CN111536075A - 一种通风机的叶片及其轴流通风机 - Google Patents

Abstract

一种轴流通风机的叶片，所述叶片为等厚板型弧形叶片，叶轮上从叶片根部到叶片尖部的任一直径下的叶片截面型线，均为原始叶型按照比例关系缩放的型线，该原始叶型满足以叶片截面型线的起点端为坐标原点，起点端向终点端延伸为X轴，叶片型线拱高方向为Y轴的方程式：Y＝－7×10^‑8×X⁴－10^‑5×X³－2×10^‑4×X²+0.1891×X+0.0005,其中0≤X≤100。该叶片应用于轴流叶轮及其轴流通风机，气动效率高、噪声低。

Description

一种通风机的叶片及其轴流通风机

技术领域

本发明属于通风机技术领域，尤其涉及一种空调用轴流通风 机的叶片。

背景技术

对于金属叶片的空调用轴流通风机而言，从叶片型线的设计来看， 通常有机翼型和等厚圆弧板型。相对于机翼型叶片，等厚圆弧板型加 工简便，得到了更加广泛的应用；从叶片扭曲规律来看，为了充分利 用叶片顶部的较高的圆周速度，通常采用变环量的设计方法，使得叶 片的弦长从叶根到叶尖逐步增大。

由于空调用轴流通风机采用单级单独叶轮的形式，没有前导叶和 后导叶，因而叶片型线对空调用轴流通风机性能的影响尤为关键。

发明内容

本发明通过对叶片型线的设计，公开了一种轴流通风机的叶片原 始叶型及其叶片，具有该叶型叶片的轴流叶轮及其空调轴流通风机， 具有气动效率高，噪声低的优点。

本发明的技术方案如下：

一种轴流通风机的叶片，所述叶片为等厚板型弧形叶片，所述叶 片的四边分别为：内缘、外缘、前缘和后缘；

在所述叶片的内缘和外缘之间，有n条叶片型线依次排列组 成弧形叶片的吸力面，任一条叶片型线，以起点端为坐标原点，起点 端向终点端延伸为X轴，叶片型线拱高方向为Y轴，满足：Y＝－7×10^-8×X⁴－10^-5×X³－2×10^-4×X²+0.1891×X+0.0005,其中0≤X≤100，所述叶片型线的起点端组成弧形叶片的前缘，终点端组成弧形 叶片的后缘，弧形叶片内缘的叶片型线的弦长最短，弧形叶片外缘的 叶片型线的弦长最长。

具体的，叶片型线的弦长b_i为叶片型线宽度，叶片型线的拱高为 h_i，所述弧形叶片中，任两条叶片型线满足

其中，h_1i为一条叶片型线中任一点

对应的拱高，h_2i为另一条叶片型线中任 一点

对应的拱高。

进一步的，从所述叶片的内缘到外缘，叶片型线的弦长呈线性关 系逐步增加。

进一步的，所述叶片外缘的弦长和内缘的弦长比值为2.3～3.1。

进一步的，所述叶片型线中拱高的最大处与弦长的比值为5～10％， 且最大拱高的位置距离前缘点的水平距离大于叶型弦长的一半。

一种轴流通风机的叶轮，还包括一轮毂，叶片均匀设置在所述轮 毂外缘。所述叶片型线向叶轮旋转方向前掠，从所述叶片的内缘到外 缘，其叶片型线前掠的角度逐渐增大。

一种轴流通风机叶片的设计方法，叶片的设计方法包括以下步骤：

S1根据叶片型线方程得到某一弦长的叶片型线；

S2根据各特征直径下的设计弦长数值，得到各特征直径下的若干 不同弦长的叶片型线；

S3将叶片型线向凹面偏移一个板厚δ，得到各特征直径下的叶片截 面；

S4将各特征直径下的叶片截面偏转安装角β_Ai；

S5弦长“A_iB_i”,其长度为b_i，在水平方向上的投影为a_i， a_i＝b_i×cosβ_Ai，将所有叶片截面在圆周面上的投影线a_i沿径向依次排 列，并且每一截面的投影线“A_iB_i”中点P_i连线均在同一径向线上；

S6在圆周面投影视图上，除叶片内缘截面外，将其他叶片截面进 行前掠偏转，即：点P_i沿叶轮旋转方向偏转到在同一圆周上的P_i2点， 同时投影线“A_iB_i”所代表的叶片截面也随之偏转为投影线“A_i2B_i2” 所代表的叶片截面；

S7光滑连接各个叶片截面，形成叶片曲面；

S8设计叶片后缘不规则锯齿状，并进行叶片四角倒圆角处理。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的通风机叶片采用独有的等厚板型叶型，最大相对 拱高较小，其叶型特征为：从前半段到最大拱高附近到后半段的弧面 形状都是光滑连续的，并且前半段曲率大于后半段曲率，因而在保证 一定的升力下，叶轮叶栅内，气流连续地加速平稳进入叶道和减速扩 压流出叶道，因而气流平顺流动损失小。

(2)本发明的叶片应用于空调轴流通风机中，经过试验证明， 能有效提高通风机的运行效率，节约能耗。

(3)本发明的叶片能有效降低通风机运行噪声，降低终端使用 的环境噪声，改善通风机运行周边的环境。

附图说明

图1为本发明轴流通风机叶片原始叶型(b＝100mm)的x-y坐标 示意图；

图2为本发明轴流通风机叶片叶片型线示意图；

图3为本发明轴流通风机叶轮叶片截面示意图；

图4为本发明轴流通风机叶片若干特征计算直径下的弦长投影 初始排列图；

图5为本发明轴流通风机某一特征直径下的叶片截面前掠偏转 示意图；

图6为本发明轴流通风机的叶片示意图；

图7为本发明轴流通风机叶轮结构示意图；

图8为本发明轴流通风机结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种轴流通风机叶片的设计方法：

图1为本发明轴流通风机叶片中某一条叶片型线x-y坐标图，图 中，叶片型线的起点端为坐标原点，起点端和终点端的连线为X轴， 叶片型线拱高方向为Y轴，叶片型线方程为Y＝－7×10^-8×X⁴－10^-5×X³－2×10^-4×X²+0.1891×X+0.0005,其中0≤X≤100，本发明的叶片型 线方程，是发明人结合多年的理论研究和生产实践，经过对叶片型线 的不断改进，总结出了低压空调轴流通风机叶片的原始叶型，该叶型 是指叶轮叶片截面的凸面形状。

一种轴流通风机的叶片的具体设计步骤如下：

第一步，设计弦长为100mm的叶片型线：将弦长100作为水平 方向的X轴，在X＝0到X＝100mm之间取20个等分点，根据叶片型 线方程计算出对应的y轴数值，Y的数值也就是叶片型线各处的拱高 (X、Y坐标取值见表1)，作出表示叶片型线上各等分点对应的拱高 值的垂直线段，从前端点至后端点依次连接各垂直线段的上端点，得 到弦长为100mm的叶片型线的弧线。

表1 (单位：毫米)

X	0	5	10	15	20	25	30
								Y	0	0.94	1.87	2.76	3.62	4.43	5.18
X	35	40	45	50	55	60	65
								Y	5.86	6.45	6.93	7.29	7.52	7.59	7.48
X	70	75	80	85	90	95	100
								Y	7.18	6.66	5.9	4.88	3.56	1.93	0

将弦长中点M对应的弧线上的P点定义为弧线中点。

本叶片型线的最大拱高为：h_max＝Y_G＝7.59mm，叶片型线最大 相对拱高为：hh_max＝7.59/100＝7.59％，该最大相对拱高小于10％。

第二步，按照以上方法，从叶片的内缘114到外缘113，根据计 算出的各特征直径下的不同的叶片弦长，按照各弦长是100mm倍数 关系，将100mm弦长的原始叶型图形放大，得到若干条叶片型线， 优选为5条以上。叶片采用变环量的设计方法，叶片型线“A_iP_iB_i”的外弦长b_i为叶片型线的宽度，叶片型线“A_iP_iB_i”的拱高为h_i，弧形叶 片中，任两条叶片型线满足

其中，h_1i为一条叶片型线中 任一点x_1i对应的拱高，h_2i为另一条叶片型线中任一点x_2i对应的拱高。

第三步，将叶片型线向凹面偏移一个板厚δ，得到叶片截面形状， 再将直线“A_iB_i”以B_i为圆心，顺时针旋转一定的角度β_Ai，β_Ai也即是 安装角，弦长“A_iB_i”在水平面上投影为a_i，a_i＝b_i×cosβ_Ai。

将所有叶片截面在水平面上的投影a_i平行排列，并且每一条a_i中点 P_i连线在同一垂直线上，此时，P_i点对应的圆弧为叶轮的直径，如图 3所示。

在弧形叶片中，每一条叶片型线的安装角各不相同，从叶片内缘到 外缘，叶片型线的安装角逐渐减小。

采用变环量的设计方法，计算从叶根到叶尖的各特征直径下的叶片 型线的弦长，从叶轮内径到叶轮外径呈线性关系逐步增加，形成了下 小上大的叶片形状：

b_i＝b_h+(D_i-D_h)/(D_t-D_h)*(b_t-b_h)

a_i＝a_h+(D_i-D_h)/(D_t-D_h)*(a_t-a_h)

b_t/b_h＝2.3-3.1

其中：

b_h为根部弦长，b_t为尖部弦长，D_i、b_i为中间的某一特征计算直径 及其叶片截面型线的弦长，a_i、a_h、a_t分别为b_i、b_h、b_t偏转安装角β_Ai后的投影长度。

第四步，将叶片截面进行前掠偏转。除叶片根部弧线的中点在轮 毂上安装该叶片的叶托的中线(是一条径向线OT)上之外，其余特 征直径下的弧线中点Pi均沿叶轮旋转方向(如图5箭头所示)偏离 叶托中线OT，绕主轴中心线而向前偏转，同时，叶片截面所在的平面也随之向前偏转。

第五步，光滑连接所有叶片型线的起点作为叶片的前缘111，光 滑连接叶片型线的终点作为叶片的后缘112，最短的弦长对应的叶片 型线作为内缘114，最长的弦长对应的叶片型线作为外缘113，得到 弧形叶片曲面。

第六步，在弧形叶片的后缘112设置若干不规则的齿状结构，其 的好处是：由于叶片具有一定厚度，在气流离开叶片后缘时，叶片压 力面和非压力面的压力不同，加之气体具有粘性，叶片出口会产生气 流旋涡形成气流尾迹并干扰出口主气流进而降低通风机压力和效率、 产生附加的二次涡流噪声，而在叶片后缘上设置若干不规则的齿状结 构，可以切割并梳理出口涡流，减弱其对出口主气流的干扰，提高轴 流通风机压力和效率并降低出口涡流噪声。

一种空调用轴流通风机，包括叶轮1，电机2，支架网罩3，导 风筒4，导风筒4和支架网罩3固定连接形成内部空腔区域，电机2 和叶轮1设置在所述空腔区域内，支架网罩3与电机2固定连接，电 机的输出轴与叶轮固定连接。所述空调用轴流通风机的技术参数如下：叶轮直径D_t＝950mm，轮毂安装角31°，叶根的直径D_h＝350mm， 叶片外缘和内缘的弦长之比b_t/b_h＝455.84/161.08＝2.83。

所述叶轮由轮毂12、叶片11(共5片)和铆钉13若干组成，叶 片上设置有若干铆钉孔115，所述叶片11均匀分布在轮毂12的外缘， 用铆钉13固定在轮毂12上。所述叶片11采用本发明设计方法得到。 以其中的一片叶片为例，从叶片的内缘114到外缘113，根据叶轮的直径350mm～950mm，选取11个特征计算直径通过设计计算得到11 条不同的弦长及其叶片型线，将得到的11条叶片型线按照实施例1 的方法设计成弧形叶片曲面。11条叶片型线对应的几何参数见表2- 表12：

本发明实施例的空调轴流通风机，其额定工况点下的测试性能参 数见表13。

噪声比A声级(L_SA)为：

L_SA＝L_A-10×lg(q_v×p²)+19.8

＝66.7-10×lg((23500/60)×130²)+19.8

＝18.29dB(A)

其中：

L_A为噪声A声压级，单位：dB(A)；

q_v为风量，单位：m³/min；

p为全压，单位：Pa；

本发明实施例获得了非常优异的噪声指标。

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

表11

表12

表13

项目	单位	数值
			转速	r/min	720
风量	m<sup>3</sup>/h	23500
			全压	Pa	130
噪声A声压级	dB(A)	66.7

Claims (8)

1.一种轴流通风机的叶片，其特征在于，所述叶片为等厚板型弧形叶片，所述叶片的四边分别为：内缘、外缘、前缘和后缘；

在所述叶片的内缘和外缘之间，有n条叶片型线依次排列组成弧形叶片的吸力面，任一条叶片型线，以起点端为坐标原点，起点端向终点端延伸为X轴，叶片型线拱高方向为Y轴，满足：Y＝－7×10^-8×X⁴－10^-5×X³－2×10^-4×X²+0.1891×X+0.0005,其中0≤X≤100，所述叶片型线的起点端组成弧形叶片的前缘，终点端组成弧形叶片的后缘，弧形叶片内缘的叶片型线的弦长最短，弧形叶片外缘的叶片型线的弦长最长。

2.根据权利要求1所述的轴流通风机的叶片，其特征在于，所述叶片型线的弦长b_i为叶片型线宽度，叶片型线的拱高为h_i，所述弧形叶片中，任两条叶片型线满足

其中，h_1i为一条叶片型线中任一点

对应的拱高，h_2i为另一条叶片型线中任一点

对应的拱高。

3.根据权利要求1所述的轴流通风机的叶片，其特征在于，从所述叶片的内缘到外缘，叶片型线的弦长呈线性关系逐步增加。

4.根据权利要求1所述的轴流通风机的叶片，其特征在于，所述叶片外缘的弦长和内缘的弦长比值为2.3～3.1。

5.根据权利要求1所述的轴流通风机的叶片，其特征在于，所述叶片型线中拱高的最大值与弦长的比值为5～10％，且最大拱高的位置距离前缘点的水平距离大于叶型弦长的一半。

6.一种轴流通风机的叶轮，其特征在于，包括权利要求1-5中的任一项所述的叶片，还包括一轮毂，所述叶片均匀设置在所述轮毂外缘。

7.根据权利要求6所述的轴流通风机的叶轮，其特征在于，所述叶片型线向叶轮旋转方向前掠，从所述叶片的内缘到外缘，其叶片型线前掠的角度逐渐增大。

8.一种轴流通风机叶片的设计方法，所述叶片为权利要求1-5中任一项所述的叶片，其特征在于，叶片的设计方法包括以下步骤：

S1根据叶片型线方程得到某一弦长的叶片型线；

S2根据各特征直径下的设计弦长数值，得到各特征直径下的若干不同弦长的叶片型线；

S3将叶片型线向凹面偏移一个板厚δ，得到各特征直径下的叶片截面；

S4将各特征直径下的叶片截面偏转安装角β_Ai；

S5弦长“A_iB_i”,其长度为b_i，在水平方向上的投影为a_i，a_i＝b_i×cosβ_Ai，将所有叶片截面在圆周面上的投影线a_i沿径向依次排列，并且每一截面的投影线“A_iB_i”中点P_i连线均在同一径向线上；

S6在圆周面投影视图上，除叶片内缘截面外，将其他叶片截面进行前掠偏转，即：点P_i沿叶轮旋转方向偏转到在同一圆周上的P_i2点，同时投影线“A_iB_i”所代表的叶片截面也随之偏转为投影线“A_i2B_i2”所代表的叶片截面；

S7光滑连接各个叶片截面，形成叶片曲面；

S8设计叶片后缘不规则锯齿状，并进行叶片四角倒圆角处理。

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