一种轴流风叶、轴流风机及其空调器的制作方法

本发明涉及空调，具体涉及一种轴流风叶、轴流风机及其空调器。

背景技术：

1、轴流风叶是空调器室内机及室外机的核心部件，其性能直接决定了风量、噪音及能耗水平。传统的轴流风叶尾缘通常设计为光滑的流线型或简单的单侧折弯结构。虽然这种设计在低风速下表现尚可，但在高风量工况下，气流流经尾缘时容易产生较大的压力梯度，导致边界层分离，形成大尺度的涡旋脱落。这些涡旋不仅增加了气动阻力（导致电机功率上升），还会激发强烈的宽频噪声。

2、为了解决上述问题，现有技术中尝试在叶片尾缘引入锯齿结构，利用锯齿破碎大涡旋、将其转化为小尺度湍流来降低噪声。然而，现有的锯齿结构大多采用均匀分布的单尺寸锯齿，或者仅在局部设置少量锯齿。这种单一化的设计存在明显缺陷：在降低噪音的同时往往牺牲了风量，或者无法实现功率与噪音的协同优化。

3、由于现有技术中的轴流风叶在高风量运行时，因尾缘气流分离产生大尺度涡旋而导致的功率损耗大、运行噪音高，无法实现功率与噪音的协同优化等技术问题，因此本发明研究设计出一种轴流风叶、轴流风机及其空调器。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的轴流风叶在高风量运行时，因尾缘气流分离产生大尺度涡旋而导致的功率损耗大、运行噪音高，无法实现功率与噪音的协同优化的缺陷，从而提供一种轴流风叶、轴流风机及其空调器。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种轴流风叶，其包括：

3、至少两个间隔设置的叶片，所述叶片包括前缘和尾缘，所述前缘位于所述叶片的迎风侧，所述尾缘位于所述叶片的背风侧，

4、所述尾缘上设置有第一齿状结构、第二齿状结构和第三凹槽结构，所述第三凹槽结构位于所述第一齿状结构与所述第二齿状结构之间，所述第一齿状结构包括至少一个第一凹槽，所述第二齿状结构包括至少一个第二凹槽，所述第三凹槽结构包括至少一个第三凹槽，且在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第一凹槽单个槽的面积均小于所述第三凹槽单个槽的面积，且所述第二凹槽单个槽的面积均小于所述第三凹槽单个槽的面积；

5、且在所述前缘上设置有第五齿状结构，所述第五齿状结构包括至少一个第五齿。

6、在一些实施方式中，

7、所述第一齿状结构包括至少一个第一齿，所述第一齿之间与所述第一凹槽相连接，所述第二齿状结构包括至少一个第二齿，所述第二齿与所述第二凹槽相连接，所述第三凹槽为至少一个，其一端与所述第一齿连接，所述第三凹槽的另一端与所述第二齿连接，且在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，沿着所述轴流风叶的径向方向，所述第一齿连接于所述第三凹槽的径向外侧，所述第二齿连接于述第三凹槽的径向内侧；

8、所述第五齿状结构还包括至少一个第五凹槽，所述第五齿与所述第五凹槽相连接，且所述第五凹槽单个槽的面积均小于所述第三凹槽单个槽的面积。

9、在一些实施方式中，

10、还包括轮毂，所述叶片设置在所述轮毂的外周上，至少两个所述叶片沿所述轮毂的周向方向间隔设置；

11、还包括第四凹槽结构，所述第四凹槽结构设置于所述尾缘上且所述第四凹槽结构与所述轮毂相接，所述第二齿状结构位于所述第三凹槽结构和所述第四凹槽结构之间，所述第四凹槽结构包括至少一个第四凹槽，且在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第一凹槽单个槽的面积均小于所述第四凹槽单个槽的面积，且所述第二凹槽单个槽的面积均小于所述第四凹槽单个槽的面积。

12、在一些实施方式中，

13、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，沿所述轴流风叶的径向方向，所有所述叶片的径向最外端位于同一圆周上，该圆周为第一圆，其圆心与所述轴流风叶的中心重合，且该第一圆的半径为r；所述轮毂的径向最外端位于同一圆周上，该圆周为第二圆，其圆心与所述轴流风叶的中心重合，且该第二圆的半径为rhub；

14、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述尾缘上的位置到所述轴流风叶的中心之间的距离为ri，在尾缘上沿着径向由内到外的延伸方向，定义有效工作半径l=r-rhub，并引入归一化坐标参数ρ=(ri-rhub)/l，将所述尾缘划分为四个功能区：

15、第一层级，即根部主导区：对应无量纲归一化坐标参数ρ∈[0,k1]，设置所述第四凹槽结构；

16、第二层级，即级间过渡区：对应无量纲归一化坐标参数ρ∈（k1,k2]，设置所述第二齿状结构；

17、第三层级，即叶尖主体区：对应无量纲归一化坐标参数ρ∈（k2,k3]，设置所述第三凹槽结构；

18、第四层级，即叶尖增强区：对应无量纲归一化坐标参数ρ∈（k3,k4]，设置所述第一齿状结构；

19、其中ρ的取值范围为[0，1]，k1∈[0.241，0.266]，k2∈[0.46，0.509]，k3∈[0.7，0.77]，k4∈[0.853，0.943]。

20、在一些实施方式中，

21、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第五齿状结构上的位置到所述轴流风叶的中心之间的距离为ri’，在前缘上沿着径向延伸方向，将前缘上沿着径向由内到外的延伸方向，定义有效工作半径l’=r-rhub，并引入归一化坐标参数ρ’=(ri’-rhub)/l，其中ρ’∈[k5,k6]，k5∈[0.578，0.639]，k6∈[0.778，0.86]。

22、在一些实施方式中，

23、所述第五齿状结构包括多个间隔的第五齿，位于径向最内侧的第五齿的径向内侧起始位置的ρ’为ρstart=k5，位于径向最外侧的第五齿的径向外侧终止位置的ρ’为ρend=k6，并满足：k2<ρstart≤k3，k3<ρend＜1，沿着所述轴流风叶的径向方向所述第五齿的齿区间为[ρstart,ρend]，沿着所述轴流风叶的周向方向，所述第五齿的齿区间的径向内侧部分与所述叶尖主体区的至少部分区域相对，所述第五齿的齿区间的径向外侧部分与所述叶尖增强区的至少部分区域相对。

24、在一些实施方式中，

25、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第五齿包括迎风面和背风面：多个所述第五齿均为非等腰三角形；和/或，所述迎风面与所述背风面之间的夹角为齿顶角，所述齿顶角的范围为[30°，60°]，和/或，所述第五齿的齿高为hle，所述第三凹槽的槽深为da，并满足0.2≤hle/da≤0.5；和/或，所有所述叶片的最外端位于叶片外圆上，所述叶片外圆的同心圆经过所述迎风面上的任一点做该同心圆的切线，该切线与所述迎风面之间存在优化偏角δ，满足∣δ∣≤5°；和/或，所有所述叶片的最外端位于叶片外圆上，所述叶片外圆的同心圆与前缘的交点、和该同心圆与尾缘的交点之间的直线距离为弦长，经过所述第五齿的齿顶的同心圆的弦长为c，所述第五齿的齿顶与所述前缘之间的最小距离为dgap，并有0.1%c≤dgap≤0.5%c。

26、在一些实施方式中，

27、在与所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内：

28、所述第四凹槽的槽深为db，所述第四凹槽的槽宽为wb，db与wb遵循四次函数关系db=f1(wb)；和/或，

29、所述第三凹槽的槽深为da，所述第三凹槽的槽宽为wa，da与wa遵循四次函数关系da=f2(wa)。

30、在一些实施方式中，

31、所述第二齿的个数为n1，n1个所述第二齿沿所述轴流风叶的径向方向等距分布，和/或，n1个所述第二齿的结构和形状均相同；和/或，

32、所述第一齿的个数为n2，n2个所述第一齿沿所述轴流风叶的径向方向等距分布，和/或，n2个所述第一齿的结构和形状均相同。

33、在一些实施方式中，

34、wa与da满足下列三次函数数学关系：da=a1wa³+b1wa²+c1wa+d1，其中da∈[15,40]mm、wa∈[30,70]mm，各个系数允许变化范围为：a1∈[-0.00002655，-0.00002172]、b1∈[-0.04404309525，-0.03603525975]、c1∈[1.89343752147，2.31420141513]、d1∈[-0.34267251458，-0.28036842102]；和/或，

35、wb与db满足下列四次函数数学关系：db=a2wb4+b2wb3+c2wb2+d2wb+e2，其中db∈[10,30]mm、wb∈[30,50]mm，各个系数的变化范围为：a2∈[-0.00000305668，-0.00000250092]、b2∈[-0.00057904847，-0.00047376693]、c2∈[0.017637，0.020577]、d2∈[0.360035，0.42004]、e2∈[0.263174，0.3070363]。

36、在一些实施方式中，

37、所述第二齿的齿高为ds1，所述第二齿的齿宽ws1，并有ds1/db∈[0.10,0.25]，和/或，ws1/wb∈[0.30,0.45]；和/或，所述第一齿的齿高为ds2，所述第一齿的齿宽ws2，并有0.16≤ds2/da≤0.20，和/或，0.1≤ws2/wa≤0.15。

38、在一些实施方式中，

39、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内：

40、所述第一齿和/或所述第二齿为等腰三角形；和/或，

41、所述第一齿的齿高和齿宽的比值大于等于0.5且小于等于0.8；和/或，所述第一齿的齿底部的倒角半径与所述第一齿的齿高的比值大于等于0.1且小于等于0.2；和/或，所述第二齿的齿高和齿宽的比值大于等于0.5且小于等于0.8；和/或，所述第二齿的齿底部的倒角半径与所述第二齿的齿高的比值大于等于0.1且小于等于0.2；和/或，

42、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第三凹槽的槽内壁为光滑的曲面。

43、在一些实施方式中，

44、在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第三凹槽的槽深与所述第一齿的齿高之间的比值大于等于8.5且小于等于14.0，和/或，所述第三凹槽的槽深与所述第二齿的齿高之间的比值大于等于8.5且小于等于14.0，和/或，所述第三凹槽的槽宽与所述第一齿的齿宽之间的比值大于等于7.5且小于等于12.5，和/或，所述第三凹槽的槽宽与所述第二齿的齿宽之间的比值大于等于7.5且小于等于12.5。

45、在一些实施方式中，

46、在与所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内：所有所述叶片的所述第四凹槽结构径向最外端的位置位于同一圆周上，该圆周为第三圆，其圆心与所述轴流风叶的中心重合，且该第三圆的半径为r1；所有所述叶片的所述第二齿状结构径向最外端的位置位于同一圆周上，该圆周为第四圆，其圆心与所述轴流风叶的中心重合，且该第四圆的半径为r2；并有r1＜r2，所述第二齿到所述轴流风叶的中心的距离大于等于r1且小于等于r2；和/或，

47、所有所述叶片的所述第三凹槽结构径向最外端的位置位于同一圆周上，该圆周为第五圆，其圆心与所述轴流风叶的中心重合，且该第五圆的半径为r3；所有所述叶片的所述第一齿状结构径向最外端的位置位于同一圆周上，该圆周为第六圆，其圆心与所述轴流风叶的中心重合，且该第六圆的半径为r4；并有r3＜r4，所述第一齿到所述轴流风叶的中心的距离大于等于r3小于等于r4。

48、本发明还提供一种轴流风机，其包括前述的轴流风叶。

49、本发明还提供一种空调器，其包括前述的轴流风机。

50、本发明提供的一种轴流风叶、轴流风机及其空调器具有如下有益效果：

51、1.本发明提供一种轴流风叶，属于节能型空调设备，通过在尾缘上设置第一齿状结构、第二齿状结构和第三凹槽结构，所述第三凹槽结构位于所述第一齿状结构与所述第二齿状结构之间，所述第一齿状结构包括至少一个第一凹槽，所述第二齿状结构包括至少一个第二凹槽，所述第三凹槽结构包括至少一个第三凹槽，且在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第一凹槽单个槽的面积均小于所述第三凹槽的面积，且所述第二凹槽单个槽的面积均小于所述第三凹槽的面积，能够在径向外侧和径向内侧的位置均形成小锯齿的结构，而在两段小锯齿之间有效形成大凹槽的结构，在工作过程中，当风叶旋转时，气流流经尾缘时外侧和内侧的小锯齿首先将主流分割成若干细密的小涡流，打断了连续的大尺度涡旋脱落过程，从而降低了高频噪声；随后，外侧的大凹槽利用其特殊的非对称结构和光滑曲面，进一步引导和整流剩余的主流，优化了气流分离点，减少了压差阻力，这种“两组小锯齿阵列+外侧大凹槽”的组合设计策略，使得风叶在保持原有风量的基础上，运行功率显著降低，同时噪音水平得到明显改善；实验数据显示，相较于传统光滑尾缘，本实施例方案在相同风量下可降低功率约3w（约10%），降低噪音3~4分贝，能够实现功率与噪音的协同优化；本发明提供一种能够根据风叶径向位置特性进行差异化设计的多级锯齿结构的轴流风叶，能在不牺牲风量的前提下，实现显著的降噪与节能效果；本发明还通过在前缘上设置的第五齿的结构，构建了前后缘功能互补的非对称差异化的锯齿协同系统，形成了“前缘局部悬浮定向预整流+后缘全域分级精准耗散”的时空耦合参数化布局体系：吸力面前缘的分离泡完全消失，压力分布平滑连续，尾缘区域的规则条纹被彻底打散，呈现为弥散的微小湍流，验证了多级锯齿的频率错位与破碎机制；叶尖区域原本剧烈的压力梯度被外侧直线-圆弧-样条线复合槽重构，形成了稳定的闭合回流涡，有效切断了泄漏剪切层的相干性，形成从“源头主动诱导”到“终端高效耗散”的闭环流场调控机制，彻底根除叶尖高频啸叫并显著提升气动效率；有效解决轴流风叶在高风量运行时，因尾缘气流分离产生大尺度涡旋而导致的功率损耗大、运行噪音高，无法实现功率与噪音的协同优化的问题。

52、2.本发明还进一步通过在尾缘上设置第四凹槽结构，第四凹槽结构位于轮毂与第二齿状结构之间，所述第四凹槽结构包括至少一个第四凹槽，且在所述轴流风叶的轴线相垂直的面的投影面内，所述第一凹槽单个槽的面积均小于所述第四凹槽单个槽的面积，且所述第二凹槽单个槽的面积均小于所述第四凹槽单个槽的面积，能够在径向外侧形成小锯齿的结构，径向内侧的位置均形成大凹槽的结构，且相邻两个大凹槽之间设置小锯齿的结构，相邻两个小锯齿之间形成大凹槽的结构，在工作过程中，当风叶旋转时，气流流经尾缘时外侧和内侧的小锯齿首先将主流分割成若干细密的小涡流，打断了连续的大尺度涡旋脱落过程，从而降低了高频噪声；随后，外侧的大凹槽利用其特殊的非对称结构和光滑曲面，进一步引导和整流剩余的主流，优化了气流分离点，减少了压差阻力，内侧大凹槽能够在通过大尺度的几何结构扰动破碎低频能量，这种“两组小锯齿阵列+外侧大凹槽+内侧大凹槽”的组合设计策略，使得风叶在保持原有风量的基础上，运行功率显著降低，同时噪音水平得到明显改善；实验数据显示，相较于传统光滑尾缘，本实施例方案在相同风量下可降低功率约3-4w(约11%)，降低噪音3~4分贝，能够实现功率与噪音的协同优化；本发明提供一种在叶片尾缘上由内（轮毂侧）向外（叶尖侧）递进式分布的四级差异化锯齿结构，能够根据风叶径向位置特性实现轴流风叶的多级锯齿结构的差异化设计，能在不牺牲风量的前提下，实现显著的降噪与节能效果；有效解决轴流风叶在高风量运行时，因尾缘气流分离产生大尺度涡旋而导致的功率损耗大、运行噪音高，无法实现功率与噪音的协同优化的问题。

53、3.本发明进一步地，将径向外侧和径向内侧的小锯齿采用尺寸结构的设计并配合底部倒角设计，使得气流在通过齿顶时更加平滑，减少了局部死区，提升了气流的均匀性和稳定性，避免了因倒角尖锐导致的额外摩擦损失；解决了局部流动损失大的问题，达到了提升流动稳定性的效果；本发明进一步地，将外侧设置的大凹槽采用内部光滑过渡曲面（如椭圆形），增强了尾缘区域对主流的控制能力，优化了气流分离点的位置，进一步提升了整体气动效率；解决了尾缘控制能力弱的问题，达到了增强气动效率的效果。