CN111536075B - 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)

；

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 = 7.59 mm，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：；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。

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

=18.29 dB(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

Claims (4)

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；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；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；所述叶片外缘的弦长和内缘的弦长比值为2.3~3.1；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。

2.一种轴流通风机的叶轮，其特征在于，包括权利要求1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。

3.根据权利要求2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。

4.一种轴流通风机叶片的设计方法，所述叶片为权利要求1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。