专利名称：轴流风扇的叶片及空调用轴流风扇的制作方法
技术领域：
本发明属于空调技术领域，具体地说，涉及一种空调用轴流风扇的叶片及空调用轴流风扇。
背景技术：
在空调等通风换气装置用轴流风扇的设计过程中，叶片安装角的设计直接影响叶片的气动性能，因此对风扇风量产生重要影响。而叶片径向弯曲角及前掠弯曲角不仅影响风量，对气动噪音也有重要影响。目前在风扇设计过程中往往很难达到最佳的参数匹配，导致旧翼型风扇存在风量不足、噪音偏高的问题。随着计算机技术及计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的发展，以及其具有周期短、成本低、可以有效分析各种影响因素以及定量化流场参数等优点，使其成为叶轮机械研究和设计研发领域 中的一种全新手段，可以做到在风扇设计阶段就能够较为准确地预估其气动性能和声学特性，为风扇的参数优化和结构设计提供依据，并且可以减少试验的费用和工作量，缩短研发周期，提高企业的经济效益。在对空调等通风换气设备的能效比要求越来越高的今天，现有的轴流风扇做功效率普遍偏低，不能满足高风量、高风压、低噪音的要求，迫切需要改良，以使整机性能实现新的突破，节能降噪，本发明的目的就在于此。对于开放式低压轴流风扇的设计，一般是通过设计基元级翼型，调整不同截面翼型的气流冲角、叶片的曲率、弧度、以及叶片数目等要素来提升风扇的风量和风压，降低风扇的气动噪音。目前开放式低压轴流风扇风量不足、噪音较高，迫切需要解决。
发明内容
本发明提供了一种轴流风扇的叶片及空调用轴流风扇，可以解决现有技术存在的叶片设计不合理导致轴流风扇的风量和风压不足、噪音较高的问题。为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种轴流风扇的叶片包括多个迭合而成的特征截面，所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，在以H% =0. 80, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的第一圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面ct !=0° ， α 2=177. V ， β =38. 6。，b=174. 2mm, Plx=27. 16mm,Ply=96. 24mm, Plz=-9. 65mm, P2x=-99. 95mm, P2y=3. 08mm, P2z = -83. 92mm ;在以H%= 0.57, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面8°，α 2=162. 0°，β=35. 0° , b=236. 0mm,Plx=25. 37mm, Ply=137. 68mm, Plz=8. 46mm, P2x=-139. 99mm, P2y=_0. 27mm, P2z=_88. 09mm ;在以H%= 0.44, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面α !=10. 1°，a 2=149. 5°，β =30. 3°，b=301. 7mm,Plx=15. 00mm, Ply=179. 36mm, Plz=21. 57mm, P2x=_178. 86mm, P2y=_20. 25mm, P2z=_95. 15mm ;在以H%= 0.36, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a 1=16. 7°，a 2=145. 6°，P =26. 5。，b=367. 6mm,Plx=-4. 79mm, Ply=219. 95mm, Plz=30. 65mm, P2x=_214. 11mm, P2y=_50. 57mm, P2z=_103. 9mm ;在以H%= 0.31, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a !=24. 0°，a 2=142. 8°，^ =23. 4°，b=435. 2mm,Plx=-35. 1mm, Ply=257. 62mm, Plz=36. 70mm, P2x=_242. 58mm, P2y=_93. 56mm, P2z=-115. 2mm ;相关参数定义如下H%:r与R的比值;
r :叶轮圆形轮毂外圆柱面半径；R :与轮毂内切圆柱面同心的不同圆柱面的半径为R ；L1 :与轮毂内切圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的圆弧中点的连线；L2 :叶片叶根弦线中点Q与风扇中心点0的连线；L3 :圆弧中点N与风扇中心点0的连线；Ci1丄2与L3之间的夹角，称为叶片径向弯曲角；L4 :风扇前缘与R对应的圆柱面交点处沿前缘曲线的切线；L5 通过L4切点P与中线点0的连线；a 2 :L4与L5之间的夹角，称为叶片前掠弯曲角；^ :与风扇轴线垂直的基准平面与通过与轮毂圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的弦线的夹角，称为叶片安装角；APpP2 :指半径为R不同圆柱面与叶片压力面相交型线上叶片前缘及后缘点，坐标表示为 P1 (Plx，Ply, PJ，P2 (P2x，P2y, P2z);b :半径为R的圆柱面与叶片前缘及后缘交点的连线，称为翼型弦长；xy平面、z轴基于空间直角坐标系，坐标原点为叶根侧电机轴孔中心点，xy平面以经过所述原点并垂直于风扇轴线的平面；以原点与所述第一圆柱面和叶片后缘线交点连线为X轴正方向，以垂直于所述xy平面从压力面指向吸力面的方向为z轴方向。进一步地,在以H% =0. 67, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面，a2=171.6°，￠=37. 1°，b = 204. 7mm，Pls = 27. 27mm，Ply=116. 86mm，Plz=O. 10mm，P2x=_119. 95mm，P2y=3. 45mm，P2z=_85. 62mm。进一步地，在以H% =0. 5，r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面Za1 = 6.8°，a2=153. 2°，￠=32.6°，b = 268. 5mm，Plx = 21. 31mm，Ply=158. 58mm，Plz=15. 56mm，P2x=_159. 78mm，P2y=_8. 39mm，P2z=_91. 29mm。进一步地，在以H% =0.4，r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a 1=13. 4°，a2=149. 2°，P = 28. 3°，b=334. 8mm，Plx = 6. 34mm，Ply=199. 89mm，Plz = 26. 62mm，P2x=_197. 02mm，P2y=_34. 39mm，P2z=_99. 33mm。进一步地，在以H% =0. 33，r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面^: = 20. 2°，a2=138.2° ,￠=24.8°，b = 400. 8mm，Plx=_18. 6mm，Ply = 239. 28mm，Plz=33. 95mm，P2x=_229. 58mm，P2y=_69. 93mm，P2z=_109. 1mm。进一步地，在以H% =0. 29，r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a i = 26. 6°，α2=140.8°，β=21.9°，b=439. 3mm，Plx=_46. 5mm，Ply = 265. 12mm，Plz=35. 93mm，P2x=_263. 49mm，P2y=_94. 72mm，P2z=-117. 7mm。再进一步地，相邻的每两个特征截面之间为连续光滑过渡。其中，所述!1%的误差在±1内；所述a i、α2、β的误差在±1°内；所述r、b、Plx、Ply、Plz、P2x、P2y、P2z 的误差在 ± Imm 内。
优选地，所述叶片材料采用增强聚丙烯。另一方面，本发明还提供一种空调用轴流风扇，风扇的所有叶片均采用本发明所述的叶片。本发明主要解决空调外机及通风换气装置所用开放式低压轴流风扇做功效率低，噪音较大，整体重量较大的问题。最佳的参数匹配得到的叶片的翼型和基元级堆叠方式可以达到提高风扇风量、提高效率、降低噪音的目的。本发明通过对叶片的多个特征截面进行最佳的参数匹配，形成特定的叶片型线的成型规律。叶片由注塑工艺制作。叶片的材料优选增强PP，也可以采用其他材料制作。本发明轴流风扇的轮毂为圆形，但不论风扇轮毂形状为圆形或三角形或其他任意形状，以及轮毂加强筋的不同变化，由本发明所述的特征截面限定的叶片的翼型和型线也是等同于本发明所述叶片。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是I、风扇的做功效率更高，实现高风量、高风压、低噪音的要求；2、在扇叶性能提高的前提下，扇叶平均壁厚更薄，部件成本降低；3、叶片材料应用增强PP可以提高风扇的物理性能。本发明通过结合计算流体动力学(CFD)仿真分析和实验数据分析等手段，设计合理的基元级翼型，调整叶片曲率、弧度、倾角，使风扇的性能得到提升，达到高效低噪的要求。本发明的轴流风扇通过改进基元级翼型和翼型堆叠方式，获得最佳的参数匹配，提升了风扇的风量和风压，降低了噪音，做功效率较高，性价比很高。
图I是采用本发明叶片的轴流风扇的俯视图，图中示出了用以定义叶片的特征截面的一些结构参数；图2是采用本发明叶片的轴流风扇的另一视图，示出了其中一个叶片的10个特征截面，以及参数b、β ；图3是叶片的其中一个特征截面的正视图，示出了压力面、吸力面，以及用于限定特征截面的两个点PpP2的位置；图4是从叶片页顶俯视的由不同特征截面迭合而成的叶片示意图5是从叶片页根俯视的由不同特征截面迭合而成的叶片示意图；图6是本发明轴流风扇的三维成型图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。如图1-5所示，本发明所述的轴流风扇的叶片，是由多个特征截面迭合而成的异形体，特征截面的轮廓曲线(如图3所示)是由压力面曲线和吸力面曲线围成的封闭曲线。叶片的特征截面由表I所示参数限定，表I列出了 10个特征截面及其相应参数。表I :叶片的10个特征截面及确定该特征截面的相关参数(未标注单位mm)
权利要求
1.一种轴流风扇的叶片，包括多个迭合而成的特征截面，所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，其特征在于 在以H%=0. 80, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的第一圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面α 1=0°，α2=177. 7°，β=38. 6° , b=174. 2mm,Plx=27. 16mm，Ply=96. 24mm，Plz=-9. 65mm，P2x=_99. 95mm，P2y=3. 08mm，P2z=_83. 92mm ; 在以H%=0. 57, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面^^=3. 8°，α 2=162. 0°，β =35. O °，b=236. 0_，Plx=25. 37mm，Ply=137. 68mm，Plz=8. 46mm，P2x=_139. 99mm，P2y=-O. 27mm，P2z=_88. 09mm ; 在以H%=0. 44, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a FlO. 1°，α2=149·5°，β =30. 3 ° , b=301. 7mm,Plx=15. 00mm，Ply=179. 36mm，Plz=21. 57mm，P2x=_178. 86mm，P2y=_20. 25mm，P2z=_95. 15mm ; 在以H%=0. 36, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a :=16. 7°，α2=145. 6°，β =26. 5 °，b=367. 6mm，Plx=_4. 79mm，Ply=219. 95mm，Plz=30. 65mm，P2x=_214. 11mm，P2y=_50. 57mm，P2z=_103. 9mm ; 在以H%=0. 31, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面^^=24. O。，α 2=142. 8°，β=23. 4°，b=435. 2mm，Plx=_35. 1mm，Ply=257. 62mm，Plz=36. 70 mm，P2x=_242. 58 mm，P2y=_93. 56mm，P2z=-115. 2mm ;相关参数定义如下 H% :r与R的比值； r :叶轮圆形轮毂外圆柱面半径； R :与轮毂内切圆柱面同心的不同圆柱面的半径为R ； L1 :与轮毂内切圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的圆弧中点的连线； L2 :叶片叶根弦线中点Q与风扇中心点O的连线； L3 :圆弧中点N与风扇中心点O的连线； a i :L2与L3之间的夹角，称为叶片径向弯曲角； L4 :风扇前缘与R对应的圆柱面交点处沿前缘曲线的切线； L5 :通过L4切点P与中线点O的连线； a a :L4与L5之间的夹角，称为叶片前掠弯曲角； β :与风扇轴线垂直的基准平面与通过与轮毂圆柱面同心的半径为R的不同圆柱面所截得的叶片横截面的弦线的夹角，称为叶片安装角； 点Pp P2 :指半径为R不同圆柱面与叶片压力面相交型线上叶片前缘及后缘点，坐标表示为 P1 (Plx, Ply, Plz), P2 (P2x, P2y, P2z)； b :半径为R的圆柱面与叶片前缘及后缘交点的连线，称为翼型弦长；xy平面、z轴基于空间直角坐标系，坐标原点为叶根侧电机轴孔中心点，xy平面以经过所述原点并垂直于风扇轴线的平面；以原点与所述第一圆柱面和叶片后缘线交点连线为X轴正方向，以垂直于所述xy平面从压力面指向吸力面的方向为z轴方向。
2.根据权利要求I所述的轴流风扇的叶片，其特征在于 在以H%=0. 67, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面^=1.5°，a2=171.6°，￠=37.1°，b=204. 7 mm,Pls=27. 27 mm，Ply=I 16. 86 mm，Plz=O. 10 mm，P2x=-119. 95 mm，P2y=3. 45 mm，P2z=_85. 62 mm。
3.根据权利要求2所述的轴流风扇的叶片，其特征在于 在以H%=0. 5, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a :=6. 8° , a 2=153. 2° , ￠=32.6° ,b=268. 5 mm,Plx=21. 31mm，Ply=I兄.58 mm，Plz=15. 56 mm，P2x=-IM. 78 mm，P2y=_8. 39 mm，P2z=_91. 29 mm。
4.根据权利要求3所述的轴流风扇的叶片，其特征在于 在以H%=0. 4, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a 1=13. 4。，a 2=149. 2。，^ =28. 3。，b=334. 8 mm,Plx=6. 34mm，Ply=199. 89 mm，Plz=26. 62 mm，P2x=_197. 02 mm，P2y=_34. 39 mm，P2z=_99. 33 mm。
5.根据权利要求4所述的轴流风扇的叶片，其特征在于 在以H%=0. 33, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时，所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面^^=20.2°，a2=138.2°，￠=24.8° , b=400. 8 mm,Plx=_18. 6 mm，Ply=239. 28 mm，Plz=33. 95 mm，P2x=_229. 58 mm，P2y=_69. 93 mm，P2z=_109. I mm。
6.根据权利要求5所述的轴流风扇的叶片，其特征在于 在以H%=0. 29, r=80mm确定的与风扇轴线同轴的圆柱面截取所述叶片时,所述叶片具有满足如下参数条件的特征截面a-26. 6°，a 2=140.8°，￠=21.9°，b=439. 3 mm,Plx=_46. 5mm，Ply=265. 12 mm，Plz=35. 93 mm，P2x=_263. 49 mm，P2y=_94. 72 mm，P2z=-117. 7 mm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的轴流风扇的叶片，其特征在于相邻的每两个特征截面之间为连续光滑过渡。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的轴流风扇的叶片，其特征在于所述服的误差在±1内；所述O1' a2、P的误差在±1°内的误差在土 Imm 内。
9.根据权利要求7或8所述的轴流风扇的叶片，其特征在于所述叶片材料采用增强聚丙烯。
10.一种空调用轴流风扇，其特征在于所述风扇的所有叶片均采用前述任一权利要求所述叶片。
全文摘要
本发明提供一种轴流风扇的叶片，以H%=0.80，r=80mm确定的与风扇轴线同轴的第一圆柱面截取叶片时，叶片具有满足如下参数条件的特征截面α1=0°，α2=177.7°，β=38.6°，b=174.2，P1x=27.16，P1y=96.24，P1z=-9.65，P2x=-99.95，P2y=3.08，P2z=-83.92；在H%=0.57，r=80，H%=0.44，r=80，H%=0.36，r=80，H%=0.31，r=80确定的圆柱面分别截取叶片时上述参数值相应变化，未标注单位为mm。还提供空调用轴流风扇。通过最佳的参数匹配，提升了风扇的风量，降低了噪音，性价比提高。
文档编号F04D29/38GK102720700SQ20121022567
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年6月21日
发明者于国栋, 刘宇鹏, 王崇江, 王维斌, 许勤, 赵磊, 陈林 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔模具有限公司