CN111255738B - 叶轮、混流风机以及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶轮、混流风机以及空调器。叶轮包括轮毂、轮盖和多个叶片，连接于轮毂的外表面和轮盖的内表面之间且叶片包括位于进风端一侧的前缘，在与轴线垂直的横向投影面上，前缘的轮廓线的投影具有与轮毂的投影相交的第一交点以及与轮盖的投影相交的第二交点，前缘的轮廓线的投影为连接第一交点与第二交点的凹曲线。本发明叶轮的叶片的前缘的形状大致为凹面，那么与平面式的前缘相比，在叶轮总进风面积相同的情况下，相邻的叶片之间的流道的进气面积增大从而提高进气流畅性。

Description

叶轮、混流风机以及空调器

技术领域

本发明涉及风机技术领域，特别涉及一种叶轮、混流风机以及空调器。

背景技术

风路系统是空调器内用于促使空调器作用区域内的空气加快热交换的组成部分之一。在空调器的风路系统中，设计人员根据空调器的不同机型和规格所对应的实际需求，选择和搭配合适的风机以满足空调器的工作品质和使用舒适性。

为满足空调器的风量和压头指标，相关技术中的空调器的风路系统采用了混流风机。设计人员发现相关技术中的混流风机的叶片为平面型，使得相邻叶片之间的流道面积较小进而影响进气流畅性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶轮、混流风机以及空调器，以优化风机的进风条件。

本发明第一方面提供一种叶轮，包括：

轮盖，包括沿轴线贯通的内腔，且内腔具有相对设置的进风端和出风端；

轮毂，设置于轮盖内；以及

多个叶片，连接于轮毂的外表面和轮盖的内表面之间且叶片包括位于进风端一侧的前缘，在与轴线垂直的横向投影面上，前缘的轮廓线的投影具有与轮毂的投影相交的第一交点以及与轮盖的投影相交的第二交点，前缘的轮廓线的投影为连接第一交点与第二交点的凹曲线。

在一些实施例中，凹曲线的朝向与叶轮的旋转方向相反。

在一些实施例中，凹曲线包括叶形线。

在一些实施例中，凹曲线在第一交点处的切线与轮毂的投影在第一交点处的切线之间的夹角的范围为[20°，150°]；和/或，凹曲线在第二交点处的切线与轮盖的投影在第二交点处的切线之间的夹角的范围为[20°，150°]。

在一些实施例中，凹曲线在第一交点处的切线与轮毂的投影在第一交点处的切线之间的夹角为70°；和/或，凹曲线在第二交点处的切线与轮盖的投影在第二交点处的切线之间的夹角为78.5°。

在一些实施例中，第一交点与第二交点之间的连线形成弦线，弦线的长度范围为[40mm，55mm]。

在一些实施例中，弦线的长度为48mm。

在一些实施例中，第一交点与第二交点之间的连线形成弦线，凹曲线的最大弯曲点到弦线之间的距离的范围为[2mm，12mm]。

在一些实施例中，凹曲线的最大弯曲点到弦线之间的距离为2.4mm。

在一些实施例中，第一交点与第二交点之间的连线形成弦线，凹曲线的最大弯曲点在弦线上的投影与第一交点之间的距离为弦长的20％-85％。

在一些实施例中，在通过轴线的纵向投影面上，前缘的轮廓线的投影为倾斜线，且从径向内侧到径向外侧的延伸方向上，倾斜线与横向基准线之间的距离逐渐变大，横向基准线与轴线垂直且通过倾斜线的径向内侧的端点。

在一些实施例中，倾斜线与横向基准线之间的最大距离的范围为[0mm，15mm]。

在一些实施例中，叶片包括与轮毂连接且沿轮毂的外表面延伸的叶片根部以及与叶片根部相对的外缘，外缘的轮廓线在通过轴线的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从进风端到出风端的方向上，变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大，纵向基准线与轴线平行。

在一些实施例中，外缘为S形曲线。

在一些实施例中，叶片包括与前缘相对的尾缘，尾缘为内凹弧线，内凹弧线朝叶片的外侧凹入。

在一些实施例中，叶片的数量为6个到20个。

本发明第二方面提供一种混流风机，包括如本发明第一方面任一项提供的叶轮。

本发明第三方面提供一种空调器，包括本发明第二方面提供的混流风机。

基于本发明提供的技术方案，叶轮包括轮毂、轮盖和多个叶片，连接于轮毂的外表面和轮盖的内表面之间且叶片包括位于进风端一侧的前缘，在与轴线垂直的横向投影面上，前缘的轮廓线的投影具有与轮毂的投影相交的第一交点以及与轮盖的投影相交的第二交点，前缘的轮廓线的投影为连接第一交点与第二交点的凹曲线。本发明叶轮的叶片的前缘的形状大致为凹面，那么与平面式的前缘相比，在叶轮总进风面积相同的情况下，相邻的叶片之间的流道的进气面积增大从而提高进气流畅性；而且进气流畅性的提高也会相应减小其进气阻力。在进气气流方向不集中时，前缘凹面的设置允许更多不同方向的气流进入到叶轮内以避免气流对叶片的直接冲击从而降低噪音。而且前缘凹面的设置能够对不同方向的气流起到整流的作用，使得气流的速度分布更加均匀。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的叶轮的立体结构示意图；

图2为图1所示的叶轮的剖面结构示意图；

图3为图2所示的叶轮的局部放大结构示意图；

图4为图1所示的叶轮去掉轮盖后的结构示意图；

图5为图4中其中一个叶片的立体结构示意图；

图6为图1所示的叶轮的俯视结构示意图；

图7为图6中的叶轮的局部放大结构示意图；

图8为图1所示的叶轮的仰视结构示意图；

图9至图11为图4中另一个叶片在纵向投影面上的投影结构示意图；

图12为相关技术的混流风机入口流道内的速度矢量图；

图13为本发明实施例的混流风机入口流道内的速度矢量图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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发明的范围。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，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。

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，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1所示，本实施例的叶轮包括：

轮盖3，包括沿轴线L贯通的内腔，且内腔具有相对设置的进风端和出风端；

轮毂1，设置于轮盖3内；以及

多个叶片2，连接于轮毂1的外表面和轮盖3的内表面之间且叶片2包括位于进风端一侧的前缘21，在与轴线L垂直的横向投影面上，前缘21的轮廓线的投影具有与轮毂1的投影相交的第一交点E以及与轮盖3的投影相交的第二交点F，前缘21的轮廓线的投影为连接第一交点E与第二交点F的凹曲线。

如图6和图7所示，在叶轮的俯视图上，本实施例的前缘21具有与轮毂1相交的第一交点E以及与轮盖3相交的第二交点F，此时，前缘21为连接第一交点E与第二交点F的凹曲线。也就是说，从上方俯视叶轮，其叶片2的前缘21的形状大致为凹面，那么与平面式的前缘相比，在叶轮总进风面积相同的情况下，相邻的叶片2之间的流道的进气面积增大从而提高进气流畅性；而且进气流畅性的提高也会相应减小其进气阻力。在进气气流方向不集中时，前缘凹面的设置允许更多不同方向的气流进入到叶轮内以避免气流对叶片的直接冲击从而降低噪音。而且前缘凹面的设置能够对不同方向的气流起到整流的作用，使得气流的速度分布更加均匀。

在此需要说明的是，本发明实施例的横向投影面垂直于叶轮的轴线L。本发明实施例的纵向投影面需要通过叶轮的轴线L。而且对于任一个叶片来说，该纵向投影面指的是该叶片朝向轴线L的方向正对的纵向投影面。例如，图4中的各个叶片2中位于轮毂1的前侧且位于最中间的叶片其所对应的纵向投影面就是与纸面平行的纵向投影面。也就是说，对于不同的叶片，其纵向投影面的位置不同。本发明实施例的纵向基准线位于纵向投影面内且与轴线L平行，横向基准线与轴线L垂直。

如图2所示，本实施例的混流风机内部流道形式特殊，使气流沿叶轮轴线L流入，后斜向流出。本实施例的叶片的前缘凹面的设计也利于气流在进入叶轮内部后沿这样斜向的流道流出。

具体地，在纵向投影面内，本实施例的叶轮流道大致为流道曲线M₁M₂,该流道曲线M₁M₂在进风端处的切线与纵向基准线之间的夹角α的范围为[0，30°]，在出风端处的切线与横向基准线之间的夹角β的范围为[0，80°]。

可选地，该流道曲线M₁M₂在进风端处的切线与纵向基准线之间的夹角α为10度，在出风端处的切线与横向基准线之间的夹角β为40度。

在本实施例中，凹曲线的朝向与叶轮的旋转方向相反。如此设置使得进入到叶轮内部的气流在叶片2的包裹下旋转，更利于对气流进行整流进一步提高气流的速度分布均匀性。

具体地，本实施例的凹曲线包括叶形线。例如可以采用如下方程来得到叶形线轨迹。

x＝p*m₁*k*t/n₁+t³；

y＝m₁*k*t²/n₂+t³；

其中，k为用于调节凹曲线的弦长的参数；p＝±1用以调节凹曲线的朝向；t的取值范围为；m₁、n₁、n₂用以调节凹曲线的弯曲程度。

在本实施例中，如图5和图6所示，凹曲线在第一交点E处的切线与轮毂1的投影在第一交点E处的切线之间的夹角a的范围为[20°，150°]，优选地，夹角a为70°。且凹曲线在第二交点F处的切线与轮盖3的投影在第二交点F处的切线之间的夹角b的范围为[20°，150°]，优选地，夹角b为78.5°。

在本实施例中，凹曲线的最大弯曲点O在连接第一交点E和第二交点F的弦线上的投影与第一交点E之间的距离为弦长的20％-85％。此处的最大弯曲点O指的是凹曲线上与弦线之间距离最大的点。

在本实施例中最大弯曲线O与弦线之间距离c的范围为[2mm，12mm]。优选地，最大弯曲线O与弦线之间距离c为2.4mm。

如图3所示，前缘21在纵向投影面的投影为倾斜线，且从径向内侧到径向外侧的延伸方向上，倾斜线与横向基准线之间的竖直距离逐渐变大。此处的横向基准线指的是经过倾斜线的位于径向内侧的端点并与轴线垂直的横向基准线。优选地，倾斜线与横向基准线之间的最大竖直距离h的范围为[0，15mm]。更优地，h为6.7mm。

图9到图11为单叶片在纵向投影面的投影。

如图10所示，叶片2包括与轮毂1的外表面连接并沿轮毂1的外表面延伸的叶片根部24以及与叶片根部24相对的叶片外缘22。叶片外缘22的轮廓线在通过轴线L的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从进风端到出风端的方向上，变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大。

本实施例的叶片外缘22在纵向投影面上的投影为变倾角曲线且该变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大使得本实施例的叶片对流道内的气流逐步导向从而避免大压力梯度且减小流动损失。

在一些实施例中，如图10所示，变倾角曲线包括位于进风端一侧的第一端点B以及位于出风端一侧的第二端点C，其中，变倾角曲线在第一端点B处的切线与纵向基准线之间的入口夹角d的范围为[20°，85°]。变倾角曲线在第二端点C处的切线与纵向基准线之间的出口夹角g的范围为[10°，70°]。

可选地，经过试验，将入口夹角d设置为50°，出口夹角g设置为57.7°时，气流的流动损失最小。

在本实施例中，如图10所示，变倾角曲线为第一S形曲线。具体地，本实施例的第一S形曲线具有拐点并包括分别位于拐点两侧的第一曲线段和第二曲线段，第一曲线段的曲率半径R1与第二曲线段的曲率半径R2之间的比值范围为[0.2，5]。

可选地，经过试验证明，将第一曲线段的曲率半径R1设置为125mm，第二曲线段的曲率半径R2设置为38mm时，气流的流动损失最小。

如图11所示，在本实施例中，叶片根部24在纵向投影面上的投影为第二S形曲线。

具体地，第二S形曲线包括位于进风端一侧的第三端点A以及位于出风端一侧的第四端点D，其中，第二S形曲线在第三端点A处的切线与横向基准线之间的入口夹角m的范围为[65°，120°]；根部S形线在第四端点D处的切线与横向基准线之间的出口夹角n的范围为[10°，65°]。此处的横向基准线也不是绝对横向基准线，而是位于通过轴线L的纵向投影面内且与轴线L垂直。

可选地，第二S形曲线在第三端点A处的切线与横向基准线之间的入口夹角m为91°，第二S形曲线在第四端点D处的切线与横向基准线之间的入口夹角n为24°。

本实施例的第二S形曲线具有拐点并包括分别位于拐点两侧的第一曲线段和第二曲线段，第一曲线段的曲率半径R₄与第二曲线段的曲率半径R₃之间的比值范围为[0，3.5]。

进一步地，本实施例的叶片2还包括位于出风端一侧的尾缘23，如图9所示，尾缘23在纵向投影面上的投影为内凹弧线。且该内凹弧线朝向叶片的外侧凹入，此处的叶片的外侧指的是远离叶片本体的方向。也就是说，如图6所示，从下方仰视叶轮，其叶片2的尾缘23的大致形状为凹面以避免气流在出气时的形成涡流进而优化气流流动。

实际应用时，尾缘弦长CD在纵向投影面的投影长度范围为[10,30mm]，尾缘C点端切线与弦长夹角e范围为[10°,50°]，D点端切线与弦长夹角f为[10°,50°]。优选地，本实施例的尾缘弦长CD在纵向投影面的投影长度为19mm，尾缘C点的切线与弦长夹角e为31°，D点端切线与弦长夹角f为31.5°。

该混流风机的叶轮应用于空调器，根据空调壳体结构，将叶轮叶片数最佳选取范围控制在6-20片。

对本实施例的混流风机进行仿真实验，并与优化前的混流风机的仿真进行对比，实验数据如下表所示，在仿真实验时，噪音测点为风机出口0.5m处。

通过仿真数据可知，在风量接近的情况下，优化后风机转速明显下降，同风量下噪音值下降，运行效率和压头都有所提升，风机气动性能和风噪水平得到明显改善。通过如图12和图13所示的速度矢量图对比也可发现，优化后，沿导流圈气流进入方向明显发生变化，气流向流道中部偏移，通过进气整流，流动速度分布更加均匀，速度梯度减缓明显。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (16)

1.一种混流风机的叶轮，其特征在于，包括：

轮盖（3），包括沿轴线贯通的内腔，且所述内腔具有相对设置的进风端和出风端；

轮毂（1），设置于所述轮盖（3）内；以及

多个叶片（2），连接于所述轮毂（1）的外表面和所述轮盖（3）的内表面之间且所述叶片（2）包括位于所述进风端一侧的前缘（21），在与所述轴线垂直的横向投影面上，所述前缘（21）的轮廓线的投影具有与所述轮毂（1）的投影相交的第一交点（E）以及与所述轮盖（3）的投影相交的第二交点（F），所述前缘（21）的轮廓线的投影为连接第一交点（E）与所述第二交点（F）的凹曲线；

所述第一交点（E）与所述第二交点（F）之间的连线形成弦线，所述凹曲线的最大弯曲点（O）到所述弦线之间的距离（c）的范围为[2mm，12mm]；

所述第一交点（E）与所述第二交点（F）之间的连线形成弦线，所述凹曲线的最大弯曲点（O）在所述弦线上的投影与第一交点（E）之间的距离为弦长的20%-85%。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述凹曲线的朝向与所述叶轮的旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述凹曲线包括叶形线。

4.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述凹曲线在所述第一交点（E）处的切线与所述轮毂（1）的投影在所述第一交点（E）处的切线之间的夹角（a）的范围为[20°，150°]；和/或，所述凹曲线在所述第二交点（F）处的切线与所述轮盖（3）的投影在所述第二交点（F）处的切线之间的夹角（b）的范围为[20°，150°]。

5.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于，所述凹曲线在所述第一交点（E）处的切线与所述轮毂（1）的投影在所述第一交点（E）处的切线之间的夹角（a）为70°；和/或，所述凹曲线在所述第二交点（F）处的切线与所述轮盖（3）的投影在所述第二交点（F）处的切线之间的夹角（b）为78.5°。

6.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述第一交点（E）与所述第二交点（F）之间的连线形成弦线，所述弦线的长度范围为[40mm，55mm]。

7.根据权利要求6所述的叶轮，其特征在于，所述弦线的长度为48mm。

8.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述凹曲线的最大弯曲点（O）到所述弦线之间的距离（c）为2.4mm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的叶轮，其特征在于，在通过所述轴线的纵向投影面上，所述前缘（21）的轮廓线的投影为倾斜线，且从径向内侧到径向外侧的延伸方向上，所述倾斜线与横向基准线之间的距离逐渐变大，所述横向基准线与所述轴线垂直且通过所述倾斜线的径向内侧的端点。

10.根据权利要求9所述的叶轮，其特征在于，所述倾斜线与横向基准线之间的最大距离（h）的范围为[0mm，15mm]。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片（2）包括与所述轮毂（1）连接且沿所述轮毂（1）的外表面延伸的叶片根部（24）以及与所述叶片根部（24）相对的外缘（22），所述外缘（22）的轮廓线在通过所述轴线（L）的纵向投影面上的投影为变倾角曲线，从所述进风端到所述出风端的方向上，所述变倾角曲线的切线与纵向基准线之间的夹角逐渐增大，所述纵向基准线与所述轴线（L）平行。

12.根据权利要求11所述的叶轮，其特征在于，所述外缘（22）为S形曲线。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片（2）包括与所述前缘（21）相对的尾缘（23），所述尾缘（23）为内凹弧线，所述内凹弧线朝所述叶片（2）的外侧凹入。

14.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片（2）的数量为6个到20个。

15.一种混流风机，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的叶轮。

16.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求15所述的混流风机。