风轮以及风机的制作方法

1.本实用新型涉及风机技术领域，特别是涉及一种风轮以及风机。


背景技术：

2.目前，空调室外机所应用的轴流风机，其风轮叶片的吸力面通常以光滑曲面为主。并且，由于通常要求空调室外机的轴流风机具有优良的气动性能以及较小的噪声，风轮叶片的中部以及外缘的弦长往往较大，这就导致叶片的吸力面容易发生气流分离的现象，进而对轴流风机的气动效率造成影响并且导致轴流风机工作时产生的噪声加重。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型主要解决的技术问题是提供一种风轮以及风机，能够改善叶片吸力面气流分离的情况。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种风轮。该风轮包括轮毂。该风轮还包括叶片，叶片连接轮毂。该风轮还包括至少两层特征结构层，该至少两层特征结构层设于叶片的吸力面。每个特征结构层分别包括至少两个特征结构，每个特征结构层的至少两个特征结构沿自叶片的叶根至外缘的方向依次分布。该至少两层特征结构层沿靠近叶片的后缘的方向逐层分布，其中特征结构层所在位置处的叶片的厚度沿靠近叶片的后缘的方向逐层减小，并且每个特征结构层的厚度差异设置。
5.在本实用新型的一实施例中，特征结构层的厚度沿靠近叶片的后缘的方向逐层递减。
6.在本实用新型的一实施例中，相邻特征结构层的对应位置之间的距离为0.5mm至100mm。
7.在本实用新型的一实施例中，相邻特征结构层靠近叶根的端部之间的距离小于该相邻特征结构层靠近外缘的端部之间的距离。
8.在本实用新型的一实施例中，相邻特征结构层靠近叶根的端部之间的距离为30mm，该相邻特征结构层靠近外缘的端部之间的距离为50mm。
9.在本实用新型的一实施例中，在各特征结构层中，任意相邻的两个特征结构的对应位置之间的距离为5mm至80mm。
10.在本实用新型的一实施例中，在各特征结构层中，任意相邻的两个特征结构的对应位置之间的距离为22mm。
11.在本实用新型的一实施例中，特征结构在参考平面上的正投影为弧形、曲线形以及折线形中的至少一种，其中参考平面垂直于轮毂的中心轴。
12.在本实用新型的一实施例中，至少两层特征结构层在吸力面上靠近叶片的后缘设置。
13.为解决上述技术问题，本实用新型采用的又一个技术方案是：提供一种风机。该风机包括上述实施例所阐述的风轮。
14.本实用新型的有益效果是：区别于现有技术，本实用新型提供一种风轮以及风机。该风轮的叶片的吸力面设有至少两层特征结构层，每个特征结构层分别包括至少两个特征结构，每个特征结构层的至少两个特征结构沿自叶片的叶根至外缘的方向依次分布，该至少两层特征结构层沿靠近叶片的后缘的方向逐层分布，使得叶片的吸力面呈现非光滑的形式，因而能够改善叶片吸力面气流分离的情况。
15.并且，特征结构层所在位置处的叶片的厚度沿靠近叶片的后缘的方向逐层减小，每个特征结构层的厚度差异设置，使得叶片的厚度得到减薄，能够减轻叶片的重量，有利于改善风轮的气动性能。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。此外，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
17.图1是本实用新型风轮一实施例的结构示意图；
18.图2是图1所示风轮一局部的结构示意图；
19.图3是图2所示风轮局部a
‑
a方向的剖面结构一实施例的结构示意图；
20.图4是图2所示风轮局部b区域的放大结构示意图；
21.图5是本实用新型相邻特征结构层之间的距离与噪声之间的关系的示意图；
22.图6是本实用新型各特征结构层中任意相邻的两个特征结构的对应位置之间的距离与噪声之间的关系的示意图；
23.图7是本实用新型风轮另一实施例的结构示意图；
24.图8是本实用新型风机一实施例的结构示意图；
25.图9是本实用新型风机与传统风机关于转速与风量关系的对比示意图；
26.图10是本实用新型风机与传统风机关于风量与功率关系的对比示意图；
27.图11是本实用新型风机与传统风机关于风量与噪声关系的对比示意图。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.为解决现有技术中轴流风机所应用的风轮其叶片吸力面容易发生气流分离现象的技术问题，本实用新型的一实施例提供一种风轮。该风轮包括轮毂。该风轮还包括叶片，叶片连接轮毂。该风轮还包括至少两层特征结构层，该至少两层特征结构层设于叶片的吸力面。每个特征结构层分别包括至少两个特征结构，每个特征结构层的至少两个特征结构沿自叶片的叶根至外缘的方向依次分布。该至少两层特征结构层沿靠近叶片的后缘的方向逐层分布，其中特征结构层所在位置处的叶片的厚度沿靠近叶片的后缘的方向逐层减小，
并且每个特征结构层的厚度差异设置。以下进行详细阐述。
30.请参阅图1和图2，图1是本实用新型风轮一实施例的结构示意图，图2是图1所示风轮一局部的结构示意图。其中，图2展示的是图1所示风轮10的一个叶片12及其连接的部分轮毂11。
31.在一实施例中，风轮10包括轮毂11以及连接轮毂11的叶片12。叶片12的数量为一个或多个，并且叶片12沿轮毂11的周向依次间隔分布。轮毂11用于与电机等驱动装置传动连接，以通过驱动装置驱动轮毂11绕轮毂11的中心轴(如图1和图2中的中心轴o所示，其中中心轴o垂直于图1和图2的纸面，下同)自转，进而带动轮毂11所连接的叶片12绕轮毂11的中心轴转动，产生风流。
32.每个叶片12分别具有叶根121、外缘122、前缘123、后缘124、压力面125以及吸力面126。其中，叶片12的叶根121连接轮毂11，叶片12相对叶根121的边缘为外缘122。叶片12的前缘123和后缘124相对设置，并且前缘123的两端分别连接叶根121和外缘122，后缘124的两端也分别连接叶根121和外缘122，叶片12运动而引起的周向风流自叶片12的前缘123流向后缘124。叶片12的压力面125和吸力面126相背设置，叶片12运动而引起的轴向风流自吸力面126所在侧流向压力面125所在侧。
33.传统风轮考虑到风轮的气动效率以及噪声等因素，叶片的吸力面通常以光滑曲面为主，吸力面保持光滑有助于减少叶片的摩擦损失，并且有助于避免产生不必要的气动噪声。然而，由于通常要求风轮具有优良的气动性能以及较小的噪声，叶片的中部以及外缘的弦长往往较大，又由于传统风轮其叶片的吸力面通常为光滑曲面，这就导致当气流流经叶片表面时，由于黏滞力的作用会在叶片表面形成边界层，且沿着气流流动方向边界层厚度逐渐增大，边界层内会产生逆压梯度，而当逆压梯度使边界层内的气流流速接近于零时将产生边界层分离的现象，即气流分离，因此弦长较大且较为光滑的吸力面容易导致叶片上靠近后缘的区域产生气流分离的现象，不仅会对风轮的气动效率造成不良影响而且还会增大风轮的气动噪声。
34.传统风轮为了改善叶片吸力面的气流分离的情况，往往通过调整叶片的安装角来实现，该方法较为简便，且在一些特定情况下也能取得较好的效果。然而，当叶片的安装角调整至与气流角相吻合后再调节安装角将会导致风轮的气动性能下降，甚至严重恶化。此外通过调整叶片的安装角的方式还容易导致风轮轴向尺寸产生明显变化，无法满足空调产品实际应用的需求。
35.有鉴于此，请继续参阅图2，本实施例的风轮10还包括至少两层特征结构层13。该至少两层特征结构层13设于叶片12的吸力面126。每个特征结构层13分别包括至少两个特征结构131，且每个特征结构层13的至少两个特征结构131沿自叶片12的叶根121至外缘122的方向依次分布。该至少两层特征结构层13沿靠近叶片12的后缘124的方向逐层分布。
36.可以看出，上述特征结构层13的设计，类似于鸟类的羽毛或是鱼类的鱼鳞等，使得叶片12的吸力面126呈现非光滑的形式，有助于将高能流体引入边界层中，使得处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在叶片12的吸力面126，从而达到延缓吸力面126的气流分离的效果，因而能够改善叶片12的吸力面126气流分离的情况，进而有助于提高应用本实施例风轮10的风机的气动效率以及减小噪声。
37.请一并参阅图3。在一实施例中，上述特征结构层13所在位置处的叶片12的厚度
(如图3中厚度h所示)沿靠近叶片12的后缘124的方向逐层减小，使得叶片12的厚度得到减薄，能够减轻叶片12的重量，有利于改善风轮10的气动性能，并且叶片12厚度的逐层减薄同样有助于将高能流体引入边界层中，使得处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在叶片12的吸力面126，从而达到延缓吸力面126的气流分离的效果。
38.进一步地，每个特征结构层13的厚度(如图3中厚度h所示)差异设置，能够使得叶片12的厚度得到不同程度的减薄，如此能够根据对风轮10的气动性能的要求，合理选择叶片12的减薄程度，在保证叶片12的重量能够得到减轻的前提下，叶片12自身的强度不会受到明显影响，并且还能够满足对风轮10的气动性能的要求。
39.更进一步地，特征结构层13的厚度沿靠近叶片12的后缘124的方向逐层递减，如图3所示，如此能够最大限度地减薄叶片12的厚度，即最大限度地减轻叶片12的重量。当然，在本实用新型的其它实施例中，特征结构层13的厚度沿靠近叶片12的后缘124的方向逐层递增，在此不做限定。
40.需要说明的是，特征结构层13的厚度即为在该特征结构层13所在位置处的叶片12的厚度的基础上，与该特征结构层13相邻且相对靠近叶片12后缘124的特征结构层13所在位置处的叶片12的减薄厚度。如图3所示，特征结构层α和特征结构层β相邻，并且特征结构层β相对特征结构层α靠近叶片12的后缘124，特征结构层α的厚度h即为在特征结构层α所在位置处的叶片12的厚度的基础上，特征结构层β所在位置处的叶片12的减薄厚度，即在特征结构层α所在位置处的叶片12的厚度的基础上，特征结构层β所在位置处的叶片12进一步减薄了一个特征结构层α的厚度h。
41.请继续参阅图2。在一实施例中，由于叶片12上容易发生气流分离现象的区域多位于叶片12的吸力面126上靠近后缘124的位置，因此本实施例优选地上述至少两层特征结构层13在吸力面126上靠近叶片12的后缘124设置，以使得叶片12的吸力面126上靠近后缘124的位置呈现非光滑的形式，达到延缓吸力面126的气流分离的效果，能够进一步改善叶片12的吸力面126上气流分离的情况。
42.请参阅图2和图4，图4是图2所示风轮局部b区域的放大结构示意图。
43.在一实施例中，相邻特征结构层13之间的距离(如图4中的距离d所示，下同)为0.5mm至100mm。其中，相邻特征结构层13之间的距离可以是相邻特征结构层13的对应位置之间的距离。举例而言，如图4所示，相邻特征结构层13之间的距离可以是相邻特征结构层13的特征结构131朝向后缘124的端部之间的最小距离。
44.如此一来，能够保证相邻特征结构层13之间具有足够的距离，方便各特征结构层13的特征结构131的设计与制作，并且相邻特征结构层13之间的距离不至于过大，能够保证特征结构层13改善其抑制叶片12吸力面126气流分离的效果，避免由于特征结构层13分布过于稀疏而导致其抑制叶片12吸力面126气流分离的效果较差。
45.请继续参阅图2。在一实施例中，相邻特征结构层13靠近叶根121的端部之间的距离小于该相邻特征结构层13靠近外缘122的端部之间的距离。进一步地，相邻特征结构层13之间的距离沿自叶片12的叶根121至外缘122的方向逐渐增大，以匹配叶片12的弦长沿自叶片12的叶根121至外缘122的方向逐渐增大的趋势，使得相邻特征结构层13之间的距离更好地匹配叶片12弦长的变化情况，有利于改善特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果。并且，上述设计，能够使得本实施例的叶片12具有更优异的产品外观，更符合工业
设计与应用，有利于提高本实用新型实施例的风轮10的产品竞争力。
46.基于上述实施例所阐述的相邻特征结构层13之间的距离为0.5mm至100mm，本实施例优选地相邻特征结构层13靠近叶根121的端部之间的距离为30mm，而该相邻特征结构层13靠近外缘122的端部之间的距离为50mm。也就是说，本实施例中相邻特征结构层13之间的距离沿自叶片12的叶根121至外缘122的方向从30mm逐渐增大至50mm。如此一来，能够进一步保证相邻特征结构层13之间的距离更好地匹配叶片12弦长的变化情况，有利于改善特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果，并且进一步保证叶片12的产品外观效果。
47.图5展示了相邻特征结构层之间的距离d与噪声之间的关系。可以看出，本实施例相邻特征结构层13之间的距离介于30mm至50mm之间，能够保证应用本实施例风轮10的风机具有较小的噪声。
48.当然，在本实用新型的其它实施例中，相邻特征结构层13之间的距离也可以沿自叶片12的叶根121至外缘122的方向逐渐减小，或是保持不变。亦或是相邻特征结构层13之间的距离沿自叶片12的叶根121至外缘122的方向呈现不规律的形式，能够改善特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果，在此不做限定。
49.请继续参阅图2和图4。在一实施例中，在各特征结构层13中，任意相邻的两个特征结构131的对应位置之间的距离(如图4中的距离d所示，下同)为5mm至80mm，其中任意相邻的两个特征结构131的对应位置之间的距离可以是任意相邻的两个特征结构131朝向后缘124的端部之间的距离。通过上述方式，能够使得各特征结构层13中特征结构131的分布形式满足要求，进而保证特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果。
50.进一步地，本实施例优选为在各特征结构层13中，任意相邻的两个特征结构131的对应位置之间的距离为22mm。如此一来，能够最大限度地保证特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果。
51.图6展示了各特征结构层中任意相邻的两个特征结构的对应位置之间的距离d与噪声之间的关系。可以看出，上述实施例各特征结构层13中任意相邻的两个特征结构131的对应位置之间的距离优选为22mm，能够保证应用本实施例风轮10的风机具有较小的噪声。
52.可选地，在各特征结构层13中，任意相邻的两个特征结构131的对应位置之间的距离可以是相等的，如此在保证特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果的前提下，使得叶片12具有更优异的产品外观，更符合工业设计与应用，有利于提高本实用新型实施例的风轮10的产品竞争力。
53.当然，在本实用新型的其它实施例中，在各特征结构层13中，任意相邻的两个特征结构131的对应位置之间的距离也可以是差异设置的，并且不具备规律，如此能够改善特征结构层13抑制叶片12吸力面126气流分离的效果，在此不做限定。
54.请参阅图2和图7，图7是本实用新型风轮另一实施例的结构示意图。
55.在一实施例中，特征结构131在参考平面上的正投影为弧形、曲线形以及折线形中的至少一种，其中参考平面(如图2和图7中的平面γ所示，下同)垂直于轮毂11的中心轴。通过上述方式，能够使得叶片12具有更优异的产品外观，更符合工业设计与应用，有利于提高本实用新型实施例的风轮10的产品竞争力。
56.图2展示了特征结构131在参考平面γ上的正投影为弧形的情况，进一步地可以是圆弧等，图2展示的特征结构131在参考平面γ上的正投影为半圆弧。图7展示了特征结构
131在参考平面γ上的正投影为折线形的情况。当然，在本实用新型的其它实施例中，特征结构131在参考平面上的正投影可以是其它图形，并且各特征结构层13中所包含的至少两个特征结构131在参考平面上的正投影可以是弧形、折线形以及其它图形的任意组合，在此不做限定。
57.综上所述，本实用新型所提供的风轮，其叶片的吸力面设有至少两层特征结构层，每个特征结构层分别包括至少两个特征结构，每个特征结构层的至少两个特征结构沿自叶片的叶根至外缘的方向依次分布，该至少两层特征结构层沿靠近叶片的后缘的方向逐层分布，使得叶片的吸力面呈现非光滑的形式，因而能够改善叶片吸力面气流分离的情况。
58.并且，特征结构层所在位置处的叶片的厚度沿靠近叶片的后缘的方向逐层减小，每个特征结构层的厚度差异设置，使得叶片的厚度得到减薄，能够减轻叶片的重量，有利于改善风轮的气动性能。
59.请参阅图8，图8是本实用新型风机一实施例的结构示意图。
60.在一实施例中，风机包括风轮10。其中，风轮10已在上述实施例中详细阐述，在此就不再赘述。进一步地，风机还包括驱动装置20，驱动装置20与风轮10传动连接，以通过驱动装置20驱动风轮10转动，进而产生风流。可选地，驱动装置20可以是电机等，在此不做限定。
61.本实施例的风机可以是轴流风机，关于轴流风机的概念以及工作原理属于本领域技术人员的理解范畴，在此就不再赘述。并且本实施例的风机可以应用于空调系统的室外机等，尤其是多联形式的空调室外机等，在此不做限定。
62.请参阅图9，图9是本实用新型风机与传统风机关于转速与风量关系的对比示意图，其中i1表达了本实用新型的风机关于转速与风量的关系，i2表达了传统的风机关于转速与风量的关系。从图9中可以看出，当本实用新型的风机与传统的风机具有相同转速时，本实用新型的风机具有更大的风量。
63.请参阅图10，图10是本实用新型风机与传统风机关于风量与功率关系的对比示意图，其中i3表达了本实用新型的风机关于风量与功率的关系，i4表达了传统的风机关于风量与功率的关系。从图10中可以看出，当本实施例的风机与传统的风机具有相同风量时，本实用新型风机的功率较低，意味着本实用新型风机的功耗较低。
64.请参阅图11，图11是本实用新型风机与传统风机关于风量与噪声关系的对比示意图，其中i5表达了本实用新型的风机关于风量与噪声的关系，i6表达了传统的风机关于风量与噪声的关系。从图11中可以看出，当本实施例的风机与传统的风机具有相同风量时，本实用新型的风机具有更小的噪声。
65.此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
66.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部
技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。