CN115059641A - 一种轴流扇叶结构及轴流风机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴流扇叶结构及轴流风机，包括轮毂、叶片和叶环，其特征在于：所述叶片的根部和梢部分别与所述轮毂和所述叶环连接，在叶片下方形成引风腔；所述叶片与轮毂的连接端的正投影形成面一，所述叶片与叶环的连接端的正投影形成面二，所述面一和面二的入风端均向上倾斜；所述叶片由根部向梢部以平缓的趋势偏转，使所述面二的倾角小于面一的倾角；所述叶片的入风端设有水平弯折的叶面一，所述叶面一连接所述叶环。本发明解决了轴流风扇高静压的要求下，保证风量足够以及改善噪音的问题。

Description

一种轴流扇叶结构及轴流风机
技术领域
本发明属于轴流风机技术领域，具体涉及一种轴流扇叶结构及轴流风机。
背景技术
新能源客车、卡车及工程机械的不断发展，也带动了散热领域的产品和技术革新。作为汽车冷却系统必须组成的部分，轴流散热风扇的高寿命、低噪音、高性能，已经成为了新能源车辆散热系统的首要选择。
目前在轴流散热风扇设计与制造过程中，往往很难达到最佳的轴流风扇方案，有的散热性能很好但噪音偏高，有的转速很高但平衡性能达不到要求，长时间使用后因灰尘的堆影响扇叶的平衡导致降低电机使用寿命。
同时目前散热要求越来越高，静压变大，而对风量的要求也变大，由于静压与风量之间是互相制约的，而通常风量越大，噪音也越大。例如，要求静压从常规100-200Pa增加到250-350Pa，则对散热风扇的风量以及除噪音都提出了更大的挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴流扇叶结构及轴流风机，以解决轴流风扇高静压的要求下，保证风量足够以及改善噪音的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种轴流扇叶结构，包括轮毂、叶片和叶环，所述叶片的根部和梢部分别与所述轮毂和所述叶环连接形成引风腔；
所述叶片与轮毂的连接端的正投影形成面一，所述叶片与叶环的连接端的正投影形成面二，所述面一和面二的入风端均向上倾斜；所述叶片由根部向梢部以平缓的趋势偏转，使所述面二的倾角小于面一的倾角；
所述叶片的入风端设有水平弯折的叶面一，所述叶面一连接所述叶环。
优选的，所述面一与所述面二的正投影相互交叉，且所述面二的顶端低于面一的顶端，所述面二的底端高于面一的底端。
优选的，所述叶片还包括一体成型的叶面二和叶面三，所述叶面二和叶面三分别连接所述轮毂与所述叶环，所述叶面二的入风端与轮毂的侧壁夹角为角一，所述叶面三的入风端与叶环的侧壁夹角为角二，所述角一小于角二。
优选的，所述角一的范围58-62°，所述角二的范围130-140°。
优选的，所述叶面一的入风端向所述叶面三的入风端呈弧形过渡。
优选的，所述叶面一与所述叶环的连接处为连接面一，所述叶面一的厚度由叶面一的入风端向所述连接面一逐渐缩小。
优选的，所述叶面二的厚度由入风端向出风端的方向先逐渐增加，后逐渐缩小。
进一步的，多个叶片在轮毂与叶环之间的空间内以所述轮毂的轴心为中心呈放射状变距分布。
优选的，相邻叶片的间隔角度依次为46.8-48.6°、56.2-58.2°、48-50.5°、42-44°、54.8-56.2°、54.2-55.6°、52-54°。
本发明还提供一种轴流风机，以解决因风扇风腔内外侧压差而影响静压的问题。
该轴流风机包括电机、风框和权利要求1-8中任一项所述的轴流扇叶结构，所述风框与所述轮毂均连接电机；其中：
所述风框包括环形的罩圈，所述罩圈同轴地罩在所述叶环的外侧，并且与所述叶环之间留有风隙；
所述叶环包括一体成型的侧环和顶环，所述顶环由所述侧环的顶部向外翻折至所述罩圈的上方；
所述侧环与所述罩圈的侧壁之间形成侧风隙，所述顶环与所述罩圈的顶面之间形成顶风隙；
所述罩圈上于所述叶环的下方还设有导风部，所述导风部的内侧壁凸出于所述侧风隙的下方，高压气流经所述导风部转变方向后进入所述侧风隙，并由所述顶风隙排走。
优选的，所述顶环的外径大于或者等于所述罩圈的外径，所述侧风隙尺寸为2-4mm，所述顶风隙尺寸为2-3.5mm，所述导风部的内径小于所述侧环的外径0-2mm，所述导风部的顶部距离所述侧环的底部1-4mm。
本发明的有益效果是：
本发明特殊的叶片形状，叶片由根部向梢部以平缓的趋势偏转，使面二的倾角小于面一的倾角，即叶片根部的入风角度增大，进而增大了静压，同时趋于平缓的梢部入风区域兼顾了风量；并且将叶片配制成叶面一、叶面二、叶面三的分段式结构，叶面一由叶面三向前水平弯折，形成破风区域，抗击了叶片和叶环的振动，有效地降低了工作噪音。
此外，本发明的叶环之间非对称变距分布，提高共振频率段，避免系统共振而损坏机械部件，在此基础上，将叶片有效厚度做渐变处理，叶面一、叶面二的厚度由进风端渐缩，叶面三的厚度由进风端先渐增后渐缩，兼顾了叶片强度、风噪和负载能耗效率。
本发明的叶环与罩圈之间特殊的导风部、侧风隙、顶风隙结构，气流的进风方向由低压区进入高压区，在压差的作用下沿弯折的风隙回流，抑制了回流量，避免风扇静压下降；同时，本发明特殊的风隙尺寸，避免了风隙过小产生“哨音”以及长期时候后造成叶环与罩圈之间机械干涉，因此整体上有增压降噪的效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1的俯视结构示意图；
图3是图2中A-A处的剖视结构示意图；
图4是图2中B-B处的剖视结构示意图；
图5是本发明实施例2的结构示意图；
图6和图7是本发明实施例2的两处剖视示意图。
图中标记为：1、轮毂；2、叶片；21、叶面一22、叶面二；23、叶面三；24、面一；25、面二；26、连接面一；3、叶环；31、侧环；32、顶环；4、风框；41、装配框；42、肋筋；43、罩圈；431、导风部；44、侧风隙；45、顶风隙；5、入风端。
具体实施方式
实施例1
如图1至图4所示，一种轴流扇叶结构，包括轮毂1、叶片2和叶环3，轮毂1与叶环3同轴设置，轮毂1与叶环3之间安装若干个叶片2，本实施例以七片叶片为例说明。叶片2的根部和梢部分别与轮毂1和叶环3连接，在叶片的下方形成引风腔，将气流从上方至斜下方引流。
具体地，本实施例以下述尺寸为例说明：轮毂1外径为149.5mm，叶片2外径303.5mm，单支叶片沿轴向在水平面内的投影有效长度为76.75mm，约为轮毂尺寸的46-54％为宜，优选51％。
叶片2包括一体成型的叶面一21、叶面二22和叶面三23，叶面二22和叶面三23分别连接轮毂1与叶环3，叶面一21由叶面三23向前(即向入风侧)大致弯折成水平面，考虑到方便注塑脱模，叶面一21的入风端可向上略倾斜1-3°。叶面一21、叶面二22和叶面三23的面积对叶片的占比分别为：10-14％、18-21％、65-70％。气流由叶面一21前缘的入风端高速进入叶面二22和叶面三23，经过叶面三23高速加压后，在叶面三23的后端迅速飞离叶片。
叶面一21的入风端向叶面三23的入风端呈弧形过渡，保证了叶片的整体强度，并且叶面一21的入风端长度占整个叶片入风端长度的50-60％。定义叶面一与叶环的连接端为连接面一26。
其中，请参考图3和图4，叶片2与轮毂1的连接端在轮毂1侧壁上的正投影形成面一24，叶片2与叶环3的连接端在轮毂1侧壁上的正投影形成面二25，面一24和面二25的入风端均向上倾斜。叶片2由根部向梢部以平缓的趋势偏转，使面二25的倾角小于面一24的倾角，并使面一24与面二25在轮毂1上的正投影相交或者交叉，即面二25的顶端低于面一24的顶端，面二25的底端不低于面一24的底端。
上述叶片2的扭转形状，一方面使叶面二22能获得较大的入风角度，增大静压；同时叶面三23平缓的入风区域兼顾了较大的风量；并且叶面一21向前水平弯折的结构形成了破风区域，因为若不设叶面一的原引风腔内的空气波动，会激励叶片和叶环产生规律的振动，本发明的叶面一破坏原有的引风腔及其空气震动传播路径，从而破坏或者说抗击了叶片和叶环的振动，减小了振动噪音。
具体地，请参考图6，叶面二的入风端5与轮毂的侧壁夹角为角一a，叶面三23的入风端5与叶环3的侧壁夹角为角二b，角一a小于角二b。优选角一的范围58-62°，角二的范围130-140°。
请参考图2，本实施例还对叶片2的分布结构作了改进，七个叶片2在轮毂1与叶环3之间的空间内以轮毂的轴心为中心呈放射状变距分布，优选相邻叶片的间隔角度c1-c7依次为46.8-48.6°、56.2-58.2°、48-50.5°、42-44°、54.8-56.2°、54.2-55.6°、52-54°，更优选相邻叶片的间隔角度依次为48°、57°、49°、42.7°、55.3°、55°、53°。变距分布的叶片提高了共振频率段，避免系统共振而损坏机械部件，还减小了振动噪音。
本实施还对叶片2的厚度作了改进，叶面一21的厚度由叶面一21的入风端向连接面一26逐渐缩小；叶面二22的厚度由入风端向出风端的方向也逐渐减小；叶面三23的厚度由入风端向出风端的方向先逐渐增加，后逐渐缩小。
例如，由入风端5向后的方向，叶面一21的厚度从2.2mm渐变至1.4mm，叶面二的厚度从2.2mm渐变至1.8mm，叶面三23的厚度从2.0mm渐变至中部的3.2mm，再从中部到后侧的3.2mm渐变至1.8mm。相对于常规的等厚型叶片而言，本实施例中叶片的厚度渐变设置，入风端5和叶面三的中部厚度受到的压力较大，此处厚度增厚提高了叶片2的强度，同时叶片2的后侧逐渐变薄，减轻了叶片重量，在保证风量的条件下降低了风噪以及负载能耗效率。
依据GB/T1236-2017测试标准对本实施例与常规轴流风扇的静压、风量测试数据对比如下：
Figure BDA0003751196320000061
由以上数据可知，本实施例标准静压越大时对风量的提升越明显。
实施例2
请参考图5至图7，本发明还提供一种轴流风机，包括电机、风框4和实施例1中的轴流扇叶结构，风框4固定安装于电机上，轮毂1连接电机的输出轴，由电机驱动旋转。
请参考图5，风框4包括装配框41、肋筋42、环形的罩圈43，装配框41安装于电机上，若干条肋筋42连接于装配框41与罩圈43之间，保证了风框的整体机械强度。
罩圈43同轴地罩在叶环3的外侧，并且由于罩圈43与叶环3之间不接触，因此扇叶旋转时在此处形成一道风隙，气流由上至下地从低压区向高压区流动，由于压差的作用，高压区的部分气流经过该风隙向外回流，进而影响风扇静压。
请参考图6和图7，为了抑制静压，本实施例的叶环3包括一体成型的侧环31和顶环32，顶环32由侧环31的顶部向外翻折至罩圈43的上方。侧环31与罩圈43的侧壁之间形成侧风隙44，顶环32与罩圈43的顶面之间形成顶风隙45，气流经过侧风隙44转弯后进入顶风隙45内，较大的风阻有效地抑制了压差回流。
罩圈43上于叶环3的下方还设有导风部431，导风部431的厚度较大，其内侧壁向内侧凸出于侧风隙44的下方，因此，高压气流经导风部431转变一个角度后才能进入侧风隙44，并由顶风隙45排走，进一步抑制了回流。
具体的，顶环32的外径略大于或者等于罩圈43的外径，侧风隙44尺寸为2-4mm，顶风隙尺寸为2-3.5mm，导风部431的内径小于侧环31的外径0-2mm，导风部431的顶部距离侧环31的底部1-4mm。通过上述特定的尺寸配置，保证了风隙足够大，便于装配，长期使用后也不会造成机械干涉，并且避免了回流区域产生“哨音”；同时风隙也没有太大，可以有效地抑制回流。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种轴流扇叶结构，包括轮毂、叶片和叶环，其特征在于：所述叶片的根部和梢部分别与所述轮毂和所述叶环连接，从而在叶片下方形成引风腔；
所述叶片与轮毂的连接端在轮毂侧壁的正投影形成面一，所述叶片与叶环的连接端在轮毂侧壁的正投影形成面二，所述面一和面二的入风端均向上倾斜；所述叶片由根部向梢部以平缓的趋势偏转，使所述面二的倾角小于面一的倾角；
所述叶片的入风端设有水平弯折的叶面一，所述叶面一连接所述叶环。
2.根据权利要求1所述的轴流扇叶结构，其特征在于，所述面一与所述面二的正投影相互交叉，且所述面二的顶端低于面一的顶端，所述面二的底端不低于面一的底端。
3.根据权利要求2所述的轴流扇叶结构，其特征在于，所述叶片还包括一体成型的叶面二和叶面三，所述叶面二和叶面三分别连接所述轮毂与所述叶环，所述叶面二的入风端与轮毂的侧壁夹角为角一，所述叶面三的入风端与叶环的侧壁夹角为角二，所述角一小于角二。
4.根据权利要求3所述的轴流扇叶结构，其特征在于，所述角一的范围58-62°，所述角二的范围130-140°。
5.根据权利要求3所述的轴流扇叶结构，其特征在于，所述叶面一的入风端向所述叶面三的入风端呈弧形过渡，所述叶面一的入风端长度占整个叶片入风端长度的50-60％。
6.根据权利要求3所述的轴流扇叶结构，其特征在于，所述叶面一与所述叶环的连接处为连接面一，所述叶面一的厚度由叶面一的入风端向所述连接面一逐渐缩小；所述叶面三的厚度由入风端向出风端的方向先逐渐增加，后逐渐缩小。
7.根据权利要求3所述的轴流扇叶结构，其特征在于，多个叶片在轮毂与叶环之间的空间内以所述轮毂的轴心为中心呈放射状变距分布。
8.根据权利要求7所述的轴流扇叶结构，其特征在于，相邻叶片的间隔角度依次为46.8-48.6°、56.2-58.2°、48-50.5°、42-44°、54.8-56.2°、54.2-55.6°、52-54°。
9.一种轴流风机，其特征在于，包括电机、风框和权利要求1-8中任一项所述的轴流扇叶结构，所述风框与所述轮毂均连接电机；其中：
所述风框包括环形的罩圈，所述罩圈同轴地罩在所述叶环的外侧，并且与所述叶环之间留有风隙；
所述叶环包括一体成型的侧环和顶环，所述顶环由所述侧环的顶部向外翻折至所述罩圈的上方；
所述侧环与所述罩圈的侧壁之间形成侧风隙，所述顶环与所述罩圈的顶面之间形成顶风隙；
所述罩圈上于所述叶环的下方还设有导风部，所述导风部的内侧壁凸出于所述侧风隙的下方，高压气流经所述导风部转变方向后进入所述侧风隙，并由所述顶风隙排走。
10.根据权利要求9所述的轴流风机，其特征在于，所述顶环的外径大于或者等于所述罩圈的外径，所述侧风隙尺寸为2-4mm，所述顶风隙尺寸为2-3.5mm，所述导风部的内径小于所述侧环的外径0-2mm，所述导风部的顶部距离所述侧环的底部1-4mm。
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