CN103291655A - 一种带分流叶片的无叶风扇涡轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带分流叶片的无叶风扇涡轮装置。本发明包括电机、电机固定装置、分流叶片涡轮、外环壁，电机旋转轴穿过电机固定装置与分流叶片涡轮的内环壁的内侧连接；所述外环壁的内侧套装在分流叶片涡轮上；所述分流叶片涡轮包括内环壁、长叶片和分流叶片，所述长叶片沿着所述内环壁的周向布置，所述分流叶片位于相邻的两个长叶片之间且沿周向分布在内环壁上，分流叶片和长叶片的出口半径相同，进口半径不同；所述分流叶片的无叶风扇涡轮装置位于无叶风扇底座中。本发明有效提升无叶风扇涡轮装置的增压能力和效率，延长装置使用寿命，进而增加无叶风扇出风量，提高运行稳定性，降低噪声，使叶风扇整体性能提高的同时更具节能环保的优点。

Description

一种带分流叶片的无叶风扇涡轮装置

技术领域

本发明属于风扇技术领域，尤其涉及一种带分流叶片的无叶风扇涡轮装置。

背景技术

风扇作为一种主要的散热通风设备，在日常生活中必不可少，目前的家用风扇主要由支架、电机以及扇叶组成，为了使得风扇在工作时不让扇叶被人手轻易触碰到，出于安全考虑传统风扇中还增加了保护罩。但是常用的保护罩对于儿童不能起到很好的防护作用；同时由于风扇叶片数目的原因，传统风扇吹出的风不是自然风，使人总是感觉到有冲撞感，让人体感觉不舒适。

为了解决这些问题，2009年3月11日公开号为GB2452490A的英国专利提出了一款新型风扇，其为英国戴森公司设计的一款无叶风扇。该型风扇打破传统风扇的设计理念，让风扇的扇叶消失了。当前无叶风扇一般由下端的基座和上端的出风环组成，直观感觉风扇是没有扇叶的，其实它是把能增压的涡轮隐藏在基座里，通过涡轮的作用,气流从外部吸入,经过增压进入出风环内部的腔体,再从出风环的出风口吹出。

基于上述关于无叶风扇的介绍，不难发现无叶风扇中的涡轮装置是决定无叶风扇性能的关键所在。目前广泛应用的无叶风扇的涡轮均采用统一的长叶片，气流从两个长叶片的流道流过时，在流道的后半部分容易形成回流和流动的分离现象，这样会使得涡轮的增压性能下降，效率降低，无叶风扇内部流动状况变得复杂，进而降低无叶风扇的整体性能。

因此，为了进一步提高无叶风扇的性能，有必要对目前的涡轮装置的结构作进一步的设计，抑制和消除涡轮旋转时产生的回流和流动分离现象，提高涡轮的增压能力，以使得无叶风扇的整体性能能够达到一个更高的水平。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种带分流叶片的无叶风扇涡轮装置，以此来抑制和消除涡轮运作时产生的回流和流动分离现象，增大涡轮压比，提高其增压能力和效率，改善无叶风扇内部流动状况，进而提升无叶风扇的整体性能。

本发明解决其技术问题所才有的技术方案如下：

本发明包括电机、电机固定装置、分流叶片涡轮、外环壁。电机旋转轴依次穿过电机安装槽、凸壁与分流叶片涡轮的内环壁的内侧连接，凸壁和内环壁均为圆台形，且凸壁的上底面封闭，下底面开放，同时上底面中心开有通孔，以便电机旋转轴穿过后与分流叶片涡轮连接，通孔外围设置有圆环，圆环内径与通孔直径相同；凸壁的下底面与多孔壁的一端相连接；内环壁的上底面封闭，下表面开放，且内环壁套装在凸壁上，与凸壁之间存在一定间隙，用于保证分流叶片涡轮的正常旋转。

所述外环壁为环形，且两端圆面直径不同，一端是直径为d1的圆面，另一端是直径为d2的圆面，且d1大于d2；外环壁的套装在分流叶片涡轮上，且与分流叶片涡轮上的叶片顶部存在一定的间隙，优选间隙为0.5至2 mm。

电机固定装置包括电机安装槽、多孔壁、凸壁、固定连接头，电机安装槽呈管状，为两端开放的圆柱体，且其中一端与凸壁内侧相连接，所述多孔壁为圆环形，其侧壁上开于多个小孔，方便电机散发出的热量及时散发；所述固定连接头位于多孔壁上，用于帮助整个分流叶片的无叶风扇涡轮装置固定于底座中。

电机包括电机旋转轴和电机罩，电机罩为圆柱形，其内侧面为电机的定子，电机旋转轴的一端与电机内部的转子线圈相连接，另一端从电机罩的一端穿出后与分流叶片涡轮连接。

分流叶片涡轮包括内环壁、长叶片、分流叶片，内环壁又称为轮盘或轮毂，并且和电机旋转轴相连接，长叶片沿着内环壁的周向布置；

所述分流叶片又称为短叶片或者小叶片，设置在相邻的两长叶片所形成的流道的后半部分，即位于相邻的两个长叶片之间，且沿周向分布在内环壁上，且分流叶片在流道后半部分的位置包括如下三种分布方式：位于两长叶片流道中间、偏向旋转方向、偏离旋转方向，优选的分布方式会根据具体的长叶片数目确定。

分流叶片的出口半径和长叶片的出口半径均为D2，D2为叶片尾缘到内环壁中心轴的最短距离，分流叶片的进口半径D1和长叶片的进口半径不同，进口半径D1为叶片前缘到内环壁8中心轴的最短距离，分流叶片优选进口半径D1与D2的比为（0.5~0.7）：1。

本发明装置通过固定连接头固定设置在无叶风扇底座中，所述底座为圆筒形，上端开口并与无叶风扇的出风环相连接，靠近底座的底面处，其侧壁上沿周向开有一圈孔阵，该孔阵构成了无叶风扇的进风口，由多个小孔组成；无叶风扇出风环为圆环形，内部为空腔，无叶风扇出风环的周向有一圈缝隙，此缝隙为无叶风扇的出风口，缝隙优选宽度为0.5~2 mm；

所述带分流叶片涡轮中分流叶片在长叶片所形成的流道中的添置方式如下：在添置完分流叶片形成新的流道后，继续在新的流道中添加分流叶片，但是进口半径最小的分流叶片的叶片数目为其他分流叶片和长叶片的数目的总和，若继续添加分流叶片，叶片数目也遵循此规律。

本发明装置工作过程如下：

当电机启动，本发明涡轮装置开始旋转，无叶风扇逐渐进入工作状态，气流从位于无叶风扇底座下端的进风口被分流叶片涡轮吸入，此时气流大多为水平方向流动，在经过本发明涡轮装置旋转增压之后，气流向上流动，并且流速较进风口有显著提高，气流向上流入出风环的内部空腔，从出风环的出风口流出，随后沿着科恩达面并受到科恩达效应的作用，气流再次沿水平方向流出。在气流经过无叶风扇内部的过程中，当气流流经涡轮装置时，气流会发生回流和流动分离等现象，使得流动不稳定性增加，压力脉动增加导致气动噪声增大，本发明涡轮装置在相邻两长叶片间添加分流叶片，能改善无叶风扇内部流场分布，增大无叶风扇涡轮装置压比，提升无叶风扇涡轮装置的增压能力和效率，进而提高无叶风扇的出风量，提升无叶风扇的整体性能；同时还增加了无叶风扇涡轮叶片的载荷能力，延长无叶风扇涡轮装置使用寿命，提高运行稳定性，降低无叶风扇的整体噪声，使得无叶风扇更加节能环保。

本发明有如下的积极效果：

本发明能够有效防止气流流过无叶风扇涡轮装置时产生的回流和流动分流现象，改善无叶风扇内部流场分布，增大无叶风扇涡轮装置压比，提升无叶风扇涡轮装置的增压能力和效率，进而提高无叶风扇的出风量，提升无叶风扇的整体性能。

本发明以不增加无叶风扇涡轮长叶片数目来提升涡轮装置增压能力的同时，还能改善无叶风扇涡轮装置内部流动的状况，增加了无叶风扇涡轮叶片的载荷能力，延长无叶风扇涡轮装置使用寿命，提升了无叶风扇运行稳定性。

本发明降低了无叶风扇涡轮装置的压力脉动，压力脉动作为气动噪声形成的主要原因之一，并且无叶风扇涡轮装置也是无叶风扇主要的噪声源，因此无叶风扇涡轮装置压力脉动的降低必将减小无叶风扇的整体噪声，使得无叶风扇更加节能环保。

附图说明

图1是装有本发明装置的无叶风扇正面示意图；

图2是装有本发明装置的无叶风扇侧面示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是本发明装置结构示意图；

图5是电机固定装置的结构示意图；

图6是电机的示意图；

图7是本发明装置的涡轮结构示意图；

图8是本发明装置的涡轮俯视示意图；

图9是本发明装置的涡轮侧视示意图；

图10是本发明装置的第二个实施例的涡轮结构示意图；

图11是本发明装置的第二个实施例的涡轮侧视示意图；

图中，底座1、出风环2、出风口3、出风口4、电机5、分流叶片涡轮6、电机固定装置7、内环壁8、长叶片9、分流叶片10、短叶片11、出风环内部空腔12、科恩达（Coanda）面13、凸壁14、电机安装槽15、固定连接头16、电机旋转轴17、电机罩18、外环壁19、多孔壁20、中叶片21。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步说明。

图4为本发明装置结构示意图。从图中可见，一种带分流叶片的无叶风扇涡轮装置，包括电机5、电机固定装置7、分流叶片涡轮6、外环壁19，电机旋转轴17依次穿过电机安装槽15、凸壁14与分流叶片涡轮6的内环壁8的内侧连接，凸壁14和内环壁8均为圆台形，且凸壁14的上底面封闭，下底面开放，同时上底面中心开有通孔，以便电机旋转轴17穿过后与分流叶片涡轮6连接，如图5所示，通孔外围设置有圆环，圆环内径与通孔直径相同；凸壁14的下底面与多孔壁20的一端相连接；内环壁8的上底面封闭，下表面开放，且内环壁8套装在凸壁14上，与凸壁14之间存在一定间隙，用于保证分流叶片涡轮6的正常旋转。

所述外环壁19为环形，且两端圆面直径不同，一端是直径为d1的圆面，另一端是直径为d2的圆面，且d1大于d2；，与分流叶片涡轮6的整体外形相近，外环壁19的套装在分流叶片涡轮6上，且与分流叶片涡轮6上的叶片顶部存在一定的间隙，优选间隙为0.5至2 mm。

如图5所示，电机固定装置7包括电机安装槽15、多孔壁20、凸壁14、固定连接头16，电机安装槽15呈管状，为两端开放的圆柱体，且其中一端与凸壁14内侧相连接，所述多孔壁20为圆环形，其侧壁上开于多个小孔，方便电机5散发出的热量及时散发；所述固定连接头16位于多孔壁20上，用于帮助整个分流叶片的无叶风扇涡轮装置固定于底座1中。

如图6所示，电机5包括电机旋转轴17和电机罩18，电机罩18为圆柱形，其内侧面为电机5的定子，电机旋转轴17的一端与电机5内部的转子线圈相连接，另一端从电机罩18的一端穿出后与分流叶片涡轮6连接。

如图7所示，分流叶片涡轮6包括内环壁8、长叶片9、分流叶片10，内环壁8又称为轮盘或轮毂，并且和电机旋转轴17相连接，长叶片9沿着内环壁8的周向布置；

所述分流叶片10又称为短叶片或者小叶片，设置在相邻的两长叶片9所形成的流道的后半部分，即位于相邻的两个长叶片9之间，且沿周向分布在内环壁8上，且分流叶片10在流道后半部分的位置包括如下三种分布方式：位于两长叶片流道中间、偏向旋转方向、偏离旋转方向，优选的分布方式会根据具体的长叶片数目确定。

如图8所示，分流叶片10的出口半径和长叶片9的出口半径均为D2，D2为叶片尾缘到内环壁8中心轴的最短距离，分流叶片10的进口半径D1和长叶片9的进口半径不同，进口半径D1为叶片前缘到内环壁8中心轴的最短距离，分流叶片10优选进口半径D1与D2的比为（0.5~0.7）：1。

如图1所示，本发明装置通过固定连接头16固定设置在无叶风扇底座1中，所述底座1为圆筒形，上端开口并与无叶风扇的出风环2相连接，靠近底座1的底面处，其侧壁上沿周向开有一圈孔阵，该孔阵构成了无叶风扇的进风口4，由多个小孔组成。

如图2所示，无叶风扇出风环2为圆环形，内部为空腔12，无叶风扇出风环2的周向有一圈缝隙，此缝隙为无叶风扇的出风口3，缝隙优选宽度为0.5~2 mm；

如图3所示，为图2中A处的局部放大图，即为无叶风扇出风环2的截面图，由图可见，构成无叶风扇出风口3的两边壁面中有一边壁面呈凸起状，此壁面为科恩达（Coanda）面13；所述科恩达（Coanda）面是根据柯恩达效应设计的壁面，关于学术名词“科恩达（Coanda）效应”是指流体（水流或气流）有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向，当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢，只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动；根据上述定义，科恩达（Coanda）面能使得出风口处的气流沿着出风环的壁面流出，避免气流间的干扰，提升风扇性能。

本发明装置工作过程如下：

如图1、图2所示，当电机5启动，本发明涡轮装置开始旋转，无叶风扇逐渐进入工作状态，气流从位于无叶风扇底座1下端的进风口4被分流叶片涡轮6吸入，此时气流大多为水平方向流动，在经过本发明涡轮装置旋转增压之后，气流向上流动，并且流速较进风口4有显著提高，气流向上流入出风环2的内部空腔12，从出风环2的出风口3流出，随后沿着科恩达面13并受到科恩达效应的作用，气流再次沿水平方向流出。在气流经过无叶风扇内部的过程中，当气流流经涡轮装置时，气流会发生回流和流动分离等现象，使得流动不稳定性增加，压力脉动增加导致气动噪声增大，本发明涡轮装置在相邻两长叶片间添加分流叶片，能改善无叶风扇内部流场分布，增大无叶风扇涡轮装置压比，提升无叶风扇涡轮装置的增压能力和效率，进而提高无叶风扇的出风量，提升无叶风扇的整体性能；同时还增加了无叶风扇涡轮叶片的载荷能力，延长无叶风扇涡轮装置使用寿命，提高运行稳定性，降低无叶风扇的整体噪声，使得无叶风扇更加节能环保。

实施例1

如图2 、图9所示，分流叶片涡轮6进口端朝下，出口端朝上，气流从进风口4水平方向进入，经过分流叶片涡轮6的增压作用，气流垂直向上进入出风环2，再从出风环2上的出风口3沿着科恩达面流出。

实施例2 

如图10、图11所示，该实施例中提出另一种分流叶片涡轮6，此分流叶片涡轮6采用长、中、短叶片间隔交叉分布的叶片布局形式；所述分流叶片涡轮6包括内环壁8、长叶片9、中叶片21、短叶片11，中叶片21为上述实施例中的分流叶片10，为了进一步凸显分流叶片10改善整体装置性能的能力，在上述实施例的基础上能够继续添加分流叶片，即在本实施例中的中叶片21和长叶片9的流道中添加短叶片11，这里的长叶片9、中叶片21和短叶片11的出口半径均相同，进口半径从大到小依次为：短叶片11、中叶片21、长叶片9，短叶片的进口半径与中叶片的进口半径的比优选为（0.5~0.7）：1；中叶片的进口半径与长叶片的进口半径的比优选为（0.5~0.7）：1。

本实施例中，中叶片21和短叶片11统称为分流叶片10，同时分流叶片涡轮6中进口半径最小的分流叶片的叶片数目为其他分流叶片和长叶片的数目的总和，若继续添加分流叶片，叶片数目也遵循以上规律。

本领域的技术人员应当明白，在不脱离发明内容的情况下，可以对该发明进行各种改进和改变。因此依据本发明的技术实质，对本发明所作的简单修改以及各种相似变化和改进，均应该属于本发明技术范围之内。

Claims (6)

1. 一种带风流叶片的无叶风扇涡轮装置，其特征在于：包括电机、电机固定装置、外环壁、分流叶片涡轮；

电机旋转轴依次穿过电机安装槽、凸壁与分流叶片涡轮的内环壁的内侧连接，凸壁和内环壁均为圆台形，且凸壁的上底面封闭，下底面开放，同时上底面中心开有通孔，便于电机旋转轴穿过后与分流叶片涡轮连接，通孔外围设置有圆环，圆环内径与通孔直径相同；凸壁的下底面与多孔壁的一端相连接；内环壁的上底面封闭，下表面开放，且内环壁套装在凸壁上，与凸壁之间存在一定间隙；

所述外环壁为环形，且两端圆面直径不同，一端是直径为d1的圆面，另一端是直径为d2的圆面，且d1大于d2；外环壁的套装在分流叶片涡轮上，且与分流叶片涡轮上的叶片顶部存在一定的间隙；

所述的电机固定装置包括电机安装槽、多孔壁、凸壁、固定连接头，电机安装槽呈管状，为两端开放的圆柱体，且其中一端与凸壁内侧相连接，所述多孔壁为圆环形，其侧壁上开于多个小孔；所述固定连接头位于多孔壁上；

电机包括电机旋转轴和电机罩，电机罩为圆柱形，其内侧面为电机的定子，电机旋转轴的一端与电机内部的转子线圈相连接，另一端从电机罩的一端穿出后与分流叶片涡轮连接；

分流叶片涡轮包括内环壁、长叶片、分流叶片，内环壁与电机旋转轴相连接，长叶片沿着内环壁的周向布置。

2.如权利要求1所述的一种带风流叶片的无叶风扇涡轮装置，其特征在于外环壁与分流叶片涡轮之间的间隙为0.5至2 mm。

3.权利要求1所述的一种带风流叶片的无叶风扇涡轮装置，其特征在于所述分流叶片设置在相邻的两长叶片所形成的流道的后半部分，且分流叶片在流道后半部分的位置包括如下三种分布方式：位于两长叶片流道中间、偏向旋转方向、偏离旋转方向，具体分布方式根据具体的长叶片数目确定。

4.根据权利要求1所述的一种带风流叶片的无叶风扇涡轮装置，其特征在于，所述带分流叶片涡轮中分流叶片在长叶片所形成的流道中的添置方式如下：在添置完分流叶片形成新的流道后，继续在新的流道中添加分流叶片，但是进口半径最小的分流叶片的叶片数目为其他分流叶片和长叶片的数目的总和，若继续添加分流叶片，叶片数目也遵循此规律。

5.权利要求1所述的一种带风流叶片的无叶风扇涡轮装置，其特征在于所述分流叶片的出口半径和长叶片的出口半径均为D2，D2为叶片尾缘到内环壁中心轴的最短距离，分流叶片的进口半径D1和长叶片的进口半径不同，进口半径D1为叶片前缘到内环壁中心轴的最短距离。

6.权利要求4所述的一种带风流叶片的无叶风扇涡轮装置，其特征在于所述分流叶片进口半径D1与D2的比为（0.5~0.7）：1。

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