CN1206459C - 涡轮风扇内的叶片部分 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡轮风扇内的叶片部分，该叶片部分包括：风扇毂，其与驱动部分的转轴相连；多个叶片，其径向布置在风扇毂的圆周部分；以及风扇罩，其与多个叶片相连，并布置成与风扇毂相对，其中，叶片位于风扇毂与风扇罩之间，并且各叶片均形成翼形，该翼形设有由NACA四位数翼形定义的上弧线以及更靠近上弧线的下弧线，而不是由NACA四位数翼形定义的下弧线，从而能够降低生产成本并缩短生产时间。

Description

涡轮风扇内的叶片部分

技术领域

本发明涉及一种涡轮风扇，具体涉及涡轮风扇内的叶片结构。

背景技术

通常，鼓风机用于依靠叶轮或转子的旋转力进行强制送风，因而可适用于制冷器、空调器、真空吸尘器等设备。

尤其是，鼓风机根据吸风和排风方法或者根据其形状包括：轴流式风扇、西罗克(Sirocco)风扇和涡轮风扇等。

上述鼓风机内的涡轮风扇从风扇的轴向引风，并通过叶轮的缝隙即风扇的侧部径向排风。由于空气被自然引入风扇并流出，因而涡轮风扇无需设置管道，从而适用于容量较大的产品，例如吊顶式空调器等设备。

图1示出了普通涡轮风扇的布置；图2示出了图1中的普通涡轮风扇的垂直截面视图。

参照图1和图2，根据现有技术的涡轮风扇1包括：风扇罩4；风扇毂2，其与驱动部分5相连；多个叶片3，其被布置在风扇毂2的圆周部分上，并且每个叶片的一端均与风扇罩4相连。

在涡轮风扇1的上部设有入口7，用于将空气吸入到内部。在涡轮风扇1的中心部分设有多个流道6，以便引入通过入口7吸入的空气。在涡轮风扇1的侧部设有多个出口8，以便排放所引入的空气。

根据现有技术的采用上述结构的涡轮风扇工作如下。一旦涡轮风扇1依靠驱动装置(图中未示出)进行旋转，空气便依靠叶片的旋转而通过入口7被吸入。通过入口7被引入的空气沿流道6朝出口8流出。

图3示出了图1中的涡轮风扇的叶片的截面视图。

参照图3，根据现有技术的涡轮风扇内的叶片3的截面形状采用翼形形状，例如NACA四位数翼形(four digit airfoil)或诸如此类，以便提供极佳的空气动力特性。翼形形状在功率消耗、噪声等方面对涡轮风扇的性能具有重大影响。

尤其是，生产时间和生产成本在很大程度上取决于根据现有技术的涡轮风扇的叶片的厚度。如果叶片的截面太厚，则生产成本增加。并且，采用喷射铸造法制造涡轮风扇的时间也延长。

发明内容

因此，本发明是针对下列涡轮风扇内的叶片部分而提出的，即该叶片部分能够大体上避免因现有技术的限制和缺点所产生的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种能够减少厚度并降低涡轮风扇的生产成本的涡轮风扇内的叶片部分。

本发明的其他优点、目的和特点将在以下说明中作部分陈述，其中部分内容对于那些在本领域掌握一般技术的人员在审查下文时容易领会，或者说可以从本发明的实施中获取知识。通过在本说明书及其权利要求以及附图中所特别指出的结构，可实现和获得本发明的目的和其他优点。

为获得这些和其他优点并根据本发明的目的，正如本文所具体包含和全面说明的那样，提供了一种涡轮风扇内的叶片部分，包括：风扇毂，其与驱动部分的转轴相连；多个叶片，其径向布置在风扇毂的圆周部分；以及风扇罩，其与多个叶片相连，并布置成与风扇毂相对，其中，叶片位于风扇毂与风扇罩之间，各叶片的翼形结构均包括：由NACA四位数翼形定义的上弧线，以及下弧线；其特征在于，所述下弧线比由NACA四位数翼形定义的下弧线更靠近上弧线。

根据本发明的一个优选实施例，如果以弦线作为X轴，前缘作为原点，与弦线垂直并通过前缘的线作为Y轴，则由下列公式限定上弧线坐标：x_u＝x-y_t(x)sinθ，y_u＝y_c(x)+y_t(x)cosθ，其中x是X轴坐标，y_c(x)是NACA四位数翼形定义的中弧线的Y轴坐标，y_t(x)是NACA四位数翼形定义的叶片的厚度函数，θ是中弧线的斜率；y_t(x)、y_c(x)和θ由以下两个公式限定：

$y_t\left(x\right)=\frac{\mathrm{tc}}{0.2}(0.2969\sqrt{x}-0.126x-0.3516x^2+0.3100x^3-0.1015x^4),$

其中弦长c为1，t为弦线上相应点与前缘的距离，

$0\&le;x<P,y_c\left(x\right)=\frac{M}{p^2}(2\mathrm{Px}-x^2),\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left\{\frac{2M}{p^2}(P-x)\right\},$

$P\&le;x\&le;1,y_c\left(x\right)=\frac{M}{{(1-P)}^2}(1-2P+2\mathrm{Px}-x^2),\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left\{\frac{2m}{(1-p^2)}(P-x)\right\},$

其中，M是NACA四位数翼形下最大弧高的相对y坐标的％值，P是NACA四位数翼形下最大弧高的相对X坐标的10％值，下弧线的坐标(x_l，y_l)满足公式：x_l＝x+y_t(x)sinθ，y_c(x)-y_t(x)cosθ＜y_l(x)＜y_u(x)。

应该理解的是，对本发明的上述一般说明和下列详细说明都是示范性和解释性的，其目的是为对本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图包含在本文中以便于进一步了解本发明，并且纳入本说明书并构成本说明书的一部分。这些附图不仅显示本发明的实施例，而且还与说明书一起用来阐明本发明的原理。

在附图中：

图1示出了一般涡轮风扇的布局；

图2示出了图1中的一般涡轮风扇的垂直截面视图；

图3示出了图1中的涡轮风扇的叶片的截面视图；

图4示出了一般NACA四位数翼形的示意性截面视图；

图5示出了根据本发明第一实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图；

图6示出了根据本发明第二实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图；

图7示出了根据本发明第三实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图；

图8示出了根据本发明第四实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图；以及

图9示出了现有技术的涡轮风扇与本发明的涡轮风扇之间的性能比较表。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细说明，这些优选实施例的示例如附图所示。

图4示出了普通NACA四位数翼形的示意性截面视图；图5示出了根据本发明第一实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图。

参照图4，普通NACA四位数翼形形状取决于上弧线31和下弧线32。上弧线31和下弧线32被定义如下(以下假定弦线34c为1)。

当翼形为NACA MPXX时，如果分别以弦线34、与弦线34垂直的线和前缘O作为X轴、Y轴和原点，则坐标(x_u，y_u)由下列公式1来定义。

[公式1]

x_u＝x-y_t(x)sinθ，y_u＝y_c(x)+y_t(x)cosθ，式中，x是指X轴坐标；y_c(x)是指中弧线33的Y轴坐标；y_t(x)是指厚度函数；θ是指中弧线33的斜率。

y_t(x)、y_c(x)和θ都由下列公式2和公式3来定义。

[公式2]

$y_t\left(x\right)=\frac{\mathrm{tc}}{0.2}(0.2969\sqrt{x}-0.126x-0.3516x^2+0.3100x^3-0.1015x^4)$

[公式3]

$0\&le;x<P,y_c\left(x\right)=\frac{M}{p^2}(2\mathrm{Px}-x^2),\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left\{\frac{2M}{p^2}(P-x)\right\}$

$P\&le;x\&le;1,y_c\left(x\right)=\frac{M}{{(1-P)}^2}(1-2P+2\mathrm{Px}-x^2),\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left\{\frac{2M}{{(1-p)}^2}(P-x)\right\},$

，式中，M是指最大弧高的相对y坐标的％值；P是指最大弧高的相对x坐标的10％值。

翼形的下弧线32的坐标(x_t，y_t)由下列公式4来定义。

[公式4]

x_l＝x+y_t(x)sinθ，y_l＝y_c(x)-y_t(x)cosθ

同时，如图5所示，根据本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片形状取决于叶片截面的上弧线31和下弧线42。上弧线31和下弧线42由下列公式5和公式6来定义。

[公式5]

x_u＝x-y_t(x)sinθ，y_u＝y_c(x)+y_t(x)cosθ

[公式6]

x_l＝x+y_t(x)sinθ，y_c(x)-y_l(x)cosθ＜y_l(x)＜y_u(x)

也就是说，叶片截面的下弧线42设置成比NACA四位数翼形的下弧线32更靠近上弧线31。因此，本发明减少了构成涡轮风扇内的叶片截面形状的翼形的厚度。在这种情况下，由上弧线41和下弧线42构成的叶片截面的厚度是通过考虑涡轮风扇叶片规格所要求的诸如结构强度、产品可用性等因素来合适确定。在本发明的实施例中，使用1、0.75、0.5等进行实验。例如，下弧线42可采用平均的弧线(即y_t(x)＝y_c(x))。

图6示出了根据本发明第二实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图；图7示出了根据本发明第三实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图；图8示出了根据本发明第四实施例的涡轮风扇内的叶片的截面视图。

为了加强构成根据可变下弧线的叶片截面的翼形的空气动力特性，本发明包括防紊流装置，该装置能够改善翼形的空气动力特性。

参照图6，为了防止由于改变NACA四位数翼形形状所产生的缺点，根据本发明第二实施例的叶片包括第一防紊流部分50，其被加装到与本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面的前缘O相邻的部分上。作为一种防紊流装置，该第一防紊流部分50的坐标(x_p1，y_p1)由下列公式7来定义。

[公式7]

x_p1＝x+y_t(x)sinθ，y_t(x)＜y_p1(x)

第一防紊流部分50使叶片截面在前缘O附近形成的部分比本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面厚，但其它部分比本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面薄。因此，本发明第二实施例可抑制紊流发生，从而改善涡轮风扇内的叶片的空气动力特性。

尤其是，第一防紊流部分50可设置成与NACA四位数弧线32的下弧线32等同。换句话说，第一防紊流部分50的坐标(x_p1，y_p1)可满足公式：x_p1＝x+y_tsinθ，y_p1＝y_c(x)-y_tcosθ。而且，第一防紊流部分50最好设置在距前缘O不到0.4c(c是弦长)距离内的部分t₁处。也就是说，t₁最好设置为0＜t₁≤0.4。

参照图7，根据本发明第三实施例的涡轮风扇内的叶片包括：第二防紊流部分60，其被加装到与本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面的后缘E相邻的部分上。作为一种防紊流装置，该第二防紊流部分60的坐标(x_p2，y_p2)由下列公式8来定义。

[公式8]

x_p2＝x+y_t(x)sinθ，y_t(x)＜y_p2(x)

第二防紊流部分60使叶片截面在后缘E附近形成的部分比本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面厚，但其它部分比本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面薄。因此，本发明第三实施例可抑制紊流发生，从而改善涡轮风扇内的叶片的空气动力特性。

尤其是，第二防紊流部分60可设置成与NACA四位数弧线的下弧线32等同。换句话说，第二防紊流部分60的坐标(x_p2，y_p2)可满足公式：x_p2＝x+y_tsinθ，y_p2＝y_c(x)-y_tcosθ。而且，第二防紊流部分60最好设置在具有至少0.6c(c是弦长)的部分与后缘E之间。也就是说，t₂最好设置为0.6＜t₂≤1.0。

如图8所示，根据本发明第四实施例的涡轮风扇内的叶片包括：第一防紊流部分50和第二防紊流部分60，其被加装到本发明第一实施例的涡轮风扇的叶片截面上。

而且，第一防紊流部分50和第二防紊流部分60的坐标可由本发明第二和第三实施例中的相同公式来定义。例如，(x_p1，y_p1)和(x_p2，y_p2)分别由x_p1＝x+y_tsinθ，y_p1＝y_c(x)-y_tcosθ和x_p2＝x+y_tsinθ，y_p2＝y_c(x)-y_tcosθ来定义。

尤其是，第一防紊流部分50设置在距前缘O不到0.4c(c是弦长)的部分t₁处。也就是说，t₁最好设置为0＜t₁≤0.4。而且，第二防紊流部分60最好设置在位于具有至少0.6c(c是弦长)的部分与后缘E之间。也就是说，t₂最好设置为0.6＜t₂≤1.0。

图9示出了现有技术的涡轮风扇与本发明的涡轮风扇之间的性能比较表。

参照图9，通过把现有技术的涡轮风扇与本发明的涡轮风扇就性能方面进行比较，结果表明，本发明在相同气流流率时，功率消耗和噪声都略微增加。

尽管空气动力特性有少量下降，然而具有根据本发明的叶片的涡轮风扇使叶片截面变得更薄，以减少制造涡轮风扇所用的原材料，从而可降低生产成本并缩短生产时间。也就是说，根据本发明的涡轮风扇的叶片结构减少了制造涡轮风扇所需的原材料，而且不会大幅降低涡轮风扇的性能，从而能够降低生产成本。此外，本发明还可通过减少厚度，缩短了制造涡轮风扇过程的时间，从而能够提高生产能力。特别是，如图9所示，根据本发明第二实施例的叶片可减少噪声。

以上实施例仅是典型示例，并不应被视为使本发明受到限制。本发明可方便地适用于其他类型的装置。对本发明的描述旨在起说明作用，而不是限制权利要求的范围。许多替代方案、修改和变动对于本领域技术人员来说都是容易领会的。

Claims (10)

1.一种涡轮风扇内的叶片部分，包括：

风扇毂，其与驱动部分的转轴相连；

多个叶片，其径向布置在风扇毂的圆周部分；以及

风扇罩，其与多个叶片相连，并布置成与风扇毂相对，其中，叶片位于风扇毂与风扇罩之间，

各叶片的翼形结构均包括：由NACA四位数翼形定义的上弧线，以及下弧线；其特征在于，所述下弧线比由NACA四位数翼形定义的下弧线更靠近上弧线。

2.如权利要求1所述的叶片部分，其特征在于，

如果以弦线作为X轴，前缘作为原点，与弦线垂直并通过前缘的线作为Y轴，则由下列公式限定上弧线坐标：x_u＝x-y_t(x)sinθ，y_u＝y_c(x)+y_t(x)cosθ，其中x是X轴坐标，y_c(x)是NACA四位数翼形定义的中弧线的Y轴坐标，y_t(x)是NACA四位数翼形定义的叶片的厚度函数，θ是中弧线的斜率；y_t(x)、y_c(x)和θ由以下两个公式限定：

$y_t\left(x\right)=\frac{\mathrm{tc}}{0.2}(0.2969\sqrt{x}-0.126x-{0.3516x}^2+0.3100x^3-0.1015x^4),$

其中弦长c为1，t为弦线上的相应点与前缘的距离，

$0\&le;x<P,y_c\left(x\right)=\frac{M}{p^2}(2\mathrm{Px}-x^2),\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left\{\frac{2M}{p^2}(P-x)\right\},$

$P\&le;x\&le;1,y_c\left(x\right)=\frac{M}{{(1-P)}^2}(1-2P+2\mathrm{Px}-x^2),\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left\{\frac{2M}{{(1-p)}^2}(P-x)\right\},$

其中，M是NACA四位数翼形下最大弧高的相对y坐标的％值，P是NACA四位数翼形下最大弧高的相对X坐标的10％值，

下弧线的坐标(x_l，y_l)满足公式：x_l＝x+y_t(x)sinθ，y_c(x)-y_t(x)cosθ＜y_l(x)＜y_u(x)。

3.如权利要求2所述的叶片部分，其特征在于，该叶片部分还包括第一防紊流部分，其根据满足公式x_p1＝x+y_t(x)sinθ，y_t(x)＜y_p1(x)的坐标(x_p1，y_p1)，设置在位于叶片截面的前缘附近的部分。

4.如权利要求3所述的叶片部分，其特征在于，第一防紊流部分弦向设置在0≤x_p1≤t1内的部分，其中，0＜t₁≤0.4。

5.如权利要求3所述的叶片部分，其特征在于，y_p1＝y_c(x)-y_tcosθ。

6.如权利要求3所述的叶片部分，其特征在于，该叶片部分还包括第二防紊流部分，其根据满足公式x_p2＝x+y_t(x)sinθ，y_t(x)＜y_p2(x)的坐标(x_p2，y_p2)，设置在位于叶片截面的后缘附近的部分。

7.如权利要求2所述的叶片部分，其特征在于，该叶片部分还包括第二防紊流部分，其根据满足公式x_p2＝x+y_t(x)sinθ，y_t(x)＜y_p2(x)的坐标(x_p2，y_p2)，设置在位于叶片截面的后缘附近的部分。

8.如权利要求7所述的叶片部分，其特征在于，第二防紊流部分设置在t₂≤x_p2≤1内的部分，其中，0.6≤t₂。

9.如权利要求6所述的叶片部分，其特征在于，y_p2＝y_c(x)-y_tcosθ。

10.如权利要求2所述的叶片部分，其特征在于，y_l(x)＝y_c(x)。

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