CN217481593U - 一种轴流叶轮及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴流叶轮及空调器。所述轴流叶轮包括轮毂和叶栅，所述叶栅设置多个，并均匀间隔的安装在轮毂的外周，所述叶栅包括压力曲面、吸力曲面、后缘曲面、叶尖曲面和前缘曲面，所述压力曲面和吸力曲面相对设置，所述叶栅面向气流的表面为吸力曲面，背向气流的表面为压力曲面；在所述后缘曲面处，所述压力曲面和吸力曲面倾斜过渡连接。所述压力曲面远离轮毂轴线的最外侧端点为C，吸力曲面远离轮毂轴线的最外侧端点为D，C沿着叶栅旋转方向倾斜向下延伸至D。利用倾斜过渡取代现有技术中的钝性结构，对气流的流动进行导向作用，减少或基本消除气流从吸力曲面流向压力曲面的强烈漩涡流动，使轴流叶轮效率提高，噪音降低。

Description

一种轴流叶轮及空调器

技术领域

本实用新型涉及空调器技术领域，特别涉及一种轴流叶轮。

背景技术

空调器是人们日常生活中不可缺少的一种家用电器。空调器的室外机利用轴流叶轮进行散热和送风。在电机的驱动作用下，轴流叶轮转动产生出风气流，将室外机产生的热量排至室外。轴流叶轮在转动时，因为大量的气流流过轴流叶轮的叶栅，叶栅成为空调器整机系统中噪音和风量的主要影响因素。

轴流叶轮的叶栅包括压力曲面、吸力曲面、后缘曲面、叶尖曲面和前缘曲面。现有技术中，压力曲面和吸力曲面之间是钝性结构，气流流过该位置时会发生流动分离，会增大噪音量，极大的降低了用户使用空调器的体验感。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种轴流叶轮，在后缘曲面处，压力曲面和吸力曲面倾斜过渡连接，弱化气流的流动分离，改善在后缘曲面处噪声声压级驼峰现象，从而达到减低噪音的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种轴流叶轮，所述轴流叶轮包括轮毂和叶栅，所述叶栅设置多个，并均匀间隔的安装在轮毂的外周，所述叶栅包括压力曲面、吸力曲面、后缘曲面、叶尖曲面和前缘曲面，所述压力曲面和吸力曲面相对设置；在所述后缘曲面处，所述压力曲面和吸力曲面倾斜过渡连接。所述压力曲面远离轮毂轴线的最外侧端点为C，吸力曲面远离轮毂轴线的最外侧端点为D，C沿着叶栅旋转方向倾斜向下延伸至D。利用倾斜过渡取代现有技术中的钝性结构，对气流的流动进行导向作用，减少或基本消除气流从吸力曲面流向压力曲面的强烈漩涡流动，使轴流叶轮效率提高，噪音降低。

进一步的，所述C和D之间在轮毂轴线方向上的距离为L1，C和D之间在与轮毂轴线垂直方向上的距离为L2，所述L1为10mm≤L1≤16mm，所述L2为12mm≤L2≤16mm。通过L1和L2的优化，最大程度的弱化气流流过时的流动分离，抑制噪声。

进一步的，L1为13mm，所述L2为14mm。

进一步的，所述叶栅的外轮廓由后缘曲面、叶尖曲面和前缘曲面依次连接形成；所述后缘曲面在轮毂轴线的法平面上的投影为后缘轮廓线，所述后缘轮廓线由至少四段曲率不同的线条构成，依次为ab段、bc段、cd段和de段，所述ab段为五次多项式曲线，bc段为直线，cd段为四次多项式曲线，de段为直线。从仿生学角度出发对后缘曲面的后缘轮廓线进行优化，能改善不同曲率所在线条段气流的脱落情况，降低宽频噪音，从而有助于降低噪音。

进一步的，和所述后缘轮廓线形成的曲线所镜像的曲线为第一曲线，所述第一曲线对应的方程如下：

当-224.215≤x＜-87.42，y(x)＝2e^-9x⁵+1e^-6x⁴+4e^-4x³+0.0543x²+4.6158x+105.8；

当-305.836≤x＜-224.215，y(x)＝-131.491；

当-336.799≤x＜-305.836，y(x)＝-7e^-6x⁴-9.4e^-3x³-4.6229x²-1006.7x-82038；

当-366.44≤x＜-336.799，y(x)＝-1.2816x-549.82；

其中，x为后缘轮廓线上任意一点到圆心之间的水平距离的相反值。ab段为五次多项式曲线，bc段为直线，cd段为四次多项式曲线，de段为直线，在ab段时，随着后缘曲面和轮毂的距离增大，气流逐渐延迟脱落；bc段之间气流脱落最晚；在cd段时，随着后缘曲面和轮毂的距离增大，气流逐渐提前脱落；而到了de段时，随着后缘曲面和轮毂的距离增大，尽管气流提前脱落，但提前脱落比cd段后迅速，在a点和e点气流几乎同时脱落。沿着叶根到叶顶的方向，通过不断改变后缘曲面的气流脱落强度，且在最后一段即de段气流脱落更迅速，能有效加速轴流叶轮的气流耗散和声波散射，在提高轴流叶轮流动效率、获得较大风量的同时进一步减少轴流叶轮的噪音，提升用户的使用体验感。

进一步的，所述轴流叶轮的安装角θ为20°≤θ≤35°，所述安装角θ为弦线和轮毂轴线法平面的夹角。通过对安装角θ的优化，有助于提高气流经过出气通道的风速，增加轴流叶轮的效率。

进一步的，所述轴流叶轮包括进口气流角β₁和出口气流角β₂，所述进口气流角β₁为8°≤β1≤30°，所述出口气流角β₂为35°≤β₂≤55°。通过设置两级不同的气流角，减少叶栅受到的气流的阻力，进而降低电机的负荷。

进一步的，所述进口气流角β₁为15°，所述出口气流角β₂为40°。通过优化进口气流角β₁和出口气流角β₂，使气流的进气通道面积小于出气通道的面积。气流流过这种流道，使流速降低，压力升高，在出气通道处引起的噪音值较少。

进一步的，所述轴流叶轮的气流转折角Δβ＝出口气流角β₂-进口气流角β₁，所述气流转折角Δβ为5°≤Δβ≤47°。采用进气通道面积小于出气通道的面积形成了扩张型流道，优化气流流动的气场，有助于减少轴流叶轮的噪音。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种轴流叶轮具有以下优势：

(1)本实用新型的轴流叶轮通过压力曲面和吸力曲面倾斜过渡连接，弱化气流从吸力曲面流向压力曲面时发生的流动分离，改善在后缘曲面处噪声声压级驼峰现象。

(2)本实用新型的轴流叶轮通过对安装角θ的优化，提高气流经过出气通道的风速，增加轴流叶轮的效率。

(3)本实用新型的轴流叶轮通过进口气流角β₁和出口气流角β₂的调整，使进气通道面积小于出气通道的面积，形成了扩张型流道，气流流过这种流道，使流速降低，压力升高，在出气通道处引起的噪音值较少。

(4)本实用新型的轴流叶轮将后缘曲面的后缘轮廓线设计为由至少四段曲率不同的线条构成，从仿生角度出发降低宽频噪音、减少气流流动的阻力，使轴流叶轮具有较高的空气动力学性能，并通过不断改变后缘曲面的气流脱落强度，在提高轴流叶轮流动效率、获得较大风量的同时进一步减少轴流叶轮的噪音，提升用户的使用体验感。

本实用新型的另一方面还提出一种空调器，所述空调器包括以上所述的轴流叶轮，所述轴流叶轮设置于空调器的室外机上。所述空调器与上述轴流叶轮相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本实用新型的一部分的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为本实用新型所述的一种轴流叶轮的结构示意图；

图2为本实用新型所述的轮毂和叶栅在轮毂轴线的法平面上的投影；

图3为第一曲线和后缘轮廓线曲线的曲线图；

图4为实用新型所述的一种轴流叶轮的仰视图；

图5为本实用新型所述的一种轴流叶轮的侧视图；

图6为叶栅在切掉中心圆处的截面示意图；

图7为图6在A处的局部放大图。

附图标记说明：

1、轮毂；2、叶栅；3、叶根；4、叶顶；5、压力曲面；6、吸力曲面；7、后缘曲面；8、叶尖曲面；9、前缘曲面；10、弦线；11、中心圆；12、前缘额线；13、后缘额线；14、轮毂轴线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。本实用新型描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图4-5所示的一种轴流叶轮，所述轴流叶轮包括轮毂1和叶栅2。轮毂1为圆柱形。所述叶栅2设置多个，并均匀间隔的安装在轮毂1的外周。在电机的驱动作用下，叶栅2绕轮毂轴线14顺时针或逆时针转动。在本申请中，叶栅2的数量为三个。

叶栅2和轮毂1连接的一侧为叶根3，叶栅2远离轮毂1一侧为叶顶4。所述叶栅2包括压力曲面5、吸力曲面6、后缘曲面7、叶尖曲面8和前缘曲面9。在轮毂1的轴向方向上，叶栅2的两侧分别形成压力曲面5和吸力曲面6，所述压力曲面5和吸力曲面6相对设置。当轮毂1带动叶栅2转动时，叶栅2面向气流的表面为吸力曲面6，背向气流的表面为压力曲面5。叶栅2的外轮廓由后缘曲面7、叶尖曲面8和前缘曲面9依次连接形成。叶栅2沿气流方向的两侧分别设置前缘曲面9和后缘曲面7，前缘曲面9和后缘曲面7均和轮毂1连接。前缘曲面9和叶栅2旋转方向同侧，后缘曲面7位于叶栅2旋转方向的相反侧。相邻叶栅2的前缘曲面9之间形成气流的进气通道，相邻叶栅2的后缘曲面7之间形成气流的出气通道。

轴流叶轮在轮毂轴线14的法平面上的投影如图4所示，也即轴流叶轮的仰视图。轮毂1在此方向上的投影的中心为圆心。圆心到叶栅2最外侧的轮廓之间的距离为叶栅2的半径。由于前缘曲面9具有一定的弯曲厚度，前缘曲面9在此方向上的投影具有两条轮廓线，将距离圆心距离最大的轮廓线称为前缘轮廓线。后缘曲面7在此方向上的投影为后缘轮廓线。以轮毂1的圆心为圆心，以叶栅2的半径和轮毂1的半径之差的一半距离为半径画圆得到中心圆11。中心圆11和前缘轮廓线的交点为前缘交点B1，中心圆11和后缘轮廓线的交点为后缘交点B2，前缘交点B1和后缘交点B2之间的连续为弦线10。

如图5所示，前缘额线12经过前缘交点B1并和轮毂1轴线的法平面平行，后缘额线13经过后缘交点B2并和轮毂1轴线的法平面平行。前缘额线12和后缘额线13相互平行，并分别和轮毂1轴线垂直。

将中心圆11所在的平面切掉，将切除掉中心圆11后的任意一个叶栅2进行拉伸展开，叶栅2在切掉中心圆11处的截面如图6所示。在此截面上，压力曲面5投影形成的弧线和吸力曲面6投影形成的弧线之间具有多个内切圆，每个内切圆不仅和压力曲面5投影形成的弧线相切，且和吸力曲面6投影形成的弧线也相切，相邻的内切圆之间也相切。多个内切圆的圆心连线为中心线。中心线与前缘额线12具有第一交点，第一交点所在位置的切线和前缘额线12的夹角为进口气流角β₁，所述进口气流角β₁为8°≤β1≤30°。进一步的，所述进口气流角β₁为15°。中心线与后缘额线13具有第二交点，第二交点所在位置的切线和后缘额线13的夹角为出口气流角β₂，所述出口气流角β₂为35°≤β₂≤55°。进一步的，所述出口气流角β₂为40°。进口气流角β₁和出口气流角β₂可以根据轴流叶轮的整体尺寸以及具体安装环境和使用场景决定，或者可以通过模拟实验进行多次测试后得到。通过设置两级不同的气流角，减少叶栅2受到的气流的阻力，进而降低电机的负荷。

气流转折角Δβ＝出口气流角β₂-进口气流角β₁。进一步的，进口气流角β₁＜出口气流角β₂。气流转折角Δβ为5°≤Δβ≤47°。更进一步的，气流转折角Δβ为25°。由于多个叶栅2是等间距均匀设置在轮毂1上，通过合适的气流转折角Δβ，且进口气流角β₁＜出口气流角β₂，使气流的进气通道面积小于出气通道的面积。轴流叶轮转动时多为低转速，马赫数Ma＜0.3，空气视为不可压缩的气体。采用进气通道面积小于出气通道的面积形成了扩张型流道，优化气流流动的气场。气流流过这种流道，使流速降低，压力升高，在出气通道处引起的噪音值较少。

在后缘曲面7处，压力曲面5和吸力曲面6倾斜过渡连接，具体的，在图6-7中，压力曲面5远离轮毂轴线14的最外侧端点为C，吸力曲面6远离轮毂轴线14的最外侧端点为D，C沿着叶栅2旋转方向倾斜向下延伸至D。倾斜连接方式的作用是对气流流动进行导流，弱化气流从吸力曲面6流向压力曲面5时发生的流动分离，改善在后缘曲面7处噪声声压级驼峰现象，且能起到对气流的导流作用，减少或基本消除气流从吸力曲面6流向压力曲面5的强烈漩涡流动，使轴流叶轮效率提高，噪音降低。

具体的，C和D之间在轮毂轴线14方向上的距离为L1，C和D之间在后缘额线13方向上的距离为L2，即C和D之间在与轮毂轴线14垂直方向上的距离为L2。L1和L2的具体尺寸可以根据轴流叶轮的整体尺寸以及具体安装环境和使用场景决定，或者可以通过模拟实验进行多次测试后得到。进一步的，10mm≤L1≤16mm，12mm≤L2≤16mm。更进一步的，L1为13mm。L2为14mm。通过L1和L2的优化，最大程度的弱化气流流过时的流动分离，抑制噪声。

对于后缘曲面7来说，后缘曲面7在轮毂轴线14的法平面上的投影为后缘轮廓线，所述后缘轮廓线由至少四段曲率不同的线条构成，依次为ab段、bc段、cd段和de段。不同曲率组合形成的后缘轮廓线能改善不同线条段气流的脱落情况，降低噪音的产生。

为了便于描述，将和后缘轮廓线形成的曲线所镜像的曲线定义为第一曲线，所述第一曲线对应的方程如下：

当-224.215≤x＜-87.42，y(x)＝2e^-9x⁵+1e^-6x⁴+4e^-4x³+0.0543x²+4.6158x+105.8；

当-305.836≤x＜-224.215，y(x)＝-131.491；

当-336.799≤x＜-305.836，y(x)＝-7e^-6x⁴-9.4e^-3x³-4.6229x²-1006.7x-82038；

当-366.44≤x＜-336.799，y(x)＝-1.2816x-549.82。

如图2所示为轮毂1和叶栅2在轮毂轴线14的法平面上的投影。轮毂1在此法平面上的投影的圆心为坐标原点，x为后缘轮廓线上任意一点到圆心之间的水平距离的相反值。此处所指的水平方向是指和图2中纸面平行的方向。第一曲线具体为图3中y轴左侧的曲线，后缘轮廓线实际对应的曲线为第一曲线镜像所形成的曲线，即图3中y轴右侧的曲线。从叶根3到叶顶4，后缘轮廓线依次由ab段、bc段、cd段和de段线条组成。后缘轮廓线上每一点落在与第一曲线拟合的方程上的镜像的位置。由于轮毂1的存在，第一曲线的起始点不在坐标原点，图3为不考虑轮毂1半径时的曲线。

本申请人受到猫头鹰“寂静”飞行、座头鲸“安静”游动的启发，将轴流叶轮的后缘轮廓线采用仿生优化设计，从仿生角度出发降低宽频噪音，使轴流叶轮具有较高的空气动力学性能，在保证风量的同时，减少阻力，使叶栅2转动产生的气流获得较大的压力和流量，并减少涡流的产生。ab段为五次多项式曲线，bc段为直线，cd段为四次多项式曲线，de段为直线，进一步的，bc段为水平直线，de段为倾斜的线性直线。后缘轮廓线由线性和非线性的线条组合构成，能改善出风时后缘曲面7激发的漩涡尺度，从而改善声源频率，降低了轴流叶轮转动时候产生的噪音。不同曲率形成的后缘轮廓线能改善气流的脱落情况。在ab段时，随着后缘曲面7和轮毂1的距离增大，气流逐渐延迟脱落；bc段之间气流脱落最晚；在cd段时，随着后缘曲面7和轮毂1的距离增大，气流逐渐提前脱落；而到了de段时，随着后缘曲面7和轮毂1的距离增大，尽管气流提前脱落，但提前脱落比cd段更迅速，在a点和e点气流几乎同时脱落。沿着叶根3到叶顶4的方向，通过不断改变后缘曲面7的气流脱落强度，且在最后一段即de段气流脱落更迅速，能有效加速轴流叶轮的气流耗散和声波散射，在提高轴流叶轮流动效率、获得较大风量的同时进一步减少轴流叶轮的噪音，提升用户的使用体验感。

本实用新型的轴流叶轮的安装角θ为20°≤θ≤35°。进一步的，θ为27°。所述安装角θ为弦线10和轮毂轴线14法平面的夹角。通过对安装角θ的优化，有助于提高气流经过出气通道的风速，增加轴流叶轮的效率。安装角θ可以根据轴流叶轮的整体尺寸以及具体安装环境和使用场景决定，或者可以通过模拟实验进行多次测试后得到。

本实用新型的一种轴流叶轮，通过对叶栅2的结构进行改进，能够有效改善气流的流动特性，提升风量并降低噪音。

一种空调器，包括本实用新型所示的一种轴流叶轮。所述轴流叶轮安装在空调器室外机的壳体内。本实用新型的空调器除了包括上述的轴流叶轮外，还包括室内热交换器、室外热交换器、压缩机和四通阀等空调器常规部件，鉴于这些部件及其安装结构均为现有技术，在此不再进行赘述。

此外，本实用新型的轴流叶轮适用范围较广，除了用于空调器外，也适用于其他低压送风环境，例如通气扇或导流扇等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (10)

1.一种轴流叶轮，其特征在于，所述轴流叶轮包括轮毂(1)和叶栅(2)，所述叶栅(2)设置多个，并均匀间隔的安装在轮毂(1)的外周，所述叶栅(2)包括压力曲面(5)、吸力曲面(6)、后缘曲面(7)、叶尖曲面(8)和前缘曲面(9)，所述压力曲面(5)和吸力曲面(6)相对设置；在所述后缘曲面(7)处，所述压力曲面(5)和吸力曲面(6)倾斜过渡连接，所述压力曲面(5)远离轮毂轴线(14)的最外侧端点为C，吸力曲面(6)远离轮毂轴线(14)的最外侧端点为D，C沿着叶栅(2)旋转方向倾斜向下延伸至D。

2.根据权利要求1所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述C和D之间在轮毂轴线(14)方向上的距离为L1，C和D之间在与轮毂轴线(14)垂直方向上的距离为L2，所述L1为10mm≤L1≤16mm，所述L2为12mm≤L2≤16mm。

3.根据权利要求2所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述L1为13mm，所述L2为14mm。

4.根据权利要求1所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述叶栅(2)的外轮廓由后缘曲面(7)、叶尖曲面(8)和前缘曲面(9)依次连接形成；所述后缘曲面(7)在轮毂轴线(14)的法平面上的投影为后缘轮廓线，所述后缘轮廓线由至少四段曲率不同的线条构成，依次为ab段、bc段、cd段和de段，所述ab段为五次多项式曲线，bc段为直线，cd段为四次多项式曲线，de段为直线。

5.根据权利要求4所述的一种轴流叶轮，其特征在于，和所述后缘轮廓线形成的曲线所镜像的曲线为第一曲线，所述第一曲线对应的方程如下：

当-224.215≤x＜-87.42，y(x)＝2e^-9x⁵+1e^-6x⁴+4e^-4x³+0.0543x²+4.6158x+105.8；

当-305.836≤x＜-224.215，y(x)＝-131.491；

当-336.799≤x＜-305.836，y(x)＝-7e^-6x⁴-9.4e^-3x³-4.6229x²-1006.7x-82038；

当-366.44≤x＜-336.799，y(x)＝-1.2816x-549.82；

其中，x为后缘轮廓线上任意一点到圆心之间的水平距离的相反值。

6.根据权利要求1所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述轴流叶轮的安装角θ为20°≤θ≤35°，所述安装角θ为弦线(10)和轮毂轴线(14)法平面的夹角。

7.根据权利要求1所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述轴流叶轮包括进口气流角β₁和出口气流角β₂，所述进口气流角β₁为8°≤β1≤30°，所述出口气流角β₂为35°≤β₂≤55°。

8.根据权利要求7所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述进口气流角β₁为15°，所述出口气流角β₂为40°。

9.根据权利要求7所述的一种轴流叶轮，其特征在于，所述轴流叶轮的气流转折角Δβ＝出口气流角β₂-进口气流角β₁，所述气流转折角Δβ为5°≤Δβ≤47°。

10.一种空调器，其特征在于，所述空调器采用权利要求1-9任一项所述的一种轴流叶轮，所述轴流叶轮设置于空调器的室外机上。

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