶根段之间呈夹角设置，所述夹角的取值范围为[125°，140°]。
2.如权利要求1所述的轴流风轮，其特征在于，在所述轴流风轮的旋转方向上，所述前掠部呈渐缩状设置。
3.如权利要求1或2所述的轴流风轮，其特征在于，所述后叶缘在其外端或靠近其外端的位置设有凹陷部。
4.如权利要求3所述的轴流风轮，其特征在于，以所述轮毂的中心为圆心，所述轮毂的半径设为R0，所述叶根段的外端所在圆周的半径设为R1，所述风叶的径向宽度设为Dm，所述R1的取值范围为[R0+0.75Dm，R0+0.9Dm]。
5.如权利要求4所述的轴流风轮，其特征在于，所述凹陷部凹陷的最深位置所在圆周的半径设为R2，所述R2的取值范围为[R0+0.5Dm，R1]。
6.如权利要求3所述的轴流风轮，其特征在于，所述后叶缘的内端与其外端之间的间距设为Lm，所述凹陷部具有朝向另一相邻风叶的敞口，所述敞口在所述后叶缘延伸方向上的宽度设为L1，所述L1的取值范围为[0.6Lm，Lm]。
7.如权利要求4所述的轴流风轮，其特征在于，所述风叶的轴向高度设为H，所述H的取值范围为[0.54(R0+Dm)，0.70(R0+Dm)]。
8.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1至7任意一项所述的轴流风轮。
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