CN111108263A - 具有波状翼型和后缘锯齿的轴向风扇叶片 - Google Patents

Abstract

一种轴流风扇包括可围绕风扇轴线旋转的毂和安装到毂的多个风扇叶片。多个风扇叶片中的一个包括在风扇叶片上在展向方向上延伸的至少一个波和沿风扇叶片的后缘延伸的至少一个锯齿。至少一个波和至少一个锯齿布置在风扇叶片的翼展的40％与100％之间的位置处。

Description

具有波状翼型和后缘锯齿的轴向风扇叶片

技术领域

此公开总体涉及空气调节系统，并且更特别地涉及适于在空气调节系统中使用来提供优于常规系统的声音益处的风扇。

背景技术

在风扇或类似设备中，一个或多个叶片穿过气态介质（例如空气）的旋转产生了介质的流，有时会引起可听见的噪音。在风扇操作期间发生的噪音可能由机械部件（诸如电机和轴承）或由空气声学（aeroacoustic）机构生成。对于空气声学过程，沿每个叶片元件的不稳定流可引起压力变化，压力变化与叶片相互作用来生成噪音。若干因素影响空气声学生成机构，所述因素包括但不限于叶片边缘的几何形状、叶片的数量等。

发明内容

根据实施例，一种轴流（axial flow）风扇包括可围绕风扇轴线旋转的毂和安装到毂的多个风扇叶片。多个风扇叶片中的一个包括在风扇叶片上在展向（span wise）方向上延伸的至少一个波（wave）和沿风扇叶片的后缘延伸的至少一个锯齿（serration）。至少一个波和至少一个锯齿布置在风扇叶片的翼展（span）的40％与100％之间的位置处。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个波定位为邻近风扇叶片的后缘。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个波布置在如从风扇叶片的前缘测量的弦（chord）的30％-100％之间。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个锯齿在风扇叶片的弦中形成。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个锯齿所具有的高度等于风扇叶片的弦长的0％与30％之间。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个波的轮廓（contour）大体上是光滑的。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个波的轮廓大体上是锐利（sharp）的。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个波包括多个波。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，多个波包括两个波与六个波之间。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个锯齿的轮廓大体上是光滑的。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个锯齿的轮廓大体上是锐利的。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个锯齿包括多个锯齿。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，多个波包括两个锯齿与六个锯齿之间。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个波在数量上等于至少一个锯齿。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，风扇叶片的横截面具有成轮廓翼型（profiled airfoil）形状。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，风扇叶片具有掠形（sweep）。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，包括护罩，护罩附接到多个风扇叶片中的每个的末梢（tip）端，使得护罩可围绕风扇轴线旋转。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，轴流风扇经由注射成型工艺由塑料材料形成。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，如沿轴向（axial）尺寸测量的一个或多个波的幅度（amplitude）在后缘处比在前缘处大。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，如沿轴向尺寸测量的一个或多个波的幅度从后缘开始比在前缘处连续地变化。

根据另一个实施例，一种轴流风扇包括：可围绕风扇轴线旋转的毂、安装到毂的多个风扇叶片、以及安装到多个风扇叶片中的每个的末梢端的护罩。多个风扇叶片中的每个包括在风扇叶片上在展向方向上延伸的三个波。三个波定位为邻近风扇叶片的后缘在风扇叶片的翼展的40％与100％之间。多个风扇叶片中的每个包括在风扇叶片上在弦向（chordwise）方向上延伸的三个锯齿。三个锯齿定位为邻近风扇叶片的后缘在风扇叶片的翼展的40％与100％之间。

附图说明

被视为本公开的主题在说明书的结尾处的权利要求中特别地指出并明确地请求保护。从以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其他特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是根据实施例的盘管（coil）单元的示例的立体视图；

图2是根据实施例的图1的盘管单元的风扇的立体视图；

图3是根据实施例的图2的风扇的一部分的平面视图；

图4是根据实施例的风扇叶片的横截面；

图5是根据实施例的风扇叶片的一部分的立体视图；

图6是根据实施例的风扇叶片的根部端视图；

图7是根据实施例的包括多个锯齿的风扇叶片的平面视图；

图7A是根据实施例的图7的截面AA、BB和CC的横截面重叠视图；

图7B是根据实施例的图7的截面AA、BB和CC中的每个的横截面视图；以及

图8是根据实施例的风扇叶片的轴向视图。

通过参考附图的示例的途径，具体实施方式解释了本公开的实施例，连同优点和特征。

具体实施方式

现在参考图1，图示了HVAC系统的盘管单元20的示例。盘管单元20包括热交换器22，其中平台是大体上正方形结构的，尽管其中热交换器22的平台是矩形、圆柱形或其他形状的实施例也在本公开的范围内。流体地联接到热交换器22的压缩机24定位在热交换器22的内部之内，并且被构造成通过蒸气压缩循环来压缩制冷剂。设置成与热交换器22的表面接触的是风扇26，该风扇26被构造成：径向朝内吸入环境空气、通过热交换器22、在此之后较暖的空气通过开口28朝上排放。

在图2-4中更详细地图示了具有减小的噪音信号的风扇26。尽管风扇26是参考盘管单元20来图示和描述的，但是应当理解的是，风扇26可适于在其他空气调节应用中使用。风扇26是轴流风扇，并且包括毂30，毂30具有安装到其上的多个风扇叶片32。多个风扇叶片32大体上围绕毂30的外部周边等距地间隔开，并且从毂30的外部周边径向地朝外延伸。在实施例中，如图2中所示，风扇叶片32的远端连接到护罩或壳体34，使得护罩34可与风扇叶片32一起旋转。然而，其中风扇26并不包括护罩或其中护罩相对于风扇叶片32静止的实施例也在本公开的范围内。毂30、风扇叶片32和护罩34（当包括时）可为联接在一起的分离的部件，或备选地可一体地形成，诸如例如由注射成型塑料形成。

在所图示的非限制性实施例中，风扇26包括可围绕旋转的轴线X旋转的轴流风扇。电机（在M处示意性地图示，例如经由轴或其他联接器件（诸如带、绳或链）来可操作地连接到风扇26）可用来使风扇在由箭头R指示的方向上围绕风扇轴线X旋转。电机M可大体上垂直地定向，使得电机M的旋转的轴线布置成平行于风扇轴线X或与风扇轴线X同轴。然而，还设想了其他类型的构造。在操作中，电机M驱动风扇26的旋转，以使气流通过风扇并沿流动路径移动，诸如例如来自热交换器。

风扇26可包括任何数量的风扇叶片32。在所图示的非限制性实施例中，风扇包括九个风扇叶片。然而，应当理解的是，本文中设想了具有包括两个或更多个叶片的任何构造的风扇26。多个风扇叶片32可为基本相同的，但不必是基本相同的。

参考图3，每个风扇叶片32具有根部35和末梢36，风扇叶片32在根部35处遇到毂30并附接到毂30；末梢36在叶片32的外部末端（extremity）处，与根部35相对。当在本文中涉及时，风扇叶片32的“翼展”意在描述根部35与末梢36之间的距离。每个叶片32附加地具有相对于旋转的方向位于上游的前缘38和相对于旋转的方向位于下游的后缘40。前缘38和后缘40在根部35和末梢36处接合在一起。在所图示的非限制性实施例中，风扇叶片32被图示为在与风扇旋转的方向R相对的方向上具有掠形，称为反掠（reverse sweep）或后掠（backward sweep）。然而，本文中还设想了：在风扇旋转的方向上具有掠形（也称为前掠（forward sweep））的风扇叶片32，以及使得风扇叶片32的末梢36大体上布置在平面内的不具有掠形的风扇叶片32。

图4描绘了垂直于风扇叶片32的径向轴线截取的多个风扇叶片32中的一个的横截面视图。在所图示的非限制性实施例中，每个风扇叶片32具有翼型或轮廓成形（profileshaped）的横截面42，在其中前缘38在旋转方向上弯曲，以便呈现（assume）凸起形状，并且后缘40是弯曲的，以便在远离前缘的方向上呈现凸起形状。翼型的弦是在翼型的前缘和后缘之间延伸的直线。类似地，中弧线（mean camber line）图示了翼型的不对称性。中弧线定位在翼型的上部表面44和下部表面46之间的中途（halfway）。

现在参考图5-8，在实施例中，风扇叶片32的翼型42构造成在风扇叶片32的翼展的至少一部分上变化。作为此变化的结果，风扇叶片32可具有非均匀的结构，例如“波状（wavy）”结构。当在本文中使用时，术语“波状”或“波”可指从前缘到后缘的任何位置在叶片的展向方向上出现的起伏（undulation），例如，在来自毂的叶片的连续的同心圆形区域中出现的径向起伏、从前缘到后缘在切线方向地线性地延伸的起伏、或者垂直的非线性的毂到末梢轮廓的起伏。在本文中公开的任何实施例中，这种起伏在幅度上可作为叶片32的一个或多个参数（诸如叶片的弦）的函数而变化。例如，与后缘处的波相比，叶片在对应的径向位置处可包括在前缘附近的较低幅度的波（如在所附图片中的r-z平面中测量）。

波状风扇叶片32的参数中的一个或多个在叶片32的翼展上保持恒定。例如，风扇叶片32的前缘38具有预定的前缘轮廓，并且在叶片32的翼展上的各个位置处，前缘38的位置被固定至期望的轮廓。备选地或附加地，风扇叶片32在叶片的翼展上的弧（camber）或不对称性可为大体上固定的。

在实施例中，翼型42的弦在风扇叶片32的至少一部分（例如诸如，大体上邻近末梢36的风扇叶片32的部分）上变化。由于弦在风扇叶片32的翼展中的整个或一部分上变化但是弧保持恒定，在展向方向上延伸的一个或多个起伏（在本文中也称为“波”50）在风扇叶片32的表面中自然地形成。如图7、7A和7B中最佳地示出，在叶片32的每个横截面处，邻近前缘36和后缘38的弧与弦的相交角（示意性地图示为Ɵ）构造成随弦变化而变化。然而，由于叶片32的弧保持恒定，因此邻近前缘36的弦与弧之间的相交角（图示为Ɵ₁）在每个横截面之间保持恒定。类似地，邻近后缘38的弦与弧之间的相交角（图示为Ɵ₂）在每个横截面之间保持恒定。

在实施例中，在风扇叶片32中形成的波50的总数量例如为在两个风扇波与六个风扇波之间。例如，在图中所示的非限制性实施例中图示了三个波。然而，应当理解的是，具有在其中形成的任意数量的波50的风扇叶片32被认为是在本公开的范围内。

如先前所建议的那样，翼型42的弦可仅在风扇叶片32的翼展的一部分上变化。由于波50是通过此弦变化而生成的，因此波50仅在其中弦发生变化的风扇叶片32的部分上类似地形成。在实施例中，波50定位在翼展的40％与翼展的100％（或者叶片末梢36）之间的位置处。因此，一个或多个波50从叶片根部35偏移（offset）。此外，波50被图示为大体上邻近风扇叶片32的后缘40形成。例如，波50可在弦的30％-100％之间的距离处延伸，其中弦的100％是位于后缘40处。然而，应当理解的是，其中波50定位为邻近前缘38的实施例也在本公开的范围内。

弦中的变化可被构造成使得波50具有大体上光滑的轮廓，即没有会导致突出或不均匀的显著变化。备选地，弦中的变化可具有锐利的、更多角的轮廓，包括边缘或点。平行于风扇的轴线X测量的波的幅度可为大体上恒定的，或者备选地可变化。在实施例中，最靠近后缘38的波的部分可具有比最靠近前缘36的波的部分更大的幅度。在又一个实施例中，波50的幅度可在前缘36与后缘38之间连续地变化。

在另一个实施例中，最佳地在图7中示出，一个或多个锯齿52沿风扇叶片32的边缘（例如诸如后缘）形成。在实施例中，锯齿52是由于波50而形成的。例如，当风扇叶片32的弧保持恒定但弧在风扇叶片32的翼展上变化时，也可能出现锯齿52。因此，波50和锯齿52可被结合，使得每个锯齿52对应于波50中的一个或多个。

一个或多个锯齿52在弦向方向上延伸，并且类似地定位在翼展的40％与100％之间。叶片的锯齿52可从叶片的名义（nominal）后缘“切掉”，使得在锯齿中的每个处的弦小于在名义后缘处的弦。名义后缘是虚构的后缘，如果叶片32没有波或锯齿，则虚构的后缘将从叶片32的非波状区段延续至叶片32的末梢36。备选地，锯齿52可延伸超过叶片32的名义后缘，使得在锯齿52中的每个处的弦大体上大于在名义后缘处的弦。在所图示的非限制性实施例中，示出了三个锯齿。然而，本文中设想了具有任何数量的锯齿52（诸如例如一个锯齿、在两个锯齿与六个锯齿之间、或多于六个锯齿）的风扇叶片32。

锯齿52可具有光滑的轮廓，或者备选地可具有锐利的、更多角的轮廓。在实施例中，锯齿52具有锯子齿（saw tooth）构造，锯子齿构造具有在弦的0-30％之间的幅度。锯齿52可彼此邻近直接地定位，使得在邻近的锯齿52之间不存在间隔。备选地，间隙或间隔可定位在邻近的锯齿52之间。

包含大体上邻近风扇叶片的后缘的波和/或锯齿产生了变相（phasing），变相提供了优于常规风扇叶片的声音益处。波50和/或锯齿52可导致在3-6分贝之间的噪音上的降低。

实施例1：一种轴流风扇包括：可围绕风扇轴线旋转的毂；安装到毂的多个风扇叶片，其中多个风扇叶片中的一个包括在风扇叶片上在展向方向上延伸的至少一个波和沿风扇叶片的后缘延伸的至少一个锯齿，其中至少一个波和至少一个锯齿布置在风扇叶片的翼展的40％与100％之间的位置处。

实施例2：实施例1的轴流风扇，其中至少一个波定位为邻近风扇叶片的后缘。

实施例3：实施例2的轴流风扇，其中至少一个波布置在如从风扇叶片的前缘测量的弦的30％-100％之间。

实施例4：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个锯齿在风扇叶片的弦中形成。

实施例5：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个锯齿所具有的高度等于风扇叶片的弦长的0％与30％之间。

实施例6：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个波的轮廓大体上是光滑的。

实施例7：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个波的轮廓大体上是锐利的。

实施例8：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个波包括多个波。

实施例9：实施例8的轴流风扇，其中多个波包括在两个波与六个波之间。

实施例10：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个锯齿的轮廓大体上是光滑的。

实施例11：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个锯齿的轮廓大体上是锐利的。

实施例12：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个锯齿包括多个锯齿。

实施例13：实施例12的轴流风扇，其中多个波包括在两个锯齿与六个锯齿之间。

实施例14：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中至少一个波在数量上等于至少一个锯齿。

实施例15：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中风扇叶片的横截面具有成轮廓翼型形状。

实施例16：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中风扇叶片具有掠形。

实施例17：前述实施例中的任一项的轴流风扇，还包括护罩，护罩联接到多个风扇叶片中的每个的末梢端，使得护罩可围绕风扇轴线旋转。

实施例18：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中轴流风扇经由注射成型工艺由塑料材料形成。

实施例19：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中如沿轴向尺寸测量的一个或多个波的幅度在后缘处比在前缘处大。

实施例20：前述实施例中的任一项的轴流风扇，其中如沿轴向尺寸测量的一个或多个波的幅度从后缘开始比在前缘处连续地变化。

实施例21：一种轴流风扇包括：可围绕风扇轴线旋转的毂；安装到毂的多个风扇叶片；以及安装到多个风扇叶片中的每个的末梢端的护罩；其中多个风扇叶片中的每个包括在风扇叶片上在展向方向上延伸的三个波，三个波定位为邻近风扇叶片的后缘在风扇叶片的翼展的40％与100％之间；并且其中，多个风扇叶片中的每个包括在风扇叶片上在弦向方向上延伸的三个锯齿，三个锯齿定位为邻近风扇叶片的后缘在风扇叶片的翼展的40％与100％之间。

尽管已经参考如附图中图示的示例性实施例特别地示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种修改。因此，意在是本公开不限于公开如的（一个或多个）特别实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (21)

1.一种轴流风扇，包括：

可围绕风扇轴线旋转的毂；

安装到所述毂的多个风扇叶片，其中所述多个风扇叶片中的一个包括在所述风扇叶片上在展向方向上延伸的至少一个波和沿所述风扇叶片的后缘延伸的至少一个锯齿，其中所述至少一个波和所述至少一个锯齿布置在所述风扇叶片的翼展的40％与100％之间的位置处。

2.根据权利要求1所述的轴流风扇，其中所述至少一个波定位为邻近所述风扇叶片的后缘。

3.根据权利要求2所述的轴流风扇，其中所述至少一个波布置在如从所述风扇叶片的前缘测量的所述弦的30％-100％之间。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个锯齿在所述风扇叶片的弦中形成。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个锯齿所具有的高度等于所述风扇叶片的弦长的0％与30％之间。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个波的轮廓大体上是光滑的。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个波的轮廓大体上是锐利的。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个波包括多个波。

9.根据权利要求8所述的轴流风扇，其中所述多个波包括在两个波与六个波之间。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个锯齿的轮廓大体上是光滑的。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个锯齿的轮廓大体上是锐利的。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个锯齿包括多个锯齿。

13.根据权利要求12所述的轴流风扇，其中所述多个波包括在两个锯齿与六个锯齿之间。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述至少一个波在数量上等于所述至少一个锯齿。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述风扇叶片的横截面具有成轮廓翼型形状。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述风扇叶片具有掠形。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，还包括护罩，所述护罩联接到所述多个风扇叶片中的每个的末梢端，使得所述护罩可围绕所述风扇轴线旋转。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中所述轴流风扇经由注射成型工艺由塑料材料形成。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中如沿轴向尺寸测量的所述一个或多个波的幅度在所述后缘处比在所述前缘处大。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的轴流风扇，其中如沿所述轴向尺寸测量的所述一个或多个波的幅度从所述后缘开始比在所述前缘处连续地变化。

21.一种轴流风扇，包括：

可围绕风扇轴线旋转的毂；

安装到所述毂的多个风扇叶片；以及

安装到所述多个风扇叶片中的每个的末梢端的护罩；

其中所述多个风扇叶片中的每个包括在所述风扇叶片上在展向方向上延伸的三个波，所述三个波定位为邻近所述风扇叶片的后缘在所述风扇叶片的翼展的40％与100％之间；并且

其中所述多个风扇叶片中的每个包括在所述风扇叶片上在弦向方向上延伸的三个锯齿，所述三个锯齿定位为邻近所述风扇叶片的后缘在所述风扇叶片的翼展的40％与100％之间。

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