葉片、葉輪及風機的制作方法

本發明涉及風機領域，更具體地涉及一種葉片、葉輪及風機。

背景技術：

在風機的轉速較高時，尤其轉速在3200Rpm左右時，氣流流經葉片表面時會出現邊界層分離嚴重、葉片尾緣處氣流紊動強烈的狀況，進而導致葉片寬頻噪音較高，影響風機的性能且使用舒適度低。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的之一是提供一種能夠提高風機性能、降低葉片寬頻噪音的葉片、葉輪及風機。

為達上述目的，第一方面，提供一種葉片。

一種葉片，所述葉片的尾緣設置有至少一段內凹弧，所述至少一段內凹弧的至少一個端點位于所述葉片的徑向外緣與徑向內緣之間，所述葉片上設置有至少一條由所述葉片的壓力面向所述葉片的吸力面方向凸出的凸脊結構。

優選地，所述凸脊結構的一端交匯于所述內凹弧的端點處，另一端交匯于所述葉片的前緣。

優選地，每一段所述內凹弧的兩個端點均對應設置一條所述凸脊結構。

優選地，所述葉片上由所述葉片的徑向內緣向徑向外緣的方向間隔設置有多條凸脊結構，所述凸脊結構的最大高度由所述葉片的徑向內緣向徑向外緣的方向逐漸減小。

優選地，所述葉片的尾緣設置有一段內凹弧，所述至少一條由所述葉片的壓力面向所述葉片的吸力面方向凸出的凸脊結構包括靠近所述葉片的徑向內緣設置的第一凸脊結構和靠近所述葉片的徑向外緣設置的第 二凸脊結構，所述第一凸脊結構的一端交匯于所述內凹弧上靠近所述葉片的徑向內緣的端點處，所述第二凸脊結構交匯于所述內凹弧上靠近所述葉片的徑向外緣的端點處。

優選地，所述第一凸脊結構的最大高度為W1，所述第二凸脊結構的最大高度為W2，在徑向上，所述葉片的徑向內緣與徑向外緣之間的距離為L；

其中，W1＝k1*L，系數k1的范圍為0.025至0.035；和/或，

W2＝k2*L，系數k2的范圍為0.021至0.031。

優選地，所述凸脊結構呈圓弧形。

優選地，所述葉片的尾緣設置有一段內凹弧，所述至少一條由所述葉片的壓力面向所述葉片的吸力面方向凸出的凸脊結構包括靠近所述葉片的徑向內緣設置的第一凸脊結構和靠近所述葉片的徑向外緣設置的第二凸脊結構，所述第一凸脊結構的一端交匯于所述內凹弧上靠近所述葉片的徑向內緣的端點處，所述第二凸脊結構交匯于所述內凹弧上靠近所述葉片的徑向外緣的端點處，所述第一凸脊結構在周向上的圓弧半徑為R2，所述第二凸脊結構在周向上的圓弧半徑為R3，所述葉片的徑向內緣的半徑為R1；

其中，R2＝k3*R1，系數k3的范圍為1.3至1.4；和/或，

R3＝k4*R1，系數k4的范圍為1.95至2.05。

優選地，所述凸脊結構的圓心與所述葉片的徑向內緣的圓心重合。

優選地，所述葉片的尾緣設置有一段內凹弧，在所述葉片自其徑向內緣向徑向外緣依次均布的五個基元級中，

葉柵稠度依次為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，

安裝角度依次為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，

前彎角度依次為0°，1°至3°，7°至9°，9°至11°，17°至19°。

優選地，所述凸脊結構具有尖角結構，所述尖角結構與所述葉片的吸力面和壓力面均經平滑曲面過渡連接。

第二方面，本發明提供一種葉輪。

一種葉輪，包括如上所述的葉片。

優選地，所述葉輪包括多個沿周向排布的所述葉片，相鄰葉片之間具有夾角，在所述夾角中，至少有一個夾角的度數與其他夾角的度數不同。

優選地，所述葉輪包括7個所述葉片，在周向上，相鄰所述葉片之間的夾角依次為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°。

優選地，所述葉輪包括輪轂和外圈，所述葉片的徑向內緣與所述輪轂連接，所述葉片的徑向外緣與所述外圈連接，所述外圈的徑向外側設置有凹槽。

優選地，所述外圈的徑向外側設置多條呈環形的所述凹槽，多條所述凹槽沿所述外圈的軸向間隔分布設置。

第三方面，本發明提供一種風機。

一種風機，包括如上所述的葉輪。

第四方面，本發明提供一種風機。

一種風機，包括如上所述的葉輪以及設置于所述葉輪的外圈徑向外側的導流圈。

本發明提供的葉片基于仿生原理在其尾緣設置至少一段內凹弧，且在葉片上設置凸脊結構，通過改變葉片的形狀使得葉片呈類似于蝙蝠翼的形狀，從而改善葉片尾緣氣流流動形態，進而降低噪音。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：

圖1示出本發明具體實施方式提供的葉片的結構示意圖；

圖2示出本發明具體實施方式提供的葉片的五個基元級的示意圖；

圖3示出本發明具體實施方式提供的葉輪局部剖視開的立體圖；

圖4示出圖3中A部分的局部放大圖；

圖5示出本發明具體實施方式提供的葉輪的俯視圖；

圖6示出本發明具體實施方式提供的葉輪的主視圖；

圖7示出現有葉輪外圈與導流圈配合處的結構示意圖；

圖8示出本發明具體實施方式提供的葉輪的局部剖視圖；

圖9示出本發明具體實施方式提供的另一種葉輪的局部剖視圖；

圖10示出本發明具體實施方式提供的再一種葉輪的局部剖視圖；

圖11示出本發明具體實施方式提供的還一種葉輪的局部剖視圖；

圖12示出本發明具體實施方式提供的葉片的壓力面靜壓分布圖。

圖中，1、葉片；11、前緣；12、尾緣；13、徑向內緣；14、徑向外緣；15、內凹弧；161、第一凸脊結構；162、第二凸脊結構；17、吸力面；18、壓力面；2、輪轂；3、外圈；31、凹槽；3’外圈；4’、導流圈。

具體實施方式

以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件并沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本發明提供了一種葉片，如圖1至圖4所示，本申請中的葉片1形成為片狀結構，其包括前緣11、尾緣12、徑向內緣13與徑向外緣14，在葉片1的尾緣12上設置有至少一段內凹弧15，且該內凹弧15的至少 一個端點位于葉片1的徑向外緣13與徑向內緣14之間，即內凹弧15的至少一個端點位于葉片1的徑向外緣13的徑向內側以及徑向內緣14的徑向外側，優選內凹弧15的兩個端點均位于葉片1的徑向外緣13與徑向內緣14之間，基于仿生原理，通過改變葉片1的形狀使得葉片呈類似于蝙蝠翼的形狀，從而改善葉片尾緣氣流流動形態，進而降低噪音。

內凹弧15的數量不限，可根據葉片1的具體規格等因素進行確定。內凹弧15的具體弧度不限，也可以為圓弧形，也可以為曲率不斷變化的弧形，優選地，內凹弧15的曲率由葉片1的徑向內緣13向徑向外緣14的方向逐漸增大，能夠獲得更優的氣流流動形態。

進一步優選地，葉片1具有吸力面17和壓力面18，在葉片1上設置有至少一條由葉片1的壓力面18向葉片1的吸力面17方向凸出的凸脊結構，即在葉片1的壓力面18形成凹部，使得壓力面18和吸力面17均沿壓力面18向吸力面17的方向凸出。如此，凸脊結構與尾緣12上的內凹弧15相配合來進一步改善氣流的流動形態，降低葉片1的寬頻噪音。凸脊結構的形狀具體不限，在一個優選地實施例中，凸脊結構呈尖角結構，并且，尖角結構優選與葉片1的吸力面17以及壓力面18經平滑曲面過渡連接，如此，能夠避免產生氣流死角，進一步提高采用其的風機性能。

凸脊結構在葉片上的排布方式具體不限，優選一端交匯于葉片1的前緣11，另一端交匯于葉片的尾緣12，為了能夠與葉片尾緣12上的內凹弧15形成更好的配合，進一步優選地，凸脊結構的一端交匯于內凹弧15的端點處，另一端交匯于葉片的前緣11，如此，凸脊結構與內凹弧15能夠形成更加近似于蝙蝠翼的結構，從而獲得更優的氣流流動形態。

下面以在尾緣12設置一段內凹弧15為例具體說明內凹弧15與凸脊結構的具體配合結構。內凹弧15設置在葉片1徑向的中部(對具體位置的限定可通過后面對凸脊結構的限定獲得)，內凹弧15具有兩個端點，分別為靠近葉片徑向內緣13的第一端點以及靠近葉片徑向外緣14的第二端點，葉片1上設置有兩條凸脊結構，分別為靠近葉片徑向內緣13設置的第一凸脊結構161以及靠近葉片徑向外緣14設置的第二凸脊結構162，第一凸脊結構161的一端與第一端點交匯，另一端與葉片前緣11 交匯，第二凸脊結構162的一端與第二端點交匯，另一端與葉片前緣11交匯，如此，形成非常接近于蝙蝠翼的形狀，從而改善葉片尾緣12處的氣流，降低葉片產生的噪音。

凸脊結構優選在周向上呈圓弧形，進一步優選地，在與軸向垂直的平面內，葉片1的徑向內緣13、徑向外緣14以及第一凸脊結構161、第二凸脊結構162所在圓為同心圓。

為進一步優化氣流的流動形態，可對葉片1的各部分結構參數進行優化，在優選的實施例中，凸脊結構的最大高度由葉片的徑向內緣向徑向外緣的方向逐漸減小，凸脊結構的最大高度為葉片1的中線在凸脊結構的尖角結構頂端位置上的點距離葉片1的徑向內緣13至徑向外緣14的重心連線AB的垂直距離。在如圖4中所示的實施例中，第一凸脊結構161的最大高度為W1，第二凸脊結構162的最大高度為W2，W2小于W1。

進一步優選地，如圖4所示，在徑向上，葉片1的徑向內緣13與徑向外緣14之間的距離為L，此處所述的徑向不是在與軸向垂直平面內的投影方向上，由于葉片1安裝后相對于軸線方向有一定的夾角，因此，此處的徑向是，在中心引出一條徑線，該徑線能夠與徑向內緣13和徑向外緣14均具有交點，這兩個交點之間的距離即為距離L。W1與L優選滿足關系：W1＝k1*L，系數k1的范圍為0.025至0.035。W2與L優選滿足關系：W2＝k2*L，系數k2的范圍為0.021至0.031。

在優選的實施例中，如圖5所示，第一凸脊結構161在周向上的圓弧半徑為R2，第二凸脊結構162在周向上的圓弧半徑為R3，葉片1的徑向內緣13的半徑為R1，R1與R2優選滿足關系：R2＝k3*R1，系數k3的范圍為1.3至1.4。R1與R3優選滿足關系：R3＝k4*R1，系數k4的范圍為1.95至2.05。

在優選的實施例中，如圖2所示，在葉片1自其徑向內緣13向徑向外緣14依次均布的五個基元級(自徑向內緣向徑向外緣依次為S1、S2、S3、S4、S5)中，葉柵稠度依次為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，安裝角度(自徑向內緣向徑向外緣依次為β1、β2、β3、β4、β5)依次為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，前彎角度(自徑向內緣向徑向外緣 依次為σ1、σ2、σ3、σ4、σ5)依次為0°，1°至3°，7°至9°，9°至11°，17°至19°。其中，基元級為半徑R的圓周面沿軸向與葉片1相交時兩者相交的部分，不同半徑R的圓周面能夠與葉片1相交成不同的基元級，葉片由無限多個基元級構成。安裝角度為葉片翼弦與旋轉方向的夾角，前彎角度為不同的基元級中心與葉片旋轉中心之間的連線的夾角，默認第一個基元級的前彎角為0°。

進一步地，本申請還提供了一種葉輪，其采用如上所述的葉片。在一個具體的實施例中，如圖3至圖6所示，葉輪包括輪轂2，多個葉片1的徑向內緣13固定于輪轂2的外周面上并沿周向分布。優選的，在與輪轂2的軸線垂直的平面內，多個葉片1上相對應的凸脊結構分別位于同一個圓上。例如，如圖5中所示，多個葉片1的第一凸脊結構161均位于同一個圓上，多個葉片1的第二凸脊結構162也位于同一個圓上。

現有葉輪的葉片一般在周向上為均勻布置，流經葉片的氣流與葉片產生周期拍打的現象，從而產生偶極子噪聲源，也即為葉片通過噪音。該類型噪音屬于窄頻噪音，基頻噪音值最高，而且基頻隨著轉速以及葉片數的增加而增加，音質聽起來極不悅耳，難以令人接受。針對此問題，本申請中，相鄰葉片1之間的夾角中，至少有一個夾角的度數與其他夾角的度數不同，這種非等間距的設置方式能夠在一定程度上控制噪音峰值，尤其是基頻所對應的峰值。

本申請中對于“夾角”的定義為，葉片前緣的徑向外端與中心連線之間的夾角。在一個具體的實施例中，如圖5所示，葉輪包括7個葉片1，在周向上，相鄰葉片1之間的夾角依次為θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7，θ1的范圍為49.5°至50.5°，θ2的范圍為51.0°至52.0°，θ3的范圍為45.5至46.5°，θ4的范圍為58.6至59.6°，θ5的范圍為47.5至48.5°，θ6的范圍為46.8至47.3°，θ7的范圍為57.5°至58.5°。

在進一步的實施例中，葉輪還包括外圈3，葉片1的徑向內緣13與輪轂2連接，徑向外緣14與外圈3連接。當葉輪安裝在風機上時，葉輪設置在導流圈內，即導流圈罩于葉輪的外周上，使得導流圈位于外圈3的徑向外側。

現有技術中，如圖7所示，為了防止外圈3’與導流圈4’出現動靜干涉，在外圈3’與導流圈4’之間會設置安全間隙，在風機運轉過程中，氣流不可避免的會流經該間隙，從而發生泄漏，導致風機效率降低。為改善這一現象，本申請中，如圖8所示，在外圈3的徑向外側設置有凹槽31，使得外圈3的截面面積會發生反復變化，從而增加外圈3與導流圈之間形成的流道的阻力，如此，能夠在保證安全間隙的同時，減少泄漏，進而提高風機效率。

凹槽31的尺寸不宜過大，也不宜過小，過大會影響外圈3的結構強度，過小則起不到增加阻力的效果。在一個優選的實施例中，凹槽31的深度M1≤0.5M2，M2為外圈的厚度。凹槽31的寬度(即在軸向上的尺寸)M3的取值范圍為M1<M3<2M1。

凹槽31的具體形狀不限，優選呈環形，多條環形的凹槽31沿外圈3的軸向間隔分布設置，從而達到更好的增加阻力的效果。凹槽31的截面形狀也不限，可以為如圖8所示的弧形，也可以為多邊形，例如如圖9至11所示的矩形、半五邊形、半六邊形等等，截面呈多邊形的凹槽能夠進一步的增加對氣流的阻力，降低風機的泄露。

進一步地，本申請還提供了一種風機，采用上述的葉輪，能夠有效降低風機的噪音且運行更加可靠，泄露少，效率高。

在一個具體的實施例中，該風機的葉片具體參數為，R2＝1.33R1，R3＝1.99R1，W1＝0.299L，W2＝0.026L，S1、S2、S3、S4、S5的葉柵稠度分別為0.85、0.78、0.55、0.58、0.52，安裝角度分別為31.5°、25.5°、20.5°、16.5°、14.0°，前彎角度分別為0°、2°、8°、10°、18°。θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7的角度依次為50°、51.5°、46°、59.1°、48°、47.3°、58°。葉輪外圈的凹槽深度M1＝0.5M2，M2為外圈厚度，凹槽寬度M3＝M1，凹槽的截面形狀為如圖8中所示的弧形。經模擬實驗，該風機的葉片的壓力面靜壓分布如圖12所示，由圖可知，通過一系列的尺寸優化，進一步地改善氣流的流動形態，降低葉片的寬頻噪音。經具體的實驗測試，與現有風機的對比結果如下表所示：

由上表可知，本申請風機的效率高且噪音低，效率相較于現有風機提高了2.18％，噪音降低了2.5dB，較現有風機具有更好的性能。

本申請提供的風機可廣泛應用于各種需要進行送風的設備中，例如適用于空調，尤其是大巴空調中。

本領域的技術人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各優選方案可以自由地組合、疊加。

應當理解，上述的實施方式僅是示例性的，而非限制性的，在不偏離本發明的基本原理的情況下，本領域的技術人員可以針對上述細節做出的各種明顯的或等同的修改或替換，都將包含于本發明的權利要求范圍內。