CN1287226A - 空调器的轴流风扇 - Google Patents

Abstract

一种空调器轴流风扇,通过改变设计参数来改变叶片形状,以产生足够的风扇流量并减小风扇的空气流动期间产生的噪音。其中,将在叶片的半径方向的距离R计算成从半径Rh到叶片顶端BT处的半径Rt之间的距离,从而得到一坐标“r”,r=(R－Rh)/(Rt－Rh),最大弧高比Hc(r)是最大弧度Cmax和翼长1之间的比值,在r为0的轮毂BH处时其为0.02±0.01,在r=1的叶片顶端BT处其为0.04±0.015,在r=0.6～0.75的部分最大弧高比具有最大值0.05±0.02。

Description

空调器的轴流风扇

本发明涉及一种空调器的轴流风扇，尤其涉及这样的空调器轴流风扇，其可通过改变设计参数，例如翼长，掠角等，改变叶片的形状，产生足够的风扇流量，以实现热交换器的有效的热辐射，减小风扇的空气流动期间产生的噪音，从而可获得高效率和低噪音的风扇系统。

空调器是这样的设备，其能对空气进行处理，并将处理的空气送入一定的内部空间，从而将房间或建筑物内的空气保持在干净状态，空调器可分为整体型和分体型。

上述的整体型和分体型空调器具有同样的功能。但是，具有一体的致冷和加热功能的整体型空调器使用一固定装置通过在窗户或墙中形成一孔来安装。另外，在分体型空调器中，致冷装置安装在房间的内部作为室内单元，热辐射和压缩装置安装在房间外侧作为室外单元。致冷装置和热辐射和压缩装置通过致冷剂管连接。

下面介绍分体型空调器。

分体型空调器包括：一室内单元，用以进行致冷工作；一室外单元，用以进行热辐射和压缩工作；以及一致冷剂管，用以连接室内单元和室外单元。

室内单元吸收一定内部空间的热，室外单元向室外辐射热量，其对应于吸收的内部空间的热量和压缩机辐射给致冷剂的热量之和。

如图1所示，传统的分体型空调器的室外单元包括：轴流风扇1，吸入室内空气，产生一定的空气流动，以通过室外单元进行热交换，并排出空气；一电机3，提供对轴流风扇1的驱动力；一压缩机5，压缩从室内单元流入的低温低压的气态的致冷剂，将其变为高温高压气态致冷剂；一室外热交换器7，在高温高压的气态致冷剂和轴流风扇1吸入的空气之间进行热交换，将致冷剂冷凝为室温和高压的液态致冷剂；一收集器8，安装在压缩机5的吸入部分，用以除去致冷剂中的杂质，防止液态致冷剂流入压缩机5；以及一壳体10，用以容纳上述部件于其中。

壳体10包括：一前板11，形成室外单元的前表面；一后板13，形成两侧面和后表面。后板13包括一吸入部分13a，将外界空气吸入壳体10的内部。前板11包括一排出部11a，将壳体10内部的空气排出到外界。

另外，保护栅12安装在排出部11a的一部分上，用以防止接近高速旋转的轴流风扇1。

附图中，标号4表示一导板，用以导引由轴流风扇1从前板11的排出部11a排出的气流，标号6表示一吸音材料，其围绕压缩机5布置，以减小压缩机5的噪音。

下面介绍上述室外单元的工作。

当被压缩机5压缩的致冷剂气体供给室外热交换器7时，在供给的致冷剂和轴流风扇1的旋转吸入壳体10的内部的空气之间进行热交换，从而将致冷剂冷凝为常温高压的致冷剂，这样吸入的空气的温度提高。

这样升高温度的空气被轴流风扇1排出到外界。

即通过室外热交换器7的后板13的吸入部13a吸入到壳体10的内部的空气通过轴流风扇1和前板11的排出部11a排出到外界。

当压缩机5压缩致冷剂时，致冷剂通过室内/室外空间连接致冷剂管循环，该致冷剂管连接室内单元和室外单元，从而致冷剂流入热交换器7。此时，随着轴流风扇1被电机3的驱动而旋转，空气通过吸入部13a吸入，通过排出部11a排出的空气中形成一定的空气通量。这样形成的空气流与室外热交换器接触，从而致冷剂被冷凝。

被室外热交换器7冷凝的致冷剂被一膨胀器(未示出)绝热膨胀，并通过室内/室外空间连接致冷剂管(未示出)被供给到室内单元(未示出)。

供给到室内单元的致冷剂与被室内热交换器(未示出)内的室内风扇(未示出)吸入的空气进行热交换，变为低温低压的气态致冷剂。同时，通过室内热交换器的空气的温度通过与致冷剂的热交换而降低，并流入室内空间，从而完成致冷工作。

接着，被室内单元的室内热交换器变为低温低压的气态致冷剂通过室内/室外空间连接致冷剂管进入压缩机5。上述工作反复进行。

详细说，在室内单元进行了热交换的致冷剂通过室内/室外空间连接致冷剂管流动，并通过安装在室外单元的一部分上的工作阀装置14，经过收集器8被引入压缩机5，该收集器8用以除去杂质，防止液态致冷剂进入。

如上所述，在空调器的室外单元的工作中，产生空气流的轴流风扇1是重要的。

即轴流风扇1这样设计，使得获得一定量的空气流，以便增强致冷剂和空气之间的热交换效率。

另外，为了满足用户的需要，轴流风扇1必须消耗较小的电能。空气流噪音必须降低。

为了生产满足上述条件的风扇，深入研究了通过改变不同的风扇设计参数而改变风扇的形状。

有多个确定风扇形状的风扇设计参数。另外，上述设计参数对风扇工作性能的影响是复杂的和不同的。

如图2、4和5所示，作为影响轴流风扇1的形状的风扇设计参数，有轴流风扇的直径(2*Rt)，叶片轮毂的直径(2*Rh)，叶片2的数量和外径，每个叶片2的倾角φ，最大弧高(Cmax)，掠角(sweep angle)θ，翼长(1)，前角(rake)，等等。另外，还有叶片的前边LE、后边TE和叶片顶端弯曲形状。

如图2所示，上述尺寸中的前角代表当在Z-X平面观察叶片的截面时，相对于叶片的半径位置其横截面的位置偏离±Z方向的程度。其余的尺寸描述在以下作出。

在三维叶片的形状根据上述风扇设计参数确定的轴流风扇1中，与叶片2的大部分相比半径较大的端部是重要的，因为绝大部分气流发生在叶片的顶端BT。

如图3所示，根据在轴流风扇1的叶片2的后面的声音强度的测量，噪音与叶片2的半径方向无关，特别是与轮毂部分或叶片端部无关。

因此，比轴流风扇1的叶片2的大部分的半径小的部分(轮毂部分)不影响气流量的增加。这时，电机3的能量消耗增加，噪音增加。因此，上述部分(轮毂)不影响轴流风扇1的叶片2的多个部分的气流效率，但是增加能量消耗和噪音的产生。因此，半径较小的部分的一部分可被去除，从而降低噪音提高轴流风扇1的效率。

即，轴流风扇安装在室外单元上，用以产生一定的空气流，以便进行热交换。已经进行了深入的研究来优化轴流风扇的形状，以便减小转动轴流风扇的电机的能量消耗，和减小空气流噪音，从而增强轴流风扇的效率，即使流动的空气流相同。

因此，本发明的目的是提供一种用于空调器的轴流风扇，通过优化安装在空调器的室外单元的轴流风扇的设计参数，其能产生足够量的空气流用于热交换器的热交换，并降低电机的能量消耗和轴流风扇使空气流动期间产生的噪音。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于空调器的轴流风扇，其包括：一与电机轴接合的轮毂；以及多个与轮毂接合的叶片；其中取一坐标，该坐标这样得到，即根据无量纲方法，将在叶片的半径方向的距离R计算成从半径Rh到叶片顶端BT处的半径Rt之间的距离，从而得到该坐标“r”，r=(R-Rh)/(Rt-Rh)，最大弧高比Hc(r)是最大弧高Cmax和翼长1之间的比值，在r=0的轮毂BH处其为0.02±0.01，在r=1的叶片顶端BT处其为0.04±0.015，在r=0.6～0.75的部分最大弧高比具有最大值0.05±0.02。

本发明的其它优点、目的和特征从下述的描述中更清楚地了解到。

从下面参考附图对本发明的实施例的详细描述中可更清楚地了解本发明，其中：

图1是传统的分体型空调器的室外单元的内部结构的平面图；

图2是说明传统的轴流风扇的叶片的平面图；

图3是传统的轴流风扇的叶片后面的径向噪音的测量结果的示意图；

图4是说明根据本发明的空调器的轴流风扇的示意图；

图5是说明根据本发明的轴流风扇的叶片的平面图；

图6是本发明和传统技术之间在一坐标值处最大弧高比的比较的曲线图，该坐标值这样得到，即根据轮毂半径和风扇叶片的端部的半径之间距离处理径向轴流风扇的叶片距离；

图7是说明对于本发明和传统技术，流动系数和轴流风扇的静压系数之间的关系的曲线图；

图8是说明对于本发明和传统技术，轴流风扇的空气流量和能量消耗之间关系的曲线图；

图9是说明对于本发明和传统技术，轴流风扇的空气流量和噪音之间关系的曲线图。

下面参考附图描述本发明。

参见图4和5，根据本发明的空调器的轴流风扇包括与电机13的旋转轴接合的轮毂BH，和多个安装在轮毂BH上的叶片2。根据本发明的轴流风扇这样设计，即优化风扇设计参数(如图2所示)，例如风扇直径FD，轮毂直径HD，叶片2的数量，最大弧高位置CP，掠角θ，倾角φ，翼长l，叶片间距d，从而增加轴流风扇的效率。

在根据本发明的空调器的轴流风扇中，风扇直径FD为380±2mm或400±2mm，轮毂直径HD为100±2mm，叶片2的数量为4。

另外，叶片2的最大弧高位置CP在翼长1的从前边LE到后边TE的方向上0.7±0.02的位置，并从叶片轮毂BH到叶片顶端BT形成曲线。

这里，前边LE代表风扇转动方向上的前端部，后边TE代表风扇转动方向上的后端部。翼长1代表前边和后边的直线距离。最大弧高位置CP代表这样的位置，即叶片2距离叶片顶端BT和顶端BT之间的假想线的垂直距离最长，最大弧高Cmax代表从最大弧高位置CP到该叶片顶端BT与叶片顶端BT之间的假想线的垂直距离。

另外，最大弧高比，即最大弧高Cmax和翼长1的比值，分布为两个抛物线的组合型。假设一坐标r，它是这样得到的，即根据一非量纲方法，使用从轮毂BH的半径Rh到叶片顶端BT的半径Rt之间的距离，对叶片2的径向距离R进行处理，其中在该非量纲方法中，轮毂表示为0，顶端设定为1，轮毂的顶端之间的距离表示为小于1的正数，其与离开轮毂BH的距离成正比，在本发明中，最大弧高比在轮毂BH处即r=0时为0.02±0.01，在顶端r=1时为0.04±0.015，在r=0.6～0.75时为0.05±0.02。

这里，“r”根据(R-Rh)/(Rt-Rh)计算出，从分母和分子中减去Rh的原因是r=0时不是轮毂的中心，而是轮毂的外圆周表面。

但是其数值指出了三个位置，即轮毂BH处r=0，叶片顶端BT处r=1，以及具有最大弧高比的位置。下面的公式用于计算r=0～1的整个区域上的值。

最大弧高比：Hc(r)=αr²+βr+γ    …1

在公式1中，如果r＜r_c，则α为(a-b)/r_c ²，β为-2αr_c，γ为“a”。

当r≥r_c时，α=(c-b)／(1-r_c)²，β=-2αr_c，γ=b-αr_c ²-βr_c。

通过多次实验，a、b、c和r_c最好分别为0.02、0.05、0.04和0.7。

图8示出了在传统技术中采用a=0.03，b=0.07，c=0.065，r_c=0.7获得的结果，和根据本发明采用上述值时的最大弧高比的分布，图6中，虚线代表传统技术，实线代表本发明。

下面解释掠角的形成。

如图5所示，掠角θ是这样的角，在轮毂BH的中心与垂直轴重合的情况下，从轮毂BH的外表面到叶片顶端BT，叶片的LE和TE的中间点之间的连线的角度，具体说代表叶片2向旋转方向倾斜的角度。

本发明中，在r＜0.5的区域，叶片2的掠角θ为39～410，在r≥0.5的区域，掠角以抛物线增加，从而在叶片顶端BT形成的掠角θ为46～500。

另外，为了增加风扇效率而去除叶片2的增加能量消耗和噪音而不增加风扇的空气流效率的部分，叶片2的前边LE和后边TE之间的中心部分沿翼长1减小的方向形成凹入形状，使得叶片面积减小。

这里，叶片的前边LE和后边TE的中心部分的形状和随r变化的翼长1可根据下述公式变化和确定。

1=95+(158.2*r²+77*r)±2  (r＜0.975)

其中，在r≥0.975时，可以不根据公式得出其变量，因为这样很难形成风扇的顶端，而风扇的寿命会变差。

此时，由于叶片的数量为4，如图2所示的叶片之间的距离由下述公式根据r的变化而确定。

d=π/2[r(R_t-R_h)+R_h)-[95+(158.2*ar²+77*r)]±2，其中r＜0.975

为了比较根据本发明的和传统技术的轴流风扇的性能，进行了实验，得到图7和8所示的曲线图。

图7说明一实验的结果，该实验根据空气流量系数φ得出，该系数是一空气流量的无量纲值。在图7中，线“a”代表采用本发明的轴流风扇得出的实验值，线“b”代表采用传统技术的轴流风扇得出的实验值。

空气流量系数φ这样得出： $\mathrm{\φ}=\frac{4Q}{{\mathrm{\π}}^2(D_1^2-D_n^2)D_{1}N}$

其中，Q代表空气流量，D₁代表风扇直径，D_n代表轮毂的直径，N代表旋转角度。

另外，图8是在相同的空气流量下能量消耗的实验结果。图8中，线“a”代表采用本发明的轴流风扇得出的实验值，线“b”代表采用传统技术的轴流风扇得出的实验值。

图9是在相同的空气流量下噪音的实验结果。图9中，线“a”代表采用本发明的轴流风扇得出的实验值，线“b”代表采用传统技术的轴流风扇得出的实验值。

如图7至9所示，根据本发明的轴流风扇具有良好的空气流效率，这从增强的静压效率s可看出。在本发明中，在相同的空气流量下，本发明比传统技术的能量消耗减小约5W。另外，在相同的空气流量下，噪音减小约ldB(A)。

在上述描述中，解释了风扇直径FD小于380mm的情况。风扇直径FD大于380mm的情况下，在风扇直径FD等于380mm的部分Rt固定为190mm，从而计算“r”并设定设计参数。对于风扇直径FD大于380mm的部分，风扇的设计参数根据外推法确定。

表10表示根据本发明的轴流风扇的风扇叶片半径和根据翼长的变化而变化的最大弧高比。表中的值在设计风扇时用作基准值。

另外，在本发明的另一实施例中，假定轴流风扇1的直径为400mm，将a=0.02，b=0.05，c=0.0364，r_c=0.641代入公式1中，从而确定最大弧高比。

如上所述，在根据本发明的空调器的轴流风扇中，叶片的形状通过改变风扇的设计参数而改变，例如叶片的面积，翼长等，从而可以产生足够热交换工作的空气流量，减小电机的能量消耗和降低噪音，从而实现风扇的高效率。

尽管已对本发明的优选实施例进行了描述，本领域技术人员可以了解在不超出本申请所附的权利要求书的精神的范围内可进行各种修改和替代等。

表10

Claims (9)

1．一种用于空调器的轴流风扇，其包括：

一与电机轴接合的轮毂；以及

多个与轮毂接合的叶片，其特征在于，

假设一坐标r，该坐标这样得到，即根据无量纲方法，将在叶片的半径方向的距离R计算成从半径Rh到叶片顶端BT处的半径Rt之间的距离，从而得到该坐标“r”，r=(R-Rh)/(Rt-Rh)，

最大弧高比Hc(r)是最大弧高Cmax和翼长1之间的比值，在r为0的轮毂BH处其为0.02±0.01，在r=1的叶片顶端BT处其为0.04±0.015，在r=0.6～0.75的部分最大弧高比具有最大值0.05±0.02。

2．如权利要求1所述的风扇，其特征在于，假定轴流风扇的直径为380±2mm，轮毂的直径HD为100±2mm，叶片为4个，在r=0～1的整个区域内计算最大弧高比的公式为：

Hc(r)=αr²+βr+γ

在上述公式中，

如果r＜r_c，则α为(a-b)/r_c ²，β为-2αr_c，γ为a；

在r≥r_c时，α=(c-b)／(1-r_c)²，β=-2αr_c，γ=b-αr_c ²-βr_c，此时取以下数值：a=0.02、b=0.05、c=0.04和r_c=0.7。

3．如权利要求1所述的风扇，其特征在于，叶片的最大弧高Cmax的位置在从前边LE到后边TE的方向上翼长1的0.7±0.02％的位置。

4．如权利要求1所述的风扇，其特征在于，在r＜0.5的区域，叶片的掠角θ为39～41°，在r≥0.5的区域，掠角以抛物线增加，从而在叶片顶端BT形成的掠角θ为46～50°。

5．如权利要求1所述的风扇，其特征在于，最大弧高比形成基于r变量的两个抛物线的组合抛物线。

6．如权利要求2所述的风扇，其特征在于，随r变化的翼长1可根据下述公式确定：

1=95+(158.2*r²+77*r)±2，r＜0.975。

7．如权利要求6所述的风扇，其特征在于，叶片之间的距离d由下述公式确定：

d=π／2[r(R_t-R_h)+R_h]-[95+(158.2*ar²+77*r)]±2，其中r＜0.975。

8．如权利要求1所述的风扇，其特征在于，假定轴流风扇的直径为400±2mm，轮毂的直径HD为100±2mm，叶片数量为4个，在r=0～1的整个区域上计算最大弧高比的公式为：

Hc(r)=αr²+βr+γ

在上述公式中，

如果r＜r_c，则α为(a-b)/r_c ²，β为-2αr_c，γ为a；

在r≥r_c时，α=(c-b)/(1-r_c)²，β=-2αr_c，γ=b-αr_c ²-βr_c，此时取以下数值：a=0.02、b=0.05、c=0.0364和r_c=0.641。

9．如权利要求1所述的风扇，其特征在于，假定轴流风扇的直径为400±2mm，轮毂的直径HD为100±2mm，叶片数量为4个，在r=0～1的整个区域上计算最大弧高比的公式为：

Hc(r)=αr²+βr+γ

在上述公式中，

如果r＜r_c，则α为(a-b)/r_c ²，β为-2αr_c，γ为a；

在r≥r_c时，α=(c-b)/(1-r_c)²，β=-2αr_c，γ=b-αr_c ²-βr_c；此时在风扇直径FD等于380mm的部分取以下数值确定最大弧高比：a=0.02、b=0.05、c=0.04和r_c=0.7；在风扇直径FD大于380mm的部分采用外推法确定最大弧高比。

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