叶轮组件及轴流风机的制作方法

本发明涉及风机领域，更具体地涉及一种叶轮组件及轴流风机。

背景技术：

为了提高对气流的利用率，可以在风机的出风侧设置导流结构，现有的导流结构一般为形状规则的导风叶片，但仍然存在对气流的收集效果差、风机性能低的问题。

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气流收集效果、提高风机性能的叶轮组件及轴流风机。

为达上述目的，第一方面，提供一种叶轮组件。

一种叶轮组件，包括风道以及设置于风道内多个动叶片以及多个静叶片，所述多个动叶片以及所述多个静叶片均沿周向分布，在所述风道的轴线方向上，所述静叶片位于所述动叶片的出风侧，所述动叶片在出风一侧的端面为非平面结构，所述静叶片在进风一侧的端面呈与所述动叶片在出风一侧的端面形状相适配的非平面结构。

优选地，所述动叶片在出风一侧的端面包括自所述动叶片的径向内侧向径向外侧逐渐向所述静叶片的方向倾斜的倾斜段，所述静叶片在进风一侧的端面呈自径向内侧向径向外侧逐渐向背离所述动叶片的方向倾斜的斜面。

优选地，所述静叶片具有第一侧面以及与所述第一侧面相反的第二侧面，其中，所述第一侧面为迎风曲面，气流在所述动叶片的出口位置吹出的方向与所述迎风曲面在入口处的切线方向之间的夹角在预定范围内。

优选地，所述预定范围为0至5°。

优选地，所述叶轮组件还包括呈筒状的集流器，所述集流器内形成所述风道，所述集流器的进风侧向端口的方向内径逐渐增大。

优选地，所述集流器的进风侧端口处设置有弧形折边，在与所述集流器的轴线方向垂直的平面内，所述多个动叶片的径向外侧边缘所在圆的直径为d1，所述弧形折边的圆角半径R1与d1满足关系：R1＝k1*d1，系数k1的范围为0.05至0.075。

优选地，所述多个动叶片设置于第一轮毂上；和/或，

所述多个静叶片的径向内侧端均固定于第二轮毂上，所述多个静叶片的径向外侧端均固定于所述集流器的内壁上。

优选地，所述动叶片的叶片数为3至5片；和/或，

所述静叶片的叶片数为17至25片；和/或，

在与所述集流器的轴线垂直的平面内，所述多个动叶片的径向外侧边缘所在圆的直径为d1，所述多个静叶片的径向外侧边缘所在圆的直径为d2，d1与d2满足关系：d2＝d1+Δd；和/或，

所述静叶片的进风一侧端面与所述动叶片在出风一侧的端面在轴向上的最小间距离h1为5至10mm；和/或，

所述第一轮毂与所述第二轮毂相对的两个端面之间的距离h2为8至30mm；和/或，

所述动叶片在轴向的高度为L1，所述第二轮毂上靠近所述动叶片的端面与所述集流器的进风侧端面之间的距离为L2，L1与L2满足关系：L2＝k2*L1，系数k2的范围为0.76至1.1。

优选地，差值Δd的范围为7至15mm。

优选地，所述集流器、所述第二轮毂以及所述静叶片呈一体结构。

优选地，所述第二轮毂呈两端开口的筒状结构，且所述第二轮毂的内径小于等于所述第一轮毂的外径。

第二方面，本发明提供一种轴流风机。

一种轴流风机，包括如上所述的叶轮组件。

优选地，所述轴流风机为前掠式轴流风机。

本发明提供的叶轮组件的静叶片在进风一侧的端面与动叶片在出风一侧的端面形状相适配，使得两端面之间的间隔较均匀，不会对气流挤压造成气流紊乱，提高对气流的收集效果，进而提高采用其的风机的性能。

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轮组件除去部分集流器的立体图；

图2示出本发明具体实施方式提供的叶轮组件除去部分集流器的主视图；

图3示出图2中标注关键参数的示意图；

图4示出本发明具体实施方式提供的叶轮组件除去动叶片的俯视图；

图5示出本发明具体实施方式提供的叶轮组件动叶片及第一轮毂的俯视图；

图6示出本发明具体实施方式提供的叶轮组件的速度三角形；

图7示出采用本发明具体实施方式提供的叶轮组件的风机与现有风机的性能对比图。

图中，1、集流器；11、集流段；12、加强筋条；2、动叶片；3、静叶片；31、第一侧面；32、第二侧面；4、第一轮毂；5、第二轮毂。

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。

针对现有风机存在的对气流的收集效果差、性能低的问题，本申请发现，为改善风机的性能，现有技术中对动叶片的形状进行了改进，使得其在出风一侧的端面呈非平面结构，而静叶片一般为规则形状，因为造成动叶片与静叶片之间形成不均匀的空间，当气流自动叶片流出进入静叶片的过程中，不均匀的空间会对气流造成挤压，极易使得气流紊乱，从而使得气流的收集效率降低，影响风机的性能。

为此，本发明提供了一种叶轮组件，其将静叶片在进风一侧的端面与动叶片在出风一侧的端面形状相适配，即使得静叶片在进风一侧的端面与动叶片在出风一侧的端面形状大致相同，使得两端面之间的间隔较均匀，不会对气流挤压造成气流紊乱，提高对气流的收集效果，进而提高采用其的风机的性能。

具体地，如图1至图5所示，该叶轮组件包括呈筒状的集流器1，集流器1内形成风道，集流器1优选呈圆筒状，从而避免在集流器1内产生空气流动的死角。集流器1形成的风道内设置有多个动叶片2和多个静叶片3。其中，动叶片2优选为前掠式叶片，从而降低采用其的风机的噪音，多个动叶片2均设置在第一轮毂4上且沿周向分布；在集流器1的轴线方向上，静叶片3位于动叶片2的出风侧，即，在集流器1的轴线方向上，沿气流的运动方向，动叶片2和静叶片3依次排布，多个静叶片3也沿周向分布，其径向内侧端固定于第二轮毂5上，径向外侧端固定于集流器1的内壁上。优选地，第一轮毂4、第二轮毂5以及集流器1同轴设置。如此，如图6所示，动叶片2流出的气流速度可分解为轴向速度C_2a和圆周速度C_2u，在圆周方向上的分量C_2u能够通过静叶片3和集流器1进行整流，从而将圆周方向上的分量C_2u进行收集，避免圆周方向上的分量带来的损失，在降低风机运行功率的同时提高风机效率及能效，另外，静叶片3的设置能够省去常规风机在出风口处设置的网罩结构，在提高风机效率的同时简化了风机结构。

其中，为提高风机性能，改善气流，在集流器1的轴线方向上，动叶片2在出风一侧的端面为非平面结构，例如，其在集流器1的轴线方向上高度不平，进一步例如，如图2所示，动叶片2在出风一侧的端面A包括自动叶片2的径向内侧向径向外侧逐渐向静叶片3的方向倾斜的第一倾斜段A₁，还包括在第一倾斜段的最高点向径向外侧方向逐渐向背离静叶片3的方向倾斜的第二倾斜段A₂，第二倾斜段A₂位于动叶片2的自由端部。优选地，第一倾斜段A₁和第二倾斜段A₂均为弧面。将静叶片3在进风一侧的端面B设置为呈与动叶片2在出风一侧的端面形状相适配，由于第二倾斜段A₂较短，为简化结构，如图2所示，将静叶片3在进风一侧的端面设置为呈自径向内侧向径向外侧逐渐向背离动叶片2的方向倾斜的斜面，从而使得两端面之间的距离在径向上大致相同，提高气流的收集效果。另外，由于动叶片2与静叶片3两端面的形状相适配，能够有效避免两者之间发生干涉，提高叶轮组件运行的可靠性。

进一步优选地，静叶片3具有第一侧面31以及与第一侧面31相反的第二侧面32，第一侧面31和第二侧面32位于静叶片3的两个端面(即进风一侧端面和出风一侧端面)之间，其中，第一侧面31为迎风面，第二侧面32为背风面，即，由动叶片2流出的气流向第一侧面31的方向运动，为提高静叶片3的导流效果，静叶片3与第二轮毂5的交线与第二轮毂5的轴线之间具有夹角，并且，第一侧面31呈曲面，气流在动叶片2的出口位置的吹出方向与第一侧面31在入口处的切线方向之间的夹角在预定范围内，即，使得气流在动叶片2的出口位置的吹出方向与第一侧面31在入口处的切线方向大致相同，从而进一步避免气流的损失，提高气流的收集效果。预定范围的优选范围为0至5°。如图6所示，气流在动叶片2的出口位置的吹出方向即c₂所示的方向，第一侧面31在入口处的切线方向即t所示的方向。

在进一步的实施例中，集流器1的进风侧设置有集流段11，集流段11的内径向进风侧端口的方向逐渐增大，大体呈喇叭形，能够有效地收集进口气流，防止由自由场的混乱气流中存在不均匀流场进入动叶片而影响风机性能。进一步优选地，集流器1的进口侧端口处设置弧形折边，该弧形折边形成集流段11，如图5所示，在与集流器1的轴线方向垂直的平面内，多个动叶片2的径向外侧边缘所在圆的直径为d1，弧形折边的圆角半径R1与d1满足关系：R1＝k1*d1，系数k1的范围为0.05至0.075，弧形折边能够有效收集进口气流，且满足上述关系能够进一步匀化气体流场，提高风机性能。

为提高集流段11的结构可靠性，在集流段11的径向外侧设置有加强结构，例如如图1中所示的加强筋条12，加强筋条12的形状与集流段11的径向外侧面形状相适配，从而对集流段11起到加强作用。

进一步地，通过优化叶轮组件各部分的参数进一步提高采用其的风机的性能。具体地，动叶片2的叶片数优选为3至5片，静叶片3的叶片数优选为17至25片，如图4所示，在与所述集流器1的轴线垂直的平面内，多个静叶片3的径向外侧边缘所在圆的直径为d2，多个动叶片2的径向外侧边缘所在圆的直径d1与d2满足关系：d2＝d1+Δd，动叶片2的径向尺寸过大和过小均存在问题，径向尺寸过大，则存在过大的径向气动由动叶片2的工作面向吸力面流窜，使得动叶片2涡流噪声变大，而径向尺寸过小容易导致动叶片2发生变形，在高度运转时严重影响可靠性。差值Δd的优选范围为7至15mm。如图3所示，静叶片3的进风一侧端面B与动叶片2在出风一侧的端面A在轴向上的最小间距h1为5至10mm。第一轮毂4与第二轮毂5相对的两个端面之间的距离h2为8至30mm。动叶片2在轴向的高度为L1，第二轮毂5上靠近动叶片2的端面与集流器1的进风侧端面之间的距离为L2，L1与L2满足关系：L2＝k2*L1，系数k2的范围为0.76至1.1。通过尺寸优化能够提高采用其的风机的耐静压能力和能效。

在一个对比试验中，将具有参数：动叶片2的叶片数为4片，静叶片3的叶片数为23片，d1为800mm，d2为810mm，h1为8mm，h2为15mm，L1为225mm，L2＝0.912L1，R1为45mm的叶轮组件的风机与常规风机进行对比，在进行噪音测试时，两种风机的出风风量在15800m³/h时，常规风机的噪音值为61dB(A)，而采用本申请叶轮组件的风机的噪音值为59.6dB(A)，且经专业人员评判，音质得到改善，提高了采用该风机的空调器的使用舒适性，另外，两种风机的性能对比如图7所示，由图可知，本申请提供的叶轮组件能够有效提高风机的耐静压能力，大大提高风机能效等级，如图7中所示，最高能效等级比现有常规风机增加3.68。

现有叶轮组件的集流器在出风口处设置有网罩结构，集流器与网罩结构为分体设置，安装繁琐且当该结构长期露天放置时，存在圆筒壁面变成椭圆行的问题，影响使用可靠性，本申请中，将集流器1、第二轮毂5以及静叶片3设置为一体结构，安装方便，提高结构强度。

进一步地，第二轮毂5呈两端开口的筒状结构，如此能够减轻叶轮组件整体的重量，节约生产成本。为避免气流从筒状结构的第二轮毂5流出，将第二轮毂5的内径设置为小于等于第一轮毂4的外径。为提高采用该叶轮组件的风机的结构可靠性，可在第二轮毂5内设置轴承，驱动动叶片2转动的驱动轴可穿过第一轮毂4并穿入第二轮毂5的轴承内，对驱动轴形成支撑，从而达到提高风机结构可靠性的效果。

进一步地，本申请还提供了一种轴流风机，该轴流风机上设置有如上所述的叶轮组件，能够有效提高该轴流风机的性能。该轴流风机优选为前掠式轴流风机，在降低噪音的同时保证风机的良好性能。

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。