叶片、叶轮及风机的制作方法

本发明涉及风机领域，更具体地涉及一种叶片、叶轮及风机。

背景技术：

在风机的转速较高时，尤其转速在3200Rpm左右时，气流流经叶片表面时会出现边界层分离严重、叶片尾缘处气流紊动强烈的状况，进而导致叶片宽频噪音较高，影响风机的性能且使用舒适度低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种能够提高风机性能、降低叶片宽频噪音的叶片、叶轮及风机。

为达上述目的，第一方面，提供一种叶片。

一种叶片，所述叶片的尾缘设置有至少一段内凹弧，所述至少一段内凹弧的至少一个端点位于所述叶片的径向外缘与径向内缘之间，所述叶片上设置有至少一条由所述叶片的压力面向所述叶片的吸力面方向凸出的凸脊结构。

优选地，所述凸脊结构的一端交汇于所述内凹弧的端点处，另一端交汇于所述叶片的前缘。

优选地，每一段所述内凹弧的两个端点均对应设置一条所述凸脊结构。

优选地，所述叶片上由所述叶片的径向内缘向径向外缘的方向间隔设置有多条凸脊结构，所述凸脊结构的最大高度由所述叶片的径向内缘向径向外缘的方向逐渐减小。

优选地，所述叶片的尾缘设置有一段内凹弧，所述至少一条由所述叶片的压力面向所述叶片的吸力面方向凸出的凸脊结构包括靠近所述叶片的径向内缘设置的第一凸脊结构和靠近所述叶片的径向外缘设置的第 二凸脊结构，所述第一凸脊结构的一端交汇于所述内凹弧上靠近所述叶片的径向内缘的端点处，所述第二凸脊结构交汇于所述内凹弧上靠近所述叶片的径向外缘的端点处。

优选地，所述第一凸脊结构的最大高度为W1，所述第二凸脊结构的最大高度为W2，在径向上，所述叶片的径向内缘与径向外缘之间的距离为L；

其中，W1＝k1*L，系数k1的范围为0.025至0.035；和/或，

W2＝k2*L，系数k2的范围为0.021至0.031。

优选地，所述凸脊结构呈圆弧形。

优选地，所述叶片的尾缘设置有一段内凹弧，所述至少一条由所述叶片的压力面向所述叶片的吸力面方向凸出的凸脊结构包括靠近所述叶片的径向内缘设置的第一凸脊结构和靠近所述叶片的径向外缘设置的第二凸脊结构，所述第一凸脊结构的一端交汇于所述内凹弧上靠近所述叶片的径向内缘的端点处，所述第二凸脊结构交汇于所述内凹弧上靠近所述叶片的径向外缘的端点处，所述第一凸脊结构在周向上的圆弧半径为R2，所述第二凸脊结构在周向上的圆弧半径为R3，所述叶片的径向内缘的半径为R1；

其中，R2＝k3*R1，系数k3的范围为1.3至1.4；和/或，

R3＝k4*R1，系数k4的范围为1.95至2.05。

优选地，所述凸脊结构的圆心与所述叶片的径向内缘的圆心重合。

优选地，所述叶片的尾缘设置有一段内凹弧，在所述叶片自其径向内缘向径向外缘依次均布的五个基元级中，

叶栅稠度依次为0.84至0.86,0.77至0.79,0.54至0.56,0.57至0.59,0.51至0.53；和/或，

安装角度依次为30.5至32.5,24.5至26.5,19.5至21.5,15.5至17.5,13.0至15.0；和/或，

前弯角度依次为0°，1°至3°，7°至9°，9°至11°，17°至19°。

优选地，所述凸脊结构具有尖角结构，所述尖角结构与所述叶片的吸力面和压力面均经平滑曲面过渡连接。

第二方面，本发明提供一种叶轮。

一种叶轮，包括如上所述的叶片。

优选地，所述叶轮包括多个沿周向排布的所述叶片，相邻叶片之间具有夹角，在所述夹角中，至少有一个夹角的度数与其他夹角的度数不同。

优选地，所述叶轮包括7个所述叶片，在周向上，相邻所述叶片之间的夹角依次为49.5°至50.5°，51.0°至52.0°，45.5至46.5°，58.6至59.6°，47.5至48.5°，46.8至47.3°，57.5°至58.5°。

优选地，所述叶轮包括轮毂和外圈，所述叶片的径向内缘与所述轮毂连接，所述叶片的径向外缘与所述外圈连接，所述外圈的径向外侧设置有凹槽。

优选地，所述外圈的径向外侧设置多条呈环形的所述凹槽，多条所述凹槽沿所述外圈的轴向间隔分布设置。

第三方面，本发明提供一种风机。

一种风机，包括如上所述的叶轮。

第四方面，本发明提供一种风机。

一种风机，包括如上所述的叶轮以及设置于所述叶轮的外圈径向外侧的导流圈。

本发明提供的叶片基于仿生原理在其尾缘设置至少一段内凹弧，且在叶片上设置凸脊结构，通过改变叶片的形状使得叶片呈类似于蝙蝠翼的形状，从而改善叶片尾缘气流流动形态，进而降低噪音。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的叶片的结构示意图；

图2示出本发明具体实施方式提供的叶片的五个基元级的示意图；

图3示出本发明具体实施方式提供的叶轮局部剖视开的立体图；

图4示出图3中A部分的局部放大图；

图5示出本发明具体实施方式提供的叶轮的俯视图；

图6示出本发明具体实施方式提供的叶轮的主视图；

图7示出现有叶轮外圈与导流圈配合处的结构示意图；

图8示出本发明具体实施方式提供的叶轮的局部剖视图；

图9示出本发明具体实施方式提供的另一种叶轮的局部剖视图；

图10示出本发明具体实施方式提供的再一种叶轮的局部剖视图；

图11示出本发明具体实施方式提供的还一种叶轮的局部剖视图；

图12示出本发明具体实施方式提供的叶片的压力面静压分布图。

图中，1、叶片；11、前缘；12、尾缘；13、径向内缘；14、径向外缘；15、内凹弧；161、第一凸脊结构；162、第二凸脊结构；17、吸力面；18、压力面；2、轮毂；3、外圈；31、凹槽；3’外圈；4’、导流圈。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供了一种叶片，如图1至图4所示，本申请中的叶片1形成为片状结构，其包括前缘11、尾缘12、径向内缘13与径向外缘14，在叶片1的尾缘12上设置有至少一段内凹弧15，且该内凹弧15的至少 一个端点位于叶片1的径向外缘13与径向内缘14之间，即内凹弧15的至少一个端点位于叶片1的径向外缘13的径向内侧以及径向内缘14的径向外侧，优选内凹弧15的两个端点均位于叶片1的径向外缘13与径向内缘14之间，基于仿生原理，通过改变叶片1的形状使得叶片呈类似于蝙蝠翼的形状，从而改善叶片尾缘气流流动形态，进而降低噪音。

内凹弧15的数量不限，可根据叶片1的具体规格等因素进行确定。内凹弧15的具体弧度不限，也可以为圆弧形，也可以为曲率不断变化的弧形，优选地，内凹弧15的曲率由叶片1的径向内缘13向径向外缘14的方向逐渐增大，能够获得更优的气流流动形态。

进一步优选地，叶片1具有吸力面17和压力面18，在叶片1上设置有至少一条由叶片1的压力面18向叶片1的吸力面17方向凸出的凸脊结构，即在叶片1的压力面18形成凹部，使得压力面18和吸力面17均沿压力面18向吸力面17的方向凸出。如此，凸脊结构与尾缘12上的内凹弧15相配合来进一步改善气流的流动形态，降低叶片1的宽频噪音。凸脊结构的形状具体不限，在一个优选地实施例中，凸脊结构呈尖角结构，并且，尖角结构优选与叶片1的吸力面17以及压力面18经平滑曲面过渡连接，如此，能够避免产生气流死角，进一步提高采用其的风机性能。

凸脊结构在叶片上的排布方式具体不限，优选一端交汇于叶片1的前缘11，另一端交汇于叶片的尾缘12，为了能够与叶片尾缘12上的内凹弧15形成更好的配合，进一步优选地，凸脊结构的一端交汇于内凹弧15的端点处，另一端交汇于叶片的前缘11，如此，凸脊结构与内凹弧15能够形成更加近似于蝙蝠翼的结构，从而获得更优的气流流动形态。

下面以在尾缘12设置一段内凹弧15为例具体说明内凹弧15与凸脊结构的具体配合结构。内凹弧15设置在叶片1径向的中部(对具体位置的限定可通过后面对凸脊结构的限定获得)，内凹弧15具有两个端点，分别为靠近叶片径向内缘13的第一端点以及靠近叶片径向外缘14的第二端点，叶片1上设置有两条凸脊结构，分别为靠近叶片径向内缘13设置的第一凸脊结构161以及靠近叶片径向外缘14设置的第二凸脊结构162，第一凸脊结构161的一端与第一端点交汇，另一端与叶片前缘11 交汇，第二凸脊结构162的一端与第二端点交汇，另一端与叶片前缘11交汇，如此，形成非常接近于蝙蝠翼的形状，从而改善叶片尾缘12处的气流，降低叶片产生的噪音。

凸脊结构优选在周向上呈圆弧形，进一步优选地，在与轴向垂直的平面内，叶片1的径向内缘13、径向外缘14以及第一凸脊结构161、第二凸脊结构162所在圆为同心圆。

为进一步优化气流的流动形态，可对叶片1的各部分结构参数进行优化，在优选的实施例中，凸脊结构的最大高度由叶片的径向内缘向径向外缘的方向逐渐减小，凸脊结构的最大高度为叶片1的中线在凸脊结构的尖角结构顶端位置上的点距离叶片1的径向内缘13至径向外缘14的重心连线AB的垂直距离。在如图4中所示的实施例中，第一凸脊结构161的最大高度为W1，第二凸脊结构162的最大高度为W2，W2小于W1。

进一步优选地，如图4所示，在径向上，叶片1的径向内缘13与径向外缘14之间的距离为L，此处所述的径向不是在与轴向垂直平面内的投影方向上，由于叶片1安装后相对于轴线方向有一定的夹角，因此，此处的径向是，在中心引出一条径线，该径线能够与径向内缘13和径向外缘14均具有交点，这两个交点之间的距离即为距离L。W1与L优选满足关系：W1＝k1*L，系数k1的范围为0.025至0.035。W2与L优选满足关系：W2＝k2*L，系数k2的范围为0.021至0.031。

在优选的实施例中，如图5所示，第一凸脊结构161在周向上的圆弧半径为R2，第二凸脊结构162在周向上的圆弧半径为R3，叶片1的径向内缘13的半径为R1，R1与R2优选满足关系：R2＝k3*R1，系数k3的范围为1.3至1.4。R1与R3优选满足关系：R3＝k4*R1，系数k4的范围为1.95至2.05。

在优选的实施例中，如图2所示，在叶片1自其径向内缘13向径向外缘14依次均布的五个基元级(自径向内缘向径向外缘依次为S1、S2、S3、S4、S5)中，叶栅稠度依次为0.84至0.86,0.77至0.79,0.54至0.56,0.57至0.59,0.51至0.53，安装角度(自径向内缘向径向外缘依次为β1、β2、β3、β4、β5)依次为30.5至32.5,24.5至26.5,19.5至21.5,15.5至17.5,13.0至15.0，前弯角度(自径向内缘向径向外缘 依次为σ1、σ2、σ3、σ4、σ5)依次为0°，1°至3°，7°至9°，9°至11°，17°至19°。其中，基元级为半径R的圆周面沿轴向与叶片1相交时两者相交的部分，不同半径R的圆周面能够与叶片1相交成不同的基元级，叶片由无限多个基元级构成。安装角度为叶片翼弦与旋转方向的夹角，前弯角度为不同的基元级中心与叶片旋转中心之间的连线的夹角，默认第一个基元级的前弯角为0°。

进一步地，本申请还提供了一种叶轮，其采用如上所述的叶片。在一个具体的实施例中，如图3至图6所示，叶轮包括轮毂2，多个叶片1的径向内缘13固定于轮毂2的外周面上并沿周向分布。优选的，在与轮毂2的轴线垂直的平面内，多个叶片1上相对应的凸脊结构分别位于同一个圆上。例如，如图5中所示，多个叶片1的第一凸脊结构161均位于同一个圆上，多个叶片1的第二凸脊结构162也位于同一个圆上。

现有叶轮的叶片一般在周向上为均匀布置，流经叶片的气流与叶片产生周期拍打的现象，从而产生偶极子噪声源，也即为叶片通过噪音。该类型噪音属于窄频噪音，基频噪音值最高，而且基频随着转速以及叶片数的增加而增加，音质听起来极不悦耳，难以令人接受。针对此问题，本申请中，相邻叶片1之间的夹角中，至少有一个夹角的度数与其他夹角的度数不同，这种非等间距的设置方式能够在一定程度上控制噪音峰值，尤其是基频所对应的峰值。

本申请中对于“夹角”的定义为，叶片前缘的径向外端与中心连线之间的夹角。在一个具体的实施例中，如图5所示，叶轮包括7个叶片1，在周向上，相邻叶片1之间的夹角依次为θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7，θ1的范围为49.5°至50.5°，θ2的范围为51.0°至52.0°，θ3的范围为45.5至46.5°，θ4的范围为58.6至59.6°，θ5的范围为47.5至48.5°，θ6的范围为46.8至47.3°，θ7的范围为57.5°至58.5°。

在进一步的实施例中，叶轮还包括外圈3，叶片1的径向内缘13与轮毂2连接，径向外缘14与外圈3连接。当叶轮安装在风机上时，叶轮设置在导流圈内，即导流圈罩于叶轮的外周上，使得导流圈位于外圈3的径向外侧。

现有技术中，如图7所示，为了防止外圈3’与导流圈4’出现动静干涉，在外圈3’与导流圈4’之间会设置安全间隙，在风机运转过程中，气流不可避免的会流经该间隙，从而发生泄漏，导致风机效率降低。为改善这一现象，本申请中，如图8所示，在外圈3的径向外侧设置有凹槽31，使得外圈3的截面面积会发生反复变化，从而增加外圈3与导流圈之间形成的流道的阻力，如此，能够在保证安全间隙的同时，减少泄漏，进而提高风机效率。

凹槽31的尺寸不宜过大，也不宜过小，过大会影响外圈3的结构强度，过小则起不到增加阻力的效果。在一个优选的实施例中，凹槽31的深度M1≤0.5M2，M2为外圈的厚度。凹槽31的宽度(即在轴向上的尺寸)M3的取值范围为M1<M3<2M1。

凹槽31的具体形状不限，优选呈环形，多条环形的凹槽31沿外圈3的轴向间隔分布设置，从而达到更好的增加阻力的效果。凹槽31的截面形状也不限，可以为如图8所示的弧形，也可以为多边形，例如如图9至11所示的矩形、半五边形、半六边形等等，截面呈多边形的凹槽能够进一步的增加对气流的阻力，降低风机的泄露。

进一步地，本申请还提供了一种风机，采用上述的叶轮，能够有效降低风机的噪音且运行更加可靠，泄露少，效率高。

在一个具体的实施例中，该风机的叶片具体参数为，R2＝1.33R1，R3＝1.99R1，W1＝0.299L，W2＝0.026L，S1、S2、S3、S4、S5的叶栅稠度分别为0.85、0.78、0.55、0.58、0.52，安装角度分别为31.5°、25.5°、20.5°、16.5°、14.0°，前弯角度分别为0°、2°、8°、10°、18°。θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7的角度依次为50°、51.5°、46°、59.1°、48°、47.3°、58°。叶轮外圈的凹槽深度M1＝0.5M2，M2为外圈厚度，凹槽宽度M3＝M1，凹槽的截面形状为如图8中所示的弧形。经模拟实验，该风机的叶片的压力面静压分布如图12所示，由图可知，通过一系列的尺寸优化，进一步地改善气流的流动形态，降低叶片的宽频噪音。经具体的实验测试，与现有风机的对比结果如下表所示：

由上表可知，本申请风机的效率高且噪音低，效率相较于现有风机提高了2.18％，噪音降低了2.5dB，较现有风机具有更好的性能。

本申请提供的风机可广泛应用于各种需要进行送风的设备中，例如适用于空调，尤其是大巴空调中。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。