CN109538532A - 轴流风叶、换气装置以及空调器 - Google Patents

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和浩浩
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Abstract

涉及叶轮机械技术领域，本申请提出一种轴流风叶、换气装置以及空调器。轴流风叶包括轮毂和多个叶片，各所述叶片的两面分别为出风侧的压力面和进风侧的吸力面，各所述叶片的径向向外的边缘部位为叶顶，各所述叶片的叶顶处设置有第一边与第二边，所述第一边向所述吸力面弯折延伸，所述第二边向所述压力面弯折延伸。本申请的轴流风叶可以提升叶片做功能力，实现对叶片叶顶泄露涡的控制，降低风叶噪声。

Description

轴流风叶、换气装置以及空调器
技术领域
本申请涉及叶轮机械技术领域，尤其涉及一种轴流风叶、换气装置以及空调器。
背景技术
换气装置中为实现空气循环流动而通常采用各种风叶，一般风叶的基本结构包括作为旋转轴的轮毂和在这个中枢外周呈放射状排列的多个叶片组成，通过动力驱动旋转，空气从叶片的前缘流入，在叶片被升压后从叶片的后缘部吹出，从而形成了压力面和吸力面。
现有的轴流风叶在运转过程中，经常会在吸力面的叶顶中间部分区域产生低压区，即涡流，该涡流主要是由气流经风叶的压力面高压区流向吸力面的低压区导致，这种现象被称为“泄露”。除此之外，叶片的吸力面前缘附近，会发生边界层分离，导致涡流产生。总之，上述两种情况皆会导致风叶的涡流噪声，进而导致风机噪音总值升高，影响了空调整机的总体性能。
为了减少叶顶涡，现有技术中会将轴流风叶叶顶设计成压力面向吸力面方向折弯或者折边形式，见图1至图6所示意，其中折弯详细图见图7至图8，折边详细图见图9至图10。其设计意图是通过降低吸力面、压力面在叶顶处的压力差，从而控制叶顶涡的扩散，避免引起二次流损失。但是这在降低吸压力面的压力差的同时，也引起了风叶做功能力的降低，导致风叶产生风量的降低。
现有设计轴流风叶在风叶旋转工作时，在轮毂5的外周向上会均布或者不均匀布置2至10个风叶叶片4对空气进行做功，产生风量。此时，每个风叶叶片4的吸力面1是迎风面，因此吸力面1表面的压力分布为负值；而对应风叶叶片4反面压力面3则是在背风面，其表面压力分布为正值。因此在两者的交界的一个位置叶顶2处则存在着明显的压力差，从而导致气流会自然从压力面3通过叶顶2向吸力面1泄漏。压力差值越大则泄漏气流的动力越大。
现有设计轴流风叶的叶顶2时，采用了图1至图10所示的折边结构，呈“L”型(L下端为叶顶)，或者折弯结构，呈“J”型(J下端为叶顶)，用来缓解压力面和吸力面的压力差，从而避免气流泄露量，以及泄漏气流对主流流动的影响。其折边结构的关键参数包括折边的夹角a1或者a2、折边的位置D2、折边在叶顶的范围，折弯结构的关键参数包括折弯的半径R1或者R2、折弯的位置D2、折弯在叶顶的范围。很明显，采用这种压力面向吸力面单折边或者折弯的结构后，会降低叶顶附近叶片4的做功能力，即叶顶附近压力面压力降低、吸力面压力升高，从而导致叶片4在此处的做功能力降低，轴流风叶产生的风量下降。特别是空调用轴流风叶，其叶片4主要做功区域在于叶顶尾缘处。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本申请的主要目的在于，提供一种轴流风叶、换气装置以及空调器，以便于有效控制叶顶涡的扩散。
本申请的再一目的在于，提供一种轴流风叶，同时存在的两个折弯或者折边结构，可以控制叶顶泄漏气流的紊乱程度，降低轴流风叶在此处产生的紊流噪声。
本申请的至少一个实施例提供了一种轴流风叶，包括轮毂和多个叶片，各所述叶片的两面分别为出风侧的压力面和进风侧的吸力面，各所述叶片的径向向外的边缘部位为叶顶，各所述叶片的叶顶处设置有第一边与第二边，所述第一边向所述吸力面弯折延伸，所述第二边向所述压力面弯折延伸。
根据本申请的一实施例，所述第一边以及第二边为相对于叶片主体的折弯结构或者折边结构。
根据本申请的一实施例，所述第一边的最大外径与所述第二边最大外径相等。
根据本申请的一实施例，所述第一边的最大外径小于所述第二边的最大外径。
根据本申请的一实施例，所述第一边以及第二边设置于所述叶顶全长范围。
根据本申请的一实施例，所述第一边以及第二边设置于所述叶顶局部范围。
根据本申请的一实施例，所述第一边的最大外径大于所述第二边的最大外径。
根据本申请的一实施例，所述第一边为具有第一半径的弧形折弯，所述第二边为具有第二半径的弧形折弯，所述第一半径小于所述第二半径。
根据本申请的一实施例，所述第一边是所述叶片主体具有第一夹角的折边，所述第二边是与所述叶片主体具有第二夹角的折边，所述第一夹角小于所述第二夹角。
根据本申请的一实施例，所述第一边为弧形折弯，所述第二边是与所述叶片主体具有第二夹角的折边。
根据本申请的一实施例，所述第一边以及第二边设置范围占所述叶顶全长的0.4～0.6。
根据本申请的一实施例，还可以认为是提供了一种换气装置，包括轴流风叶，所述轴流风叶为如前所述的轴流风叶。
根据本申请的一实施例，还可以认为是提供了一种空调器，包括轴流风叶，所述轴流风叶为前面所述的轴流风叶。
采用上述可选的技术方案所得到的有益效果是：叶顶的结构由原来的二维边线结构变成了一个三维空间区间。此结构可以起到缓冲压力，缓解气流泄露，控制流动的作用，从而能够提升轴流风叶的工作能力，增大风量，并通过控制叶顶泄漏涡，降低噪声。
相比现有风叶，本申请风叶提升叶片做功能力，实现对叶片叶顶泄露涡的控制，降低风叶噪声。
附图说明
图1：现有折边轴流风叶正视结构示意图。
图2：现有折边轴流风叶侧结构示意图。
图3：现有折边轴流风叶俯视结构示意图。
图4：现有折弯轴流风叶正视结构示意图。
图5：现有折弯轴流风叶侧视结构示意图。
图6：现有折弯轴流风叶俯视结构示意图。
图7：现有折边轴流风叶图2折边结构的详细结构示意图。
图8：现有折边轴流风叶图3折边结构的详细结构示意图。
图9：现有折弯轴流风叶图5折弯结构的详细结构示意图。
图10：现有折弯轴流风叶图6折弯结构的详细结构示意图。
图11：本申请实施例一正视结构示意图。
图12：本申请实施例一侧视结构示意图。
图13：本申请实施例一俯视结构示意图。
图14：本申请实施例一叶顶折弯的详细结构示意图。
图15：本申请实施例二正视结构示意图。
图16：本申请实施例二侧视结构示意图。
图17：本申请实施例二俯视结构示意图。
图18：本申请实施例二折弯结构的详细结构示意图。
图19：本申请实施例二叶顶折边或者折弯区域结构示意图。
图20：本申请实施例三的折边结构详细示意图。
图21：风叶下游靠近叶顶一周位置处相对速度分布对比图。
图22：风叶靠近叶顶附近处速度分布对比图。
1、吸力面；2、叶顶；3、压力面；4、叶片；5、轮毂；
a1、a2、a3——折边夹角；
R1、R2、R3——不同处的折弯半径；
D1、D2、D3——不同处的直径；
b1、b2——不同的圆心夹角。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种轴流风叶，主要包括轮毂5和多个叶片4，各所述叶片4的两面分别为出风侧的压力面3和进风侧的吸力面1，各所述叶片4的径向向外的边缘部位为叶顶2，各所述叶片4的叶顶2处设置有第一边21与第二边22，所述第一边21向所述吸力面1弯折延伸，所述第二边22向所述压力面3弯折延伸。
现有风叶的叶顶与其周围静止部件配合存在一定间隙，气流在此处流动相对比较紊乱，是二次流、泄漏、回流的主要区域，是产生噪声的主要噪声源。因此，此处结构的设计对风叶性能影响显著。现有设计轴流风叶的叶顶无论是折边结构“L”型，还是折弯结构“J”型，与叶顶平缓无弯折结构的风叶，均最外叶顶为单一二维曲线，气流很容易通过与周围静止部件形成的夹缝产生二次流、泄漏、回流等乱流。
本申请实施例提供的轴流风叶结构，在叶片4叶顶存在分别向压力面3和吸力面1的折弯，从而可以形成型，或者折边的结构“Y”型，叶顶的结构与周围静止部件形成一个截面概呈三角形的区域，夹缝由原来的二维边线结构变成了一个三维空间区间。可通过调节a1/a3、R1/R3、b1/b2等参数，改变三维空间形状，可以起到缓冲压力，缓解气流泄露，控制流动的作用，从而能够提升轴流风叶的工作能力，增大风量，并通过控制叶顶泄漏涡，降低噪声。
以下结合本申请具体实施例，示例性说明如下：
a1、a2、a3折边夹角；
R1、R2、R3不同处的折弯半径；
D1、D2、D3不同处的直径；
b1、b2不同的圆心夹角。
定义a1：在图7中，沿折线向两侧折边面作切线，两切线的夹角为a1；同理定义a2：在图8中，沿折线向两侧折边面作切线，两切线的夹角为a2；定义a3：在图20中，沿折线向共折线的三个折边面作切线，叶片靠内侧面切线与第一折边面切线的夹角为a1，叶片靠内侧面切线与第二折边面切线的夹角为a3。
定义R1、R2、R3类似a1、a2、a3，此处不同与折线作切线，而是折线处作切圆，切圆半径定义分别命名为R1、R2、R3。
D1为通过旋转轴为圆心、旋转轴为法线画圆，与风叶外径相切的最大直径，亦即为吸力面折弯或者折边结构的最外径，D2为通过旋转轴为圆心、旋转轴为法线画圆，通过折边结构折线或者折弯结构曲率突然改变线，得到圆直径即D2；D3为通过旋转轴为圆心、旋转轴为法线画圆，压力面折弯或者折边结构的最外径。
b1——叶片前缘最外圆点、折弯或者折边沿气流来流方向的起始位置点，两点与圆心连线的夹角；b2——叶片后缘最外圆点、折弯或者折边沿气流来流方向的起始位置点，两点与圆心连线的夹角。
实施例一
图11为本申请实施例一正视结构示意图，图12为本申请实施例一侧视结构示意图，图13为本申请实施例一俯视结构示意图，图14为本申请实施例一叶顶折弯的详细结构示意图。
如图所示，在叶片4的叶顶2全范围设置有分别向压力面3和吸力面1的折弯，也就是第一边21与第二边22，叶顶2整体呈型(上端为叶顶2)，或者折边的结构，呈“Y”型(Y上端为叶顶2)。其中第一边21向吸力面1向一侧折弯产生折弯半径为R1的结构，从而保证了压力面的正压区域范围不受影响，即保证了风叶的做功能力。第二边22亦向压力面3一侧折弯产生折弯半径为R3的结构，从而保证了压力面3在叶顶附近压力的提升，降低压力面3和吸力面1两者之间的压差过大而导致气流的泄漏。本实施例中叶顶2的结构由原来的二维边线结构变成了一个三维空间区间。此结构可以起到缓冲压力，缓解气流泄露，控制流动的作用，从而能够提升轴流风叶的工作能力，增大风量，并通过控制叶顶泄漏涡，降低噪声。
本领域技术人员应该理解的是，全范围设置双侧折弯的实施例更适用于低风速大叶面的风叶实施例中。
本实施例中，第一边21为具有第一半径R1的弧形折弯，所述第二边22为具有第二半径R3的弧形折弯，所述第一半径R1大于所述第二半径R3。
实施例二
图15为本申请实施例二正视结构示意图，图16为本申请实施例二侧视结构示意图，图17为本申请实施例二俯视结构示意图，图18为本申请实施例二折弯结构的详细结构示意图，以及图19为本申请实施例二叶顶折边或者折弯区域结构示意图。
如图所示，在叶片4的叶顶2局部范围内设置有分别向压力面3和吸力面1的折弯，叶顶局部范围，即图19中b1至叶片4前缘最外圆点、折弯或者折边沿气流来流方向的起始位置点，两点与圆心连线的夹角；b2——叶片4后缘最外圆点、折弯或者折边沿气流来流方向的起始位置点，两点与圆心连线的夹角。而叶顶全范围为折弯或者折边的结构，则b1＝0；若是叶顶局部范围，则b1/(b1+b2)属于(0,1)。一个具体实施例中，选择为b1/(b1+b2)在(0.4～0.6)范围内，也就是说，此范围内与周围静止部件相匹配具有较佳的技术优势。本领域技术人员应该理解的是，局部范围设置双侧折弯的实施例更适用于较高风速小叶面的风叶实施例中。
本申请采用两侧折弯或者折边的结构可以是两边等外径，也可以是不等外径。即图18中D1为风叶最外径，亦即为压力面3折弯或者折边结构的最外径，D3为吸力面1折弯或者折边结构的最外径，其中D1选择为大于或等于D3。从而减少压力面3向吸力面1一侧的漏风量，也就是减少相反于气流方向的漏风。
也就是第一边21与第二边22，叶顶2整体呈型(上端为叶顶2)，或者折边的结构，呈“Y”型(Y上端为叶顶2)。其中第一边21向吸力面1向一侧折弯产生折弯半径为R1的结构，从而保证了压力面的正压区域范围不受影响，即保证了风叶的做功能力。第二边22亦向压力面3一侧折弯产生折弯半径为R3的结构，从而保证了压力面3在叶顶附近压力的提升，降低压力面3和吸力面1两者之间的压差过大而导致气流的泄漏。本实施例中，第一边21为具有第一半径R1的弧形折弯，所述第二边22为具有第二半径R3的弧形折弯，所述第一半径R1小于所述第二半径R3。
本实施例中叶顶2的结构由原来的二维边线结构变成了一个三维空间区间。此结构可以起到缓冲压力，缓解气流泄露，控制流动的作用，从而能够提升轴流风叶的工作能力，增大风量，并通过控制叶顶泄漏涡，降低噪声。
实施例三
图20为本申请实施例三的折边结构详细示意图。如图所示，第一边21与第二边22分别为折边，其中第一边21与叶片4的夹角为a1、第二边22与叶片4的夹角为a3，两者的关系为a1≤a3，或者认为R1≤R3。其中向压力面的折弯或者折边结构甚至可以近似为一直板“y”型(y上端为叶顶)，即R3为无穷大或者a3＝180°。
第一组对比实验
另外，申请人采用图1至图10所示现有轴流风叶与本申请实施例一所示轴流风叶进行了对比测试，对比实验的结构如表一所示。
表一、对比仿真计算结果数据对比
结构 仿真计算流量m<sup>3</sup>/h
现有轴流风叶 0.6749
实施例一 0.6829
再如图21所对比示意，表示出风叶下游靠近叶顶一周位置处相对速度分布，相对速度波动小的代表噪声相对较小，因此本申请实施例一结构风叶噪声相对现有风叶结构较有优势。
第一组对比实验
另一方面，申请人采用图1至图10所示现有轴流风叶与本申请实施例二所示轴流风叶进行了对比测试，对比实验的结构如表二所示。
有无专利结构仿真计算结果数据对比，带专利结构风叶产生流量略偏大。
结构 仿真计算流量m<sup>3</sup>/h
无专利结构风叶 0.7274
带专利结构风叶 0.7515
表二，有无专利结构的叶片仿真计算结果图对比表
图22中表示风叶靠近叶顶附近处速度分布，A图为现有风叶结构表现，其叶顶上下游均存在两个大的旋涡，而B图为本申请实施例结构风叶表现，叶顶上下游的旋涡得到了一定抑制，将部分紊乱流动控制在叶顶与风叶周围静止区域形成的空间内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种轴流风叶，包括轮毂(5)和多个叶片(4)，各所述叶片(4)的两面分别为出风侧的压力面(3)和进风侧的吸力面(1)，各所述叶片(4)的径向向外的边缘部位为叶顶，其特征在于：
各所述叶片(4)的叶顶处设置有第一边(21)与第二边(22)，所述第一边(21)向所述吸力面(1)弯折延伸，所述第二边(22)向所述压力面(3)弯折延伸。
2.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)以及第二边(22)为相对于叶片(4)主体的折弯结构或者折边结构。
3.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)的最大外径与所述第二边(22)最大外径相等。
4.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)的最大外径大于所述第二边(22)的最大外径。
5.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)以及第二边(22)设置于所述叶顶全长范围。
6.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)以及第二边(22)设置于所述叶顶局部范围。
7.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)以及第二边(22)设置范围占所述叶顶全长的0.4～0.6。
8.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)的最大外径小于所述第二边(22)的最大外径。
9.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)为具有第一半径的弧形折弯，所述第二边(22)为具有第二半径的弧形折弯。
10.根据权利要求8所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一半径小于所述第二半径。
11.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)是所述叶片(4)主体具有第一夹角的折边，所述第二边(22)是与所述叶片(4)主体具有第二夹角的折边。
12.根据权利要求11所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一夹角小于所述第二夹角。
13.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述第一边(21)为弧形折弯，所述第二边(22)是与所述叶片(4)主体具有第二夹角的折边。
14.一种换气装置，包括轴流风叶，其特征在于，所述轴流风叶为权利要求1至13中任一项所述的轴流风叶。
15.一种空调器，包括轴流风叶，其特征在于，所述轴流风叶为权利要求1至13中任一项所述的轴流风叶。
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