CN110821886A - 轴流风扇及空调室外机 - Google Patents
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Abstract
轴流风扇及空调室外机。本发明提出了一种本发明提出了一种轴流风扇,包括轮毂以及设置于轮毂侧壁上的叶片,叶片包括翼型,翼型为轮毂同心圆柱面与叶片相交的截面;叶片包括叶根区域及顶部区域,叶片包括翼型中线,为沿翼型轮廓线排列的各内切圆的中心连线;所述叶片包括前缘和后缘,所述前缘和后缘相对而设,分别朝向轮毂的进风端和轮毂的出风端;所述翼型中线与前缘相交点为前缘点,翼型中线与后缘的相交点为后缘点,所述前缘点与后缘点的连线为翼弦;所述翼弦与轮毂轴线垂直平面所成的夹角为翼型安装角,叶根区域的翼型安装角小于顶部区域的翼型安装角。改善了轴流风扇安装角设计造成气流在叶根区域进行内部循环不能作用于叶片上而造成有用功损失导致轴流风扇效率降低的情况。
Description
技术领域
本发明涉及空调室外机风扇领域,具体涉及轴流风扇及空调室外机。
背景技术
空调室外机轴流风机系统主要包括导风圈、出风格栅以及轴流风扇等风道结构,其主要作用是为冷凝器换热提供循环风量。随着国家能效标准及人们对生活品质追求的不断提高,如何设计出更大风量、更低功耗、更低噪音的轴流风机系统成为空调行业重要的发展趋势。
轴流风扇设计的时候,风扇叶片与轮毂之间会形成一个安装角,再结合叶片的叶型,可以在风扇旋转的时候获得一个最合理的气流折转角,使轴流风机系统拥有更大的全压,对空气做功能力也随之加强。而安装角的选取对轴流风扇叶根区域的气流流向存在较大影响,现有技术中让安装角从叶根向叶顶逐渐减小,造成气流进入轴流风扇后从一个叶片的压力面吹向下一个叶片的吸力面,从而造成一部分气流始终在叶根区域进行内部循环,导致轴流风扇对空气做功的有用功存在较大损失,造成轴流风扇效率降低。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足,本发明提供了一种轴流风扇及空调室外机,解决了轴流风扇安装角设计造成气流在叶根区域进行内部循环不能作用于叶片上而造成有用功损失导致轴流风扇效率降低的问题。
为实现上述目的,本发明采用了如下的技术方案:
一种轴流风扇,包括轮毂以及设置于轮毂侧壁上的叶片,所述叶片包括翼型,翼型为轮毂同心圆柱面与叶片相交的截面;所述叶片包括叶根区域及顶部区域,所述叶根区域与顶部区域的分界面(28)为轮毂同心圆柱面直径为d时与叶片相交的截面;所述风扇外径为D,d/D为一常数k;所述叶片包括翼型中线,为沿翼型轮廓线排列的各内切圆的中心连线;所述叶片包括前缘和后缘,所述前缘和后缘相对而设,分别朝向轮毂的进风端和轮毂的出风端;所述翼型中线与前缘相交点为前缘点,翼型中线与后缘的相交点为后缘点,所述前缘点与后缘点的连线为翼弦;所述翼弦与轮毂轴线垂直平面所成的夹角为翼型安装角,叶根区域的翼型安装角小于顶部区域的翼型安装角。
优选的,所述叶根区域的翼型安装角为θ根,θ根沿叶片径向方向随轮毂的同心圆柱面直径增大而逐渐增大。让θ根的角度值从叶片与轮毂接触位置逐渐增大,并保持叶根区域的翼型安装角小于叶顶区域的翼型安装角。
优选的,所述叶片与轮毂接触位置的θ根记为θ根min,所述分界面位置的θ根记为θ根max,15°≤θ根min≤θ根max≤45°。对叶根区域的翼型安装角的选取范围限定在15°~45°之间,并保持叶根区域的翼型安装角小于叶顶区域的翼型安装角。
优选的,所述顶部区域的翼型安装角为θ顶,θ顶=θ根max。在对叶根区域的翼型安装角的选取范围进行限定的情况下,进一步对顶部区域的翼型安装角限定位恒定值,并选取叶根区域的翼型安装角的最大值。
优选的,所述θ根取值恒定,则θ根=θ根cin=θ根max,20°≤θ根<θ顶≤45°。让叶根区域的翼型安装角作为恒定值的情况下,保持叶顶区域的翼型安装角大于叶根区域的翼型安装角,并限定在20°~45°范围内选值。
优选的,所述θ顶沿叶片径向方向随轮毂的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,15°≤θ根<θ顶≤45°。在叶根区域的翼型安装角作为恒定值的情况下,让叶顶区域的一定安装角从分界面向叶片边缘逐渐增大,同时保持叶根区域的翼型安装角小于叶顶区域的翼型安装角,并在15°~45°范围内选值。
所述θ顶沿叶片径向方向随轮毂的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,15°≤θ根<θ顶≤45°。让叶根区域的翼型安装角从轮毂接触位置向分界面逐渐增大,同时让叶顶区域的翼型安装角从分界面向叶片偏远逐渐增大,并在保持叶根区域的翼型安装角小于叶顶区域的翼型安装角的前提下在15°~45°范围内选值。
优选的,所述常数k≥0.4且k≤0.6。
优选的,所述叶片的数量至少为两个,叶片沿轮毂圆周均匀分布。
本发明还提出了一种空调室外机,包括室外机壳体,所述室外机壳体内安装有如上任意一项所述的一种轴流风扇。
相比于现有技术,本发明具有如下有益效果:
将叶片通过直径为d的轮毂同心圆柱面分隔为叶根区域和顶部区域,并让叶根区域的安装角小于顶部区域的安装角,将叶根区域的安装角减小能够有效防止该区域空气从一个叶片的压力面吹向下一个叶片的吸力面,从而有效提高整个风扇的做功功率;
同时让顶部区域保持较大的安装夹角,可增大风量和风速,以提高室外机换热性能以及百叶窗内的出风能力,从而提高轴流风扇的冷却效能,保持风扇效率处于较高水平。
附图说明
图1为叶片安装在轮毂上的正向结构示意图;
图2为轮毂同心圆柱面与叶片相交获得翼型截面示意图;
图3为叶片的分区结构示意图;
图4为图3中叶根区域A-A截面、顶部区域B-B截面的翼型安装角示意图;
图中,轮毂1、叶片2、翼型21、叶根区域22、顶部区域23、翼型中线24、前缘25、后缘26、翼弦27、分界面28。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-图2所示,本发明提出了一种轴流风扇,包括轮毂1以及设置于轮毂1侧壁上的叶片2,而所述叶片2包括翼型21,翼型21为轮毂1同心圆柱面与叶片2相交的截面;同时,让叶片2包括叶根区域22及顶部区域23,而叶根区域22与顶部区域23的分界面28为轮毂1同心圆柱面直径为d时与叶片2相交的截面;当风扇外径为D,d/D为一常数k;通过风扇外径与选取的常数k来确定不同尺寸的风扇在叶片2上对叶根区域22、顶部区域23进行分隔的分界面28,此处提及的分界面28时一个由假想的轮毂1同心圆与叶片2相切而产生的,而实际中,叶根区域22、顶部区域23在分界面28处进行无缝连接,并不是切实的分隔开。
同时,如图3所示,叶片2包括翼型中线24,为沿翼型21轮廓线排列的各内切圆的中心连线;叶片2包括前缘25和后缘26,所述前缘25和后缘26相对而设,分别朝向轮毂1的进风端和轮毂1的出风端;所述翼型中线24与前缘相交点为前缘点,翼型中线24与后缘26的相交点为后缘点,所述前缘点与后缘点的连线为翼弦27;而翼弦27与轮毂1轴线垂直平面所成的夹角为翼型安装角,叶根区域22的翼型安装角小于顶部区域23的翼型安装角,将叶片2通过分界面28分隔为叶根区域22、顶部区域23后并让叶根区域22的翼型安装角小于顶部区域23的翼型安装角;通过减小叶根区域22的翼型安装角来有效防止该区域气流从一个叶片2的压力面吹向下一个叶片2的吸力面,从而提高风扇做功的效率;同时让顶部区域23的翼型安装角大于叶根区域22的翼型安装角,以此增大风量和风速,以提高空调室外机的换热性能以及百叶窗内的出风能力。
在另一个实施例中,让叶根区域22的翼型安装角从轮毂1接触位置向分界面28位置逐渐增大时,如图4所示,将叶根区域22的翼型安装角记为θ根,θ根沿叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大;由于叶根区域22的翼型安装角从轮毂1圆周面到分界面28之间具有最大、最小值,而其中叶片2与轮毂1接触位置的θ根记为θ根min,所述分界面28位置的θ根记为θ根max,15°≤θ根min≤θ根max≤45°,让整个叶根区域22的翼型安装角在15°~45°范围内时,通过CFD模拟软件进行工况模拟后能够让有效减少在叶根区域22循环流动的气流量,让叶片2对空气做功的效率提高。
同时,让顶部区域23的翼型安装角保持为恒定取值,让顶部区域23的翼型安装角记为θ顶,此时可让顶部区域23的翼型安装角为一定值,并且让θ顶=θ根max,让顶部区域23的翼型安装角等于叶根区域22位于分界面28位置处的最大角度值;结合叶根区域22翼型安装角沿叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大的情况下,即为在15°~45°范围时,保持顶部区域23的翼型安装角始终等于叶根区域22处于分界面28位置处的角度值,通过CFD模拟软件进行工况模拟后也能够满足增大风量、风速的效能。
在另一个实施例中,让叶根区域22的翼型安装角保持一定值,并满足叶根区域22的翼型安装角小于顶部区域23的翼型安装角,此时,让θ根取值恒定,则θ根=θ根min=θ根max,20°≤θ根<θ顶≤45°;让叶根区域22从轮毂1圆周面到分界面28之间任意截面形成的翼型安装角都保持一致并在20°~45°之间进行选值,并且始终满足θ根<θ顶的条件,以满足叶根区域22小角度利于气流流动,而顶部区域23大角度满足风量、风速增大的效果。
在另一个实施例中,让叶根区域22的翼型安装角沿着叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大时,让顶部区域23的翼型安装角也沿着叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,此时,让θ顶沿叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,并满足15°≤θ根<θ顶≤45°。
在另一个实施例中,让叶根区域22的翼型安装角保持为恒定值,在满足叶根区域22的翼型安装角小于顶部区域23的翼型安装角时,让顶部区域23的翼型安装角沿着叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,此时,让θ顶沿叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,并满足15°≤θ根<θ顶≤45°。
在以上实施例中均需要对常数k的取值范围进行限定,以满足在知晓风扇外径后快速获取分界面28的尺寸参数,从而便于对叶根区域22、顶部区域23的翼型安装角进行优化设计,并满足以上实施例中提及的选取范围;在常数取值时,让常数k≥0.4且k≤0.6,在常数k选取0.4~0.6之间时,能够有效获得满足优化设计的分界面28尺寸参数。
为了说明上述实施例中提及的参数选取范围在实际风扇优化设计中能够快速获得各个参数的仿真模型以及仿真测试结果,以指导实际生产中确定风扇加工参数的确定,以其中一种尺寸的实际获得值与模拟测试结果来解释,叶片2分隔为叶根区域22及顶部区域23并让叶根区域22的翼型安装角小于顶部区域23的翼型安装角能够带来优化后风扇有用功率提升、风扇效率提升的效果。
例如,知晓现有设计中的风扇直径D=422mm,现有风扇中叶片2与轮毂1接触位置的安装角为32°,而此时叶片2的翼型安装角从叶根位置向叶顶位置逐渐减小,并在选取一个轮毂1同心圆柱面直径为d≥0.55D时,翼型安装角减小到28.6°左右。
针对现有风扇采用实施例中提出的优化参数进行优化设计如下,并保持现有风扇的其他参数不变。将叶片2分隔为顶部区域23及叶根区域22,而形成分界面28的轮毂1同心圆柱面直径为d=0.55D,此时,减小叶根区域22的翼型安装角并让叶根区域22的翼型安装角沿叶片2径向方向随轮毂1的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,最终得到θ根min=22°,θ根max=θ顶=28.6°。
将原风扇及优化风扇装入同一空调室外机中进行CFD数值模拟,在同样的转速条件下,获得风量、轴功率、效率结果如下:
可以看出优化后的风扇的轴功率降低4.6%,风扇效率提升2.6%。由此可知,在对叶片2的叶根区域22、顶部区域23通过分界面28进行分隔,并让叶根区域22的翼型安装角小于顶部区域23的翼型安装角,减小叶根区域22的翼型安装角后能够有效防止该叶根区域22空气从一个叶片2的压力面吹向下一个叶片2的吸力面,从而提高风扇的效率。
在另一实施例中,为了保证旋转中的轴流风扇整体均匀性、转动稳定可靠,让叶片2的数量至少为两个,并且让叶片2沿轮毂1圆周均匀分布;当然,为了提高轴流风扇的适应较大风量,又避免气流被分割过小造成风量减小、风压减小的情况,叶片2的数量选择为三个。
在另一实施例中,将上述的轴流风扇应用到空调室外机中,也能获得优化的轴流风扇带来的改进效果,而提出一种空调室外机,包括室外机壳体,并且在室外机壳体内安装有如上述实施例中所述的一种轴流风扇,让轴流风扇运行时,以提高室外机的换热性能,增加室外机上百叶窗内的出风能力。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种轴流风扇,包括轮毂(1)以及设置于轮毂(1)侧壁上的叶片(2),其特征在于:所述叶片(2)包括翼型(21),翼型(21)为轮毂(1)同心圆柱面与叶片(2)相交的截面;
所述叶片(2)包括叶根区域(22)及顶部区域(23),所述叶根区域(22)与顶部区域(23)的分界面(28)为轮毂(1)同心圆柱面直径为d时与叶片(2)相交的截面;
所述风扇外径为D,d/D为一常数k;
所述叶片(2)包括翼型中线(24),为沿翼型(21)轮廓线排列的各内切圆的中心连线;
所述叶片(2)包括前缘(25)和后缘(26),所述前缘(25)和后缘(26)相对而设,分别朝向轮毂(1)的进风端和轮毂(1)的出风端;
所述翼型中线(24)与前缘(25)相交点为前缘点,翼型中线(24)与后缘(26)的相交点为后缘点,所述前缘点与后缘点的连线为翼弦(27);
所述翼弦(27)与轮毂(1)轴线垂直平面所成的夹角为翼型安装角,叶根区域(22)的翼型安装角小于顶部区域(23)的翼型安装角。
2.根据权利要求1所述的轴流风扇,其特征在于:所述叶根区域(22)的翼型安装角为θ根,θ根沿叶片(2)径向方向随轮毂(1)的同心圆柱面直径增大而逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的轴流风扇,其特征在于:所述叶片(2)与轮毂(1)接触位置的θ根记为θ根min,所述分界面(28)位置的θ根记为θ根max,15°≤θ根min≤θ根max≤45°。
4.根据权利要求3所述的轴流风扇,其特征在于:所述顶部区域(23)的翼型安装角为θ顶,θ顶=θ根max。
5.根据权利要求4所述的轴流风扇,其特征在于:所述θ根取值恒定,则θ根=θ根min=θ根max,20°≤θ根<θ顶≤45°。
6.根据权利要求4所述的轴流风扇,其特征在于:所述θ顶沿叶片(2)径向方向随轮毂(1)的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,15°≤θ根<θ顶≤45°。
7.根据权利要求5所述的轴流风扇,其特征在于:所述θ顶沿叶片(2)径向方向随轮毂(1)的同心圆柱面直径增大而逐渐增大,15°≤θ根<θ顶≤45°。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的轴流风扇,其特征在于:所述常数k≥0.4且k≤0.6。
9.根据权利要求8所述的轴流风扇,其特征在于:所述叶片(2)的数量至少为两个,叶片(2)沿轮毂(1)圆周均匀分布。
10.一种空调室外机,包括室外机壳体,其特征在于:所述室外机壳体内安装有如权利要求1~权利要求9任意一项所述的一种轴流风扇。
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CN113250997A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-13 | 浙江三新科技有限公司 | 一种风扇叶片 |
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