CN114412835B - 一种月牙型免拆正反向送风叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种月牙型免拆正反向送风叶轮，其包括轮毂和环周阵列地设置在轮毂的多个叶片，叶片是通过把一翼型截面沿轮毂的径向向外扫掠所得，且在扫掠时不断地对翼型截面进行单向旋转和放大；翼型截面的第一轮廓线为直线，第二轮廓线为下凸的曲线，翼型截面上的第一轮廓线与叶轮的旋转平面之间的夹角为扭角，在叶根处扭角为45‑50°，在翼型截面从叶根到叶顶扫掠的过程中，翼型截面的重心点一直处在同一条径向线上，扭角不断减少且累计旋转角度大于21°，翼型截面不断放大且累计放大倍数大于1.3倍，前缘和后缘均呈往叶片的中部内凹的月牙形。该种月牙型免拆正反向送风叶轮在正反向送风时都具有较高的效率。

Description

一种月牙型免拆正反向送风叶轮

技术领域

本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种月牙型免拆正反向送风叶轮。

背景技术

传统的轴流风机叶轮的叶片一般都是钣金结构，钣金结构的叶片制造方便，但在噪声控制及气动性能上的表现较差。为此，现有技术通过改进叶片翼型、叶片倾向和掠向、优化叶顶端板等方法来改善叶片及叶轮的性能，虽取得了一定的效果，但这些改进很多都是针对特定风机或特定工况需求所进行的，难以推广应用。

特别地，有些使用场景需要实现正反向送风，如正向送风时是为了把室内浑浊空气排出到室外，而反向送风时是为了把室外新鲜空气送入室内。现有技术中的叶轮一般仅能单向送风，当反向送风时效率会大大降低，这使得当使用场景需要正反向送风时，要不就是把叶轮拆下反装，要不就是需要安装两台以上的风机，这都较为麻烦。

为此，有必要设计出一种正反向送风均较为高效的叶轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种月牙型免拆正反向送风叶轮，旨在解决叶轮无法实现高效地正反向送风的问题。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种月牙型免拆正反向送风叶轮，包括轮毂和环周阵列地设置在所述轮毂的多个叶片，所述叶片是通过把一翼型截面沿所述轮毂的径向向外扫掠所得，且在扫掠时不断地对所述翼型截面进行单向旋转和放大；所述翼型截面包括第一轮廓线和第二轮廓线，第一轮廓线为直线，第二轮廓线为下凸的曲线，第一轮廓线与第二轮廓线交汇成前点和后点，第一轮廓线、第二轮廓线、前点和后点分别扫掠成所述叶片的正面、背面、前缘和后缘；在所述翼型截面中，以第一轮廓线的无量纲长度为100来计算，以前点为坐标系原点且X轴位于第一轮廓线来建立直角坐标系，第二轮廓线经过以下坐标点（0，0）、（5，-2.96）、（10，-3.93）、（20，-4.81）、（30，-5.00）、（40，-4.96）、（50，-4.81）、（60，-4.37）、（70，-3.74）、（80，-2.86）、（90，-1.85）、（100，0），所述翼型截面的重心点坐标为（44.64，-2.11）；所述翼型截面上的第一轮廓线与所述叶轮的旋转平面之间的夹角为扭角，在叶根处所述扭角为45-50°，在所述翼型截面从叶根到叶顶扫掠的过程中，所述翼型截面的重心点一直处在同一条径向线上，所述扭角不断减少且累计旋转角度大于21°，所述翼型截面不断放大且累计放大倍数大于1.3倍，且所述放大的增速不断加快以使所述前缘和后缘均呈往所述叶片的中部内凹的月牙形。

进一步地，在叶根处扭角为47°。

进一步地，以所述叶轮的半径的无量纲长度为200来计算，所述轮毂的半径为68，在径向方向上从距离所述叶轮的中心68、108、149和188的位置处分别以垂直于所述径向线的平面截得特征截面一、特征截面二、特征截面三和特征截面四，在所述特征截面一上第一轮廓线的长度为90-92，在所述特征截面二上第一轮廓线的长度为92-94，在所述特征截面三上第一轮廓线的长度为100-105，在所述特征截面四上第一轮廓线的长度为120-125。

进一步地，在所述特征截面一上第一轮廓线的长度为91，在所述特征截面二上第一轮廓线的长度为92，在所述特征截面三上第一轮廓线的长度为102，在所述特征截面四上第一轮廓线的长度为121。

进一步地，在所述特征截面二上扭角为37-39°，在所述特征截面三上扭角为29-31°，在所述特征截面四上扭角为25-26°。

进一步地，在所述特征截面二上扭角为38°，在所述特征截面三上扭角为30°，在所述特征截面四上扭角为26°。

进一步地，所述叶片的数量为6个。

本发明所提供的一种月牙型免拆正反向送风叶轮，其叶片为采用一翼型截面沿径向向外扫掠而得，该翼型截面为非常规设计，同时，在扫掠时边扫掠边对翼型截面进行放大和旋转，叶片与轮毂组合后得出了该种形状特殊的月牙型免拆正反向送风叶轮。该种月牙型免拆正反向送风叶轮在正反向送风时都具有较高的效率。

附图说明

图1是本发明的月牙型免拆正反向送风叶轮的立体结构示意图；

图2是翼型截面的结构示意图；

图3是本发明的月牙型免拆正反向送风叶轮的俯视图；

图4是图3中A-A截面的示意图；

图5是图3中B-B截面的示意图；

图6是图3中C-C截面的示意图；

图7是图3中D-D截面的示意图；

图8是传统的叶轮正向送风时的气流场；

图9是本发明的月牙型免拆正反向送风叶轮正向送风时的气流场。

附图标记说明：

01-轮毂、02-叶片；

1-正面；

2-背面；

3-前缘；

4-后缘；

5-叶根；

6-叶顶；

71-第一轮廓线、72-第二轮廓线、a-前点、b-后点、75-重心点。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

在本发明中，当出现方位词时，对于方位词，是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

一种月牙型免拆正反向送风叶轮，如图1至图7所示，其包括轮毂01和环周阵列地设置在轮毂01的多个叶片02，叶片02是通过把一翼型截面沿轮毂01的径向向外扫掠所得，且在扫掠时不断地对翼型截面进行单向旋转和放大。该种叶片02设计时，叶片02的翼型截面为非常规设计；其次，在扫掠时对翼型截面进行非常规的放大、旋转和沿径向向外进行扫掠，最终形成一种形状不规则、内部小外部大且越往外放大速度越大的叶片02，并使叶片02的前缘3和后缘4均呈内凹的月牙型。经测试，该种月牙型免拆正反向送风叶轮在正向送风和反向送风时的效率都相对于传统的叶轮有较大的提升。

如图2和图4所示，翼型截面包括第一轮廓线71和第二轮廓线72，第一轮廓线71为直线，第二轮廓线72为下凸的曲线，第一轮廓线71与第二轮廓线72交汇成前点a和后点b，经过扫掠后，第一轮廓线71、第二轮廓线72、前点a和后点b分别扫掠成叶片02的正面1、背面2、前缘3和后缘4。

需要说明的是，该种月牙型免拆正反向送风叶轮工作时，在正向送风的工作状态下，叶片02的正面1为迎风的一面，背面2为背风的一面，前缘3为首先接触空气的边缘；在反向送风的工作作态下，叶片02的背面2为迎风的一面，正面1为背风的一面，后缘4为首先接触空气的边缘。

在本实施例中，叶片02在采用翼型截面进行径向向外扫掠的过程中，翼型截面需要同时进行等比例放大，为此本实施例中采用无量纲的方式对翼型截面的形状进行说明，也即基于该无量纲的基础形状，在扫掠得到叶片02时各位置处的截面形状是基于该基础形状进行等比例缩放所得。

翼型截面由上下两条线段组成，且由于第一轮廓线71为直线，第二轮廓线72为下凸的曲线，把翼型截面置于坐标系中并通过对线段的关键位置取样并标记坐标位置，便能对翼型截面的形状进行说明。如图2所示，以第一轮廓线71的无量纲长度为100来计算，以前点a为坐标系原点且X轴位于第一轮廓线71来建立直角坐标系，第二轮廓线72经过以下坐标点（0，0）、（5，-2.96）、（10，-3.93）、（20，-4.81）、（30，-5.00）、（40，-4.96）、（50，-4.81）、（60，-4.37）、（70，-3.74）、（80，-2.86）、（90，-1.85）、（100，0），翼型截面的重心点75坐标为（44.64，-2.11）。基于叶片02的惯常设计理念，第二轮廓线72的坐标点之间为平滑过渡，在上述坐标点的限定下，得到本实施例的翼型截面。

翼型截面上的第一轮廓线71与叶轮的旋转平面之间的夹角为扭角，在叶根5处（也即叶片02与轮毂01的连接处）扭角为45-50°，优选地为47°。在翼型截面从叶根5到叶顶6扫掠的过程中，翼型截面的重心点75一直处在同一条径向线上（也即在同一叶片02上，取经过叶根5处的翼型截面上的重心点75的径向线为基准线，以垂直于该基准线的平面对叶片02在各个位置处截得翼型截面，各个翼型截面的重心点75均在该基准线上），扭角不断减少且累计旋转角度大于21°，翼型截面不断放大且累计放大倍数大于1.3倍，且放大的增速不断加快以使前缘3和后缘4均呈往叶片02的中部内凹的月牙形。

根据空气动力学理论和实验研究，叶片随着冲角的增加，升力系数也将增加，但当增加到某一个极限后再增加冲角的话，升力系数反而减小，这个极限处的冲角就是临界冲角，而且，由于本实施例所提供的叶片02是采用特殊设计的翼型截面扫掠所得，在正向吹风和反向吹风时迎风的面都不同，正向吹风时为直线面，反向吹风时为曲线面，为了保证正向吹风时的效率较高以满足正常使用需求，同时反向吹风时的效率也尽量提高，但两者的效率差距不能太大，为此，本实施例在设计了特定的翼型截面后，基于对临界冲角及叶片径向方向上气流特性的研究，也结合常见的使用需求，设计出本实施例的特定扭角、特定累积旋转角度和特定累积放大倍数的叶片。

在传统的轴流风机叶轮设计中，为了平衡离心力以减弱出风口处偏转气流（偏转气流的偏转程度越小，叶轮的性能越好）的产生，会把叶片设计成其弦长（类似本实施例中的第一轮廓线）从叶根到叶顶逐渐减少。而本实施例所提供的叶片有别于传统设计，其扫掠时翼型截面从叶根5到叶顶6不断放大，也即第一轮廓线71（也即弦长）不断放大，配合特定的扭角和翼型截面的设计，经软件模拟分析，见图8和图9的模拟结果，可对比出该种月牙型免拆正反向送风叶轮所产生的气流场内的偏转气流的偏转程度是小于传统的叶轮的（在气流场中气流路径与旋转轴线之间的夹角越小代表吹出的气流越平缓，偏转气流的偏转程度越小，送风效率更高），可见，该种月牙型免拆正反向送风叶轮的性能较好。

综上，结合测试数据，该种月牙型免拆正反向送风叶轮在正反向送风时的效率都高于传统的叶轮。

在实际制造过程中，由于风机规格各异，使用在不同直径的风机中的叶轮大小也不同，本实施例所提供的一种月牙型免拆正反向送风叶轮是可整体等比例缩放后适配各种直径的风机的，为此，本实施例中采用无量纲的方式对该月牙型免拆正反向送风叶轮的形状及特征尺寸进行说明。

如图3至图7所示，以叶轮的半径R1的无量纲长度为200来计算，轮毂的半径R2为68，在径向方向（图3中虚线箭头所指方向）上从距离叶轮的中心68（图3中所示的H1）、108（图3中所示的H2）、149（图3中所示的H3）和188（图3中所示的H4）的位置处分别以垂直于径向线的平面截得特征截面一（A-A）、特征截面二（B-B）、特征截面三（C-C）和特征截面四（D-D），在特征截面一（A-A）上第一轮廓线的长度L1为90-92，在特征截面二（B-B）上第一轮廓线的长度L2为92-94，在特征截面三（C-C）上第一轮廓线的长度L3为100-105，在特征截面四（D-D）上第一轮廓线的长度L4为120-125。进一步优选地，在特征截面一（A-A）上第一轮廓线的长度L1为91，在特征截面二（B-B）上第一轮廓线的长度L2为92，在特征截面三（C-C）上第一轮廓线的长度L3为102，在特征截面四（D-D）上第一轮廓线的长度L4为121。

在本实施例中，在特征截面一（A-A）上扭角∠1为45-50°，在特征截面二（B-B）上扭角∠2为37-39°，在特征截面三（C-C）上扭角∠3为29-31°，在特征截面四（D-D）上扭角∠4为25-26°。进一步优选地，在特征截面一（A-A）上扭角∠1为47°，在特征截面二（B-B）上扭角∠2为38°，在特征截面三（C-C）上扭角∠3为30°，在特征截面四（D-D）上扭角∠4为26°。

在本实施例中，叶片的数量为6个。

在除上特征截面以外，其他位置处的叶型可根据叶片的惯常设计理念进行设计。如图3所示，在特征截面一（A-A）与轮毂01之间的内边缘及特征截面四（D-D）径向外部的外边缘均为圆弧状，以匹配轮毂的外周形状和达到传统的叶轮的外边缘为圆形的特点，上述边缘部分可通过本发明所提供的翼型截面在特征截面一（A-A）处继续径向向内和在特征截面四（D-D）处继续径向向外扫掠后，再分别借助半径为R2和R1的圆筒沿叶轮的轴向进行裁切后，即可达到上述边缘部分。

测试对比

对比例采用规格型号为POG-4A的轴流风机，电机型号为YS711-4-0.25kW，叶片为该规格型号的轴流风机的原叶片，叶轮半径为200mm，轮毂半径为68mm，叶片数量为6。

改进例采用规格型号同为POG-4A的轴流风机，电机型号同为YS711-4-0.25kW，不同点在于改进例采用本发明所提供的月牙型免拆正反向送风叶轮，叶片数量为6，叶轮半径R1同为200mm，轮毂半径R2同为68mm。

对应地，在径向方向上从距离叶轮的中心68mm、108mm、149mm和188mm的位置处分别以垂直于径向线的平面截得特征截面一（A-A）、特征截面二（B-B）、特征截面三（C-C）和特征截面四（D-D），各特征截面的关键数据如下。

特征截面一（A-A）上第一轮廓线的长度L1为91mm，特征截面二（B-B）上第一轮廓线的长度L2为92mm，特征截面三（C-C）上第一轮廓线的长度L3为102mm，特征截面四（D-D）上第一轮廓线的长度L4为121mm。

特征截面一（A-A）的第一轮廓线相对于叶轮的旋转平面的扭角∠1为47°，特征截面二（B-B）的第一轮廓线相对于叶轮的旋转平面的扭角∠2为38°，特征截面三（C-C）的第一轮廓线相对于叶轮的旋转平面的扭角∠3为30°，特征截面四（D-D）的第一轮廓线相对于叶轮的旋转平面的扭角∠4为26°。

对对比例和改进例采用相同测试条件分别进行正向吹风和反向吹风测试，得到关键测试数据如表1所示。

表1

对比得到，改进例相比于对比例不管正向吹风还是反向吹风时在流量、压力和效率方面均有所提高，比A声级均有所降低，且改进例的反向吹风效率也达到了对比例的正向吹风效率的水平。可见，该种月牙型免拆正反向送风叶轮在正反向送风时的效率都高于传统的叶轮。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种月牙型免拆正反向送风叶轮，包括轮毂和环周阵列地设置在所述轮毂的多个叶片，其特征在于：

所述叶片是通过把一翼型截面沿所述轮毂的径向向外扫掠所得，且在扫掠时不断地对所述翼型截面进行单向旋转和放大；所述翼型截面包括第一轮廓线和第二轮廓线，第一轮廓线为直线，第二轮廓线为下凸的曲线，第一轮廓线与第二轮廓线交汇成前点和后点，第一轮廓线、第二轮廓线、前点和后点分别扫掠成所述叶片的正面、背面、前缘和后缘；

在所述翼型截面中，以第一轮廓线的无量纲长度为100来计算，以前点为坐标系原点且X轴位于第一轮廓线来建立直角坐标系，第二轮廓线经过以下坐标点（0，0）、（5，-2.96）、（10，-3.93）、（20，-4.81）、（30，-5.00）、（40，-4.96）、（50，-4.81）、（60，-4.37）、（70，-3.74）、（80，-2.86）、（90，-1.85）、（100，0），所述翼型截面的重心点坐标为（44.64，-2.11）；

所述翼型截面上的第一轮廓线与所述叶轮的旋转平面之间的夹角为扭角，在叶根处所述扭角为45-50°，在所述翼型截面从叶根到叶顶扫掠的过程中，所述翼型截面的重心点一直处在同一条径向线上，所述扭角不断减少且累计旋转角度大于21°，所述翼型截面不断放大且累计放大倍数大于1.3倍，且所述放大的增速不断加快以使所述前缘和后缘均呈往所述叶片的中部内凹的月牙形。

2.根据权利要求1所述的月牙型免拆正反向送风叶轮，其特征在于：在叶根处扭角为47°。

3.根据权利要求2所述的月牙型免拆正反向送风叶轮，其特征在于：以所述叶轮的半径的无量纲长度为200来计算，所述轮毂的半径为68，在径向方向上从距离所述叶轮的中心68、108、149和188的位置处分别以垂直于所述径向线的平面截得特征截面一、特征截面二、特征截面三和特征截面四，在所述特征截面一上第一轮廓线的长度为90-92，在所述特征截面二上第一轮廓线的长度为92-94，在所述特征截面三上第一轮廓线的长度为100-105，在所述特征截面四上第一轮廓线的长度为120-125。

4.根据权利要求3所述的月牙型免拆正反向送风叶轮，其特征在于：在所述特征截面一上第一轮廓线的长度为91，在所述特征截面二上第一轮廓线的长度为92，在所述特征截面三上第一轮廓线的长度为102，在所述特征截面四上第一轮廓线的长度为121。

5.根据权利要求3所述的月牙型免拆正反向送风叶轮，其特征在于：在所述特征截面二上扭角为37-39°，在所述特征截面三上扭角为29-31°，在所述特征截面四上扭角为25-26°。

6.根据权利要求5所述的月牙型免拆正反向送风叶轮，其特征在于：在所述特征截面二上扭角为38°，在所述特征截面三上扭角为30°，在所述特征截面四上扭角为26°。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的月牙型免拆正反向送风叶轮，其特征在于：所述叶片的数量为6个。

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