CN1590779A - 轴流风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器的室外机的轴流风机。该轴流风机包括一个与电机的旋转轴相连接的轮轴；及至少一个与轮轴接触的叶片，其中叶片具有从轮轴至叶片外端的整个部分中的从轮轴至叶片的预定部分的一部分，以及从叶片的预定部分至叶片外端的另一部分，该一部分具有相等的预定倾角，该另一部分沿叶片的压力表面方向被抬高，其中轴流风机的内径与外径之比在约0.35至约0.4之间。

Description

轴流风机

技术领域

本发明涉及一种空调器的轴流风机，其中叶片的数量为2个，各叶片具有一部分以及另一部分，该一部分是从轮轴至叶片外端的整个部分中的从轮轴至叶片的具有相同的预定倾角的预定部分；另一部分是从叶片的预定部分至沿叶片压力表面的方向抬高的叶片外端；并且轴流风机的内径与外径的比在约0.35至约0.4之间。

背景技术

一般来说，空调器内安装有制冷循环系统，该系统包括压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器和热交换器。空调器是一种用于根据室内状态适当地输送形成在蒸发器的冷空气或产生于冷凝器的热空气，并从而维持舒适的室内空气的装置。

空调器可分为制冷循环系统安装在一个单体内的窗式空调器、室内机和室外机分离并分别安装在室内和室外的分体式空调器等等。特别是，根据安装方式将分体式空调器再分为壁挂式、固定安装式(包括整体式空调器)、顶棚安装式、顶棚埋置式等等。尤其是，分体式空调器的室内机可具有能选择使用壁挂式和固定安装式的结构，并可根据用户的需要同时采用顶棚安装式，这指的是可转换式室内机。

图1示意地表示出一般的空调器。

参照图1，传统的空调器由一个设置在室外并与室外空气进行热交换的的室外机20、一个设置在室内并调节室内空气的室内机，和将室外机与室内机相互连接的连接管路30组成。

更具体地说，室外机20是一种装置，其用于将通过与室外空气进行热交换而从室内机10输入的低温低压的气态制冷剂、转换成低温低压的液态制冷剂，该装置包括压缩机11、冷凝器12和膨胀阀13。

另外，压缩机11是一种用于将从室内机10输入的低温低压气态制冷剂转变成高温高压的气态制冷剂的部件，冷凝器12是一种用于将高温高压的气态制冷剂转变成中温高压的液态制冷剂的部件，膨胀阀13是一种用于将中温高压的液态制冷剂转变成低温低压的液态制冷剂的部件。

这里，冷凝器12是用于直接与室外空气进行热交换的部件，并具有一台用于引入室外空气的分离式风机。

同时，室内机10通过在将由室外机20引入的低温低压液态制冷剂转变成低温低压气态制冷剂时发生汽化而降低了室内温度。

室内机10包括一个蒸发器21和一台风机21a，其中蒸发器21将低温低压的液态制冷剂转变成低温低压的气态制冷剂。连接管路30是用于连接室内机10和室外机20、以循环制冷剂的部件，并且该连接管路根据室外机20与室内机10之间的距离适当地设置。

如上所述，分体式空调器的室外机20包括压缩机、冷凝器、通常会产生严重噪声的冷却风机(下文称为“轴流风机”)及用于驱动轴流风机旋转的驱动电机。室内机10包括蒸发器21和送风机21a，并对室内空气进行冷却和循环。

图2是表示常规的分体式空调器的透视图。

如图2所示，利用连接管路30使室内机10和室外机20相互连接。

同时，如图3A所示，轴流风机40具有一个连接到驱动电机(图中未示出)的旋转轴上的轮轴42、和多个形成在轮轴42的外圆周表面上的叶片44，其中轮轴42与叶片44形成一整体。

当通过驱动电机旋转轴流风机40时，形成在轮轴42的外圆周表面上的多个叶片的前侧和后侧之间产生压差。

该压差产生能抽吸空气的吸力，这样，通过抽吸可将室外空气抽吸到室外机20。因此，室外空气通过设置在室外机吸入侧的冷凝器12。此时，室外空气与流过冷凝器的气态制冷剂进行热交换，以将气态制冷剂冷凝成液态，然后再通过轴流风机40的通风作用流到室外机20外部。

对于确定轴流风机40的通风特性的特征因素来说，它们被分成两类：一般因素，如叶片44的数量、轴流风机的(外)直径D、轮轴的(外)直径等等，及所谓的叶片因素，如叶片的螺旋角β、弯度(camber)P的峰点、弯度MC的最大量、叶弦的长度、后掠角(sweep angle)α等等，这些将在下面参照图3A和3B进行描述。

如图3B所示，叶片的螺旋角β是位于流体或空气的流动方向(图中的x轴)与直线、即从叶片44的前缘(L.E)至尾缘(T.E)之间延伸的弦的角。

这里，弯度量指的是连接弯度(通过叶片横截面的中心线)和叶弦的长度。弯度量的最大点，即如图3B所示弯度MC的最大量，指的是叶片44的L.E与从L.E延伸到T.E的叶弦C上的弯度峰值点P之间的弯度量。

后掠角α指的是相交的两条线之间形成的角，其中一条是连接叶片44里端的中心或叶片44与轮轴42接触但不与叶片44的曲率一致的部分的中心的直线，另一条是通过叶片44里端的中心和轮轴42的中心(点)的直线(图中的Y轴)。

特别是，后掠角α是确定轴流风机40的气流噪声的因素。当后掠角α较大时，轮轴42与叶片44的末梢之间的气流的相位差变大。相反，当后掠角α较小时，气流的相位差变小。

气流的相位差造成在叶片44外端处产生的噪声与叶片44里端处产生的噪声之间的相位差。这种相位差越大，则通过叶片44的气流频率就越低。因而噪声就变小。

而且，叶片44的数量是确定轴流风机40运行时产生的气流噪声的一个重要因素。

传统的轴流风机40的一个实例公开在韩国专利公开号2003-14960中，该专利的题目是空调器的室外机的轴流风机，由本申请人在先申请并在2003年2月20日公开。对于公开的空调器的室外机的轴流风机来说，它包括一个与电机的旋转轴相连的轮轴42、和多个整体地形成在轮轴的外圆周表面上叶片44，其中叶片44的数量为三个，风机的总体外径设定为340±2mm，轮轴42的直径设定为100±2mm。

另外，各叶片44的结构是这样的：螺旋角β线性地从轮轴42变化到它的端部，变化范围在20度和37度之间。

各叶片44也可具有这样的结构：即弯度P的峰值点形成在对应于从其L.E至T.E的方向上的弦长的70％的点，并且弯度MC的最大量设定在从轮轴42至叶片44的端部的各半径范围内的0.5％。

另外，当无量纲半径座标小于0.3时，各叶片44的后掠角α具有47度至49度的范围，并且在无量纲半径座标大于0.3时，后掠角线性增大，从而叶片端部在55度至57度的范围。

为了参照起见，无量纲半径座标是用来考虑轴流风机的性能的因素，该因素只由叶片44而不由轮轴42确定，并且在叶片和轮轴相互接触时的位置设定为0，各叶片44的端部设定为1。

无量纲半径座标由下列公式得到：r＝(R-Rh)/(Rt-Rh)，这里，R是从轴流风机的中心(即轮轴的中心)至某一位置的长度，Rh是轮轴42的半径，Rt是从轴流风机的中心(即轮轴的中心)至各叶片44的端部的长度，即轴流风机的半径。

如图4和5所示，按照在上述空调器的室外机中的具有三个叶片44的轴流风机40，与另一种具有四个叶片的传统轴流风机相比，压力系数和等压效率增大了。结果，用于有三个叶片的轴流风机的电机也在运行时提高了工作效率，并且能以比具有四个叶片的另一种传统轴流风机的尺寸更小的情况下被驱动。此外，有三个叶片的轴流风机的电机其运行所需的电能耗费减小约22％。

然而，当轴流风机40被驱动时，在前叶片44的L.E和T.E处产生滑流或尾流部分，并且由于在负压表面上的分离而产生紊流部分。这两个部分对尾叶片44产生影响，从而降低了轴流风机40的性能，并同时产生紊流造成的噪声。

发明内容

因此，本发明的一个目的是在最佳设计范围内设计一种轴流风机，其能抑制从各叶片表面产生的紊流强度的增大、各叶片表面边界层厚度的增加和在轮轴的区域内气流的扰动。

本发明的另一种目的是提供一种与传统的轴流风机相比，在相同的空气容量的情况下，能明显降低在预定频率范围(在約300Hz和约1000Hz之间)内的噪声。

为了实现上述目的，本发明提供一种轴流风机，它包括一个与电机的旋转轴相连的轮轴；及至少一个与轮轴接触的叶片，其中叶片具有一部分以及另一部分，该一部分是从轮轴至叶片外端的整个部分中的从轮轴至叶片的预定部分，另一部分是从叶片的预定部分至叶片外端，该一部分具有相等的预定倾角。该另一部分在沿叶片压力表面的方向被抬高。

另外，轴流风机的内径与外径之比在约0.35至约0.4之间。

因此，按照本发明，轴流风机可将噪声减至尽可能的低，并且与传统的轴流风机相比，提高了压力系数和等压效率。

附图说明

从下面参照附图进行的详细描述中，可更清楚地看出本发明的上述目的、特征和优点，其中：

图1示意地表示出一般的空调器；

图2是表示常规的分体式空调器的透视图；

图3A和3B分别是传统的轴流风机的前视图和侧视图；

图4是表示一种传统的轴流风机与另一种传统的轴流风机在压力系数和流量系数之间的关系的比较曲线图；

图5是表示一种传统的轴流风机与另一种传统的轴流风机在等压效率和流量系数之间的关系的比较曲线图；

图6A和6B分别是本发明轴流风机的前视图和侧视图；

图7A和7B表示现有技术和本发明的轴流风机的叶片在轮轴的外圆周表面上以某一倾角倾斜的状态；

图8是表示现有技术和本发明的轴流风机根据充实度(solidity)的变化而改变的噪声状态的曲线图；

图9是表示现有技术和本发明的轴流风机根据弯度量的变化而改变的噪声状态的曲线图；

图10是表示现有技术和本发明的轴流风机在(等)压力系数、等压效率和流量系数之间的关系的曲线图；

图11是表示本发明的轴流风机与现有技术的轴流风机根据频率的变化而改变的噪声状态的比较曲线图。

具体实施方式

现将参照附图描述本发明的一个典型实施例。

图6A和6B分别是本发明轴流风机的前视图和侧视图。图7A和7B表示现有技术和本发明的轴流风机的叶片在轮轴的外圆周表面上以某一倾角倾斜的状态。

本发明的空调器的室外机的轴流风机140包括一个与电机的旋转轴141相连的轮轴142，和多个整体地形成在轮轴142的外圆周表面上的叶片144。

轴流风机140的结构是这样的：叶片的数量为两个，内径与外径之比(即轮轴的外径与风机的外径之比)在约0.35至约0.4之间，充实度，即风机140的整个面积与叶片的面积之比在0.85±0.05的范围，轮轴142的弯度量在5.0％±1.0％的范围。

下面将对本发明空调器的室外机的轴流风机进行详细描述。

当轴流风机140被驱动时，在前叶片144的前缘(L.E)和尾缘(T.E)处产生滑流或尾流部分，并且由于在负压表面上的分离而产生紊流部分。这两个部分对尾叶片144产生影响，从而降低了轴流风机140的性能，并同时产生紊流造成的噪声。因此，本发明的目的在于避免轴流风机140的缺陷。

另外，本发明降低了由各叶片144表面产生的紊流的强度、各叶片144表面上的边界层厚度的增加及在轮轴142区域内的气流的扰动。

为了实现该目的，轴流风机140这样形成：叶片144的数量为两个，内径与外径之比(即轮轴的外径与轴流风机的外径之比)在约0.35至约0.4之间，充实度，即风机140的整个面积与叶片的面积之比在0.85±0.05的范围，轮轴142的弯度量在5.0％±1.0％的范围。对此，本发明的详细结构如下：

如图6A所示，本发明的空调器的室外机的轴流风机140包括，与电机的旋转轴相连的轮轴142、和多个整体地形成在轮轴142的外圆周表面上的叶片144。

这里，叶片144的数量设定为两个。轴流风机140的内外直径比，即轮轴142的外径与轴流风机140的外径之比设定在约0.35至约0.40之间的范围。

另外，风机140的整个面积与叶片的面积之比，即充实度，在0.85±0.05的范围，轮轴142的弯度量在5.0％±1.0％的范围。该充实度可用下列公式表示

充实度＝(叶弦×Z)/2πr

这里，2πr：半径为r时的周长，叶弦：连接叶片的L.E与叶片的T.E的直线，Z：叶片的数量。

因此，在本发明中提出的充实度的值可为从轮轴至末梢的平均值，例如一个整数值。

如图7A和7B所示，对于轴流风机140来说，形成在轮轴142的外圆周表面上的各叶片144的倾斜基线，从形成的水平线向传统的轮轴42的外圆周表面倾斜，倾角在约20度至约23度之间。这里的倾角指的是确定倾斜的程度如何及在轮轴的外圆周表面上如何形成叶片144的角度。

至于叶片144通过该倾角形成在轮轴142外圆周表面上的状态，如图7A和7B所示，在从轮轴142的外圆周表面至各叶片144的外端(即末梢)的整个长度之中，从轮轴142的外圆周表面至各叶片144的预定部分的一部分以一定的倾角倾斜，从各叶片144的预定部分至各叶片144的末梢的另一部分设有朝压力表面突起的凸部146。各叶片144的末梢具有从轮轴142的外圆周表面至各叶片144的预定部分的倾角相同的角。以这种方式，使轴流风机140的外形构成一个整体。

换句话说，当从轮轴的外圆周表面至各叶片的末梢的部分分成两个段时，第一段以相同的角度进行旋转位移，而第二段形成非线性角，该角度朝压力表面方向抬高。末梢(即除了该两个段外的一个段)适于采用与第一段相同的值。

在这方面，轴流风机的外径D为460±2mm，轮轴142的外径为170±2mm。

这里，各叶片144的螺旋角、弯度的峰点及后掠角与图3A和3B中所示的传统叶片44的螺旋角β、弯度P的峰点、弯度MC的最大量及后掠角α相同。下面将详细描述各叶片144的螺旋角、弯度的峰点及后掠角。

各叶片144的螺旋角β具有这样的形状，从轮轴142至叶片144的端部线性变化，变化范围在37度至20之间。

各叶片144具有这样的结构：弯度P的峰点形成在对应于从叶片前端至叶片后端的方向上的叶弦长度的70％的位置处，弯度MC的最大量恒定地保持在从轮轴142至叶片的端部每个半径内的0.5％的值上。

此外，当无量纲半径座标(dimensionless radius coordinate)小于0.3时，各叶片144的后掠角α在约47度至约49度之间的范围，并且在无量纲半径座标超过0.3时，后掠角α线性增大从而使叶片端部在约55度至约57度的范围。

下面将描述由具有上述结构的轴流风机产生的噪声的变化。

图8是表示现有技术和本发明的轴流风机根据充实度的变化而改变的噪声状态的曲线图。图9是表示现有技术和本发明的轴流风机根据弯度量的变化而改变的噪声状态的曲线图。图10是表示现有技术和本发明的轴流风机在(等)压力系数、等压效率和流量系数之间的关系的曲线图。图11是表示本发明的轴流风机与现有技术的轴流风机根据频率的变化而改变的噪声状态的比较曲线图。

从上述描述和附图中可以看出，应用于本发明的充实度在0.85±0.05的范围，轮轴的弯度量在5.0％±1.0％的范围。

相反，应用于现有技术(Z＝3)的充实度与本发明的充实度相比数值较大，并且轮轴的弯度量的数值较小。

下面将参照图10和11进行描述。

在图10的曲线中，上线显示轴流风机140的(等)压系数和流量系数与传统的轴流风机40的(等)压系数和流量系数的关系的比较，而下线显示轴流风机140的等压效率和流量系数与传统的轴流风机40的等压效率和流量系数的关系的比较。

对于本发明的轴流风机140，噪声的变化根据其作为风机140的整个面积对叶片的面积的比的充实度的变化进行测量，现已发现，测量的结果如图8所示，当风机140的整个面积与叶片的面积之比，即充实度约为0.87时，噪声最低。另外，噪声的变化是根据轴流风机140的各叶片的弯度量的变化来测量的。现已发现，测量的结果如图9所示，当叶片144的弯度量约为0.5％时，噪声最低。

根据本发明的轴流风机140，从图10中可以看出，压力系数和等压效率高于传统的轴流风机40，根据上述的轴流风机140的压力系数和等压效率的增强，在工作部位的工作效率提高了。

另外，图11是表示本发明的轴流风机与现有技术的轴流风机根据频率的变化而改变的噪声状态的比较曲线图。如图11所示，可以看出，当轴流风机140的空气容积等于传统的轴流风机40的空气容积时，它的噪声在约300Hz至约1000Hz之间的范围内大大降低。

如上所述，本发明涉及一种轴流风机，其结构如下：叶片的数量为两个，在从轮轴至叶片的外端中的整个部分中，从轮轴至叶片的预定部分的一部分的预定倾角保持恒定，在从叶片的预定部分至叶片的外端的另一部分，在压力表面方向上该预定倾角增大，并且内径与外径之比在约0.35至约0.4之间。

因此，本发明的轴流风机设计在最佳设计范围内(轴流风机的整个面积与叶片的面积之比即充实度约为0.87，轮轴的弯度量约为5.0％)，例如，能抑制各叶片表面产生的紊流强度的增大、在各叶片表面上的边界层厚度的增大及在轮轴的区域内气流的扰动。因此，本发明的轴流风机可将噪声降至尽可能的低，并与传统轴流风机相比，提高了压力系数和等压效率。

另外，在与传统的轴流风机相同的空气容量的情况下，本发明的轴流风机可明显降低在预定频率范围(如在约300Hz至约1000Hz之间)内的噪声

尽管参照某些优选实施例示出并描述了本发明，但本领域的专业技术人员可理解到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种变换。

例如，本发明的轴流风机可应用于冷凝和蒸发制冷剂的电冰箱或其它设备。

因此，上面的描述只是举例说明，权利要求的限定并非是对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种轴流风机，包括：

一与电机的旋转轴相连接的轮轴；及

至少一个与轮轴接触的叶片，

其中叶片具有在从轮轴至叶片外端的整个部分中的从轮轴至叶片的预定部分的一部分，及从叶片的预定部分至叶片外端的另一部分，该一部分具有相等的预定倾角，该另一部分沿叶片的压力表面的方向被抬高。

2.按照权利要求1所述的轴流风机，其中形成在从轮轴至叶片的预定部分的部分内的叶片倾斜基线，其倾斜的倾斜角约为23度。

3.按照权利要求1所述的轴流风机，其中形成在轮轴外圆周表面上的叶片的倾斜基线，其倾斜的倾斜角为约20至约23度之间。

4.按照权利要求1所述的轴流风机，其中倾斜角起始于叶片的外端。

5.一种轴流风机，包括：

一与电机的旋转轴相连接的轮轴；及

至少一个与轮轴接触的叶片，

其中轴流风机的内径与外径之比在约0.35至约0.4之间。

6.按照权利要求5所述的轴流风机，其中内径与外径之比为用轴流风机的外径除以轮轴的直径所得到的值。

7.按照权利要求5所述的轴流风机，其中叶片的数量为2个。

8.按照权利要求5所述的轴流风机，其中充实度的范围为0.85±0.05。

9.按照权利要求5所述的轴流风机，其中轮轴的弯度量为5.0％±1.0％。

10.按照权利要求5所述的轴流风机，其中轴流风机的外径在460±2mm的范围。

11.按照权利要求5所述的轴流风机，其中轮轴的直径在170±2mm的范围。

12.按照权利要求5所述的轴流风机，其中在约300Hz至约1000Hz之间噪声明显降低。

13.一种轴流风机，包括：

一与电机的旋转轴相连接的轮轴；及

至少2个设置在轮轴周围的叶片，

其中叶片具有倾角均匀的第一段和倾角不均匀的第二段。

14.按照权利要求13所述的轴流风机，其中叶片的第一段是从叶片的里端至叶片的预定部分，叶片的第二段是从叶片的预定部分至叶片的外端。

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