《軸流風輪》是廣東美的電器股份有限公司於2007年1月31日申請的專利，該專利的公布號為CN101012839，申請公布日為2007年8月8日，發明人是游斌、伍光輝、程志明、向運明。
《軸流風輪》包括設定在輪轂上的三個葉片，葉片的尾緣區域向葉片前緣進氣方向凹陷，三個葉片互相以風輪的旋轉中心軸線為中心，在120°±15°的範圍內呈等間距或不等間距分布。軸流風輪的外直徑定義為D2，輪轂直徑定義為D1，設定（D2－D1）/2為葉片高度Rm，葉片尾緣凹陷開始的位置A所在圓周直徑定義為D3，有（D3－D1）/2＝（0.10～0.47）Rm。由於葉片尾緣葉高中部和頂部區域提前於葉根區域改變了葉片的壓力分布狀態，使葉片高壓氣流部分提前流向葉片低壓面，造成局部壓力升高，從整體上減少了附面層分離，並使葉片邊界層在抵達葉片尾緣前成為紊流，有效降低渦流噪音和轉子尾跡，故具有更低的噪音和更大的風量。
2015年11月27日，《軸流風輪》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《軸流風輪》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：軸流風輪
- 申請人：廣東美的電器股份有限公司
- 申請日：2007年1月31日
- 申請號：2007100267474
- 公布號：CN101012839
- 公布日：2007年8月8日
- 發明人：游斌、伍光輝、程志明、向運明
- 地址：廣東省佛山市順德區北滘鎮蓬萊路
- 分類號：F04D29/38(2006.01)
- 代理機構：佛山市粵順智慧財產權代理事務所
- 代理人：唐強熙
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
採用2個葉片的常規軸流風輪中的單個葉片負荷大，每個葉片都在高負荷下工作，流量和靜壓都比較低，出風噪音高，且要求電機具有更高的轉速，對2葉軸流風輪的強度和電機負載特性要求都比較高。由於風量隨負載變化敏感，常規2葉軸流風輪的風量同比常規3葉或4葉風輪下降30％左右，不利於迅速帶走室外機的熱量；若採用普通3個葉片或4個葉片的軸流風扇，雖然可以很好地解決2個葉片軸流風輪的流量和靜壓升不足的問題，卻由於葉片數目增多將導致其自身重量增加、電機負荷加大，風輪成本也因重量的增加而提高30％～50％以上。
另外，常規軸流風輪在輪轂（hub）的周圍形成一體的2個或多個葉片上，葉片後邊部與葉片外緣端部所構成的角部，該角部形成朝氣流的下遊方向平齊或鼓出的凸起部，都沒有考慮通過減少附面層分離和降低轉子尾跡來抑制噪音和提高流量，既沒有考慮低噪音化，也沒有考慮通過對葉片尾緣、葉片中部和頂部區域進行處理來減輕風輪重量和電機負荷。
發明內容
專利目的
該發明的目的在於提供一種通過減少附面層分離和降低轉子尾跡來抑制噪音和提高流量，並降低風輪旋轉速度和風輪重量，減少風輪成本，同時降低電機負荷的軸流風輪，以克服2007年1月之前技術中的不足之處。
技術方案
《軸流風輪》包括設定在輪轂上的三個葉片，其結構特徵在於葉片的尾緣區域向葉片前緣進氣方向凹陷，三個葉片互相以風輪的旋轉中心軸線為中心，於120°±15°的範圍內呈等間距或不等間距分布。
於是，葉片尾緣葉高中部和頂部區域提前於葉根區域改變了葉片的壓力分布狀態，使葉片高壓氣流部分提前流向葉片低壓面，造成局部壓力升高，從整體上減少了附面層分離，並很好地使葉片邊界層在抵達葉片尾緣前成為紊流，從而有效降低渦流噪音和轉子尾跡，故具有比常規軸流風輪更低的噪音和更大的風量。
將上述的軸流風輪的外直徑定義為D2，輪轂直徑定義為D1，設定（D2-D1）/2為葉片高度Rm，葉片尾緣凹陷開始的位置A所在圓周直徑定義為D3，有（D3-D1）/2＝（0.10～0.47）Rm；葉片尾緣凹陷結束的位置B所在圓周直徑定義為D4，有（D4-D1）/2＝（0.8～1.0）Rm。
上述的軸流風輪中，將從葉片尾緣最低位置算起的風輪葉片高度定義為H2，從葉片尾緣最低位置算起的凹陷部分的最大高度定義為H1，H1/H2的值在0.05～0.29的範圍內。
上述的軸流風輪中，將葉片尾緣凹陷最深位置所在的葉片弦線長度定義為L，該位置凹陷深度沿弦長方向的深度為δ，凹陷深度δ和該區域葉片弦線長度L的比ε（ε＝5/L）在0.05～0.25的範圍內。
《軸流風輪》能夠有效實現減弱葉片轉子的尾跡強度，減少轉子附面層分離，從而有效地降低風輪噪音，並且能夠減輕風輪重量，減少風輪製作成本，並降低電機負荷。
該發明的三葉式軸流風輪不僅僅可以很好地解決採用常規3葉或4葉風輪重量過重而導致電機負載增加的問題，而且也可以解決常規2葉軸流風輪葉片負載過大而導致的流量降低和靜壓升不足的問題，減輕了風輪重量，降低了電機負荷和降低風輪成本25％以上；同時也集中具有常規2葉、3葉和4葉風輪的所有優點，並具有較低的噪音和電機負荷，以及更低的風輪重量和風輪製作成本。該發明尤其適用於空調機用室外機組。
圖1為《軸流風輪》一實施例主視結構示意圖。
圖2為該發明一實施例立體結構示意圖。
圖3為該發明直徑定義結構示意圖。
圖4為該發明高度定義結構示意圖。
圖5為該發明葉片弦線長度和凹陷長度定義結構示意圖。
圖6為凹陷起始位置分布與噪音大小的關係曲線圖。
圖7為常規軸流風輪的轉子尾跡分布曲線圖。
圖8為該發明的轉子尾跡分布曲線圖。
圖9為尾緣凹陷最大深度值和凹陷最大深度位置的葉片弦長的比值與風輪噪音及電機負荷的關係曲線圖。
圖10-圖11為該發明的兩個不同具體實施例主視結構示意圖。
圖12該發明適用於空調室外機組的一實施例的剖視結構示意圖。
圖中，1為軸流風輪，2為輪轂，3為葉片，3a為氣流的下游側邊緣部，3b為凹陷部，D1為輪轂直徑，D2為軸流風輪的外直徑，D3為葉片尾緣凹陷起始位置A所在圓周直徑，D4為葉片尾緣凹陷結束的位置B所在圓周直徑，Rm為葉片高度，H1為從葉片3尾緣最低位置C算起的凹陷部分的最大高度，H2為從葉片3尾緣最低位置C算起的風輪葉片高度，δ為凹陷深度，L為葉片弦線長度，f為葉頂尾緣點，k為連線，11為空調室外機組，12為殼體，13為室外熱交換器，14為壓縮機，15為四通閥，16為電器電路，17為隔離板。
權利要求
1.《軸流風輪》包括設定在輪轂上的三個葉片，其特徵在於葉片的尾緣區域向葉片前緣進氣方向凹陷，三個葉片互相以風輪的旋轉中心軸線為中心，在120°±15°的範圍內呈等間距或不等間距分布。
2.根據權利要求1所述的軸流風輪，其特徵在於軸流風輪的外直徑定義為D2，輪轂直徑定義為D1，設定（D2-D1）/2為葉片高度Rm，葉片尾緣凹陷開始的位置A所在圓周直徑定義為D3，有（D3-D1）/2＝（0.10～0.47）Rm；葉片尾緣凹陷結束的位置B所在圓周直徑定義為D4，有（D4-D1）/2＝（0.8～1.0）Rm。
3.根據權利要求1或2所述的軸流風輪，其特徵在於軸流風輪中，將從葉片尾緣最低位置算起的風輪葉片高度定義為H2，從葉片尾緣最低位置算起的凹陷部分的最大高度定義為H1，H1/H2的值在0.05～0.29的範圍內。
4.根據權利要求3所述的軸流風輪，其特徵在於軸流風輪中，將葉片尾緣凹陷最深位置所在的葉片弦線長度定義為L，該位置凹陷深度沿弦長方向的深度為δ，凹陷深度δ和該區域葉片弦線長度L的比ε＝δ/L在0.05～0.25的範圍內。
5.根據權利要求4所述的軸流風輪，其特徵在於軸流風輪適用於空調機用室外機組。
6.根據權利要求1所述的軸流風輪，其特徵在於葉片凹陷處呈鐮刀形、彎月形、圓弧形、V字形或折線狀。
實施方式
參見圖1-圖2和圖10-圖11，三葉式軸流風輪1包括設定在中心輪轂2上的葉片3，三個葉片3具有同一形狀，葉片3的尾緣區域向葉片3前緣進氣方向凹陷，三個葉片3以風輪旋轉中心軸線G為中心，在120°±15°的範圍內形成沿輪轂2圓周的等間距或不等間距排列，葉片3在風輪旋轉中的氣流的下游側邊緣部3a上形成與氣流逆向凹陷，大致呈鐮刀形、彎月形、圓弧形、V字形或折線形的後邊凹陷部3b。
參見圖3和圖6，將軸流風輪的外直徑定義為D2，輪轂直徑定義為D1，設定（D2-D1）/2為葉片高度Rm，葉片尾緣凹陷起始位置A所在圓周直徑定義為D3，有（D3-D1）/2＝（0.10～0.47）Rm；葉片尾緣凹陷結束的位置B所在圓周直徑定義為D4，有（D4-D1）/2＝（0.8～1.0）Rm。凹陷起始位置A從葉片高度（0.10～0.47）Rm開始具有較低的噪音值，當凹陷起始位置A在（0.10～0.47）Rm區間時，噪音值都低於50.5分貝，若凹陷起始位置小於0.10Rm或大於0.47Rm，噪音值都在50.5分貝以上，噪音不會充分地降低。
參見圖4，將從葉片3尾緣最低位置C算起的風輪葉片高度定義為H2，從葉片3尾緣最低位置C算起的凹陷部分的最大高度定義為H1，H1/H2的值在0.05～0.29的範圍內。將葉片3尾緣凹陷最深位置e所在的葉片弦線長度定義為L，見圖5，該位置凹陷深度沿弦長方向的深度為δ，凹陷深度δ和該區域葉片弦線長度L的比ε（即ε＝δ/L）在0.05～0.25的範圍內。
此時的葉片弦線長度L是從風輪的旋轉中心開始的規定半徑R的範圍劃圓時，與該圓相交的葉片3的圓周方向的長度，由於葉片通常為曲面形狀，故該葉片弦線長度L是沿曲面的曲線長度。若定義凹陷開始位置A與葉頂尾緣點f之間的連線為k，此時的凹陷深度δ是從風輪的旋轉中心開始的規定半徑R的範圍劃圓時，該圓與凹陷最深位置e和連線k形成的圓周方向的長度。
參見圖7-圖8，圖7為常規三葉軸流風輪的轉子尾跡沿葉頂圓周的分布曲線，圖8為該發明的轉子尾跡沿葉頂圓周的分布曲線，圖中Cz表示風輪轉子的軸向速度，Ut表示葉頂外圓周的圓周速度（Ut＝πD2n/60），軸向速度Cz/Ut表示無因次軸向速度係數，軸向速度的變化程度表示轉子尾跡的強弱，該發明的轉子軸向速度變化小（0.425-0.35）/0.425*100％＝17％，而常規軸流風輪的軸向速度變化率為（0.45-0.05）/0.45*100％＝89％；所以，採用該發明的軸流風輪能顯著減弱轉子尾跡，從而降低噪音和減少電機負荷。
參見圖9，當葉片尾緣凹陷最大深度δ和凹陷最大深度所在葉高位置的葉片弦線長度L的比ε（ε＝δ/L）在0.05～0.25的範圍內時，風輪同時具有較低的噪音和較小的電機負荷，此時的噪音值低於50.5分貝，電機負荷小於52瓦，而當該比值ε（ε＝δ/L）小於0.05或大於0.25時，均不能同時具備有較低的噪音和較小的電機負荷，噪音和電機負荷均不會被有效地降低。
參見圖12，空調室外機組11於殼體12內容納有呈L字形的室外熱交換器13，具有上述結構特徵的三葉軸流式風輪1、壓縮機14、四通閥15和包括變換器等的電器電路16，三葉軸流式風輪1與壓縮機14之間用隔離板17進行隔離。該三葉軸流式風輪1在實際運轉時，可有效降低轉子尾跡和噪音，並且也降低了電機負荷和風輪重量，採用該發明的空調室外機組也能夠具有低電機負荷的特性和較高的電機效率。
榮譽表彰
2015年11月27日，《軸流風輪》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
