CN217682348U

CN217682348U - 一种轴流风叶和轴流风机

Info

Publication number: CN217682348U
Application number: CN202220650057.6U
Authority: CN
Inventors: 曹锋; 邹建煌; 和浩浩; 郭世建
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2032-03-23

Abstract

本实用新型提供一种轴流风叶和轴流风机，轴流风叶包括：轮毂和叶片，基元级翼型的安装角度β与相对半径

满足

叶栅稠度ρ与

满足

前弯角度θ与相对半径

满足

相对位置z与相对半径

满足式

通过本实用新型能够使得该风叶具有前弯特征，改善风机表面气流形态，提高风叶流动效率，抑制风叶表面边界层分离现象，相对于原有技术在静压相同(尤其是高压区)的情况下能够提高静压效率，提高做功效率和做功能力，降低风叶功率，同时还能降低风叶噪音。

Description

一种轴流风叶和轴流风机

技术领域

本实用新型属于风机技术领域，具体涉及一种轴流风叶和轴流风机。

背景技术

风机货舱冷凝风道入口通常设置在风机的迎风方向，以便利用迎面的高压气体进行内部换热使用。货舱冷凝风道的入口通常很小，以便减少飞机飞行过程中机外高压气体进入飞机货舱内部的流量。但是当飞机处于地面状态时，冷凝单元的换热则需要风机进行气流驱动。由于货舱冷凝风道的入口极小，导致此处产生较大的气体流速，进而导致气流损失极大(通常需要高静压来克服损失)。因此，风机货舱辅冷冷凝单元需要高压、高效轴流风机。

由于现有技术中的轴流风机在高压区域工作的静压效率低，导致做功能力低，同时风叶的噪音较高等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种轴流风叶和轴流风机。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的轴流风机存在高压区域工作时的静压效率低，导致做功能力低的缺陷，从而提供一种轴流风叶和轴流风机。

本实用新型提供一种轴流风叶，其包括：

轮毂和叶片，所述叶片的一端连接在所述轮毂上、另一端朝着径向外侧延伸，以所述轴流风叶的旋转轴为中心，所述轮毂的半径为R₁，所述叶片的径向最外端的半径为R₂，在R₁至R₂范围内，在轴流风叶的半径R处被轴向平面截取所得的三维曲面为叶片在半径R处的基元级，所述轴向平面与所述旋转轴的轴线平行且与所述轴流风叶的径向方向垂直；

所述轴流风叶在同半径处、圆周方向相邻的两个所述基元级沿圆周方向展平形成二维平面后，即形成风叶二维叶栅，任一所述基元级的翼型前缘与尾缘中点的连线形成翼型弦长L，相对半径

为半径R与风叶半径R₂的比值，

L所在的直线与所述轴流风叶旋转方向的夹角即为所述基元级翼型的安装角度β，β与相对半径

的关系满足式①的函数关系，两个相邻所述风叶二维叶栅沿旋转方向的距离为叶栅间距t，弦长L与叶栅间距t的比值为叶栅稠度ρ，ρ与相对半径

的关系满足式②的函数关系；

各基元级的积迭方式是以重心为参照进行积迭的，各基元级的重心在圆周方向的相对位置用θ表示，θ为前弯角度，各基元级重心在轴向的相对位置用z表示，前弯角度θ与相对半径

的关系满足式③的函数关系，相对位置z与相对半径

的关系满足式④和⑤的函数关系：

其中：a₃＝-37.0～-37.5，a₂＝110～110.5，a₁＝-129.0～-131.0，a0＝80.5～81.2；

b₃＝-0.82～-0.81，b₂＝2.81-2.82，b₁＝-3.45～-3.55，b0＝2.1～2.2；

c₃＝-101.0～-102.0，c₂＝316～317，c₁＝-259.5～-261.5，c₀＝62.5～63.5；

d₂＝-0.65～-0.76，d₁＝0.83～0.93，d₀＝-0.2～-0.3；

e₂＝0.005～0.05，e₁＝0.01～0.05，e₀＝-0.015～-0.04。

在一些实施方式中，a₃＝-37.1～-37.3，a₂＝110.08～110.25，a₁＝-129.5～-130.0，a₀＝80.6～81.0；

b₃＝-0.815～-0.810，b₂＝2.810～2.817，b₁＝-3.48～-3.52，b₀＝2.11～2.18；c₃＝-101.57～-101.63，c₂＝316.54～316.62，c₁＝-260.84～-260.94，c₀＝63.01～63.05；d₂＝-0.708～-0.712，d₁＝0.84～0.94，d₀＝-0.23～-0.27；e₂＝0.020～0.025，e₁＝0.030～0.033，e₀＝-0.020～-0.026。

在一些实施方式中，a₃＝-37.257193，a2＝110.2038742642，a₃＝-37.257193，a₂＝110.2038742642，a₁＝-129.9148286048,a₀＝80.8610046620；b₃＝-0.8128842148，b₂＝2.8149019095，b₁＝-3.50649509，b₀＝2.15179；c₃＝-101.6105268506，c₂＝316.5893700873，c₁＝-260.886842，c₀＝63.0365703544；d₂＝-0.7105404664，d₁＝0.8856794513，d₀＝-0.2570622；

e₂＝0.0229574760，e₁＝0.0312583813，e₀＝-0.0242159；

即:

在一些实施方式中，所述基元级翼型采用后加载方式成型。

在一些实施方式中，翼型骨线ML为所述基元级翼型中在法向方向距离两叶面距离相等的位置连接而成的线，翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值为0.53～0.63，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值为0.25～0.35，其相对厚度δ_max/L取值为0.025～0.04，所述法向为在叶面曲线上选取一点做切线，再做与切线相垂直的线的方向。

在一些实施方式中，翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值为0.58，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值为0.32，其相对厚度δ_max/L取值为0.037。

在一些实施方式中，从叶根R₁至叶顶R₂的方向，各基元级翼型的相对厚度δ_max/L是逐渐减小的，其中相对厚度为法向的最大厚度δ_max与弦长L的比值，法向为在曲线上选取一点做切线，再做与切线相垂直的方向。

在一些实施方式中，所述叶片的个数为奇数。

在一些实施方式中，所述叶片的个数为7。

本实用新型还提供一种轴流风机，其包括前任一项所述的轴流风叶，还包括电机，所述电机驱动所述轴流风叶转动。

本实用新型提供的一种轴流风叶和轴流风机具有如下有益效果：

本实用新型基于空气动力学理论，实用新型了一种高效轴流风机风叶结构，通过分别限定ρ、β、θ和z与

之间的关系，即四个表达式，能够使得该风叶具有前弯特征，能够极大改善风机表面气流形态，提高风叶流动效率，抑制风叶表面边界层分离现象，相对于原有技术在静压相同(尤其是高压区)的情况下能够提高静压效率，从而提高了做功效率，提高做功能力，降低风叶功率，同时还能降低风叶噪音。本实用新型的基元级翼型采用后加载方式，即限定翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值满足0.53～0.63，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值满足0.25～0.35，其相对厚度δ_max/L取值为0.025～0.04，使得后加载翼型为翼型做功主要分布在翼型的后半部分，也就是翼型的后半部分曲率会相对较大(或者相对弯些)，可提高基元级翼型升阻比，进而提高风叶效率。

附图说明

图1是本实用新型的轴流风机的正视结构图；

图2是本实用新型的轴流风机的侧视结构图；

图3是现有的轴流风叶的正视图；

图4是本实用新型的轴流风叶的正视结构图；

图5是本实用新型的轴流风叶的多个基元级的确定结构图；

图6是本实用新型的风机叶栅的结构参数示意图；

图7是本实用新型的轴流风叶的重心前弯角度的示意图；

图8是本实用新型的轴流风叶的轴向相对位置的示意图；

图9是本实用新型的轴流风叶的基元级后加载翼型的参数示意图。

图中附图标记表示为：

1、叶片；2、轮毂；3、机壳；4、电机。

具体实施方式

如图1-9所示，本实用新型提供一种轴流风叶(优选为航空用高效轴流风叶)，其包括：

轮毂2和叶片1，所述叶片1的一端连接在所述轮毂2上、另一端朝着径向外侧延伸，以所述轴流风叶的旋转轴为中心，所述轮毂的半径为R₁，所述叶片的径向最外端的半径为R₂，在R₁至R₂范围内，在轴流风叶的半径R处被轴向平面截取所得的三维曲面为叶片在半径R处的基元级，所述轴向平面与所述旋转轴的轴线平行且与所述轴流风叶的径向方向垂直(该处为基元级的定义，即任取半径R沿风叶轴向拉伸形成圆弧曲面，圆弧曲面与风叶曲面相交的封闭曲线包含的三维曲面即为风叶在半径R处的基元级S)。

所述轴流风叶在同半径处、圆周方向相邻的两个所述基元级沿圆周方向展平形成二维平面后，即形成风叶二维叶栅(即三维叶栅沿圆周展平后即为二维叶栅)，其示意图见图6。任一所述基元级S的翼型前缘与尾缘中点的连线形成翼型弦长L，相对半径

为半径R与风叶半径R₂的比值，(翼型前缘为基元级的翼型的径向最外的自由端，翼型尾缘为基元级的翼型与轮毂相接的端)。

的关系满足式②的函数关系；

各基元级的积迭方式(即空间布置方式)是以重心为参照进行积迭的，各基元级的重心可分别表示为P₁、P₂、P₃、P₄、P₅。各基元级的重心在圆周方向的相对位置用θ表示，θ为前弯角度，见图7，各基元级重心在轴向的相对位置用z表示，见图8。前弯角度θ与相对半径

的关系满足式③的函数关系，相对位置z与相对半径

的关系满足式④和⑤的函数关系：

其中a₃＝-37.0～-37.5，a₂＝110～110.5，a₁＝-129.0～-131.0，a0＝80.5～81.2；

d₂＝-0.65～-0.76，d₁＝0.83～0.93，d₀＝-0.2～-0.3；

e₂＝0.005～0.05，e₁＝0.01～0.05，e₀＝-0.015～-0.04。

前弯角度θ：首先选取风叶中某个叶片各基元级重心的连线，其在与风叶旋转轴方向垂直的平面的投影见图7，第二步在投影图中，由圆心与轮毂处基元级重心P₁之间作直线L₁，第三步在投影图中，在风叶半径R₂与轮毂半径R1之间任取一半经R(假定取值为R₂)，其对应的基元级重心为P₅，再由圆心与P₅作直线L₂，L₁与L₂之间的夹角即为风叶在半径R处的前弯角θ。

轴向相对位置Z：首先选取风叶中某个叶片各基元级重心的连线，其在与风叶旋转轴方向平行的投影见图8。在该图中以旋转轴方向为参照，同时以轮毂处基元级重心点P₁为基准，任取一半径R(假定取值为R₂)，R对应的基元级重心为P₅，P₅与P₁之间的轴向距离即为半径R处的轴向相对位置Z。

之间的关系，即四个表达式，能够使得该风叶具有前弯特征，能够极大改善风机表面气流形态，提高风叶流动效率，抑制风叶表面边界层分离现象，相对于原有技术在静压相同(尤其是高压区)的情况下能够提高静压效率，从而提高了做功效率，提高做功能力，降低风叶功率，同时还能降低风叶噪音。

本申请的技术效果：

原有方案效果

本实用新型方案效果

本实用新型方案相对于原有技术在静压相同(尤其是高压区)的情况下能够大幅提高风叶的静压效率，提高风叶在高压区域的做功能力7％～8％，其提升幅度在高静压区域尤其明显，达到7.9个百分点，降低噪音约1dB/A。

在一些实施方式中，a₃＝-37.1～-37.3，a₂＝110.08～110.25，a₁＝-129.5～-130.0，a₀＝80.6～81.0；b₃＝-0.815～-0.810，b₂＝2.810～2.817，b₁＝-3.48～-3.52，b₀＝2.11～2.18；c₃＝-101.57～-101.63，c₂＝316.54～316.62，c₁＝-260.84～-260.94，c₀＝63.01～63.05；d₂＝-0.708～-0.712，d₁＝0.84～0.94，d₀＝-0.23～-0.27；e₂＝0.020～0.025，e₁＝0.030～0.033，e₀＝-0.020～-0.026。

这是本实用新型的上述4个关系式中的多个参数的优选取值范围，a₃优选-37.1～-37.3，a₂优选110.08～110.25，a₁优选-129.5～-130.0，a₀优选80.6～81.0；b₃优选-0.815～-0.810，b₂优选2.810～2.817，b₁优选-3.48～-3.52，b₀优选2.11～2.18；c₃优选-101.57～-101.63，c₂优选316.54～316.62，c₁优选-260.84～-260.94，c₀优选63.01～63.05；d₂优选-0.708～-0.712，d₁优选0.84～0.94，d₀优选-0.23～-0.27；e₂优选0.020～0.025，e₁优选0.030～0.033，e₀优选-0.020～-0.026；

能够进一步改善风机表面气流形态，提高风叶流动效率，抑制风叶表面边界层分离现象，相对于原有技术在静压相同(尤其是高压区)的情况下能进一步够提高静压效率，提高了做功效率，提高做功能力，降低风叶功率，同时还能进一步降低风叶噪音。

在一些实施方式中，a₃＝-37.257193，a₂＝110.2038742642，a₁＝-129.9148286048，a₀＝80.8610046620；b₃＝-0.8128842148，b₂＝2.8149019095，b₁＝-3.50649509，b₀＝2.15179；c₃＝-101.6105268506，c₂＝316.5893700873，c₁＝-260.886842，c₀＝63.0365703544；d₂＝-0.7105404664，d₁＝0.8856794513，d₀＝-0.2570622；e₂＝0.0229574760，e₁＝0.0312583813，e₀＝-0.0242159；

即:

这是本实用新型的上述4个关系式中的多个参数的进一步优选取值范围，能够进一步改善风机表面气流形态，提高风叶流动效率，抑制风叶表面边界层分离现象，相对于原有技术在静压相同(尤其是高压区)的情况下能进一步够提高静压效率，提高了做功效率，提高做功能力，降低风叶功率，同时还能进一步降低风叶噪音。

在一些实施方式中，所述基元级翼型采用后加载方式成型。本实用新型的基元级翼型采用后加载方式，使得后加载翼型为翼型做功主要分布在翼型的后半部分，也就是翼型的后半部分曲率会相对较大(或者相对弯些)，可提高基元级翼型升阻比，进而提高风叶效率。

如图9，在一些实施方式中，翼型骨线ML为所述基元级翼型中在法向方向距离两叶面距离相等的位置连接而成的线，翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值为0.53～0.63，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值为0.25～0.35，其相对厚度δ_max/L取值为0.025～0.04，所述法向为在叶面曲线上选取一点做切线，再做与切线相垂直的线的方向。本实用新型的基元级翼型采用后加载方式，即限定翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值满足0.53～0.63，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值满足0.25～0.35，其相对厚度δ_max/L取值为0.025～0.04，使得后加载翼型为翼型做功主要分布在翼型的后半部分，也就是翼型的后半部分曲率会相对较大(或者相对弯些)，可提高基元级翼型升阻比，进而提高风叶效率。

在一些实施方式中，翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值为0.58，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值为0.32，其相对厚度δ_max/L取值为0.037。这是本实用新型的基元级翼型的后加载方式的进一步优选取值范围，能够进一步提高基元级翼型升阻比，进一步提高风叶效率。

在一些实施方式中，从叶根R₁至叶顶R₂的方向，各基元级翼型的相对厚度δ_max/L是逐渐减小的，其中相对厚度为法向的最大厚度δ_max与弦长L的比值，法向为在曲线上选取一点做切线，再做与切线相垂直的方向。能够在提高基元级翼型升阻比的同时还能有效增强风叶强度，进一步提高风叶效率。

在一些实施方式中，所述叶片的个数为奇数。

在一些实施方式中，所述叶片的个数为7。本实用新型主要保护部分为轴流风叶三维结构。轴流风叶叶片数为7片。由于风叶搭载的电机的极对数通常为偶数，风机叶片采用奇数能有效避免风叶与电机形成共振频率。由于采用较少的叶片数会增加安装高度，而过多则会增加气动噪音，经综合考虑，本实用新型优选7片，(注：奇数叶片能够避免与电机形成共振，另外相同叶栅稠度下，少叶片能够降低风叶轴向高度，另外，由于气流流经叶片前缘进入叶片通道时，会存在一定的气流冲击形成噪音，叶片数较多会恶化此类噪音)见图5，风叶旋转方向为逆时针(以电机的出轴端为参考)。

本实用新型还提供一种轴流风机，其包括前任一项所述的轴流风叶，还包括电机4和机壳3，所述电机4驱动所述轴流风叶转动。原有风机风叶采用非前弯结构(见图4)且其翼型中线采用单圆弧结构，使得风机在高压/高负载区域做功能力以及做功效率不高。本实用新型基于空气动力学理论，实用新型了一种高效轴流风机风叶结构，该风叶具有前弯特征，同时配合后加载高效翼型，可极大改善风机表面气流形态，抑制风叶表面边界层分离现象，提高风叶流动效率，进而降低风叶功率以及降低风叶噪音。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种轴流风叶，其特征在于：包括：

轮毂(2)和叶片(1)，所述叶片的一端连接在所述轮毂上、另一端朝着径向外侧延伸，以所述轴流风叶的旋转轴为中心，所述轮毂的半径为R₁，所述叶片的径向最外端的半径为R₂，在R₁至R₂范围内，在轴流风叶的半径R处被轴向平面截取所得的三维曲面为叶片在半径R处的基元级，所述轴向平面与所述旋转轴的轴线平行且与所述轴流风叶的径向方向垂直；

所述轴流风叶在同半径处、圆周方向相邻的两个所述基元级沿圆周方向展平形成二维平面后，即形成风叶二维叶栅，任一所述基元级的翼型前缘与尾缘中点的连线形成翼型弦长L，相对半径r为半径R与风叶半径R₂的比值；

L所在的直线与所述轴流风叶旋转方向的夹角即为所述基元级的翼型的安装角度β，β与相对半径r的关系满足式①的函数关系，两个相邻所述风叶二维叶栅沿旋转方向的距离为叶栅间距t，弦长L与叶栅间距t的比值为叶栅稠度ρ，ρ与相对半径r的关系满足式②的函数关系；

各基元级的积迭方式是以重心为参照进行积迭的，各基元级的重心在圆周方向的相对位置用θ表示，θ为前弯角度，各基元级重心在轴向的相对位置用z表示，前弯角度θ与相对半径r的关系满足式③的函数关系，相对位置z与相对半径r的关系满足式④和⑤的函数关系：

d₂＝-0.65～-0.76，d₁＝0.83～0.93，d₀＝-0.2～-0.3；

e₂＝0.005～0.05，e₁＝0.01～0.05，e₀＝-0.015～-0.04。

2.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于：

a₃＝-37.1～-37.3，a₂＝110.08～110.25，a₁＝-129.5～-130.0，a₀＝80.6～81.0；

b₃＝-0.815～-0.810，b₂＝2.810～2.817，b₁＝-3.48～-3.52，b₀＝2.11～2.18；

c₃＝-101.57～-101.63，c₂＝316.54～316.62，c₁＝-260.84～-260.94，c₀＝63.01～63.05；

d₂＝-0.708～-0.712，d₁＝0.84～0.94，d₀＝-0.23～-0.27；

e₂＝0.020～0.025，e₁＝0.030～0.033，e₀＝-0.020～-0.026。

3.根据权利要求2所述的轴流风叶，其特征在于：

a₃＝-37.257193，a₂＝110.2038742642，a₁＝-129.9148286048,a₀＝80.8610046620；

b₃＝-0.8128842148，b₂＝2.8149019095，b₁＝-3.50649509，b₀＝2.15179；

c₃＝-101.6105268506，c₂＝316.5893700873，c₁＝-260.886842，c₀＝63.0365703544；

d₂＝-0.7105404664，d₁＝0.8856794513，d₀＝-0.2570622；

e₂＝0.0229574760，e₁＝0.0312583813，e₀＝-0.0242159；

即:

4.根据权利要求1-3中任一项所述的轴流风叶，其特征在于：

所述基元级翼型采用后加载方式成型。

5.根据权利要求4所述的轴流风叶，其特征在于：

翼型骨线ML为所述基元级翼型中在法向方向距离两叶面距离相等的位置连接而成的线，翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值为0.53～0.63，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值为0.25～0.35，其相对厚度δ_max/L取值为0.025～0.04，所述法向为在叶面曲线上选取一点做切线，再做与切线相垂直的线的方向。

6.根据权利要求5所述的轴流风叶，其特征在于：

翼型骨线ML的最大高度Y_max对应的X_max取值为0.58，叶片的最大法向厚度δ_max对应的X_max取值为0.32，其相对厚度δ_max/L取值为0.037。

7.根据权利要求4所述的轴流风叶，其特征在于：

从R₁至R₂的方向，各基元级翼型的相对厚度δ_max/L是逐渐减小的，其中相对厚度为法向的最大厚度δ_max与弦长L的比值，法向为在曲线上选取一点做切线，再做与切线相垂直的方向。

8.根据权利要求1所述的轴流风叶，其特征在于：

所述叶片的个数为奇数。

9.根据权利要求8所述的轴流风叶，其特征在于：

所述叶片的个数为7。

10.一种轴流风机，其特征在于：包括权利要求1-9中任一项所述的轴流风叶，还包括电机(4)，所述电机(4)驱动所述轴流风叶转动。