CN214945246U - 轴流风叶及具有其的风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴流风叶及具有其的风机，轴流风叶包括轮毂和叶片，叶片沿转动方向具有相对设置的前缘和后缘，设有参考变量圆柱体S，圆柱体S与轮毂同心设置；圆柱体S与叶片相交所截的横截面的中点为a，叶片的叶根的中点与轮毂的中心的连线为L2，a点和轮毂的中心的连线为L3，L2与L3之间的夹角为叶片净弯曲角A1；其中，叶片的最大半径为R，圆柱体S的半径为r，r/R的比值在0.4至0.95之间，当r/R的比值逐步变大时，A1的角度值也逐渐增大，且A1的角度值在5°至43°之间。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的叶片送风效率低的问题。

Description

轴流风叶及具有其的风机

技术领域

本实用新型涉及轴流风叶技术领域，具体而言，涉及一种轴流风叶及具有其的风机。

背景技术

目前，现有的轴流风叶在工作过程中，其边界层内主流速度低，风叶的离心力要大于径向压力梯度，这样就造成了边界层内的低能流体径向向外迁移并在叶顶附近堆积，从而增大了叶顶损失和叶顶失速，影响送风效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种轴流风叶及具有其的风机，以解决现有技术中的叶片送风效率低的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种轴流风叶，轴流风叶包括轮毂和叶片，叶片沿转动方向具有相对设置的前缘和后缘，设有参考变量圆柱体S，圆柱体S与轮毂同心设置；圆柱体S与叶片相交所截的横截面的中点为a，叶片的叶根的中点与轮毂的中心的连线为L2，a 点和轮毂的中心的连线为L3，L2与L3之间的夹角为叶片净弯曲角A1；其中，叶片的最大半径为R，圆柱体S的半径为r，r/R的比值在0.4至0.95之间，当r/R的比值逐步变大时，A1 的角度值也逐渐增大，且A1的角度值在5°至43°之间。

进一步地，圆柱体S与叶片的前缘的相交点为C，C与轮毂的中心连线为L4，叶片的前缘在C点的切线为L5，L5与L4的夹角为前缘导边弯曲角A2，其中，当r/R的比值逐步变大时，A2的角度值也逐渐增大，且A2的角度值在29°至59°之间。

进一步地，圆柱体S与叶片的后缘的相交点为D，D与轮毂的中心连线为L6，叶片的后缘在D点的切线为L7，L7与L6的夹角为后缘导边弯曲角A3，其中，当r/R的比值逐步变大时，A3的角度值也逐渐增大，且A3的角度值在31°至42°之间。

进一步地，圆柱体S与叶片相交所得的截面的弦长与叶片的旋转平面的夹角为叶片安装角为Q，其中，当r/R的比值逐步变大时，Q的角度值逐渐减小，且Q的角度值在32.5°至28°之间。

进一步地，圆柱体S与叶片相交所得的截面的弦长为b，其中，当r/R的比值逐步变大时， b/R的比值也逐渐增大，且b/R的比值在0.5至1.5之间。

进一步地，叶片的前缘与叶片的叶顶之间设置有夹角α，α的角度值在40°至50°。

进一步地，叶片的最大直径为d1，轮毂的直径为d2，其中，d2/d1的比值在0.25至0.35 之间。

进一步地，轴流风叶包括多个叶片，多个叶片的数量为奇数。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种风机，风机包括上述提供的轴流风叶。

应用本实用新型的技术方案，在对叶片进行设计时，设有参考变量圆柱体S，将圆柱体S 与轮毂同心设置，其中，圆柱体S与叶片相交所截的横截面的中点为a，叶片的叶根的中点与轮毂的中心的连线为L2，a点和轮毂的中心的连线为L3，L2与L3之间的夹角为叶片净弯曲角A1，当r/R的比值在0.4至0.95之间取值时，对应的，将A1的角度值在5°至43°之间取值，如此设置，能够对叶片的叶顶的弯掠程度进行限定，通过该限定可以减小叶片边界层内流体的离心力，这样能够有效地抑制叶片的叶顶失速，从而降低叶片的叶顶处能量的损失，提升叶片送风效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例提供的轴流风叶的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例提供的轴流风叶中叶片与圆柱体S相交所得截面；

图3示出了图1中叶片的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型实施例提供的轴流风叶的又一结构示意图；

图5示出了根据本实用新型实施例提供的轴流风叶的左视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、轮毂；20、叶片；21、前缘；22、后缘；23、叶顶；24、叶根；25、吸力面；26、压力面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图5所示，本申请提供了一种轴流风叶，该轴流风叶包括轮毂10和叶片20，叶片20沿转动方向具有相对设置的前缘21和后缘22，在对轴流风叶进行尺寸设计时，需要引入参考变量圆柱体S，其中，该圆柱体S与轮毂10同心设置，轮毂10的中心为O，利用该圆柱体S与叶片20相交以获取对应参数值。具体的，圆柱体S与叶片20相交所截的横截面的中点为a，叶片的叶顶23的中点与a的连线为L1，叶片的叶根24的中点与轮毂10的中心的连线为L2，a点与轮毂10的中心的连线，即为L1与圆柱体S的交点和轮毂10的中心的连线，该连线为L3，L2与L3之间的夹角为叶片净弯曲角A1，其中，叶片20的最大半径为R，圆柱体S的半径为r，在r/R的比值在0.4至0.95之间时，对应的，将A1的角度值设置在5°至 43°之间。

通过本申请提供的轴流风叶，在对叶片20进行设计时，设有参考变量圆柱体S，将圆柱体S与轮毂10同心设置，其中，圆柱体S与叶片20相交所截的横截面的中点为a，叶片的叶根24的中点与轮毂10的中心的连线为L2，a点和轮毂10的中心的连线为L3，L2与L3之间的夹角为叶片净弯曲角A1，当r/R的比值在0.4至0.95之间取值时，对应的，将A1的角度值在5°至43°之间取值，如此设置，能够对叶片的叶顶23的弯掠程度进行限定，通过该限定可以减小叶片边界层内流体的离心力，这样能够有效地抑制叶片的叶顶失速，从而降低叶片的叶顶处能量的损失，提升叶片送风效率。

具体的，在本实施例中，当r/R的值为0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、 0.85、0.9和0.95时，叶片净弯角A1的对应值为5°、9°、13°、15°、18°、22°、25°、 28°、32°、35°、39°和43°。

进一步的，将圆柱体S与叶片的前缘21的相交点设置为C，C与轮毂10的中心O连线为L4，叶片的前缘21在C点的切线为L5，L5与L4的夹角为前缘导边弯曲角A2，其中，将 A2的角度值设置在29°至59°之间。通过对A2角度的限定，能够对叶片前缘的弯掠程度进行限定，通过上述设计能够使前缘弯掠角度增大，将前缘的弯掠程度从叶根24至叶顶23的方向逐渐加大。通过上述设置能够消除叶轮前缘21存在的回流问题，将端壁区域的低能流体吸收到叶片中高能主流中，减弱了端部低能流体的聚集，从而减弱了流动损失和流动阻塞。并且，通过上述设计可减弱机壳和轮毂端壁对流道内气体流动产生的影响，抑制了低能流体的堆积，加速了叶片20尾迹的衰减速度，其叶片的吸力面25附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征可明显改善叶片20内部的内流状态，从而抑制叶片20表面涡流的脱落，降低叶片20宽频噪声，改善音质。并且，通过实验模拟可知，将叶片前缘21弯掠程度增大可使叶片前缘21位置处的吸力面25与压力面26的静压值明显增加，改善了叶片表面压力梯度的分布，从而增大了叶片表面有效做功面积，使叶片性能得到提升。

在本实施例中，当r/R的值为0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9和0.95时，其前缘导边弯曲角A2的对应值为29°、29°、30°、32°、35°、38°、42°、 46°、50°、53°、56°和59°。

具体的，将圆柱体S与叶片的后缘22的相交点设置为D，D与轮毂10的中心连线为L6，将叶片的后缘22在D点的切线设置为L7，L7与L6的夹角为后缘导边弯曲角A3，将A3的角度值在设置在31°至42°之间。通过上述设计能够对叶片的后缘22的弯掠程度进行限定，使叶片后缘22的弯掠角从叶根24至叶顶23逐渐加大。当叶片表面紊流边界经过叶片后缘时，会产生局部的脉动力，并且，叶片尾缘的卡门涡街也产生具有更窄频率特性的局部脉动力，由于这些脉动力的存在，在叶片上就产生了涡流脱落，从而产生了叶片噪声。通过本申请对后缘导边弯曲角A3进行改进和限制，可有效地抑制叶片后缘22处涡流脱离，从而降低叶片噪声。

在本实施例中，当r/R的值为0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9和0.95时，其后缘导边弯曲角A3的对应值为31°、31°、31°、32°、33°、35°、36°、 37°、39°、40°、41°和42°。

如图2所示，圆柱体S与叶片20相交所得的截面的弦长与叶片20的旋转平面的夹角为叶片安装角为Q，其中，将Q的角度值设置在32.5°至28°之间。通过上述设计能够对叶片20在不同截面位置的叶片安装角度Q做出限定，使安装角度的大小从叶根24至叶顶23处逐渐降低。

如果叶片安装角角度过大，会使空气流体流过叶轮时的空间减小，增大入口阻力，阻碍流体的流动，并且大的安装角度会使叶片上的负荷增加，从而影响叶片表面的压力分布，增大压力脉动，引起叶片的负荷噪声加大。如果叶片安装角角度过小，叶片升力会下降，则叶片对空气流体轴向的做功能力会减弱，气流能量损失增大，使风机效率降低。通过本申请的设计，可以使叶片安装角度设置合理，使叶轮进口处的空气流体顺利进入叶轮区域，提升整机效率。

在本实施例中，当r/R的值为0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9和0.95时，其叶片安装角为Q的相应值为32.45°，32.42°，32.33°，32.25°，32.08°，31.94°，31.68°，31.25°，30.59°，29.92°，29.84°和28.17°。在本实施例中，将叶根 24处的叶片安装角设置较大，可以有效保证叶片强度，避免叶片负载过大；将叶顶23处的叶片安装角逐渐减小，能够有效地降低叶片的整体负载，从而降低电机的压力。

其中，将圆柱体S与叶片20相交所得的截面的弦长设置为b，即为截面两端点的连线。当r/R的比值逐步变大时，b/R的比值也逐渐增大，并且将b/R的比值设置在0.5至1.5之间。由于风机产生噪声的主要根源是作用在叶片上的气流脉动力，气流脉动力会造成叶表涡流及涡流的脱离，从而产生噪声。通过上述设计能够对叶片在不同截面的弦长作出限定，使叶片的弦长尺寸从叶根24至叶顶23处逐渐加大，如此设计可有效抑制和降低叶表涡流的形成和脱离，从而达到降噪目的。并且，该技术方案中能够降低叶根24与叶顶23的压力梯度，达到减小叶片低功耗区域的目的。

在本实施例中，当r/R的值为0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9和0.95时，其b/R相应值为0.548、0.685、0.755、0.867、0.899、0.972、1.054、1.142、1.204、 1.288、1.386和1.472。

具体的，叶片的前缘21与叶片的叶顶23之间设置有夹角α，将α的角度值设置在40°至50°。通过上述设计可以有效减小叶尖涡流及前缘分离涡流的产生，从而达到降低气动噪声的目的。具体的，以叶片的前缘21在前缘与叶顶的交点处的切线为L8，叶片的叶顶23在前缘与叶顶的交点处的切线为L9，将L8和L9的夹角设置为α。

如图4所示，将叶片20的最大直径设置为d1，将轮毂10的直径为d2，将d2/d1的比值设置在0.25至0.35之间。通过该技术方案能够对轮毂10的尺寸进行限定，该比值过大会使风机的效率降低，降低整机的气动性能；相反若比值过小，会导致叶片的叶根24处产生气流分离，甚至产生风机失速的现象。通过上述限定，能够使其控制在合理的范围内，保证风机效率，避免气流分离的现象发生。

具体的，轴流风叶包括多个叶片20，叶片20的数量设置为奇数。在本实施例中，叶片20的数量为3个，当然也可调整选择5、7、9等奇数叶片数量。叶片数量较少会使风叶整体做功面积降低，从而影响风叶风量；叶片数量较多则会导致叶片在断流面处的面积占比增加，使流体流道面积减小，同时还会使风叶整体负载增加，从而加大了电机成本。因此要根据所使用的实际工况选取合理的叶片数目。轴流风叶设置为奇数叶片，可以避免风叶为对称结构，降低风叶在运行时产生疲劳断裂和振动的可能性。

采用本申请提供的轴流风叶与现有技术风叶运行参数对比明细如下表所示：

方案	出口风速(m/s)	送风距离(m)	风量(m<sup>3</sup>/min)	能效	噪音(dB)
						现有技术风叶	5.3	8.8	15.18	1.03	46.3
本申请风叶	5.8	11	17.21	1.26	44.3

由上表可知，在同转速下，本申请所设计的风叶性能、效率与现有技术相比均有所提升，且聚风效果有明显改善，此外风叶在运行过程中的噪声峰值明显降低。

通过本申请提供的技术方案，能够改善传统风叶送风发散的问题，增强轴流风叶送风的聚风效果，提高叶片送风风量，提高了轴向送风及周向送风出口风速及送风距离，此外，本申请风叶还可以提高能效，降低电机成本。

本申请又一实施例提供了一种风机，该风机包括上述实施例提供的轴流风叶。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轴流风叶，其特征在于，所述轴流风叶包括轮毂(10)和叶片(20)，所述叶片(20)沿转动方向具有相对设置的前缘(21)和后缘(22)，设有参考变量圆柱体S，所述圆柱体S与所述轮毂(10)同心设置；

所述圆柱体S与所述叶片(20)相交所截的横截面的中点为a，所述叶片的叶根(24)的中点与所述轮毂(10)的中心的连线为L2，所述a点和所述轮毂(10)的中心的连线为L3，所述L2与所述L3之间的夹角为叶片净弯曲角A1；

其中，所述叶片(20)的最大半径为R，所述圆柱体S的半径为r，r/R的比值在0.4至0.95之间，当r/R的比值逐步变大时，所述A1的角度值也逐渐增大，且所述A1的角度值在5°至43°之间。

2.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述圆柱体S与所述叶片的前缘(21)的相交点为C，所述C与所述轮毂(10)的中心连线为L4，所述叶片的前缘(21)在C点的切线为L5，所述L5与所述L4的夹角为前缘导边弯曲角A2，其中，当r/R的比值逐步变大时，所述A2的角度值也逐渐增大，且所述A2的角度值在29°至59°之间。

3.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述圆柱体S与所述叶片的后缘(22)的相交点为D，所述D与所述轮毂(10)的中心连线为L6，所述叶片的后缘(22)在D点的切线为L7，所述L7与所述L6的夹角为后缘导边弯曲角A3，其中，当r/R的比值逐步变大时，所述A3的角度值也逐渐增大，且所述A3的角度值在31°至42°之间。

4.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述圆柱体S与所述叶片(20)相交所得的截面的弦长与所述叶片(20)的旋转平面的夹角为叶片安装角为Q，其中，当r/R的比值逐步变大时，所述Q的角度值逐渐减小，且所述Q的角度值在32.5°至28°之间。

5.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述圆柱体S与所述叶片(20)相交所得的截面的弦长为b，其中，当r/R的比值逐步变大时，b/R的比值也逐渐增大，且b/R的比值在0.5至1.5之间。

6.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述叶片的前缘(21)与所述叶片的叶顶(23)之间设置有夹角α，所述α的角度值在40°至50°。

7.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于，所述叶片(20)的最大直径为d1，所述轮毂(10)的直径为d2，其中，d2/d1的比值在0.25至0.35之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的轴流风叶，其特征在于，所述轴流风叶包括多个叶片(20)，多个所述叶片(20)的数量为奇数。

9.一种风机，其特征在于，所述风机包括权利要求1至8中任一项所述的轴流风叶。

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