翼型轴流风叶及空调外机的制作方法

1.本技术涉及轴流风叶技术领域，尤其涉及翼型轴流风叶及空调外机。


背景技术：

2.空调外机通常采用轴流风机系统加强对流换热。轴流风叶是风机系统的核心部件，其基本结构包括轮毂及环绕其周围的叶片。轴流风叶结构简单且流量大、尺寸小，在家用电器上得到广泛的运用。之前的风叶设计中，优先需要满足散热的需求，风量是主要考虑的因素。随着市场竞争的增大和节能减排的要求，对风叶性能的评估除了风量以外，对风压、效率、能效水平和噪声的关注正不断增强。在满足风量水平的前提下，设计出效率高、能效低和噪声低的风叶是当前风叶的设计方向。
3.相关技术中，翼型是风叶最基本的组成元素，对风叶的气动性能有很大影响，翼型的升力和风机压力有关，翼型阻力和风机功率有关，翼型升阻比和风机效率有关。翼型的种类有很多，不同种类翼型性能相差很大，现有轴流风叶多采用简单的圆弧翼型，这种翼型虽然加工方便，但是其风叶性能不如机翼型翼型。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术提供一种翼型轴流风叶及空调外机，该翼型轴流风叶中轴流叶片整体的气动性能得到提高。
5.本技术第一方面提供一种翼型轴流风叶，包括：
6.轮毂11和若干轴流叶片12；所述轴流叶片12周向等角度布置于所述轮毂11；
7.所述轴流叶片12从所述轮毂11中心沿所述轮毂11的径向依次分为叶片根部、叶片中部和叶片顶部；所述轴流叶片上，沿所述叶片根部指向所述叶片顶部的方向，翼弦弦长c依次增大，安装角θ依次减小，以及最大厚度t依次减小；所述安装角θ为翼弦和尾缘点连线的夹角；所述尾缘点连线为圆柱截面与尾缘122交点所在平面与法平面13的交线；
8.所述叶片根部、所述叶片中部和所述叶片顶部中任一项与所述圆柱截面形成的截面，其吸力面曲线的曲率沿前缘121指向尾缘122的方向先减小再增大，且其吸力面曲线的曲率的最大变化值大于其压力面曲线的曲率的最大变化值。
9.在一种实施方式中，所述翼型轴流风叶包括：三个轴流叶片12；
10.每个所述轴流叶片12上，以所述轮毂11的圆心为圆心，直径为d0和d3的圆柱截面之间的区域为所述叶片根部，直径为d3和d6的圆柱截面之间的区域为所述叶片中部，直径为d6和d10的圆柱截面之间的区域为所述叶片顶部；其中，d0∈[170,175]mm；d3∈[290,295]mm；d6∈[412,417]mm；d10∈[572,577mm]；
[0011]
以直径为dn的圆柱截面截取到的所述轴流叶片的截面作为第n截面，第0截面s0的翼弦弦长c0∈[180,182]mm，安装角θ0∈[34
°
,36
°
]以及最大厚度t0∈[0.058c0,0.062c0]；
[0012]
第3截面s3的翼弦弦长c3∈[271,273]mm，安装角θ3∈[30
°
,32
°
]以及最大厚度t3∈[0.032c3,0.036c3]；
[0013]
第6截面s6的翼弦弦长c6∈[353,355]mm，安装角θ6∈[28
°
,30
°
]以及最大厚度t6∈[0.022c6,0.024c6]；
[0014]
第10截面s10的翼弦弦长c
10
∈[494,496]mm，安装角θ
10
∈[23
°
,25
°
]以及最大厚度t
10
∈[0.008c
10
,0.01c
10
]。
[0015]
在一种实施方式中，将所述前缘121和所述翼弦交点作为起始点，所述第0截面s0的最大厚度位置与所述起始点距离为0.2c0；最大弯度f与所述翼弦弦长c0的比值f/c0为7.7％；最大弯度位置与所述起始点距离为0.5c0。
[0016]
在一种实施方式中，所述叶片根部包含有第1截面s1和第2截面s2；其中，第1截面对应的直径d1∈[210,215]mm，翼弦弦长c1∈[210,212]mm，安装角θ1∈[32
°
,34
°
]以及最大厚度t1∈[0.046c1,0.05c1]；第2截面对应的直径d2∈[250,255]mm，翼弦弦长c2∈[241,243]mm，安装角θ2∈[31
°
,33
°
]以及最大厚度t2∈[0.04c2,0.044c2]。
[0017]
在一种实施方式中，所述叶片中部包含有第4截面s4和第5截面s5；其中，第4截面s4对应的直径d4∈[330,335]mm，翼弦弦长c4∈[300,302]mm，安装角θ4∈[29
°
,31
°
]以及最大厚度t4∈[0.029c4,0.031c4]；第5截面s5对应的直径d5∈[370,375]mm，翼弦弦长c5∈[327,329]mm，安装角θ5∈[28
°
,30
°
]以及最大厚度t5∈[0.024c5,0.028c5]。
[0018]
在一种实施方式中，所述叶片顶部包含有第7截面s7、第8截面s8和第9截面s9；其中，第7截面s7对应的直径d7∈[452,457]mm，翼弦弦长c7∈[379,381]mm，安装角θ7∈[27
°
,29
°
]以及最大厚度t7∈[0.016c7,0.018c7]；第8截面s8对应的直径d8∈[493,498]mm，翼弦弦长c8∈[408,410]mm，安装角θ8∈[27
°
,29
°
]以及最大厚度t8∈[0.013c8,0.015c8]；第9截面s9对应的直径d9∈[532,537]mm，翼弦弦长c9∈[448,450]mm，安装角θ9∈[26
°
,28
°
]以及最大厚度t9∈[0.011c9,0.013c9]。
[0019]
在一种实施方式中，所述第0截面s0的压力面曲线方程为：
[0020]
y＝
‑
8.98664
‑
10
x5+4.73865
‑7x4‑
9.134
‑5x3+0.00647x2‑
0.07565x
‑
1.03624；
[0021]
所述第0截面s0的吸力面曲线方程为：
[0022]
y＝1.41801
‑9x5‑
7.03532
‑7x4+1.28073
‑4x3‑
0.0122x2+0.61023x+1.79795；
[0023]
所述第3截面s3的压力面曲线方程为：
[0024]
y＝
‑
1.03368
‑
10
x5+8.23022
‑8x4‑
2.4008
‑5x3+0.00256x2‑
0.04588x
‑
0.89859；
[0025]
所述第3截面s3的吸力面曲线方程为：
[0026]
y＝1.63578
‑
10
x5‑
1.21202
‑7x4+3.2878
‑5x3‑
0.0047x2+0.35423x+1.58124；
[0027]
所述第6截面s6的压力面曲线方程为：
[0028]
y＝
‑
2.31058
‑
11
x5+2.4189
‑8x4‑
9.3074
‑6x3+0.0013x2‑
0.03125x
‑
0.74115；
[0029]
所述第6截面s6的吸力面曲线方程为：
[0030]
y＝3.67302
‑
11
x5‑
3.51731
‑8x4+1.22868
‑5x3‑
0.00228x2+0.22597x+1.33334；
[0031]
所述第10截面s10的压力面曲线方程为：
[0032]
y＝
‑
2.45831
‑
12
x5+3.80496
‑8x4‑
2.18377
‑6x3+4.45713
‑4x2‑
0.01665x
‑
0.446；
[0033]
所述第10截面s10的吸力面曲线方程为：
[0034]
y＝3.97095
‑
12
x5‑
5.29155
‑9x4+2.53544
‑6x3‑
6.72458
‑4x2+0.09768x+0.86866。
[0035]
在一种实施方式中，所述第1截面s1的压力面曲线方程为：
[0036]
y＝
‑
3.98401
‑
10
x5+2.45285
‑7x4‑
5.52494
‑5x3+0.00457x2‑
0.06266x
‑
0.98259；
[0037]
所述第1截面s1的吸力面曲线方程为：
[0038]
y＝5.50755
‑
10
x5‑
3.1823
‑7x4+6.74957
‑5x3‑
0.00768x2+0.46623x+2.02873；
[0039]
所述第2截面s2的压力面曲线方程为：
[0040]
y＝
‑
1.93324
‑
10
x5+1.36661
‑7x4‑
3.53686
‑5x3+0.00336x2‑
0.05308x
‑
0.93932；
[0041]
所述第2截面s2的吸力面曲线方程为：
[0042]
y＝3.05644
‑
10
x5‑
2.01786
‑7x4+4.88072
‑4x3‑
0.00621x2+0.41561x+1.64537。
[0043]
在一种实施方式中，所述第4截面s4的压力面曲线方程为：
[0044]
y＝
‑
5.92798
‑
10
x5+5.23299
‑8x4‑
1.69404
‑5x3+0.002x2‑
0.03999x
‑
0.84806；
[0045]
所述第4截面s4的吸力面曲线方程为：
[0046]
y＝9.39293
‑
11
x5‑
7.67869
‑8x4+2.29587
‑5x3‑
0.00363x2+0.30296x+1.50167；
[0047]
所述第5截面s5的压力面曲线方程为：
[0048]
y＝
‑
3.61758
‑
11
x5+3.49653
‑8x4‑
1.24057
‑5x3+0.00161x2‑
0.03528x
‑
0.79867；
[0049]
所述第5截面s5的吸力面曲线方程为：
[0050]
y＝5.7401
‑
11
x5‑
5.11062
‑8x4+1.66234
‑5x3‑
0.00287x2+0.26194x+1.42391。
[0051]
在一种实施方式中，所述第7截面s7的压力面曲线方程为：
[0052]
y＝
‑
1.30294
‑
12
x5+1.48752
‑8x4‑
6.26682
‑6x3+9.51669
‑4x2‑
0.02549x
‑
0.58969；
[0053]
所述第7截面s7的吸力面曲线方程为：
[0054]
y＝2.08453
‑
11
x5‑
2.12462
‑8x4+7.85649
‑6x3‑
0.00157x2+0.16886x+1.09488；
[0055]
所述第8截面s8的压力面曲线方程为：
[0056]
y＝
‑
8.29345
‑
12
x5+1.02531
‑8x4‑
4.68554
‑6x3+7.68462
‑4x2‑
0.02251x
‑
0.53552；
[0057]
所述第8截面s8的吸力面曲线方程为：
[0058]
y＝1.33094
‑
11
x5‑
1.45196
‑8x4+5.73087
‑6x3‑
0.00123x2+0.14326x+1.00961；
[0059]
所述第9截面s9的压力面曲线方程为：
[0060]
y＝
‑
4.70352
‑
12
x5+6.44101
‑9x4‑
3.26645
‑6x3+5.91407
‑4x2‑
0.0194x
‑
0.48093；
[0061]
所述第9截面s9的吸力面曲线方程为：
[0062]
y＝7.5764
‑
12
x5‑
9.02733
‑9x4+3.87806
‑6x3‑
9.1571
‑4x2+0.11779x+0.92365。
[0063]
在一种实施方式中，所述叶片顶部由所述轴流叶片12的吸力面向所述轴流叶片的压力面折弯，折弯位置从所述前缘121一直延续到所述尾缘122。
[0064]
在一种实施方式中，所述叶片顶部的折弯尺寸沿所述前缘到所述尾缘的方向逐渐增大，最大折弯宽度rz∈[0.06r,0.1r]；其中r为所述轴流风叶的外径。
[0065]
在一种实施方式中，所述叶片顶部的折弯在所述尾缘处呈最大折弯深度e，所述最大折弯深度e与所述轴流叶片高度a的比值e/a∈[7％,9％]。
[0066]
在一种实施方式中，所述轴流叶片的尾缘处布置有锯齿结构123。
[0067]
在一种实施方式中，所述锯齿结构123两端与所述轮毂圆心的距离分别为r1和r2；其中r1∈[0.4r,0.5r]，r2∈[0.8r,0.9r]；其中，r为所述轴流风叶的外径。
[0068]
在一种实施方式中，所述锯齿结构123的锯齿宽度λ∈[9,10]mm，锯齿深度h∈[10,11]mm，锯齿类型为正弦型，锯齿数量为15。
[0069]
在一种实施方式中，所述轴流叶片12的吸力面上设置有凹筋124。
[0070]
在一种实施方式中，所述凹筋124包括：第一凹筋和第二凹筋；
[0071]
所述第一凹筋设置在以所述轮毂为圆心，半径为ro1的圆周上；所述第二凹筋设置在以所述轮毂为圆心，半径为ro2的圆周上；其中，ro1∈[0.44r,0.46r]；ro2∈[0.65r,0.67r]；其中，r为所述轴流风叶的外径。
[0072]
在一种实施方式中，所述第一凹筋的轮廓由两端的两段第一半圆弧及连接所述两段半圆弧的两段圆弧组成；
[0073]
所述两段第一半圆弧圆心之间的弧长u1∈[0.08do1,0.12do1]，其中，do1是以ro1为半径的圆周周长；
[0074]
所述第二凹筋的轮廓由两端的两段第二半圆弧及连接所述两段半圆弧的两段圆弧组成；
[0075]
所述两段第二半圆弧圆心之间的弧长u2∈[0.1do2,0.14do2]，其中，do2是以ro2为半径的圆周周长。
[0076]
本技术第二方面提供一种空调外机，所述空调外机的轴流风机系统具有如上任一项所述的翼型轴流风叶。
[0077]
本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0078]
本技术提供的轴流风叶具有的轴流叶片从轮毂中心沿轮毂径向依次分为叶片根部、叶片中部和叶片顶部；由于叶片根部、叶片中部和叶片顶部任一部分的截面，其吸力面曲线的曲率沿前缘指向尾缘的方向先减小再增大，且其吸力面曲线的曲率的最大变化值大于其压力面曲线的曲率的最大变化值，因此，对于轴流叶片而言，其最大厚度位置到尾缘位置处的顺压梯度小于其前缘至最大厚度位置处，进而其前缘至最大厚度位置处能够产生一定的压强差，从而形成一定的压力能。
[0079]
结合轴流叶片上，沿叶片根部指向叶片顶部的方向，翼弦弦长依次增大，安装角依次减小，以及最大厚度依次减小的结构特点，即，叶片根部的叶片做功面积较小，而叶片顶部的叶片做功面积较大，且叶片根部的截面上，其最大厚度位置比叶片顶部的最大厚度位置更靠近前缘，且最大厚度也更大，叶片根部截面曲线的曲率变化较叶片顶部更为剧烈，进而叶片根部吸力面和压力面处的空气流速差值更大，翼型升力也更大，产生的压力能也更大，相应地，对叶片根部的力矩要求也更高，即该位置的空气摩擦阻力也更大。
[0080]
而沿叶片根部指向叶片顶部的方向，随着翼弦弦长依次增大，安装角依次减小，以及最大厚度依次减小，轴流叶片的最大厚度位置逐渐往尾缘处移动，使得轴流叶片的最小压强点后移，空气摩擦阻力减小。由于叶片根部的叶片做功面积较小，因此，叶片根部受到空气摩擦阻力的影响较小；而叶片顶部的叶片做功面积较大，受空气摩擦阻力影响较大，但由于该部分的最大厚度位置后移，空气摩擦阻力减小，因此，叶片顶部需要克服阻力所需做的功也相应地减小。虽然叶片顶部能够提供的压力能有限，但叶片根部将更多的机械能转化为了空气的动能和压力能，相应的流动损失减小，因此，轴流叶片整体的气动性能得到提高。
[0081]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
[0082]
通过结合附图对本技术示例性实施方式进行更详细的描述，本技术的上述以及其
它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0083]
图1是本技术实施例示出的翼型轴流风叶的第一结构示意图；
[0084]
图2是本技术实施例示出的翼型轴流风叶的第二结构示意图；
[0085]
图3是本技术实施例示出的轴流叶片的截面的第一结构示意图；
[0086]
图4是本技术实施例示出的轴流叶片的截面的第二结构示意图；
[0087]
图5是本技术实施例示出的轴流叶片的截面的第三结构示意图；
[0088]
图6是本技术实施例示出的翼型轴流风叶的第三结构示意图；
[0089]
图7是本技术实施例示出的轴流叶片的叶片顶部折弯的结构示意图；
[0090]
图8是本技术实施例示出的轴流叶片的叶片顶部折弯的局部放大示意图；
[0091]
图9是本技术实施例示出的轴流叶片的叶片顶部折弯的最大折弯深度的示意图；
[0092]
图10是本技术实施例示出的轴流叶片的锯齿结构的结构示意图；
[0093]
图11是本技术实施例示出的轴流叶片的凹筋的结构示意图。
具体实施方式
[0094]
下面将参照附图更详细地描述本技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0095]
在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0096]
应当理解，尽管在本技术可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0097]
实施例一
[0098]
在现有的轴流风叶设计中，为了优先满足散热的需求，风量是主要考虑的因素。随着市场竞争的增大和节能减排的要求，对风叶性能的评估除了风量以外，对风压、效率、能效水平和噪声的关注正不断增强。在满足风量水平的前提下，如何设计出效率高、能效低和噪声低的风叶是当前亟需解决的问题。现有的轴流风叶多采用简单的圆弧翼型，这种翼型虽然加工方便，但是其风叶性能不如机翼型翼型。
[0099]
针对上述问题，本技术实施例提供一种翼型轴流风叶，能够在同样的转速下，比圆弧翼型产生更大的出风量。
[0100]
以下结合附图详细描述本技术实施例的技术方案。
[0101]
请参阅图1和图2，所述翼型轴流风叶，包括：
[0102]
轮毂11和若干轴流叶片12；所述轴流叶片12周向等角度布置于所述轮毂11；
[0103]
所述轴流叶片12从所述轮毂11中心沿所述轮毂11的径向依次分为叶片根部、叶片中部和叶片顶部；所述轴流叶片12上，沿所述叶片根部指向所述叶片顶部的方向，翼弦弦长c依次增大，安装角θ依次减小，以及最大厚度t依次减小；
[0104]
所述叶片根部、所述叶片中部和所述叶片顶部中任一项与所述圆柱截面形成的截面，其吸力面曲线的曲率沿前缘121指向尾缘122的方向先减小再增大，且其吸力面曲线的曲率的最大变化值大于其压力面曲线的曲率的最大变化值。
[0105]
请参阅图3至图5，其中，安装角θ为翼弦和尾缘点连线的夹角；尾缘点连线为圆柱截面与尾缘122交点所在平面与法平面13的交线；法平面13为通过圆柱截面与前缘121交点，且和圆柱截面相切的平面。
[0106]
轴流叶片截面中，位于前缘121附近的吸力面曲线的曲率变化程度高于压力面曲线，使得空气在经过吸力面时，相较于压力面，气体流速陡然增快，空气压强陡然减小，从而产生较大压强差，形成较大的压力能；而位于尾缘附近的吸力面曲线的曲率变化减缓，变化程度与压力面曲线接近，进而吸力面和压力面的空气流速差距较小，产生的压强差也较小，进而消除了分离漩涡，延缓了气流分离，避免了大迎角下的失速，使得轴流叶片的升力系数提高。需要说明的是，分离漩涡是由于轴流叶片与空气的迎角较大时，相当于在气流中竖起一块平板，由于其对于气流的阻挡面积较大，绕过吸力面的气流无法与绕过压力面的气流汇合，导致分离，同时在外层气流的影响下，向后下方流动，进而形成一个封闭的涡流，即分离漩涡，而分离涡流中的压强是不变的，因此，其不会形成一定压强差，也就无法提供足够的升力，进而造成失速。
[0107]
在本技术实施例中，叶片根部为轴流叶片12中最为接近轮毂11的部分，叶片顶部为轴流叶片12中最为远离轮毂11的部分，叶片中部为介于叶片根部和叶片顶部之间的部分；由于沿所述叶片根部指向所述叶片顶部的方向，翼弦弦长c依次增大，因此，叶片顶部具有轴流叶片中最大的叶片做功面积，而叶片根部的叶片做功面积最小，因此，叶片顶部对于空气摩擦阻力的敏感度大于叶片根部，也即是说，在相同的空气摩擦阻力下，叶片顶部克服空气摩擦阻力所做的功要远多于叶片根部。而在本技术实施例中，轴流叶片上，沿叶片根部指向叶片顶部的方向，最大厚度t依次减小，因此，该方向上吸力面曲线和压力面曲线的曲率变化差异也相应减小，进而升力系数较叶片根部减小，相应地所需的配平力矩也减小，即配平阻力相应减小；且由于该方向上安装角θ依次减小，使得叶片根部指向叶片顶部的方向上，最大厚度位置逐渐后移，进而空气摩擦阻力也相应地减小，进一步地减小叶片顶部所受的阻力影响。
[0108]
虽然上述轴流叶片的结构设计，其叶片顶部能够产生的压力能有限，但该叶片顶部结构能够大幅地减小流动分离和流场阻力，而对于空气摩擦阻力的敏感度相对较低的叶片根部，通过对其翼弦弦长、安装角和最大厚度的调整，能够将更多的机械能转化为了空气的动能和压力能，减小相应的流动损失，从而具有更高的升阻比。
[0109]
本技术实施例所提供的轴流风叶中的轴流叶片从轮毂中心沿轮毂径向依次分为叶片根部、叶片中部和叶片顶部；由于叶片根部、叶片中部和叶片顶部任一部分的截面，其吸力面曲线的曲率沿前缘指向尾缘的方向先减小再增大，且其吸力面曲线的曲率的最大变化值大于其压力面曲线的曲率的最大变化值，因此，对于轴流叶片而言，其最大厚度位置到
尾缘位置处的顺压梯度小于其前缘至最大厚度位置处，进而其前缘至最大厚度位置处能够产生一定的压强差，从而形成一定的压力能。
[0110]
结合轴流叶片上，沿叶片根部指向叶片顶部的方向，翼弦弦长依次增大，安装角依次减小，以及最大厚度依次减小的结构特点，即，叶片根部的叶片做功面积较小，而叶片顶部的叶片做功面积较大，且叶片根部的截面上，其最大厚度位置比叶片顶部的最大厚度位置更靠近前缘，且最大厚度也更大，叶片根部截面曲线的曲率变化较叶片顶部更为剧烈，进而叶片根部吸力面和压力面处的空气流速差值更大，翼型升力也更大，产生的压力能也更大，相应地，对叶片根部的力矩要求也更高，即该位置的空气摩擦阻力也更大。
[0111]
而沿叶片根部指向叶片顶部的方向，随着翼弦弦长依次增大，安装角依次减小，以及最大厚度依次减小，轴流叶片的最大厚度位置逐渐往尾缘处移动，使得轴流叶片的最小压强点后移，空气摩擦阻力减小。由于叶片根部的叶片做功面积较小，因此，叶片根部受到空气摩擦阻力的影响较小；而叶片顶部的叶片做功面积较大，受空气摩擦阻力影响较大，但由于该部分的最大厚度位置后移，空气摩擦阻力减小，因此，叶片顶部需要克服阻力所需做的功也相应地减小。虽然叶片顶部能够提供的压力能有限，但叶片根部将更多的机械能转化为了空气的动能和压力能，相应的流动损失减小，因此，轴流叶片整体的气动性能得到提高。
[0112]
实施例二
[0113]
轴流风叶在进行设计时，不仅需要考虑轴流风叶的气动性能，还需要参考安装位置和结构强度等因素，因此，本技术实施例在上述实施例一所述的翼型轴流风叶的基础上，设计了一种适用于空调外机中轴流风机系统的翼型轴流风叶。
[0114]
请参阅图1至图5，本技术实施例所示的翼型轴流风叶包括：三个轴流叶片12；每个轴流叶片12上，以轮毂11的圆心为圆心，直径为d0和d3的圆柱截面之间的区域为所述叶片根部，直径为d3和d6的圆柱截面之间的区域为所述叶片中部，直径为d6和d10的圆柱截面之间的区域为所述叶片顶部；其中，d0∈[170,175]mm；d3∈[290,295]mm；d6∈[412,417]mm；d10∈[572,577mm]。
[0115]
即，以轮毂的圆心为圆心，分别以上述d0、d3、d6和d10为直径画圆弧并形成对应的圆柱截面，上述四个直径对应的圆柱截面将轴流叶片截成三个部分，其中，直径d0和d3对应的圆柱截面所截取到的部分为叶片根部，直径d3和d6对应的圆柱截面所截取到的部分为叶片中部，直径d6和d10对应的圆柱截面所截取到的部分为叶片顶部。
[0116]
请参阅图6，以直径为dn的圆柱截面截取到的所述轴流叶片的截面作为第n截面，则第0截面s0的翼弦弦长c0∈[180,182]mm，安装角θ0∈[34
°
,36
°
]以及最大厚度t0∈[0.058c0,0.062c0]；
[0117]
优选地，d0的取值为173mm，c0的取值为181.4mm，θ0的取值为35.2
°
，t0的取值为0.06c0；
[0118]
进一步地，将第0截面s0的前缘和翼弦交点作为起始点，所述第0截面s0的最大厚度位置与所述起始点距离为0.2c0；最大弯度f与所述翼弦弦长c0的比值f/c0为7.7％；最大弯度位置与所述起始点距离为0.5c0。
[0119]
第3截面s3的翼弦弦长c3∈[271,273]mm，安装角θ3∈[30
°
,32
°
]以及最大厚度t3∈[0.032c3,0.036c3]；
[0120]
优选地，d3的取值为293.9mm，c3的取值为272.1mm，θ3的取值为30
°
，t3的取值为0.035c3。
[0121]
第6截面s6的翼弦弦长c6∈[353,355]mm，安装角θ6∈[28
°
,30
°
]以及最大厚度t6∈[0.022c6,0.024c6]；
[0122]
优选地，d6的取值为414.8mm，c6的取值为354.1mm，θ6的取值为28.7
°
，t6的取值为0.0225c6。
[0123]
第10截面s10的翼弦弦长c
10
∈[494,496]mm，安装角θ
10
∈[23
°
,25
°
]以及最大厚度t
10
∈[0.008c
10
,0.01c
10
]；
[0124]
优选地，d10的取值为576mm，c
10
的取值为495mm，θ
10
的取值为24.5
°
，t
10
的取值为0.01c
10
。
[0125]
在本技术实施例中，考虑到轴流风叶的安装位置以及空调外机尺寸的限制，不能够无限制地增大叶片顶部的叶片做功面积，因此，结合轴流风叶的尺寸在一定尺寸范围内，以及轴流叶片能够提供足够的叶片做功面积的要求，将本技术实施例中的翼型轴流风叶设计成具有三个轴流叶片，且限制了第0截面和第10截面所对应的直径d0和d10的取值范围。
[0126]
在本技术实施例中，基于上述所描述的轴流叶片的叶片根部、叶片中部及叶片顶部的分界处的各项结构参数，即分界处位置信息、翼弦弦长、安装角和最大厚度，以及实施例一中所描述的沿所述叶片根部指向所述叶片顶部的方向，翼弦弦长依次增大，安装角依次减小，以及最大厚度依次减小的结构特点，以及叶片根部、叶片中部和叶片顶部中任一项与圆柱截面形成的截面，其吸力面曲线和压力面曲线的曲率变化特点，进行轴流叶片的曲面拟合，从而得到一种具有高性能的轴流风叶结构，且考虑到轴流风叶的使用场景为空调外机的轴流风机系统，在该使用场景下，对轴流风叶的轴流叶片数量和尺寸均作出了限制，从而在有限的安装范围内，使轴流叶片具有较大的叶片做功面积，以及通过对叶片根部、叶片中部和叶片顶部的合理划分与参数设计，令得到的轴流叶片整体的气动性能得到提升，减少了流动损失。
[0127]
实施例三
[0128]
针对上述实施例二所示出的适用于空调外机中轴流风机系统的翼型轴流风叶，本技术实施例对其进行了进一步的说明，使得基于轴流叶片的叶片根部、叶片中部及叶片顶部的各项结构参数拟合得到的轴流风叶结构更精准，其气动性能更优异。
[0129]
请参阅图6，本技术实施例对实施例二中叶片根部的结构参数进一步地说明，在所述叶片根部的部分，截取得到第1截面s1和第2截面s2，以下对所述第1截面s1和所述第2截面s2的结构参数进行详细说明：
[0130]
第1截面s1对应的直径d1∈[210,215]mm，翼弦弦长c1∈[210,212]mm，安装角θ1∈[32
°
,34
°
]以及最大厚度t1∈[0.046c1,0.05c1]；第2截面s2对应的直径d2∈[250,255]mm，翼弦弦长c2∈[241,243]mm，安装角θ2∈[31
°
,33
°
]以及最大厚度t2∈[0.04c2,0.044c2]。
[0131]
优选地，d1的取值为213.3mm，c1的取值为211.3mm，θ1的取值为32.8
°
，t1的取值为0.048c1；d2的取值为253.6mm，c2的取值为242.1mm，θ2的取值为31.1
°
，t2的取值为0.041c2。
[0132]
本技术实施例还对实施例二中叶片中部的结构参数进行了进一步的设计，具体为：
[0133]
在所述叶片中部的部分，截取得到第4截面s4和第5截面s5；其中，第4截面s4对应
的直径d4∈[330,335]mm，翼弦弦长c4∈[300,302]mm，安装角θ4∈[29
°
,31
°
]以及最大厚度t4∈[0.029c4,0.031c4]；第5截面s5对应的直径d5∈[370,375]mm，翼弦弦长c5∈[327,329]mm，安装角θ5∈[28
°
,30
°
]以及最大厚度t5∈[0.024c5,0.028c5]。
[0134]
优选地，d4的取值为334.2mm，c4的取值为300.8mm，θ4的取值为29.4
°
，t4的取值为0.03c4；d5的取值为374.5mm，c5的取值为328.3mm，θ5的取值为29
°
，t5的取值为0.026c5。
[0135]
本技术实施例还对实施例二中叶片顶部的结构参数进行了进一步的设计，具体为：
[0136]
在所述叶片顶部的部分，截取得到第7截面s7、第8截面s8和第9截面s9；其中，第7截面s7对应的直径d7∈[452,457]mm，翼弦弦长c7∈[379,381]mm，安装角θ7∈[27
°
,29
°
]以及最大厚度t7∈[0.016c7,0.018c7]；第8截面s8对应的直径d8∈[493,498]mm，翼弦弦长c8∈[408,410]mm，安装角θ8∈[27
°
,29
°
]以及最大厚度t8∈[0.013c8,0.015c8]；第9截面s9对应的直径d9∈[532,537]mm，翼弦弦长c9∈[448,450]mm，安装角θ9∈[26
°
,28
°
]以及最大厚度t9∈[0.011c9,0.013c9]。
[0137]
优选地，d7的取值为455.1mm，c7的取值为380.6mm，θ7的取值为28.3
°
，t7的取值为0.017c7；d8的取值为495.4mm，c8的取值为409.3mm，θ8的取值为27.9
°
，t8的取值为0.0145c8；d9的取值为535.7mm，c9的取值为449.6mm，θ9的取值为26.9
°
，t9的取值为0.012c9。
[0138]
本技术实施例对于上述实施例二的适用于空调外机中轴流风机系统的翼型轴流风叶进行了进一步的说明，在叶片根部、叶片中部和叶片顶部的分界处的截面基础上，对轴流叶片的三个部分分别进行了中间过渡的截面的截取和设计，使得轴流叶片的曲面拟合的依据由四个截面的数据拓展为十一个截面的数据，从而使得最终得到的轴流风叶结构更精准，更符合设计需求。
[0139]
实施例四
[0140]
本技术实施例将实施例三所示出的十一个截面的曲线以方程形式进行表达，从而准确地描述出所述十一个截面的翼型结构。
[0141]
请参阅图6，以下为所述十一个截面的曲线方程，其中，每个截面的曲线方程包括：压力面曲线方程和吸力面曲线方程。
[0142]
所述第0截面s0的压力面曲线方程为：
[0143]
y＝
‑
8.98664
‑
10
x5+4.73865
‑7x4‑
9.134
‑5x3+0.00647x2‑
0.07565x
‑
1.03624；
[0144]
所述第0截面s0的吸力面曲线方程为：
[0145]
y＝1.41801
‑9x5‑
7.03532
‑7x4+1.28073
‑4x3‑
0.0122x2+0.61023x+1.79795。
[0146]
所述第1截面s1的压力面曲线方程为：
[0147]
y＝
‑
3.98401
‑
10
x5+2.45285
‑7x4‑
5.52494
‑5x3+0.00457x2‑
0.06266x
‑
0.98259；
[0148]
所述第1截面s1的吸力面曲线方程为：
[0149]
y＝5.50755
‑
10
x5‑
3.1823
‑7x4+6.74957
‑5x3‑
0.00768x2+0.46623x+2.02873。
[0150]
所述第2截面s2的压力面曲线方程为：
[0151]
y＝
‑
1.93324
‑
10
x5+1.36661
‑7x4‑
3.53686
‑5x3+0.00336x2‑
0.05308x
‑
0.93932；
[0152]
所述第2截面s2的吸力面曲线方程为：
[0153]
y＝3.05644
‑
10
x5‑
2.01786
‑7x4+4.88072
‑4x3‑
0.00621x2+0.41561x+1.64537。
[0154]
所述第3截面s3的压力面曲线方程为：
[0155]
y＝
‑
1.03368
‑
10
x5+8.23022
‑8x4‑
2.4008
‑5x3+0.00256x2‑
0.04588x
‑
0.89859；
[0156]
所述第3截面s3的吸力面曲线方程为：
[0157]
y＝1.63578
‑
10
x5‑
1.21202
‑7x4+3.2878
‑5x3‑
0.0047x2+0.35423x+1.58124。
[0158]
所述第4截面s4的压力面曲线方程为：
[0159]
y＝
‑
5.92798
‑
10
x5+5.23299
‑8x4‑
1.69404
‑5x3+0.002x2‑
0.03999x
‑
0.84806；
[0160]
所述第4截面s4的吸力面曲线方程为：
[0161]
y＝9.39293
‑
11
x5‑
7.67869
‑8x4+2.29587
‑5x3‑
0.00363x2+0.30296x+1.50167。
[0162]
所述第5截面s5的压力面曲线方程为：
[0163]
y＝
‑
3.61758
‑
11
x5+3.49653
‑8x4‑
1.24057
‑5x3+0.00161x2‑
0.03528x
‑
0.79867；
[0164]
所述第5截面s5的吸力面曲线方程为：
[0165]
y＝5.7401
‑
11
x5‑
5.11062
‑8x4+1.66234
‑5x3‑
0.00287x2+0.26194x+1.42391。
[0166]
所述第6截面s6的压力面曲线方程为：
[0167]
y＝
‑
2.31058
‑
11
x5+2.4189
‑8x4‑
9.3074
‑6x3+0.0013x2‑
0.03125x
‑
0.74115；
[0168]
所述第6截面s6的吸力面曲线方程为：
[0169]
y＝3.67302
‑
11
x5‑
3.51731
‑8x4+1.22868
‑5x3‑
0.00228x2+0.22597x+1.33334。
[0170]
所述第7截面s7的压力面曲线方程为：
[0171]
y＝
‑
1.30294
‑
12
x5+1.48752
‑8x4‑
6.26682
‑6x3+9.51669
‑4x2‑
0.02549x
‑
0.58969；所述第7截面s7的吸力面曲线方程为：
[0172]
y＝2.08453
‑
11
x5‑
2.12462
‑8x4+7.85649
‑6x3‑
0.00157x2+0.16886x+1.09488。
[0173]
所述第8截面s8的压力面曲线方程为：
[0174]
y＝
‑
8.29345
‑
12
x5+1.02531
‑8x4‑
4.68554
‑6x3+7.68462
‑4x2‑
0.02251x
‑
0.53552；
[0175]
所述第8截面s8的吸力面曲线方程为：
[0176]
y＝1.33094
‑
11
x5‑
1.45196
‑8x4+5.73087
‑6x3‑
0.00123x2+0.14326x+1.00961。
[0177]
所述第9截面s9的压力面曲线方程为：
[0178]
y＝
‑
4.70352
‑
12
x5+6.44101
‑9x4‑
3.26645
‑6x3+5.91407
‑4x2‑
0.0194x
‑
0.48093；
[0179]
所述第9截面s9的吸力面曲线方程为：
[0180]
y＝7.5764
‑
12
x5‑
9.02733
‑9x4+3.87806
‑6x3‑
9.1571
‑4x2+0.11779x+0.92365。
[0181]
所述第10截面s10的压力面曲线方程为：
[0182]
y＝
‑
2.45831
‑
12
x5+3.80496
‑8x4‑
2.18377
‑6x3+4.45713
‑4x2‑
0.01665x
‑
0.446；
[0183]
所述第10截面s10的吸力面曲线方程为：
[0184]
y＝3.97095
‑
12
x5‑
5.29155
‑9x4+2.53544
‑6x3‑
6.72458
‑4x2+0.09768x+0.86866。
[0185]
本技术实施例中，对基于上述十一个截面拟合得到的轴流风叶进行了风叶性能测试，测试结果如下：
[0186][0187][0188]
由上述表格对比可知，同等出风量下，本技术实施例的轴流风叶在出风量大于5200m3/h后，与对照风叶相比，其电机输入功率减少了近20w，效率提升10％；即相同的电机输入功率下，本技术的轴流风叶能够产生更大的出风量。可见本技术实施例所示的轴流风叶的结构设计能有效地提高轴流风叶的气动性能。
[0189]
基于上述所示出的第0截面至第10截面的曲线方程，本领域技术人员能够得到精确的轴流叶片中十一个截面的具体结构，并基于上述十一个截面拟合出较为精确的轴流风叶的结构，进而得到一个能够将更多的机械能转化为了空气的动能和压力能，同时减小相应的流动损失的高性能翼型轴流叶片，该翼型轴流叶片产生同等出风量的情况下，其所需功率值较传统的圆弧形风叶大幅降低，工作效率明显提升。
[0190]
实施例五
[0191]
由于传统轴流风叶设计中，优先考虑满足散热的需求，风量是主要考虑的因素。而轴流风叶由固定好的电机带动，在运转过程中会产生气动噪声、机械噪声、电磁噪声和结构振动噪声。其中气动噪声是最主要的噪声源，可以分为旋转噪声和涡流噪声，旋转噪声由叶片旋转引起空气压力脉动产生，涡流噪声是由气体冲击叶片形成的大小旋涡产生。
[0192]
本技术实施例基于实施例一至实施例四中任一种翼型轴流风叶进行了降噪设计。
[0193]
请参见图7至图9，所述轴流叶片上具有折弯，具体为：所述叶片顶部由所述轴流叶片的吸力面向所述轴流叶片的压力面折弯，折弯位置从所述前缘121一直延续到所述尾缘122。
[0194]
在本技术实施例中，折弯开始位置位于前缘121的顶点处，从前缘121开始，叶片顶部的折弯尺寸，即折弯的宽度，沿前缘121指向尾缘122的方向逐渐增大，在尾缘处达到最大值，即最大折弯宽度rz∈[0.06r,0.1r]；其中r为所述轴流风叶的外径。优选地，rz的取值为
0.08r。
[0195]
在本技术实施例中，最大折弯宽度rz∈[0.06r,0.1r]，rz的取值为0.08r，还可以理解为：所述折弯靠近轮毂的边界线，其一端与前缘的顶点重合，另一端即为折弯的结束位置，该位置位于尾缘上距离轮毂圆心0.9r至0.94r处，优选地，折弯的结束位置为尾缘上距离轮毂圆心0.92r处。
[0196]
需要说明的是，上述对于叶片顶部的折弯的描述是本技术实施例给出的一种示例，在实际生产环节，依据不同的使用场景和降噪需求，可以对叶片顶部的折弯的结构参数进行适应性调整，包括但不限于最大折弯宽度，即上述对于叶片顶部最大折弯宽度的描述不构成对本技术的唯一限定。
[0197]
进一步地，所述叶片顶部的折弯在所述尾缘处呈最大折弯深度e，所述最大折弯深度e与所述轴流叶片高度a的比值e/a∈[7％,9％]。优选地，e/a的取值为7％。
[0198]
需要说明的是，上述对于叶片顶部的折弯的描述是本技术实施例给出的一种示例，在实际生产环节，依据不同的使用场景和降噪需求，可以对叶片顶部的折弯的结构参数进行适应性调整，包括但不限于最大折弯深度，即上述对于叶片顶部最大折弯深度的描述不构成对本技术的唯一限定。
[0199]
本技术实施例所示出的翼型轴流风叶由于叶片顶部上折弯的存在，改善了叶片顶部处的气流流动状态，减少压力面向吸力面流动的泄漏损失，提高了风轮效率，同时由于泄漏涡的减少，降低了泄漏涡所引起的气动噪声。
[0200]
实施例六
[0201]
本技术实施例基于实施例一至实施例五中任一种翼型轴流风叶进行了降噪设计。
[0202]
请参见图10，本技术实施例在轴流叶片的尾缘处布置有锯齿结构123。
[0203]
所述锯齿结构123两端与所述轮毂11圆心的距离分别为r1和r2；其中r1∈[0.4r,0.5r]，r2∈[0.8r,0.9r]；其中，r为所述轴流风叶的外径。
[0204]
所述锯齿结构123的锯齿宽度λ∈[9,10]mm，锯齿深度h∈[10,11]mm，锯齿类型为正弦型，锯齿数量为15。
[0205]
优选地，r1的取值为0.45r，r2的取值为0.9r，锯齿宽度λ的取值为9mm，锯齿深度h的取值为10mm。
[0206]
需要说明的是，上述给出的锯齿结构的长度、锯齿宽度、锯齿深度、锯齿数量以及锯齿类型均是本技术实施例给出的一种示例，在实际生产环节，依据不同的使用场景和降噪需求，可以对以上所述的任一锯齿结构参数进行适应性调整，即上述对于锯齿结构的描述不构成对本技术的唯一限定。
[0207]
尾缘涡脱落是风机产生噪声的重要因素，本技术实施例通过在翼型轴流风叶尾缘处设置锯齿结构，改善了尾迹流动，将大尺度低频旋涡切割成小尺度高频旋涡，使得声波能量快速散射，进而降低宽频噪声，从而降低了轴流风叶转动时的气动噪声。
[0208]
实施例七
[0209]
进行轴流风叶的设计时，除了需要考虑气动性能还要考虑其它方面，例如，实际设计过程中，产品的最终设计还需考虑结构强度、制造工艺和安装定位等诸多因素。本技术实施例提供了一种翼型轴流风叶，其具有工作效率高、噪声低以及结构强度高的性能特点。
[0210]
请参阅图11，本技术实施例所示出的翼型轴流风叶，以上述实施例一至实施例六
中任一实施例所示出的翼型轴流风叶为基础，在其轴流叶片的吸力面上设置有凹筋124；所述凹筋124包括：第一凹筋和第二凹筋；
[0211]
其中，所述第一凹筋设置在以所述轮毂为圆心，半径为ro1的圆周上；所述第二凹筋设置在以所述轮毂为圆心，半径为ro2的圆周上；其中，ro1∈[0.44r,0.46r]；ro2∈[0.65r,0.67r]；其中，r为所述轴流风叶的外径。
[0212]
优选地，ro1的取值为0.45r，ro2的取值为0.66r。
[0213]
在本技术实施例中，所述第一凹筋和所述第二凹筋的轮廓均由两段半圆弧及连接两段半圆弧的两段圆弧组成。
[0214]
具体的：
[0215]
所述第一凹筋的轮廓由两端的两段第一半圆弧及连接所述两段半圆弧的两段圆弧组成；
[0216]
所述两段第一半圆弧圆心之间的弧长u1∈[0.08do1,0.12do1]，其中，do1是以ro1为半径的圆周周长；优选地，u1的取值为0.098do1。
[0217]
所述第二凹筋的轮廓由两端的两段第二半圆弧及连接所述两段半圆弧的两段圆弧组成；
[0218]
所述两段第二半圆弧圆心之间的弧长u2∈[0.1do2,0.14do2]，其中，do2是以ro2为半径的圆周周长；优选地，u2的取值为0.122do2。
[0219]
进一步地，分别以凹筋的两段半圆弧圆心作为凹筋的起始位和结束位，则本技术实施例中，第一凹筋的起始位为距离轴流叶片前缘第一弧长距离处；第二凹筋的起始位为距离轴流叶片前缘第二弧长距离处；其中，第一弧长距离的取值范围为0.06do1至0.08do1，优选的第一弧长取值为0.072do1；第二弧长距离的取值范围为0.04do2至0.06do2，优选的第二弧长距离的取值为0.048do2。
[0220]
本技术实施例中，针对以实施例四所示的翼型轴流风叶为基础，结合叶片顶部折弯、锯齿结构和凹筋设计的轴流风叶进行了风叶性能测试，测试结果如下：
[0221]
[0222][0223]
由上述表格对比可知，同等出风量下，本技术实施例的轴流风叶在出风量大于5200m3/h后，其噪声值与对照风叶相比，降低了至少0.4dba。可见本技术实施例所示的轴流风叶的结构设计能有效地降低噪声，提升轴流风叶的整体性能。
[0224]
本技术实施例提供了一种吸力面上设有凹筋的轴流风叶，通过在吸力面上设置第一凹筋和第二凹筋，有效改善了轴流叶片表面的压力分离，进而降低了轴流风叶运行时的噪声；同时，通过凹筋扩大压边力的调节范围，进而加强轴流风叶的结构强度。
[0225]
实施例八
[0226]
本技术实施例提供了一种空调外机，该空调外机的轴流风机系统具有上述实施例一至实施例七任一实施例所示出的翼型轴流风叶。
[0227]
以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。