一种轴流风叶、风机组件、空调器室外机和空调器的制作方法

1.本发明属于空调器领域，尤其涉及一种轴流风叶、风机组件、空调器室外 机和空调器。


背景技术：

2.风机系统是空调室外机用以散热和送风的主要部件。当风机系统工作时，电 机驱动电机轴旋转并牵引风机叶轮高速旋转，并通过风机系统将旋转轴的机械 能转换成空气的压力能和动能，由此加速散热。在上述能量转换过程中，往往 存在机械损失、容积损失和流动损失等。通常采用叶轮效率(即风机系统输送 气体在单位时间内获得的实际有效能量与叶轮功率的比值)衡量风机系统的效 率。轴流风机高速旋转时，由旋转噪声和涡流噪声组成的气动噪声是空调系统 的主要噪声源。空调系统的噪声水平与消费者对产品的体验直接相关，低噪声 是空调产品的核心竞争力。国家对空调系统能效指标要求不断提升和消费者对 产品噪声需求日趋严苛的背景下，高风量、高效率、低噪声的风机系统设计具 有重要意义。
3.空调器室外机风机系统由电机、电机支架、轴流风叶、导流圈、格栅组成， 其中轴流风叶、导流圈、格栅的气动性能直接影响到风机系统的换热效率，基 于气动噪声优化思路，上述三个零部件均存在较大的提升空间。
4.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种提高换热效 率和降低噪音的轴流风叶、风机组件、室外换热器和空调器。
6.为解决上述技术问题，本发明的第一目的提出了一种轴流风叶，包括轮毂 和设置在所述轮毂外侧面的多个叶片，所述叶片包括背向设置的第一端面和第 二端面，所述第一端面背向所述轮毂的电机连接端，所述第二端面朝向所述轮 毂的电机连接端；
7.设定多个以所述轮毂中心为圆心，半径依次递增或递减的多个基圆，所述 第一端面和所述第二端面分别为多个所述基圆截面上的轮廓线的坐标点拟合而 成。
8.进一步可选地，多个所述基圆截面的轮廓线的坐标点在所述第一端面上满 足关系式：
9.x＝a1y
n
‑1+a2y
n
‑2+a3y
n
‑3+
…
+a
n
‑1y+a
n
，
10.x＝b1z
n
‑1+b2z
n
‑2+b3z
n
‑3+
…
+b
n
‑1z+b
n
；
11.所述基圆截面的轮廓线的点的空间直角坐标系在所述第二端面上满足关系 式：
12.x＝a1y
n
‑1+a2y
n
‑2+a3y
n
‑3+
…
+a
n
‑1y+a
n
，
13.x＝b1z
n
‑1+b2z
n
‑2+b3z
n
‑3+
…
+b
n
‑1z+b
n
；
14.a1、a2、a3…
a
n
、a1、a2、a3…
a
n
、b1、b2、b3…
b
n
、以及b1、b2、b3…
b
n
分 别为系数；x、y、z为基圆截面的轮廓线的坐标点。
15.进一步可选地，所述第二端面沿所述轴流风叶的径向方向依次形成有第一 凹筋和第二凹筋，所述第一凹筋和所述第二凹筋分别朝远离所述轮毂的方向弯 曲。
16.进一步可选地，所述叶片包括相对设置的叶片内缘和叶片外缘，所述叶片 内缘位于所述叶片与所述轮毂的连接处，所述叶片外缘远离所述轮毂；所述叶 片还包括相对设置的叶片前缘和叶片尾缘，所述叶片前缘位于所述叶片的迎风 侧，所述叶片尾缘位于所述叶片的背风侧；设定所述叶片外缘与所述轮毂中心 的距离为r，满足：
17.所述第一凹筋靠近所述轮毂的边界与所述轮毂中心的径向距离大于等于 0.3r；所述第一凹筋远离所述轮毂的边界与所述轮毂中心之间的径向距离小于等 于0.54r；
18.所述第一凹筋靠近所述叶片前缘的边界与所述轮毂中心的连线与所述叶片 前缘叶尖位置处与所述轮毂中心的连线之间的夹角为大于等于42
°
；所述第一凹 筋远离所述叶片前缘的边界与所述轮毂中心的连线与所述叶片前缘叶尖位置处 与所述轮毂中心的连线之间的夹角为小于等于103
°
。
19.进一步可选地，所述第二凹筋靠近所述轮毂的边界与所述轮毂中心的径向 距离大于等于0.6r；所述第二凹筋远离所述轮毂的边界与所述轮毂中心之间的 径向距离小于等于0.76r；
20.所述第二凹筋靠近所述叶片前缘的边界与所述轮毂中心的连线、所述叶片 前缘叶尖位置处与所述轮毂中心的连线之间的夹角为大于等于32
°
；述第一凹筋 远离所述叶片前缘的边界与所述轮毂中心的连线、所述叶片前缘叶尖位置处与 所述轮毂中心的连线之间的夹角为小于等于88
°
。
21.进一步可选地，所述第一凹筋与所述第二凹筋的深度为1.5mm～2.0mm。
22.进一步可选地，所述叶片前缘设置局部加厚，所述局部加厚与所述叶片之 间通过圆角平滑过渡，厚度为1.5mm～2mm。
23.进一步可选地，部分或全部所述叶片尾缘上形成锯齿结构，所述锯齿结构 为正弦型锯齿；所述锯齿结构远离所述轮毂的一端距离所述轮毂中心的径向距 离为r
s
，满足r
s
∈[0.75r，0.9r]；
[0024]
所述锯齿结构靠近所述轮毂的一端距离所述轮毂中心的径向距离为r
e
，满 足r
e
∈[0.2r，0.35r]；
[0025]
所述锯齿结构的齿高为h，满足h∈[12,13.5]mm；
[0026]
所述锯齿结构的齿距为s，s∈[8,9]mm。
[0027]
进一步可选地，所述叶片外缘上形成有折弯结构，所述折弯结构为部分所 述叶片外缘朝所述第二端面方向折弯形成，且所述折弯结构的第一端与所述叶 片前缘叶尖位置处相隔设定距离，所述折弯结构的第二端延伸至所述叶片尾缘 叶尖位置处。
[0028]
进一步可选地，所述折弯结构的折弯程度x满足：x∈[0，6％]；其中，折 弯程度x＝叶尖轴向尺寸变化/轮毂轴向高度；所述叶尖轴向尺寸变化为所述折弯 结构的第一端和第二端的高度差；
[0029]
所述折弯结构的折弯径向起始位置y满足：y∈[0.8r,0.9r]；其中，折弯的 径向起始位置y＝径向位置/轴流风叶的半径，所述径向位置为所述折弯结构的折 弯处与所述轮毂中心的径向距离；所述轴流风叶的半径为所述风叶外缘与所述 轮毂中心的径向距离；
[0030]
所述折弯结构的折弯周向起始位置z满足：z∈[0
°
，45
°
]；其中，所述折弯 周向起
始角度z为所述叶片前缘叶尖位置与所述轮毂中心的连线与所述折弯结 构的第一端与所述轮毂中心的连线之间的夹角。
[0031]
本发明还提出了一种风机组件，所述风机组件包括上述任意一项所述的轴 流风叶。
[0032]
进一步可选地，所述风机组件还包括导流圈，所述轴流风叶位于所述导流 圈形成的环形空间内；所述导流圈包括沿气流方向依次连接的集流部、喉部和 扩散部；
[0033]
所述集流部在所述导流圈的径向截面的线型为圆弧；所述喉部在所述导流 圈的径向截面的线型为直线段，所述喉部的第一端与所述集流部相连，所述喉 部的第二端与所述扩散部相连，且所述喉部与所述集流部相切、与所述导流圈 的半径垂直；所述扩散部在所述导流圈的径向截面的线型为斜线段。
[0034]
进一步可选地，所述圆弧的半径为r
d
，满足：r
d
∈[30,40]mm。
[0035]
进一步可选地，所述喉部与所述叶片外缘之间的间隙为h
d
，满足：h
d
∈ [5,10]mm。
[0036]
进一步可选地，所述叶片尾缘离所述喉部最近位置处偏离所述喉部的第二 端的距离为h
f
，满足：h
f
∈[
‑
15,20]mm；
[0037]
当h
f
为0时，所述叶片尾缘离所述喉部最近位置处正对所述第二端；当h
f
为负值时，所述叶片尾缘离所述喉部最近位置处向所述扩散部偏离，当h
f
为正 值时，所述叶片尾缘离所述喉部最近位置处向所述集流部偏离。
[0038]
进一步可选地，所述扩散部与所述喉部所在的平面的夹角为θ，满足θ∈[6
°
， 10
°
]。
[0039]
本发明还提出了一种空调室外机，所述空调器包括壳体，所述壳体内设有 上述任意一项所述的风叶或上述任意一项所述的风机组件。
[0040]
进一步可选地，所述壳体上开设有通风孔，所述风机组件位于所述通风孔 处，所述通风孔上安装有格栅结构，所述格栅结构包括外框架和内框架，所述 外框架呈环形设置在所述安装孔的周壁上，所述内框架位于所述外框架内，所 述外框架和所述内框架之间的区域形成所述格栅结构的出风区域；
[0041]
所述格栅结构还包括多个周向筋条，多个所述周向筋条为与所述外框架同 心的环形设置在所述外框架与所述内框架之间，且多个所述周向筋条的半径由 所述外框架向所述内框架方向依次递减，相邻周向筋条的间距为h
t
，满足：h
t
∈[8,12]mm。
[0042]
进一步可选地，所述格栅结构还包括多个径向筋条，多个所述径向筋条的 第一端沿所述内框架的周向均匀布置，多个所述径向筋条的第二端由所述内框 架延伸至所述外框架处并与所述外框架相连；
[0043]
所述径向筋条的截面与所述通风孔所在的平面的夹角为α，满足：α＝
ꢀ‑
0.023l2+0.876l+β
±
0.0185；
[0044]
其中l为所述格栅结构与所述叶片的最小距离；
[0045]
β为出口气流角，所述出口气流角β由所述径向筋条的各径向位置与其对应 的出风方向拟合而成；
[0046]
所述径向筋条的截面为所述格栅内框与所述格栅外框之间的任意圆周截 面。
[0047]
进一步可选地，所述出口气流角β满足：β＝px
12
+qx1‑
m；
[0048]
其中：x1为所述径向筋条截面的径向位置，所述径向位置x1＝所述径向筋条 的截
面位置的半径r
i
/外框架的直径d，p、q、m为常数，且p的取值在
ꢀ‑
4938.3
±
5.773范围内，q的取值在3042
±
3.185范围内，m的取值在
‑
391.86
±
0.844 范围内。
[0049]
进一步可选地，所述径向筋条包括由所述内框架向所述外框架方向依次连 接的直线段、第一弧线段和第二弧线段；
[0050]
所述直线段第一端与所述内框架相连，所述内框架的圆心位于所述直线段 的延长线上，所述直线段第二端向外框架的方向延伸至0.4r
g
处，r
g
为所述外框 架的半径；
[0051]
所述第一弧线段的第一端与所述直线段的第二端相连，所述第一弧线段的 第二端向所述外框架方向延伸至0.8r
g
处，且所述第一弧线段与所述直线段相 切；
[0052]
所述第二弧线段的第一端与所述第二弧线段的第二端相连，所述第二弧线 段的第二端向所述外框架方向延伸至与所述外框架相连；所述第二弧线段与所 述第一弧线段相切；设定所述第一弧线段的半径为r1，所述第二弧线段的半径 为r2，满足：r2＝2～3r1。。
[0053]
本发明还体提出了一种空调器，其包括上述任意一项所述的轴流风叶，或 包括上述任意一项所述的风机组件，或包括上述任意一项所述的空调器室外机。
[0054]
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0055]
1、本发明提出的轴流风叶通过叶型剖面、安装角等参数设计，使得风叶在 设计点具有较高的风量和气动效率，同步采用了叶顶折弯和尾缘锯齿的设计， 有效的降低了轴流风叶的噪声；
[0056]
2、本发明提出的导流圈与轴流风叶配合，新型的集流扩压结构，可以减小 气流对风叶的冲击，减小风叶压力面气流的泄露，减弱叶尖涡，将部分出口动 压转换为静压，减低风速，提升了风机系统的换热效率，且同步由于叶尖涡的 减小其脱落后形成的噪声也得到了优化；
[0057]
3、本发明提出的渐变倾斜角度的出风格栅与轴流风叶配合，可以契合不同 圆周位置风叶出风方向和格栅径向筋条的倾斜角度，提出独特的渐变倾斜角度 的径向发散状筋条，该结构可有效优化风机系统的出风流场，从而提升风机系 统的风量性能以及优化其噪声。
[0058]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
[0059]
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然， 下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
[0060]
图1：为本发明实施例的轴流风叶结构示意图。
[0061]
图2：为本发明实施例的轴流风叶的立体图。
[0062]
图3：为本发明实施例的轴流风叶叶型轮廓线的投影曲面
[0063]
图4：为本发明实施例的叶片叶型轮廓线示意图。
[0064]
图5：为本发明是实施例的凹筋特征图。
[0065]
图6：为本发明实施例的轴流风叶另一视角的立体图。
[0066]
图7：为本发明实施例的叶片锯齿结构特征示意图。
[0067]
图8：为本发明实施例的叶片折弯结构的特征示意图。
[0068]
图9：为本发明实施例的叶片的叶尖变化尺寸特征图；
[0069]
图10：为本发明实施例的导流圈与轴流风叶装配示意图。
[0070]
图11：为图10的d
‑
d视图。
[0071]
图12：为图11中局部视图c的放大图。
[0072]
图13：为本发明实施例的集流部的切口结构示意图；
[0073]
图14：为本发明实施例的导流圈的结构示意图。
[0074]
图15：为本发明实施例的格栅结构与轴流风叶装配示意图。
[0075]
图16：为图15的侧视图。
[0076]
图17：为本发明实施例的格栅结构的径向筋条的截面与通风孔所在的平面 的夹角示意图。
[0077]
图18：为本发明实施例的格栅结构的径向筋条示意图。
[0078]
图19：为本发明实施例的空调器室外机外观图。
[0079]
图20：为本发明实施例的空调器室外机的爆炸图。
[0080]
图21：为同风量下原风机系统与本实施例的风机系统的功率对比曲线。
[0081]
图22：为同风量下原风机系统与本实施例的风机系统的噪音对比曲线。
[0082]
其中：1
‑
轴流风叶；2
‑
导流圈；3
‑
格栅结构；4
‑
电机；5
‑
电机支架；6
‑
冷凝 器；7
‑
壳体；8
‑
叶片；9
‑
轮毂；10
‑
叶片前缘；11
‑
叶片尾缘；12
‑
叶片外缘；13
‑ꢀ
叶片内缘；14
‑
第一端面；15
‑
第二端面；16
‑
锯齿结构；17
‑
折弯结构；151
‑
第一 凹筋；152
‑
第二凹筋；101
‑
叶片局部加厚；18
‑
集流部；181
‑
切口；19
‑
喉部；20
‑ꢀ
扩散部；21
‑
外框架；22
‑
内框架；23
‑
周向筋条；24
‑
径向筋条。
[0083]
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构 思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
[0084]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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发明和简化 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发明的限制。
[0085]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安 装”、“相连”、“连接”、“接触”、“连通”应做广义理解，例如，可以 是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以 是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普 通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0086]
实施例1
[0087]
本实施例提出了一种轴流风叶，如图1
‑
图9所示，包括轮毂9和设置在轮 毂9外侧面的多个叶片8，多个叶片8以一定安装角度均匀分布在轮毂9的外侧 面，多个叶片8在以轮毂9的中心为圆心，叶片8的长度为半径的圆周范围内 转动，转动方向如图1中箭头所示的方向。设定该圆周的半径为r，可选的 r＝576mm；如图2所示，设定轴流风叶1的厚度为h，可
截面10.699
‑
0.0670.00171
‑
1.66
×
10
‑52.08
×
10
‑673.55截面20.083751.91
×
10
‑2‑
1.00
×
10
‑31.20
×
10
‑5‑
5.65
×
10
‑8117.88截面30.12987
‑
0.005
‑
7.60
×
10
‑51.37
×
10
‑6‑
6.00
×
10
‑9159.95截面4
‑
0.0035
‑
0.00353.88
×
10
‑61.00
×
10
‑7‑
7.03
×
10
‑
10
198.97截面5
‑
0.01748
‑
0.002233.16
×
10
‑6‑
4.05
×
10
‑9‑
1.18
×
10
‑
10
236.7截面6
‑
0.01406
‑
0.001751.57
×
10
‑6‑
9.56
×
10
‑9‑
3.36
×
10
‑
11
274.8
[0100]
表4：
[0101]
基圆截面b1b2b3b4b5b6截面10.8581
‑
9.40
×
10
‑3‑
1.80
×
10
‑4‑
1.45
×
10
‑6‑
5.19
×
10
‑962.81截面21.1243
‑
6.40
×
10
‑3‑
1.12
×
10
‑4‑
8.50
×
10
‑7‑
3.06
×
10
‑995.72截面31.13402
‑
3.04
×
10
‑3‑
6.80
×
10
‑5‑
8.68
×
10
‑7‑
4.38
×
10
‑9125.29截面41.011
‑
2.60
×
10
‑3‑
4.77
×
10
‑5‑
6.38
×
10
‑7‑
3.21
×
10
‑9164.88截面50.81
‑
4.80
×
10
‑3‑
4.58
×
10
‑4‑
3.13
×
10
‑7‑
1.05
×
10
‑9215.38截面60.79058
‑
5.97
×
10
‑3‑
5.54
×
10
‑5‑
3.23
×
10
‑7‑
8.4
×
10
‑
10
257.389
[0102]
进一步可选地，如图2和图5所示，第二端面15沿轴流风叶1的径向方向 依次形成有第一凹筋151和第二凹筋152，第一凹筋151和第二凹筋152分别朝 远离轮毂9的方向弯曲。第一凹筋151和第二凹筋152的结构分别为在一个扇 形圆环两端增加全圆角。本实施例通过在第二端面15，即吸力面设置第一凹筋 151和第二凹筋152的主要作用是改善表面载荷分布，提高叶片做功能力，去除 部分材料，减低成本，改善近壁面流动分离，减阻增效，降低噪声。
[0103]
进一步可选地，如图1、图5和图6所示，叶片8包括相对设置的叶片内缘 13和叶片外缘12，叶片内缘13位于叶片8与轮毂9的连接处，叶片外缘12远 离轮毂9；叶片8还包括相对设置的叶片前缘10和叶片尾缘11，叶片前缘10 位于叶片8的迎风侧，叶片尾缘11位于叶片8的背风侧；设定叶片外缘12与 轮毂9中心的距离为r，满足下述要求：
[0104]
如图5所示，第一凹筋151靠近轮毂9的边界与轮毂9中心的径向距离大 于等于0.3r；第一凹筋151远离轮毂9的边界与轮毂9中心之间的径向距离小 于等于0.54r；
[0105]
第一凹筋151靠近叶片前缘10的边界与轮毂9中心的连线与叶片前缘10 叶尖位置处与轮毂9中心的连线之间的夹角为大于等于42
°
；述第一凹筋151远 离叶片前缘10的边界与轮毂9中心的连线与叶片前缘10叶尖位置处与轮毂9 中心的连线之间的夹角为小于等于103
°
。
[0106]
进一步可选地，如图5所示，第二凹筋152靠近轮毂9的边界与轮毂9中 心的径向距离大于等于0.6r；第二凹筋152远离轮毂9的边界与轮毂9中心之 间的径向距离小于等于0.76r；
[0107]
第二凹筋152靠近叶片前缘10的边界与轮毂9中心的连线、叶片前缘10 叶尖位置处与轮毂9中心的连线之间的夹角为大于等于32
°
；第一凹筋151远离 叶片前缘10的边界与轮毂9中心的连线、叶片前缘10叶尖位置处与轮毂9中 心的连线之间的夹角为小于等于88
°
。
[0108]
进一步可选地，第一凹筋151与第二凹筋152的深度为1.5mm～2mm。
[0109]
进一步可选地，如图1、图5
‑
图8所示，叶片前缘10为叶片8分离进气气 流端，与所
述叶片尾缘11形成“钝头尖尾”的结构特征，即在叶片前缘10设 计有叶片局部加厚101，叶片前缘10的叶片8厚度较叶片尾缘11的叶片8厚度 大，局部加厚101与叶片8之间通过圆角平滑过渡，局部加厚101的厚度为 1.5mm～2mm。该结构符合低速空气动力学特性，可以增加叶片8强度并抑制前 缘分离涡，降低风叶叶尖颤振。
[0110]
进一步可选地，如图1
‑
图3、图5
‑
图9所示，部分或全部叶片尾缘11上形 成锯齿结构16，锯齿结构16为正弦型锯齿。本实施例通过在叶片尾缘11设置 锯齿结构16可将低频大尺度的尾缘脱落涡减小为高频小尺度的旋涡结构，并增 强噪声的散射，从而起到降噪效果。相比于其他类型的锯齿结构16，正弦锯齿 对叶片8换热效率的提升更高，并且正弦锯齿与风叶的契合度更高，风量损失 较小的情况下，噪声改善明显。
[0111]
进一步可选地，如图7所示，锯齿结构16远离轮毂9的一端距离轮毂9中 心的径向距离为r
s
，满足r
s
∈[0.75r，0.9r]，优选的r
s
＝0.8r；锯齿结构16靠 近轮毂9的一端距离轮毂9中心的径向距离为re，满足r
e
∈[0.2r，0.35r]，优 选的r
e
＝0.25r；锯齿结构16的齿高为h，满足h∈[12,13.5]mm，优选的 h＝13.5mm；锯齿结构16的齿距为s，s∈[8,9]mm，优选的s＝9mm。在上述区间 内的各特征参数能实现更好的降噪效果。
[0112]
进一步可选地，如图7
‑
图9所示，叶片外缘12上形成有折弯结构17，折弯 结构17为部分叶片外缘12朝第二端面15方向折弯形成，且折弯结构17的第 一端与叶片前缘10叶尖位置处相隔设定距离，折弯结构17的第二端延伸至叶 片尾缘11叶尖位置处。折弯结构17的特征由折弯程度x、折弯径向起始位置y、 折弯周向起始位置z决定，折弯结构17的折弯程度x满足：x∈[0，6％]，优选 的x＝6％；其中，折弯程度x＝叶尖轴向尺寸变化/轮毂轴向高度；叶尖轴向尺寸 变化为折弯结构17的第一端和第二端的高度差；折弯结构17的折弯径向起始 位置y满足：y∈[0.8r,0.9r]，优选的y＝0.8r；其中，折弯的径向起始位置y＝ 径向位置/轴流风叶1的半径，径向位置为折弯结构17的折弯处与轮毂9中心的 径向距离；轴流风叶1的半径为风叶外缘与轮毂9中心的径向距离；折弯结构 17的折弯周向起始位置z满足：z∈[0
°
，45
°
]，优选的z＝10
°
；其中，折弯周向 起始角度z为叶片前缘10叶尖位置与轮毂9中心的连线与折弯结构17的第一 端与轮毂9中心的连线之间的夹角。
[0113]
本实施例在叶片外缘12设置折弯结构17的益处在于减弱叶顶泄露涡和叶尖 涡；折弯结构17的尺寸参数经过多轮的迭代优化设计，得到的可以实现风叶性 能优化的折弯参数的优选范围，同时也是考虑到生产装配差异产生的误差，重点 是折弯程度、折弯的径向起始位置、折弯的周向起始位置需要同时满足所述范围 才能实现所述轴流风叶1的性能优化效果。
[0114]
由于叶轮是空调室外轴流风机系统的核心部件，通常由轮毂9和叶片8组成， 其中叶片8的设计和优化是风机系统设计的主要内容。本实施例的三维曲面叶片 8通常由多个具有不同弦长、弯度、相对厚度(上述三个为叶型剖面几何参数) 和安装角的叶型剖面经过放样形成。设计过程中，当确定叶片8的数量、轮毂9 比等参数之后，通常需要利用计算流体力学结合实验测量的方法，对风叶不同位 置的叶型剖面几何参数和安装角等进行精心设计。设计优良的叶片8通常在设计 点附近具有较小的流动分离，在满足流量和压力等性能的条件下具有较高的气动 效率。同时，为了进一步降低叶片8的气动噪声并提高效率，通常对叶片8局部 进行空气动力学修型优化，例如对前缘进行局部加厚，以增加强度并抑制前缘分 离涡、降低叶尖颤振；对叶顶部分采用折弯以减弱叶顶泄漏涡和叶尖涡；对尾缘 施加
锯齿以将低频大尺度的尾缘脱落涡减小为高频小尺度的旋涡结构，并增强噪 声的散射。上述降噪设计手段的应用和参数优化，通常需要与叶片8的设计工况 进行匹配，通过反复迭代才能够得到优选方案。
[0115]
实施例2
[0116]
本实施例还提出了一种风机组件，风机组件包括上述实施例1的轴流风叶1。 如图10
‑
图14所示，本实施例的风机组件包括导流圈2，轴流风叶1位于导流圈 2形成的环形空间内；如图12所示，导流圈2包括沿气流方向依次连接的集流 部18、喉部19和扩散部20；导流圈2为半封闭式导流圈2，即导流圈2仅覆盖 轴流风叶1的一部分，气流方向由集流部18向扩散部20方向流动；导流圈2 结构的设计是遵从仿真得到的出风速度流线结果，集流部18即为进风口，气流 在此处速度方向发生变化，通过圆弧段过度可衰减空气的回流，改善流场。
[0117]
如图12所示，集流部18在导流圈2的径向截面的线型为圆弧；喉部19在 导流圈2的径向截面的线型为直线段，喉部19的第一端与集流部18相连，喉 部19的第二端与扩散部20相连，且喉部19与集流部18相切、与导流圈2的 半径垂直；扩散部20在导流圈2的径向截面的线型为斜线段。集流部18与喉 部19接触的位置设计为相切，可以有效减小进气阻力，优化其进气的气动性能。
[0118]
进一步可选地，如图12所示，所述扩散部20的后端为折边，其设计有卡扣 和螺钉孔结构，通过该结构与壳体7固定连接。
[0119]
进一步可选地，为了满足安装尺寸与冷凝器6和中隔板配合，使导流圈2 与中隔板、冷凝器6紧密贴合，保证风机系统进风顺畅不会出现回流和涡流， 最大限度的增大了风机进口面积，在集流部18的进气端设置对称的切口181， 如图13和图14所示。
[0120]
进一步可选地，如图12所示，圆弧的半径为r
d
，满足：r
d
∈[30,40]mm， 优选的r
d
＝40mm。圆弧半径在此范围区间有较好的集流效果，可优化流场，实 现所述导流圈2的气动性能优化。
[0121]
进一步可选地，如图10所示，喉部19与叶片外缘12之间的间隙为h
d
，满 足：h
d
∈[5,10]mm，优选的h
d
＝8mm。理论上叶顶间隙h
d
越小越有利于减小压 力面气流的泄露，但是风叶的制作，以及系统的装配会存在公差，如果叶顶间 隙较小，可能会导致生产装配的难度提高，因此受限于实际生产精度限值且叶 片8高速旋转时会出现形变，叶顶间隙适中即可，具体情况根据实际使用的风 叶材料和尺寸决定，本实施例选取得叶顶间隙是在满足上述强度要求的最优尺 寸在可以保证风叶性能的前提下，尽可能的放宽叶顶间隙，使得生产装配的操 作空间提升。
[0122]
进一步可选地，如图11所示，叶片尾缘11离喉部19最近位置处偏离喉部 19的第二端的距离为h
f
，满足：h
f
∈[
‑
15,20]mm，优选的h
f
＝10mm；当h
f
为0 时，叶片尾缘11离喉部19最近位置处正对第二端；当h
f
为负值时，叶片尾缘 11离喉部19最近位置处向扩散部20偏离，当h
f
为正值时，叶片尾缘11离喉 部19最近位置处向集流部18偏离。
[0123]
所述喉部19与轴流风叶1轴向位置关系如图11所示，风叶尾缘最高位置 与喉部后端的距离为h
f
，h
f
∈[
‑
15,20]mm，优选的h
f
＝10mm，该位置还受限于 风叶前缘叶尖与电机4之间后端的距离h
s
，为了使得风叶高速旋转形变后依然 不会与支架出现干涉，需h
s
≥10mm，即在满足h
s
的前提下，h
f
可在取值范围 内任意优选，h
f
大小变化的仿真结果如表5所示，可当h
f
为负值时，叶片尾缘 11离喉部19最近位置处向扩散部20偏离，当h
f
为正值时，叶片尾缘
11离喉 部19最近位置处向集流部18偏离。当h
f
为负值时，风机系统的风量衰减较大， 效率较低，故选取h
f
大于0进行试验验证。验证结果如表6所示，风机系统的 风量差异不大，但是噪声水平存在优劣，本实施例中h
f
＝10mm时，效果最佳。
[0124]
表5：风叶尾缘位置与喉部后端不同距离hf的仿真结果
[0125]
h
f
转速风量转矩风机全压轴功率全压效率+208404522.151.34249.36118.0652.52％+158404480.121.32848.92116.8052.12％+108404446.101.31348.48115.4951.84％+58404413.211.29247.90113.6551.67％08404320.761.30048.68114.3351.10％
‑
58404309.151.27635.78112.2238.16％
‑
108404251.551.26045.70110.8348.70％
‑
158404195.491.24644.85109.5947.70％
[0126]
表6风叶尾缘位置与喉部后端不同距离hf的测试结果
[0127]
h
f
转速标准风量功率噪声208405323.3227.361.72108405346.223261.1908405345.6237.36761.74
[0128]
进一步可选地，扩散部20与喉部19所在的平面的夹角为θ，满足θ∈[6
°
， 10
°
]。
[0129]
导流圈2是空调器室外机风机系统的核心部件之一，通常由集流部18、喉 部19、扩压器组成，其作用是为了缓和风叶的进风风速，阻挡叶面出风泄漏， 限制叶尖涡发展和降低出口风速，其结构形式已经与风叶的配合关系会直接影 响到风机系统的风量及噪声，进而决定机组的换热效率和售后音质体验。
[0130]
实施例3
[0131]
本实施例的第三目的还提出了一种空调室外机，如图18
‑
图20所示，空调 器包括壳体7，壳体7内设有实施例2的风机组件。
[0132]
本实施例的空调器室外机包括轴流风叶1、导流圈2、格栅、电机4、电机 支架5、冷凝器6、壳体7，轴流风叶1安装于电机4上，电机4安装于电机支 架5，电机支架5与冷凝器6和壳体7连接固定，导流圈2安装于壳体7内部， 与轴流风叶1同轴，格栅安装于壳体7外部，与轴流风叶1同轴；
[0133]
进一步可选地，壳体7上开设有通风孔，风机组件位于通风孔处，通风孔 上安装有格栅结构3，如图15图18所示，格栅结构3包括外框架21和内框架 22，外框架21呈环形设置在安装孔的周壁上，内框架22位于外框架21内，外 框架21和内框架22之间的区域形成格栅结构3的出风区域；
[0134]
如图15所示，格栅结构3还包括多个周向筋条23，多个周向筋条23为与外 框架21同心的环形设置在外框架21与内框架22之间，且多个周向筋条23的半 径由外框架21向内框架22方向依次递减，相邻周向筋条23的间距为h
t
，满足： h
t
∈[8,12]mm，优选的h
t
＝9.8mm。h
t
由实际需要决定，为了减小风阻，在满足安 规的前提下，该周向筋条23厚度需尽可能小，间距需尽可能大。
[0135]
进一步可选地，如图15所示，格栅结构3还包括多个径向筋条24，多个径 向筋条24的第一端沿内框架22的周向均匀布置，多个径向筋条24的第二端由 内框架22延伸至外框架21处并与外框架21相连；径向筋条24的截面与通风 孔所在的平面的夹角为α，如图17所示，径向筋条24由截面草图按照引导线草 图扫描而成，其中截面草图的倾角α即为径向筋条24的截面与通风孔所在的平 面的夹角α；满足：α＝
‑
0.023l2+0.876l+β
±
0.0185；其中l为格栅结构3与叶 片8的最小距离，如图16所示；β为出口气流角，出口气流角β由径向筋条24 的各径向位置与其对应的出风方向拟合而成；径向筋条24的截面为格栅内框与 格栅外框之间的任意圆周截面。出口气流角β满足：β＝px
12
+qx1‑
m；其中：x1为 径向筋条24的径向位置，径向位置x1＝径向筋条24的截面位置的半径ri/外框 架21的直径d，p、q、m为常数，且p的取值在
‑
4938.3
±
5.773范围内，q的 取值在3042
±
3.185范围内，m的取值在
‑
391.86
±
0.844范围内。
[0136]
通过计算得到本实施例几组倾斜角度，通过仿真计算对比风量和全压效率数 据，径向筋条24倾斜角α仿真结果如表7所示，径向筋条24倾斜角α测试数据 如表8所示，通过表8可知，在设计转速点，角度更换为变化倾角后风量和效率 均有所提升，取其中较优的机组方案验证，针对本实施例所述风机系统，格栅倾 斜角α为g56
‑
66(格栅内框为56
°
、中间为66
°
、外框为56
°
)时噪声和风量优化效 果最明显，对比g59(原定角度59
°
格栅)同转速下风量提升了20m3/h，噪声降 低了0.94db(a)。
[0137]
表7：径向筋条24倾斜角α仿真结果
[0138]
倾斜角α转速风量转矩全压全压效率g598405807.711.60321.7724.91％g50
‑
608405825.711.59751322.6326.07％g53
‑
638405859.531.59445822.5626.19％g56
‑
668406005.281.56020122.9227.86％g56
‑
708405924.591.55197022.1226.66％g59
‑
668405814.261.59940322.5725.92％g60
‑
678405994.761.57990323.0626.63％g66
‑
708405978.91.54953922.3627.25％
[0139]
表8：:径向筋条24倾斜角α测试数据
[0140]
倾斜角α转速功率风量标准风量噪音平均值g59840273.162856102.260.56g60
‑
67840275.76273.16080.660.37g67
‑
70840274.66241.46044.960.41g56
‑
66840273.036306.46119.859.62
[0141]
进一步可选地，如图18所示，径向筋条24包括由内框架22向外框架21 方向依次连接的直线段、第一弧线段和第二弧线段；直线段第一端与内框架22 相连，内框架22的圆心位于直线段的延长线上，直线段第二端向外框架21的 方向延伸至0.4r
g
处，r
g
为外框架21的半径；第一弧线段的第一端与直线段的 第二端相连，第一弧线段的第二端向外框架21方向延伸至0.8r
g
处，且第一弧 线段与直线段相切；第二弧线段的第一端与第二弧线段的第二端相连，第二弧 线段的第二端向外框架21方向延伸至与外框架21相连；第二弧线段与第一
弧 线段相切；设定第一弧线段的半径为r1，第二弧线段的半径为r2，满足：r2＝2～3r1。
[0142]
本实施例的发散筋条的结构是通过仿真的速度流线得到了出风的旋转方向 和大致轮廓，基于该轮廓加上试验验证，便能得到最优的发散筋条结构。
[0143]
进一步可选地，外框架21的前端为折边，其设计有卡扣和螺钉孔结构，通 过该结构与壳体7固定连接。
[0144]
格栅结构3起到将风机与外界分隔以及导流的作用，但是格栅结构3的存 在会严重影响到系统的出风风阻，从而出现风量减小噪声增大的问题，经测试 发现，格栅结构3的使用使得风机系统的风量降低7％～8％，噪声增加约3db(a)， 其中格栅结构3的筋条结构设置是风机系统噪声和风量的重要影响因素。通过 研究发现，空气经过旋转的风叶后出风方向为螺旋发散状，为了契合出风的流 畅，大多数格栅结构3的设计便舍弃了原始的方形横平竖直的出风格栅，均采 用圆形环状搭配发散状筋条的出风格栅。这种筋条结构可一定程度上优化风机 系统出风的流场，但是发散筋条的倾斜角度对出风的流场也起到了决定性影响。 基于对风机系统出风速度的仿真研究，我们得到了空气通过旋转的轴流风叶1 后出风的方向为螺旋发散状，且从风机的圆心至叶顶，出风速度的方向也会随 圆周位置的改变而发生变化。
[0145]
采用本实施例的空调室外机中风叶、导流圈2、格栅结构3的配合方案可得 到气动性能优势明显的风机系统，原风机系统的试验数据如表9，实施例的风机 系统的试验数据如表10所示，同风量下原风机系统与本实施例的风机系统的功 率对比曲线如图21所示，同风量下原风机系统与本实施例的风机系统的噪音对 比曲线如图22所示。
[0146]
表9原风机系统试验数据
[0147][0148]
表10实施例风机系统试验数据
[0149][0150]
从表9、表10的实验数据，以及图21和图22的对比曲线可知，本实施例 的风机系统性能在同风量下，实施例所述风机系统较原风机系统电机4输入功 率值降低了50～75w；同风量工况下，实施例所述风机系统较原风机系统噪声值 降低了1～1.5db(a)。实现数据表明本实施例的风机系统具有明显的提升空调 器换热效率降低整机噪声的益处，可有效解决原风机系统风量衰减较大、噪声 较大的问题。
[0151]
实施例4
[0152]
本实施例还体提出了一种空调器，其包括实施例1的轴流风叶1，或包括实 施例2
的风机组件，或实施例3的空调器室外机。
[0153]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限 制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉 本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内 容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案 的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与 修饰，均仍属于本发明方案的范围内。