CN114233661A - 导流罩风圈、轴流风机及空调机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导流罩风圈、轴流风机及空调机组，所述导流罩风圈定义一轴线方向，所述轴线方向的两端分别定义为气体进入所述导流罩风圈内的吸气口和气体流出所述导流罩风圈的出气口，所述导流罩沿所述轴线方向自所述吸气口至所述出气口顺次包括进口段、中间段及出口段，所述中间段上分布有贯穿壁厚的导流孔。本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机组改变现有的导流罩风圈的内表面通常为光滑无孔内壁的惯常设计思路，在导流罩风圈的中间段上开设导流孔，能够达到优化气流流道、减小气流的风噪的目的。

Description

导流罩风圈、轴流风机及空调机组
技术领域
本发明涉及风机技术领域，特别涉及一种导流罩风圈、轴流风机及空调机组。
背景技术
以轨道交通列车空调机组为例，其对于空调整机的噪音往往有较高的需求。当对空调整机的噪音要求较高时，在整个空调系统中轴流风机作为主要的噪音源，需要在满足空调系统散热的前提下，尽可能的减小轴流风机所产生的噪音。
现有的轴流风机中，究其噪音产生的原因，主要在于风机扇叶转动时带动的空气无法形成相对均匀的气流，从而搅动的气流容易发出较大的噪音。
因此，如何能够有效减弱轴流风机运行时产生的噪音成为亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种能够有效减弱轴流风机运行时产生的噪音的导流罩风圈、轴流风机及空调机组。
一个方面，本发明提供一种导流罩风圈，所述导流罩风圈定义一轴线方向，所述轴线方向的两端分别定义为气体进入所述导流罩风圈内的吸气口和气体流出所述导流罩风圈的出气口，所述导流罩沿所述轴线方向自所述吸气口至所述出气口顺次包括进口段、中间段及出口段，所述中间段上分布有贯穿壁厚的导流孔。
在其中一实施例中，所述中间段沿周向均匀分布形成一圈所述导流孔，所述中间段沿所述轴线方向等间隔分布有多圈所述导流孔。
在其中一实施例中，所述导流孔为孔径为3～8mm的圆孔。
在其中一实施例中，所述中间段呈等直径的圆筒状。
在其中一实施例中，所述进口段沿所述轴线方向向所述吸气口直径逐渐扩大。
另一方面，本发明提供一种轴流风机，包括如前文所述的导流罩风圈、风机扇叶及电机，所述风机扇叶安装在所述电机上且沿所述轴线方向同轴设置在所述导流罩风圈内。
在其中一实施例中，所述风机扇叶包括沿所述轴线方向安装在所述电机上的旋转轴及叶片，多个所述叶片绕所述旋转轴均匀分布，每一所述叶片朝向所述进气口的一侧上设有加强压筋。
在其中一实施例中，所述加强压筋自叶片尾缘向叶片前缘方向设置且凸出于所述叶片表面，每一所述叶片上间隔设置有多条所述加强压筋。
在其中一实施例中，每一所述叶片的所述叶片尾缘上自叶顶至叶根方向设有齿状开口，所述齿状开口的宽度和深度随所述叶片的宽度的增减一同增减。
再一方面，本发明提供一种空调机组，包括冷凝器，所述空调机组还包括如前文所述的轴流风机，所述轴流风机用作所述冷凝器的冷凝风机。
本发明提供的导流罩风圈、轴流风机及空调机组具有以下有益效果：本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机组改变现有的导流罩风圈的内表面通常为光滑无孔内壁的惯常设计思路，在导流罩风圈的中间段上开设导流孔，达到优化气流流道、减小气流的风噪的目的；导流罩风圈的进口段设计为逐渐向外扩的喇叭口，在保证同等风量的情况下，进口段为喇叭口的导流罩风圈通过喇叭口能有效的降低风速，从而减少因空气气流产生的噪音；在风机扇叶的叶片上增设加强压筋，加强叶片的强度与稳定性，从而可避免因风机扇叶转动时发生共振所产生的噪音；在风机扇叶的叶片上设置齿形开口，在有效降低叶片出口处的漩涡流损失、提高风机扇叶的空气流动性能的同时，降低风机扇叶的旋转噪音。
附图说明
图1为本发明实施例的导流罩风圈的立体结构示意图；
图2为图1中的导流罩风圈另一角度的立体结构示意图；
图3为图1中的导流罩风圈沿径向剖切后的剖视结构示意图；
图4为图3中I部分的放大图；
图5为本发明的实施例的轴流风机的立体结构示意图；
图6为图5中的风机扇叶的立体结构示意图；
图7为直筒形的导流罩风圈的吸气口风速分布图；
图8为进口段为喇叭口的导流罩风圈的吸气口风速分布图。
图中各元件标号如下：
导流罩风圈10(其中，进口段11、中间段12、出口段13、吸气口14、出气口15；导流孔121、定位缺口131)；
风机扇叶20(其中，旋转轴21、叶片22；加强压筋221、齿状开口222)；
电机30；
电机支架40；
轴流风机100。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。
如前文所述，轴流风机噪音产生的原因主要在于风机扇叶转动时带动的空气无法形成相对均匀的气流，从而搅动的气流容易发出较大的运行气动噪音。通过进一步研究轴流风机噪音产生的原因，有以下几个方面：
一个方面，当轴流风机运行时，空气通常沿着轴流风机的旋转轴的方向从风机的一侧流向另一侧，空气流体的聚集流动使得风机扇叶的叶片的两个侧面存在压差，具体表现为在叶片的高压区形成压力面，在叶片的低压区形成吸力面。由于叶片与导流罩风圈之间的间隙，在叶片的叶顶处，空气流体受压差的影响自然从叶片的压力面向吸力面流动，从而形成叶顶泄漏会引起噪音。导风圈的进风口及中间段对于轴流通风机而言，声压级贡献比例较大，且叶顶间隙所形成的泄露涡噪音占有不可忽略的比重，尤其是叶片与导风圈之间叶顶间隙的相互作用所形成的宽频噪音。
另一方面，风机扇叶转动时叶片产生共振，也是产生的噪音的原因之一。
基于以上对轴流风机噪音产生的原因的研究结果，本发明提供一种导流罩风圈、轴流风机及空调机组，通过从噪音产生的源头解决，从而解决轴流风机运转的噪音问题。
请参阅图1、图2和图3，本发明实施例的导流罩风圈10定义一轴线方向，沿轴线方向顺次分为进口段11、中间段12、出口段13，进口段11沿轴线方向前端为吸气口14，出口段13沿轴线方向的后端为出气口15，气体自吸气口14进入导流罩风圈10内，经过进口段11、中间段12、出口段13后，从出气口15流出导流罩风圈10。
更具体地，导流罩风圈10的进口段11为喇叭口，即，进口段11自沿轴线方向向吸气口14直径逐渐扩大呈外扩的喇叭口。在优选实施例中，进口段11的外径自后端向前端扩大约10％，即进口段11前端的外径约为进口段11后端的外径的110％。
在图示的实施例中，进口段11的直径由562mm外扩至617mm。
请参阅图7和图8，对直筒形的导流罩风圈的吸气口风速分布和进口段为喇叭口的导流罩风圈的吸气口风速分布进行实验，吸气口风速分布图分别如图7和图8中所示。
在图7和图8的吸气口风速分布图中，横坐标为
Figure BDA0003413220230000051
其中，x为某一点距吸气口14的距离，d为吸气口14的直径，等速面的速度吸气口流速的百分数表示。
在图7中，直筒形的导流罩风圈的吸气口(无喇叭口的圆形吸气口)的流速百分数按照如下公式进行计算：
Figure BDA0003413220230000052
在图8中，进口段为喇叭口的导流罩风圈的吸气口的流速百分数按照如下公式进行计算：
Figure BDA0003413220230000053
在以上两式中：
v0——吸气口的平均流速，单位m/s；
vx——控制点的吸入流速，单位m/s；
x——控制点至吸气口的距离，单位m；
F——吸气口的面积，单位m2。
通过图7和图8的比较可得，在保证同等风量的情况下，进口段为喇叭口的导流罩风圈通过喇叭口能有效的降低风速，从而减少因空气气流产生的噪音。
请结合参阅图4，导流罩风圈10的中间段12为直筒段，呈等直径的圆筒状。导流罩风圈10上遍布有贯穿壁厚的导流孔121。具体地，导流孔121的沿中间段12的周向均匀分布形成一圈导流孔121，在中间段12的轴线方向上等间隔分布有多圈导流孔121。在优选实施例中，导流孔12为圆孔且孔径为3～8mm。在图示实施例中，为了保证导流罩风圈10的强度，导流孔12选用3mm孔径的圆孔。
导流罩风圈10的出口段13上间隔开设有定位缺口131，用于将导流罩风圈10定位安装。
上述导流罩风圈10在进口段11的喇叭口的前端尽可能大的基础上，在与喇叭口顺接的中间段12一圈侧壁上均匀布满直径3mm导流孔，达到优化气流流道、减小气流的风噪的目的。
请参阅图5，本发明实施例的轴流风机100包括导流罩风圈10、风机扇叶20、电机30及电机支架40，风机扇叶20安装在电机30的动力输出轴上且同轴设置在导流罩风圈10内，电机支架40，自电机30的向外伸出以将电机30及安装在电机30的风机扇叶20固定。
请结合参阅图6，风机扇叶20包括旋转轴21及叶片22。其中，旋转轴21沿轴线方向设置且安装在电机30的沿轴线方向设置的动力输出轴上，从而将电机30输出的动力传递到风机扇叶20上；若干叶片22绕旋转轴21均匀分布，随旋转轴21一同在电机30的驱动下绕轴线方向转动。风机扇叶20在电机30的驱动下转动时，叶片20绕轴线方向转动形成气流。对每一叶片20而言，气流从叶片前缘流入叶片通道，从叶片尾缘流出。
每一叶片22上设有加强压筋221，加强压筋221设置在叶片22朝向进气口14的一侧。更具体，加强压筋221为自叶片尾缘向叶片前缘方向设置的凸出于叶片表面的凸肋。在图示实施例中，每一叶片上间隔设置有4条加强压筋221。加强压筋221能够进一步加强叶片的强度与稳定性，减少因风机扇叶20转动时发生共振所产生的噪音。
每一叶片22的叶片尾缘沿自叶顶至叶根方向设有齿状开口222，齿状开口222的大小(宽度和深度)随叶片22的宽度一同变化，即，叶片22越靠近叶顶的宽度较宽处的齿状开口222的宽度越宽、深度越深，叶片22越靠近叶根的宽度较窄处的齿状开口222的宽度越窄、深度越浅。叶片尾缘的齿状开口222能有效的降低叶片22出口处的漩涡流损失，提高风机扇叶22的空气流动性能，降低风机扇叶22的旋转噪音。
本发明还提供一种空调机组，包括压缩机、蒸发器、冷凝器通过管路连接形成的制冷回路，空调机组采用上述轴流100作为冷凝器的冷凝风机。
为验证本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机组的降低噪音的效果，现采用三组方案进行对比，其中：方案1为采用现有的轴流风机的轨道交通空调机组；方案2为采用97mm高度带导流孔的导流罩风圈的轴流风机的轨道交通空调机组；方案3为采用97mm高度带导流孔的导流罩风圈与带加强压筋叶片的轴流风机的轨道交通空调机组。三组方案在不同监测点的噪音实际测量结果如表1中所示。
表1不同方案的噪音测量值表
Figure BDA0003413220230000071
通过以上的监测结果可以看到：将方案2与方案1进行比较，方案2中各个监测点的噪音值均低于方案1中对应监测点的噪音值；将方案3与方案1进行比较，方案3中各个监测点的噪音值均低于方案1中对应监测点的噪音值；将方案3与方案2进行比较，方案3中各个监测点的噪音值均低于方案2中对应监测点的噪音值。由此，可验证通过对导流罩风圈10及风机扇叶20的改进，能够降低轴流风机100的运行噪音，从而降低采用轴流风机100的空调机组的整体噪音。
与现有技术相比较，本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机组，至少具有以下优点：
(1)为了解决占有不可忽略的比重的叶片的叶顶间隙所形成的泄露涡噪声，尤其是叶片与导流罩风圈之间叶顶间隙的相互作用所形成的宽频噪声，本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机组改变现有的导流罩风圈的内表面通常为光滑无孔内壁的惯常设计思路，在导流罩风圈的中间段上开设导流孔，达到优化气流流道、减小气流的风噪的目的。
(2)本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机中，导流罩风圈的进口段设计为逐渐向外扩的喇叭口，在保证同等风量的情况下，进口段为喇叭口的导流罩风圈通过喇叭口能有效的降低风速，从而减少因空气气流产生的噪音。
(3)本发明的罩风圈、轴流风机及空调机中，在风机扇叶的叶片上增设加强压筋，加强叶片的强度与稳定性，从而可避免因风机扇叶转动时发生共振所产生的噪音。
(4)本发明的罩风圈、轴流风机及空调机中，在风机扇叶的叶片上设置齿形开口，在有效降低叶片出口处的漩涡流损失、提高风机扇叶的空气流动性能的同时，降低风机扇叶的旋转噪音。
综上所述，本发明的导流罩风圈、轴流风机及空调机组通过重新设计轴流风机导流罩风圈，从而减小风机启动状态下因气流急速通过而产生的噪音，降低风噪；并且通过对风机扇叶的叶片设置压筋加强，进一步提高叶片的强度，进而减小风机扇叶转动时产生的噪音；导流罩风圈及风机扇叶两大方面的设计，使轴流风机运行时产生的噪音降低，极大程度的降低了空调机组整体产生的噪音，提升了空调机组整体的竞争力，可以满足更多对噪音需求严苛的要求。
本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种用于轴流风机的导流罩风圈，其特征在于：所述导流罩风圈定义一轴线方向，所述轴线方向的两端分别定义为气体进入所述导流罩风圈内的吸气口和气体流出所述导流罩风圈的出气口，所述导流罩沿所述轴线方向自所述吸气口至所述出气口顺次包括进口段、中间段及出口段，所述中间段上分布有贯穿壁厚的导流孔。
2.如权利要求1所述的导流罩风圈，其特征在于：所述中间段沿周向均匀分布形成一圈所述导流孔，所述中间段沿所述轴线方向等间隔分布有多圈所述导流孔。
3.如权利要求1所述的导流罩风圈，其特征在于：所述导流孔为孔径为3～8mm的圆孔。
4.如权利要求1所述的导流罩风圈，其特征在于：所述中间段呈等直径的圆筒状。
5.如权利要求1所述的导流罩风圈，其特征在于：所述进口段沿所述轴线方向向所述吸气口直径逐渐扩大。
6.一种轴流风机，其特征在于：包括如权利要求1至5中任一项所述的导流罩风圈、风机扇叶及电机，所述风机扇叶安装在所述电机上且沿所述轴线方向同轴设置在所述导流罩风圈内。
7.如权利要求6所述的轴流风机，其特征在于：所述风机扇叶包括沿所述轴线方向安装在所述电机上的旋转轴及叶片，多个所述叶片绕所述旋转轴均匀分布，每一所述叶片朝向所述进气口的一侧上设有加强压筋。
8.如权利要求7所述的轴流风机，其特征在于：所述加强压筋自叶片尾缘向叶片前缘方向设置且凸出于所述叶片表面，每一所述叶片上间隔设置有多条所述加强压筋。
9.如权利要求7所述的轴流风机，其特征在于：每一所述叶片的所述叶片尾缘上自叶顶至叶根方向设有齿状开口，所述齿状开口的宽度和深度随所述叶片的宽度的增减一同增减。
10.一种空调机组，包括冷凝器，其特征在于：所述空调机组还包括如权利要求6中所述的轴流风机，所述轴流风机用作所述冷凝器的冷凝风机。
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