CN219754880U - 一种风轮及包含其的轴流风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风轮及包含其的轴流风扇，包括轮毂和封闭外环和若干风叶；其中风叶的根部安装在轮毂外圆周上，风叶的顶部安装在封闭外环的内壁上；连接风叶的根部和顶部的风叶两侧分别形成前缘和后缘，且风量从前缘流向后缘；风叶在圆周方向呈非对称分布，以轮毂的中心轴为圆心、相邻两个风叶的叶顶前端为弧形端点围成扇形区域，相邻两个扇形区域的圆心角不相同；后缘上设有齿宽沿径向逐渐增大的锯齿。本实用新型在不增加风扇尺寸的前提下，既提高了通风量，又降低了工作噪音。

Description

一种风轮及包含其的轴流风扇

技术领域

本实用新型涉及轴流风扇设计技术领域，尤其涉及一种风轮及包含其的轴流风扇。

背景技术

轴流风扇作为储能设备的重要散热器件，其通风量影响储能设备的性能和寿命，噪声影响人们的工作环境。轴流风扇主要包括风轮、底座和电机。当风轮旋转时，气体从进风口轴向进入风轮，受到风轮上叶片的推挤而使气体的能量升高，将气体动能转换为压力能，从而带走储能设备上的热量。为了提高储能产品的性能和寿命，需要高性能(高效率、大风量和高压力)的风扇，但是高性能的风扇，其气动噪声也增大较多。

随着储能设备对散热系统的需求不断提高，静压也就随之增大，同时也需要通风量增大，而通风量的增大又带来噪音的增大。虽然可以通过增大尺寸和降低转速的方法来提升风量和降低噪音，但受限于用户安装空间，具有一定的局限性。因此风扇无法满足大风量、低噪声的客户需求。

目前轴流风扇风轮大多为叶片顶端敞口式设计，当通风量较大时，叶片的工作面和背面之间压力差增大，容易在叶片顶端处回流，影响通风效率，而若在叶片顶端直接采用外环封闭，则容易造成紊流现象发生，引起振动噪音，虽然现有技术公开了采用非均匀分布叶片或者增加锯齿的方式降低噪音，其中锯齿的设计是将强集中涡流分割离散成若干小涡，从而降低了边界层流强度，而常规设计中采用均匀的锯齿齿宽设计，未根据叶片的表面流动情况分割涡流，宽频噪音无法得到改善，还会降低通风效率，当通风量较大时，这种影响尤为明显，仍然无法满足低噪音要求，为此目前的轴流风扇只能解决风扇静压小于350Pa的条件下的风扇的性能和噪音问题(静压与通风量呈正比)。

为此，如何设计一种不增加风轮尺寸、不降低通风量的前提下，能够降低风扇噪音的大风量轴流风扇是目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的轴流风扇在降低风扇噪音的同时容易导致通风量降低，无法实现大风量、低噪音的需求的技术问题，本实用新型提供了一种风轮及包含其的轴流风扇来解决上述问题。

本实用新型提出一种风轮，包括轮毂和封闭外环和若干风叶；其中风叶的根部安装在轮毂外圆周上，风叶的顶部安装在封闭外环的内壁上；连接风叶的根部和顶部的风叶两侧分别形成前缘和后缘，且风量从前缘流向后缘；风叶在圆周方向呈非对称分布，以轮毂的中心轴为圆心、相邻两个风叶的叶顶前端为弧形端点围成扇形区域，相邻两个扇形区域的圆心角不相同；后缘上设有齿宽沿径向逐渐增大的锯齿。

进一步的，相邻两个扇形区域的圆心角大小为49°～59°。

进一步的，所述锯齿的齿宽大小为5mm～11mm。

进一步的，所述前缘包括主进风边和与主进风边的顶端连接的前掠，所述前掠向远离后缘的方向延伸。

进一步的，所述前掠与主进风边通过圆角过渡。

进一步的，所述前掠与主进风边的过渡圆角半径R的大小为14mm～18mm。

进一步的，所述前掠与主进风边的过渡圆角半径R的大小为16mm。

进一步的，所述主进风边顶端与前掠顶端形成的圆心角D的大小为8°～12°。

进一步的，所述主进风边顶端与前掠顶端形成的圆心角D的大小为10°。

本实用新型还提出一种轴流风扇，包括以上所述的风轮。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的风轮及包含其的轴流风扇，利用封闭外环将风叶的顶端封闭，避免叶顶回流，并且通过风叶的非对称设计以及在后缘增加锯齿的方式降低通风噪音，同时锯齿的齿距沿径向逐渐增大，从降低宽频噪音、噪音峰值等多个方面解决噪音问题，在保证通风效率的前提下，既提高了通风量，又降低了工作噪音。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型所述的风轮的具体实施方式的正面立体图；

图2是本实用新型所述的风轮的具体实施方式的背面立体图；

图3是图1的主视图；

图4是本实用新型中一号风叶所在扇形区域的放大图；

图5是图3的上半部分放大示意图。

图中，1、轮毂，2、封闭外环，3、风叶，301、前缘，3011、前掠，3012、主进风边，302、后缘，4、工作面，5、背面，6、一号风叶，7、二号风叶，8、七号风叶，9、扇形区域，10、锯齿。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

如图1-图4所示，一种风轮，包括轮毂1和封闭外环2和若干风叶3；其中风叶3的根部安装在轮毂1外圆周上，风叶3的顶部安装在封闭外环2的内壁上；连接风叶3的根部和顶部的风叶3两侧分别形成前缘301和后缘302，且风量从前缘301流向后缘302。当风量增大时，风叶3的工作面4与背面5的压差增大，其中封闭外环2是指圆周面上没有开口的圆环，封闭外环2的设计可以挡住风叶3顶部的风量，避免气流从风叶3的工作面4经风叶3顶部回流至背面5，从而导致通风效率降低。风叶3通常为扭曲叶片。

轴流风扇工作的时候，风量从风叶3的前缘301流入，然后从风叶3的后缘302流出，风轮在旋转的过程中会产生离散噪声，该噪声直接影响轴流风扇的声品质和客户的体验。为此，本实用新型的风叶3在圆周方向呈非对称分布，以轮毂1的中心轴为圆心、相邻两个风叶3的叶顶前端为弧形端点围成扇形区域9，所述叶顶即为风叶3的顶部，所述前端是指叶顶与前缘301连接的一端，也是先接触气流的一端，相邻两个扇形区域9的圆心角不相同，这样可以降低叶片的旋转频率，从而降低了风扇的噪声。

风扇工作时，由于叶片周期性作用于空气质点，或者运动的气体和机体发生周期性干扰，引起气体压力脉动而产生噪声；将扇叶不均匀的分布在轮毂1的一周，叶片不等间距分布之后，各个叶片之间的距离不等，打破了其周期性规律，减小了叶片频率，破坏了基波和谐波出现的频率的规律，有效降低风扇噪音的峰值，从而整体降低了风扇的噪声。

同时，后缘302上设有齿宽沿径向逐渐增大的锯齿10。叶片尾缘涡脱落及尾迹是影响轴流风扇噪声及流动损失的重要因素之一，对后缘302改型可影响尾缘涡及尾迹流动。后缘302上的锯齿10将强集中涡流分割离散成若干小涡，从而降低了边界层流强度，改善了边界层流状况，从而减少了尾迹涡流。而宽频噪声的大小主要由叶片紊流附面层的流体状况决定，气流的速度由轮毂1至封闭外环2逐渐增大，锯齿10的齿宽由轮毂1到轮缘逐渐增大，在分割后的若干小涡中，小涡的截面面积由轮毂1至封闭外环2逐渐增大，截面面积越大，速度越小，这样可以缩小后缘302径向上的气流流速变化，即减小尾流流动分离，从而减小宽频噪声。

综上所述，本实用新型通过叶片非对称分布和后缘302增加锯齿10的设计降低轴流风扇的噪声，通过锯齿10齿宽沿径向增大的设计减小宽频噪音，降低噪音，并通过封闭外环2的设计避免流量损失，即使在较大的通风量情况下，噪音也可以控制在较小值内，实现通风效率高、噪音小的大风量通风效果。

作为优选的，相邻两个扇形区域9的圆心角大小为49°～59°，如图3所示，本实施例中叶片的数量为七片，扇形区域9为相邻风叶3的顶部与前缘301的连接处围成的区域，在圆周上将七个风叶3依次命名为一号风叶6、二号风叶7、……、七号风叶8，则一号风叶6的顶部与圆心的连线和二号风叶7的顶部与圆心的连线形成一个扇形区域9，一号风叶6位于该扇形区域9内，该扇形区域9的圆心角即为一号风叶6的圆心角，同理，二号风叶7所在的扇形区域9圆心角即为二号风叶7的圆心角。七片风叶3的圆心角优选依次增加，保证动平衡，从而实现减小风扇的振动和噪音。其中一号风叶6的圆心角a1为49°，七号风叶8的圆心角a7为59°。

齿宽过大无法改善尾缘涡脱落及尾迹现象，齿宽过小会增大尾流流动分离，增大宽频噪音，为此，如图4所示，锯齿10的齿宽L大小优选为5mm～11mm。最靠近轮毂1的锯齿10齿宽是5mm，最靠近封闭外环2的锯齿10齿宽是11mm。

实施例二

在实施例一的基础上，前缘301包括主进风边3012和与主进风边3012的顶端连接的前掠3011，前掠3011向远离后缘302的方向延伸。前掠3011能够调整风扇内激波结构，通过削弱激波强度、减小激波损失来提高风扇性能。叶片前缘301曲线由主进风边3012至前掠3011的改变，实质上是使叶片内流动重新建立起径向平衡，从而影响通道内气流的流动特性。气流首先接触到叶顶的前掠3011，实现对气流的增压做功，提高叶顶气流的压力，使得叶片的顶部压力高于根部压力(即叶顶压力高于叶根压力)，有利于改善叶顶区域附面层的堆积，从而减小气流在风叶3上生成的叶顶漩涡，降低风扇的噪声和功耗。

作为优选的，前掠3011与主进风边3012通过圆角过渡，避免流速突变造成的流量损失。如图5所示，前掠3011与主进风边3012的过渡圆角半径R的大小优选为14mm～18mm。本实施例中R＝16mm。

在进一步设计中，主进风边3012顶端与前掠3011顶端形成的圆心角D的大小为8°～12°。圆心角D是指主进风边3012顶端与风轮圆心的连线和前掠3011顶端与风轮圆心的连线之间的夹角。圆心角D过大会与前一个风叶3产生干涉，圆心角D过小会降低叶顶漩涡改善效果。本实施例中，主进风边3012顶端与前掠3011顶端形成的圆心角D的大小为10°。

实施例三

一种轴流风扇，包括以上所述的风轮。采用本实用新型所述的轴流风扇，可以解决静压350Pa以上的轴流风扇的性能和噪音问题，满足大风量、低噪音的要求。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“轴向”、“径向”、“周向”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，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种风轮，其特征在于：包括轮毂(1)和封闭外环(2)和若干风叶(3)；其中风叶(3)的根部安装在轮毂(1)外圆周上，风叶(3)的顶部安装在封闭外环(2)的内壁上；连接风叶(3)的根部和顶部的风叶(3)两侧分别形成前缘(301)和后缘(302)，且风量从前缘(301)流向后缘(302)；

风叶(3)在圆周方向呈非对称分布，以轮毂(1)的中心轴为圆心、相邻两个风叶(3)的叶顶前端为弧形端点围成扇形区域(9)，相邻两个扇形区域(9)的圆心角不相同；后缘(302)上设有齿宽沿径向逐渐增大的锯齿(10)。

2.根据权利要求1所述的风轮，其特征在于：相邻两个扇形区域(9)的圆心角大小为49°～59°。

3.根据权利要求1所述的风轮，其特征在于：所述锯齿(10)的齿宽大小为5mm～11mm。

4.根据权利要求1所述的风轮，其特征在于：所述前缘(301)包括主进风边(3012)和与主进风边(3012)的顶端连接的前掠(3011)，所述前掠(3011)向远离后缘(302)的方向延伸。

5.根据权利要求4所述的风轮，其特征在于：所述前掠(3011)与主进风边(3012)通过圆角过渡。

6.根据权利要求5所述的风轮，其特征在于：所述前掠(3011)与主进风边(3012)的过渡圆角半径R的大小为14mm～18mm。

7.根据权利要求6所述的风轮，其特征在于：所述前掠(3011)与主进风边(3012)的过渡圆角半径R的大小为16mm。

8.根据权利要求5所述的风轮，其特征在于：所述主进风边(3012)顶端与前掠(3011)顶端形成的圆心角D的大小为8°～12°。

9.根据权利要求8所述的风轮，其特征在于：所述主进风边(3012)顶端与前掠(3011)顶端形成的圆心角D的大小为10°。

10.一种轴流风扇，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的风轮。