CN111894899B - 风叶及风叶叶轮及风机组件及空气调节设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种风叶及风叶叶轮及风机组件及空气调节设备。其中风叶包括叶体和设置在叶体的叶根处加强部，加强部位于叶体的前缘，风叶还包括设置在叶体的压力面上的导流部，导流部的首端与加强部相连，导流部的尾端朝向叶体的尾缘延伸。应用本发明的技术方案，由于加强部位于叶体的前缘，且存在导流部与加强部相连，在加强部减小气流转折角的基础上，导流部抑制了叶体的压力面上加强部的尾端通道涡的形成和扩展，减小风机在叶体的叶根处的气流分离，降低了涡流噪声，并提高了风机效率。这样一来，就避免了以往叶轮由于加强筋导致的叶根处气流分离的问题，减小了能量损失，提高了风机性能和效率。

Description

风叶及风叶叶轮及风机组件及空气调节设备

技术领域

本发明涉及空调设备术领域，具体而言，涉及一种风叶及风叶叶轮及风机组件及空气调节设备。

背景技术

轴流风机叶轮内部的流动是三维、粘性、非定常的，流体流经叶轮时会在叶轮内部产生各种复杂的涡系，其主要有刮擦涡，通道涡和马蹄涡、叶顶泄漏涡、前缘分离涡和尾缘脱落涡等等。这些涡不仅产生了极大的能量损失严重影响风机的效率，而且是风机宽频噪声的主要来源。因此，研究如何减小叶轮内部的漩涡流动对风机的性能提升有重大意义。国内外大批学者对轴流风机的内部流动进行了研究，通过各种模拟和试验方法总结出了一些减小内部漩涡的方法，例如通过对风机叶片的弯掠设计来减小叶轮通道内的二次流，通过叶片尾缘的缺口设计或锯齿状尾缘来减小尾缘脱落涡，通过叶顶折弯设计来减小叶顶泄漏涡等等。

随着技术的发展，在需求风量大的场合开发的轴流风机叶轮直径越来越大。对于大直径轴流风叶，其旋转过程中会产生很大的离心力，因而对叶片的强度产生了较高的要求。

目前，一般的做法是在叶轮轮毂与叶片前缘连接处以及叶根处增加加强筋。然而增加加强筋后，其会对流体在叶轮中的流动产生影响，尤其是在叶片压力面一侧突出的部分。经研究发现，增加加强筋后，流体流经叶片时，会在叶片压力面叶根处产生较为明显的气流分离，同时会在加强筋尾部产生漩涡附着在压力面上形成通道涡，影响风机的效率和噪音等性能指标。

发明内容

本发明实施例提供了一种风叶及风叶叶轮及风机组件及空气调节设备，以解决现有技术中风扇存在的因为风叶的叶根处设置加强筋导致的影响风机性能的技术问题。

本申请实施方式提供了一种风叶，包括叶体和设置在叶体的叶根处加强部，加强部位于叶体的前缘，风叶还包括设置在叶体的压力面上的导流部，导流部位于加强部和叶体的尾缘之间。

在一个实施方式中，导流部的首端与加强部相连，导流部的尾端朝向叶体的尾缘延伸。

在一个实施方式中，导流部的首端与加强部相间隔，导流部的尾端朝向叶体的尾缘延伸。

在一个实施方式中，导流部为长条形并相对于叶体的压力面凸出。

在一个实施方式中，导流部为弧形或者锯齿形。

在一个实施方式中，导流部的尾端与叶体之间通过圆角过渡相连。

在一个实施方式中，导流部在叶体的高度方向上的占比为15％～35％。

在一个实施方式中，导流部为多条，相邻两条导流部在叶体的压力面上相间隔的设置。

在一个实施方式中，多条导流部的首端相平齐或者相错开。

在一个实施方式中，加强部的首端位于叶体的前缘，加强部的尾端与叶体的压力面通过过渡结构相连。

在一个实施方式中，加强部为翼型或流线型

在一个实施方式中，加强部为翼型，加强部的头部的长度b1占翼型的加强部的弦长b的10％～30％。

在一个实施方式中，导流部的首端与加强部间隔设置。

本申请还提供了一种风叶叶轮，包括轮毂和设置在轮毂上的风叶，风叶为上述的风叶。

本申请还提供了一种风机组件，包括导流圈和安装在导流圈内的风叶叶轮，风叶叶轮为上述的风叶叶轮。

本申请还提供了一种空气调节设备，包括风机组件，风机组件为上述的风机组件。

在上述实施例中，由于加强部位于叶体的前缘，且存在导流部与加强部相连，在加强部减小气流转折角的基础上，导流部抑制了叶体的压力面上加强部的尾端通道涡的形成和扩展，减小风机在叶体的叶根处的气流分离，降低了涡流噪声，并提高了风机效率。这样一来，就避免了以往叶轮由于加强筋导致的叶根处气流分离的问题，减小了能量损失，提高了风机性能和效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中的四风叶轴流风机的立体结构示意图；

图2是图1的四风叶轴流风机的风叶叶轮的结构示意图；

图3是图2的风叶叶轮的主视结构示意图及涡结构；

图4是图2的风叶叶轮的使用状态下的涡结构示意图；

图5是图2的风叶叶轮的使用状态下的表面压力分布示意图；

图6是根据本发明的风叶叶轮的实施例的整体结构示意图；

图7是图6的风叶叶轮的叶片的剖面结构示意图；

图8是图7的叶片的翼型的加强部的结构示意图；

图9是图6的风叶叶轮的使用状态下的涡结构示意图；

图10是图6的风叶叶轮的使用状态下的表面压力分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明针对现有技术中的四风叶轴流风机进行了分析，如图1所示，现有技术中的四风叶轴流风机100包括风叶叶轮110和导流圈120，风叶叶轮110安装在导流圈120中。如图2和图3所示，风叶叶轮110包括叶片111、轮毂112、加强筋113、叶顶114、叶根115、前缘116和尾缘117，叶片111通过其叶根115设置在轮毂112上，叶片111的底面为吸力面118，叶片111的顶面为压力面119。如图3和图4所示，通过对上述的风叶叶轮110进行流场仿真分析，发现流体流经风叶叶轮110时会产生较为明显的叶顶泄露涡101、加强筋后面的通道涡103和叶根处的气流分离102。叶顶泄露涡是由于叶片111和导流圈120之间存在间隙，流体受压差作用从压力面越过叶顶114流向吸力面118，从而形成了叶顶泄漏涡。其中，通道涡101是由于受到加强筋113的影响，致使流体在压力面上的流动不连续，风叶叶轮110压力面119上加强筋113尾部出现了明显的压力断层，如图5所示，因而在加强筋113尾部产生了通道涡101。而叶根处的气流分离102是因为受到加强筋113的影响，致使在此处气流转折角过大，所以会在叶根115处产生气流分离。

在一般正向设计中，会根据轮毂比对叶根115处的气流分离进行校核，当所选轮毂比大于最小轮毂比时，在理论上是不会产生气流分离。但一般正向设计中不会考虑加强筋的影响，而实际风叶叶轮110受到加强筋113的影响，进口气流角会在叶根处发生变化，因而在叶根115处会存在气流分离。过大的通道涡103和严重的气流分离102会造成流体流经风叶叶轮110时的损失增大，降低风机效率，同时影响风机的噪声。

在上述的分析中，只以四风叶风叶叶轮作为说明的。需要说明的是，其他数目风叶也适用。在下述本发明的技术方案中，也以四风叶的风叶叶轮作为说明。

具体的，如图6和图7所示，本发明的风叶包括叶体11和设置在叶体11的叶根处加强部13，加强部13位于叶体11的前缘，风叶还包括设置在叶体11的压力面上的导流部14，导流部14位于加强部13和叶体11的尾缘之间。

应用本发明的技术方案，由于加强部13位于叶体11的前缘，且存在导流部14与加强部13相连，在加强部13减小气流转折角的基础上，导流部14抑制了叶体11的压力面上加强部13的尾端通道涡的形成和扩展，减小风机在叶体11的叶根处的气流分离，降低了涡流噪声，并提高了风机效率。这样一来，就避免了以往叶轮由于加强筋导致的叶根处气流分离的问题，减小了能量损失，提高了风机性能和效率。

在本实施例的技术方案中，导流部14的首端与加强部13相连，导流部14的尾端朝向叶体11的尾缘延伸。作为另一种可选的实施方式，导流部14的首端还可以与加强部13间隔设置。上述的两种实施方式都是起到上述的抑制气流分离的效果的。

可选的，在本实施例的技术方案中，导流部14为弧形长条状结构。

可选的，在本实施例的技术方案中，导流部14为弧形。优选的，导流部14的弧度为θ，θ为10°～20°。作为其他的可选的实施方式，导流部14还可以为锯齿形。

更为优选的，导流部14的尾端与叶体11之间通过圆角过渡，从而避免导流部14的尾端产生台阶流。更为优选的，圆角为R10～R20，选用较大的圆角。

可选的，导流部14在叶体11的高度方向上的占比为15％～35％。根据仿真分析结果，如图4所示，在现有技术中，通道涡101的高度h1与叶片高度h的比值为0.25，所以更为优选的，导流部14所在位置的高度为叶体11高度的25％。可选的，导流部14的厚度选取为6mm～10mm。

可选的，导流部14为多条，相邻两条导流部14在叶体11的压力面上相间隔的设置。其中，导流部14的宽度w，可以根据具体的仿真分析结果设置。在本实施方式的技术方案中，多条导流部14的首端相平齐。作为其他的可选的实施方式，多条导流部14的首端还可以相错开。

需要说明的是，导流部14的结构不限于上述内容所限定，以能抑制通道涡的形成和扩散为宜。

在本实施例的技术方案中，加强部13的首端位于叶体11的前缘，加强部13的尾端与叶体11的压力面通过过渡结构相连。这样，可以使得加强部13平滑地过渡到叶体11的压力面表面，以此避免在加强部13的尾部形成台阶流。更为优选的，在本实施例的技术方案中，加强部13为翼型，因而可以减小气流转折角，减小风机在叶体11的叶根处的气流分离，减小了流动损失，提高了风机效率。

如图7和图8所示，在本实施例的技术方案中，翼型的加强部13的远离叶体11的头部131为NACA23024翼型。在本实施例的技术方案中，通过在原始加强筋的头部增加一过渡区域，即将加强部13的头部131设置为NACA 23024翼型，可以使得气流能够以较小的冲角进入叶轮，此过渡区域横截面与所选翼型的前缘相符。优选的，加强部13的头部131的长度b1占翼型整个弦长b的10％～30％，即b1/b的取至范围为10％～30％，优选的b1/b＝20％。如图8所示，a为原始加强筋的前缘宽度，β1A为叶片的入口安装角，可以计算得出翼型的厚度c＝a×cos(β1A)，翼型的弦长b＝13.2165×c，进而可以绘制出5个截面的翼型前缘部分，将5个截面按照重心点积叠，就可以得到整个翼型的加强部13。

作为图中未示出的其他的可选的实施方式，加强部13还可以为流线型。

图6示出了本发明的风叶叶轮的实施例，该风叶叶轮包括上述的轮毂12和设置在轮毂12上的风叶。采用该风叶叶轮，可以从图9中可以看到，通道涡103’和气流分离102’得到了明显的抑制。可以从图10中可以看到压力面上的断层104’消失，减小了叶轮内的损失，提高了风机效率，且可以降低风机的涡流噪声。

进一步的，如果为了克服叶顶泄漏涡101’的影响，可以针对性的做叶体11的叶顶折弯。

本发明还提供了一种风机组件，该风机组件包括导流圈和安装在导流圈内的风叶叶轮，风叶叶轮为上述的风叶叶轮。采用上述的风叶叶轮可以提高风机组件的性能，降低风机组件的涡流噪声。

本发明还提供了一种空气调节设备，包括上述的风机组件，采用上述风机组件的空气调节设备可以降低空气调节设备的噪声。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种风叶，包括叶体(11)和设置在所述叶体(11)的叶根处加强部(13)，其特征在于，所述加强部(13)位于所述叶体(11)的前缘，所述风叶还包括设置在所述叶体(11)的压力面上的导流部(14)，所述导流部(14)位于所述加强部(13)和所述叶体(11)的尾缘之间，所述导流部(14)的首端与所述加强部(13)相连，所述导流部(14)的尾端朝向所述叶体(11)的尾缘延伸。

2.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述导流部(14)的首端与所述加强部(13)相间隔，所述导流部(14)的尾端朝向所述叶体(11)的尾缘延伸。

3.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述导流部(14)为长条形并相对于所述叶体(11)的压力面凸出。

4.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述导流部(14)为弧形或者锯齿形。

5.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述导流部(14)的尾端与所述叶体(11)之间通过圆角过渡相连。

6.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述导流部(14)在所述叶体(11)的高度方向上的占比为15％～35％。

7.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述导流部(14)为多条，相邻两条所述导流部(14)在所述叶体(11)的压力面上相间隔的设置。

8.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述加强部(13)的首端位于所述叶体(11)的前缘，所述加强部(13)的尾端与所述叶体(11)的压力面通过过渡结构相连。

9.根据权利要求1所述的风叶，其特征在于，所述加强部(13)为翼型或流线型。

10.根据权利要求9所述的风叶，其特征在于，所述加强部(13)为翼型，所述加强部(13)的头部(131)的长度b1占翼型的所述加强部(13)的弦长b的10％～30％。

11.一种风叶叶轮，包括轮毂(12)和设置在所述轮毂(12)上的风叶，其特征在于，所述风叶为权利要求1至10中任一项所述的风叶。

12.一种风机组件，包括导流圈和安装在所述导流圈内的风叶叶轮，其特征在于，所述风叶叶轮为权利要求11所述的风叶叶轮。

13.一种空气调节设备，包括风机组件，其特征在于，所述风机组件为权利要求12所述的风机组件。

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