CN203627304U - 高效率低噪声风叶 - Google Patents
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Abstract
一种高效率低噪声风叶，包括轮毂、叶片和导流环，其中的叶片为不规则波浪式叶片，叶片上下表面由波浪式凹凸多圆弧曲面组合而成，其重心积迭线沿径向由多条圆弧波浪式起伏连接而成；不规则叶片数为七片，七片叶片采用非对称分布，以叶片根部中点与风扇中心点的连线作为每个叶片的位置线，相邻两条位置线之间的夹角记为分布角度，分布角度依次为：47.4°、51.5°、43.6°、66.3°、43.9°、43.6°和63.7°。本实用新型的高效率低噪声风叶不仅风量大，效率高，而且音品质良好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风扇，尤其涉及一种高效率低噪声风叶。
背景技术
随着汽车发动机散热要求的提高，不仅要求冷却风扇提供足够大的风量和高的效率，而且还要求风扇的声品质佳。可见，声品质研究已经成为汽车噪音控制新的发展方向。国内外汽车声品质的两个常用主观评价参数为响度和声音尖锐度，其中响度量已被国际标准采纳为主要评价量。声品质改善的目标将是既满足一般意义上的声学舒适要求，又能体现冷却风扇的档次和特色。现有冷却风扇所用风叶多数为规则圆弧叶片，如专利201220270921.6中所描述，所设计的叶片虽然改善了风扇的性能，但不能大幅度提高风扇的性能，不能满足冷却风扇的更高要求。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是为了提供一种高效率低噪声风叶，在满足现有产品流量性能的情况下，能降低风扇重量，提高风扇风量，降低总成噪音，改善声音质量。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种高效率低噪声风叶，包括轮毂、叶片和导流环，通过设置在轮毂上的安装孔和联轴结构与电机装配成一体，再与护风罩装配成冷却风扇总成；其特点是：所述的叶片为不规则波浪式叶片，叶片上下表面由波浪式凹凸多圆弧曲面组合而成，其重心积迭线沿径向由多条圆弧波浪式起伏连接而成；不规则叶片数为七片，七片叶片采用非对称分布，以叶片根部中点与风扇中心点的连线作为每个叶片的位置线，相邻两条位置线之间的夹角记为分布角度，分布角度依次为：47.4°、51.5°、43.6°、66.3°、43.9°、43.6°和63.7°；所述重心积迭线是叶片沿径向各截面重心的连线。
所述的风叶采用前弯叶型，沿叶片径向等距取11个截面，以圆心与叶根前缘点的连线为基准线，以截面的前缘点与圆心的连线和基准线的夹角记为该截面的前弯角，从根部至顶部叶片的前弯角度依次为0°、-2.87°、-5°、-8.76°、-7.1°、-5.76°、-3.34°、0.3°、3.64°、6.6°和9.94°。
所述的风叶采用变环量流型，沿叶片径向等距取11个截面，以叶栅弦长线与轴垂直平面的夹角记为安装角，从叶片根部至顶部，各截面叶栅安装角依次为31.73°、22.32°、16.09°、12.72°、11.03°、10.51°、11.36°、11.50°、11.85°、13.09°和13.72°；以任一叶栅前缘点与尾缘点的连线记为叶栅弦长，从叶片根部至顶部，各截面叶栅弦长依次为70.14mm、73.14mm、73.75mm、79.91mm、87.50mm、90.79mm、90.58mm、88.76mm、85.79mm、81.38mm和76.16mm。
本实用新型的高效率低噪声风叶由于采用了以上技术方案，具有以下的优点和和特点：
1、风叶七个叶片采用不等距角度分布，不仅可降低噪音的总声压值，而且可改善风扇的声品质，更适合人耳的舒适度和愉悦度。
2、采用前弯型叶片结构，通过适当的前弯角度，优化了流场，起到了降低噪音的效果；中间部分叶高采用数值较大的后向弯角，叶片流道变长，改善了涡流噪声即叶轮高速旋转时因气体边界层分离而产生的涡流所引起的噪声。
3、为获得稳定的流场，且在特定工况(静压，流量)下能够在较高的静压效率下运行，风叶采用变环量流型。使全压沿半径增加并充分利用叶顶做功，且减小叶根负荷，有效的将机械能转化为风能，优化了流场，提高了效率并降低噪音。
4、叶片上下表面波浪式凹凸曲面设计，外观独特，增加了上表面的吸力，同时下表面的压力增强，扩大了叶片正负压力面的压差，这使升力得以提高，叶片做功能力增加。
5、叶片顶部采用了导流环的结构，提高了叶片强度，克服了在高速旋转时，叶片在离心力作用下径向拉直引起的前弯角度和叶片翼型安装角的较大变化，保证了风叶的运行性能不会有大的变化。同时，由于导流环的支撑加强作用，克服了高速旋转时叶片的不规则抖动，避免了由于叶片抖动而引起的异常噪声，从而优化了声音的舒适程度。
附图说明
图1是本实用新型高效率低噪声风叶的基本结构示意图；
图2是本实用新型中的叶片的11个截面的安装角度和截面弦长示意图；
图3是常用叶片与本实用新型叶片的重心积迭线对照图。
具体实施形式
配合参见图1、图2，本实用新型高效率低噪声风叶，由导流环1、轮毂2和不规则波浪式叶片3三大重要部分组成，通过安装孔4和联轴结构5与电机装配成一体，再与护风罩装配成冷却风扇总成，风扇总成与水箱冷凝器等组件装配在一起构成汽车的冷却模块。其中，不规则叶片数为七；轮毂连接叶片根部且可以带动风叶绕轴作旋转运动；导流环连接叶片顶部，既可以减小叶顶间隙又可以起到导流的作用。
风叶的设计关键在于叶片设计，本叶片采用孤立翼型设计方法，沿叶片径向等距取11个半径截面(如图1中截面线所示)，叶片主要特征参数如下：
1、风叶采用非对称分布：
以叶片根部中点与风扇中心点的连线作为每个叶片的位置线，两条位置线之间的夹角记为分布角度，分布角度依次为：47.4°，51.5°，43.6°，66.3°，43.9°，43.6°，63.7°(如图1中的A1所示)。为改善振动和噪音质量，经过多次试验验证，该结构叶片采用非对称分布，三个叶片对四个叶片的分布方式较佳，且最小间距与最大间距相邻，偏差角度分别为22.7°和20.1°。
2、叶片采用前弯型：
以圆心与叶根前缘点的连线为基准线，任一截面线的前缘点与圆心的连线和基准线的夹角被记为该截面线的前弯角(如图1中的A2所示)。从根部至顶部叶片各截面线的前弯角度依次为0°，-2.87°，-5°，-8.76°，-7.1°，-5.76°，-3.34°，0.3°，3.64°，6.6°，9.94°。在20％至50％叶高位置之间，采用数值较大的后向弯角(-5°、-8.76°、-7.1°、-5.76°)，使叶片流道变长，气体流动均匀，不易产生涡流，提高了流场稳定性，故涡流噪声较小。
3、叶片安装角：
安装角是影响风扇性能的关键因素，叶栅弦长线与轴垂直平面的夹角记为安装角。从叶片根部至顶部，各截面叶栅安装角依次为31.73°，22.32°，16.09°，12.72°，11.03°，10.51°，11.36°，11.50°，11.85°，13.09°，13.72°(如图2所示)。从叶根至30％叶高位置，安装角(31.73°、22.32°、16.09°、12.72°)变化率颇大，而30％叶高至叶顶相对平坦，且安装角较小。
4、叶栅弦长：
任一叶栅前缘点与尾缘点的连线记为叶栅弦长，从叶片根部至顶部，各截面叶栅弦长依次为70.14，73.14，73.75，79.91，87.50，90.79，90.58，88.76，85.79，81.38，76.16(单位：mm)，(如图2所示)。从叶根至叶顶，弦长呈现窄、宽、窄趋势，尤其是中间部位弦长极宽，偏差约20mm。
5、叶片上下表面波浪式：
重心积迭线是叶片沿径向各截面重心的连线。常用叶片上下表面为光滑圆弧组成的曲面，其重心积迭线沿径向光滑圆弧线积迭而成的(如图3中的a所示)；该叶片上下表面由波浪式凹凸多圆弧曲面组合而成，其重心积迭线沿径向由多条圆弧波浪式起伏连接而成(如图3中的b所示)。
本实用新型中的叶片的主要数据如表1所示。
表1
本实用新型的风叶在高静压(200～300pa)条件下，具有高流量、高效率、低能耗特征。
对本实用新型的风叶进行了小批量样品试制，并在风洞试验台上进行了相关性能试验。结果表明：在250Pa静压下，该风叶流量可以达到2700m3／h，电能转换为风能(包含电机电能转换为机械能损失)总效率达38％。与同类风叶相比，流量高出约250m3／h，能量转换效率高约3％!这意味着在需要相同散热量条件下，采用新型式的风叶可以减少汽车电能消耗13.5W(在设计功耗450W的条件下)!
本实用新型的风叶实现了高流量、低噪声水平设计目标。
在半消声室对风叶进行相关实验。本实用新型的风叶在额定转速2700rpm条件下，风扇总成总声压级为75dB(A)，低于同类风扇3dB(A)(声压级每提高3dB(A)总噪声能量水平提高一倍)。
本实用新型的风叶噪声声品质表现较好。
响度指标(单位：sone)。噪声响度是反映人耳对声音强弱感觉的心理声学参数。它与人的感觉成线性关系，相比传统的A计权声压级，响度能更准确地反映人体感受到的声音信号的响亮程度。根据半消声室测试所得的噪声时域信号数据，采用了ISO532B自由场算法计算了它的响度水平。结果表明：本实用新型的风叶的响度明显低于同类风叶，人体主观感受亦较优。
声音尖锐度指标(单位：acum)。尖锐度反映了声音信号的刺耳程度，是描述频谱中高频成分所占权重的声学参数。由于人耳对高频声音比较敏感，噪声尖锐度值越高，给人的感觉就会越刺耳。从测试结果看，本实用新型的风叶运转噪声的尖锐度水平明显低于同类风叶。
本实用新型的风叶为整体注塑制品，叶片在叶顶处与导流环连接，在叶根处与轮毂连接，轮毂上有联轴结构和三个安装孔。电机通过联轴结构和三个安装孔与风叶连接，带动风叶旋转输送空气。
Claims (3)
1.一种高效率低噪声风叶，包括轮毂、叶片和导流环，通过设置在轮毂上的安装孔和联轴结构与电机装配成一体，再与护风罩装配成冷却风扇总成；其特征在于：所述的叶片为不规则波浪式叶片，叶片上下表面由波浪式凹凸多圆弧曲面组合而成，其重心积迭线沿径向由多条圆弧波浪式起伏连接而成；不规则叶片数为七片，七片叶片采用非对称分布，以叶片根部中点与风扇中心点的连线作为每个叶片的位置线，相邻两条位置线之间的夹角记为分布角度，分布角度依次为：47.4°、51.5°、43.6°、66.3°、43.9°、43.6°和63.7°；所述重心积迭线是叶片沿径向各截面重心的连线。
2.如权利要求1所述的高效率低噪声风叶，其特征在于：所述的风叶采用前弯叶型，沿叶片径向等距取11个截面，以圆心与叶根前缘点的连线为基准线，以截面的前缘点与圆心的连线和基准线的夹角记为该截面的前弯角，从根部至顶部叶片的前弯角度依次为0°、-2.87°、-5°、-8.76°、-7.1°、-5.76°、-3.34°、0.3°、3.64°、6.6°和9.94°。
3.如权利要求1所述的高效率低噪声风叶，其特征在于：所述的风叶采用变环量流型，沿叶片径向等距取11个截面，以叶栅弦长线与轴垂直平面的夹角记为安装角，从叶片根部至顶部，各截面叶栅安装角依次为31.73°、22.32°、16.09°、12.72°、11.03°、10.51°、11.36°、11.50°、11.85°、13.09°和13.72°；以任一叶栅前缘点与尾缘点的连线记为叶栅弦长，从叶片根部至顶部，各截面叶栅弦长依次为70.14mm、73.14mm、73.75mm、79.91mm、87.50mm、90.79mm、90.58mm、88.76mm、85.79mm、81.38mm和76.16mm。
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