CN104165158B - 一种吸油烟机的离心风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸油烟机的离心风机，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片的型线包括光滑连接的位于入口处的第一圆弧和位于出口处的第二圆弧，所述第一圆弧的半径为R₁、圆心角为α₁，第二圆弧的半径为R₂、圆心角为α₂，其特征在于，所述第一圆弧和第二圆弧的半径比值为3.5≤R₂/R₁≤4，所述第一圆弧的圆心角为85°≤α₁≤90°。选择叶片型线两段圆弧更合理的半径、圆心角参数，使得叶片出口处的收缩程度和叶片的狭长度更大，叶轮出口速度更大，叶道内涡旋更少，以更好的适应吸油烟机的应用环境，从而使得油烟更容易甩出叶轮，而且风机内部的涡流更少。

Description

一种吸油烟机的离心风机

技术领域

本发明涉及一种吸油烟机，尤其是一种吸油烟机的离心风机。

背景技术

吸油烟机已成为现代家庭中不可或缺的厨房家电设备之一，常用的吸油烟机通常在集烟罩上设置有风机外壳，风机外壳内安装有由蜗壳、叶轮及驱动叶轮的电机构成的离心风机。

目前，常用的多翼式的离心风机的叶轮的叶片通常为单圆弧形结构，单圆弧形具有结构紧凑、压力系数高、流量系数大和噪声低等优点，被广泛应用于许多换气装置、电子设备和空调系统等场合。然而，由于多翼离心风机的叶轮，其相对宽度比较大，导致进口气流沿轴向分布不均匀。多翼离心风机叶轮内部的压力脉动、射流-尾流结构、边界层分离，回流以及蜗壳内的二次流动等对其气动特性和噪音特性有很大影响。叶片表面速度分布形式对于气动性能好坏也至关重要，大量的试验表明，改善叶片型线，并且较好地调节流量和叶片进口气流角的关系，可以在很大程度上减小尾迹区及流动分离。

如申请号为01236951.9的中国专利公开的一种前向、多叶离心式通风机，在机壳内设有外转子电机，外转子电机驱动由多个风叶组成的风轮，风叶的横截面形状是由两个不同半径的R1和R2圆弧所组成，R1圆弧的夹角θ1，R2圆弧的夹角θ2，风轮上风叶出风端转动轨迹的直径为D2，进风端转动轨迹的直径为D1，并对各参数之间的关系进行了限定；又如申请号为20120026433.5的中国专利申请公开的一种离心通风机，包括蜗壳和位于蜗壳内的由多个叶片构成的叶轮，叶片型线为二维双圆弧机构，双圆弧弯曲方向相反，在半径Rc为730～750mm处光滑连接，叶片型线的起点和终点是，在连接点做与圆Rc的切线夹角为57°的斜直线，分别在该连接点两侧的斜直线上做半径为417～422mm和688～695mm的圆弧，两圆弧与叶轮进、出口直径的交点分别为叶片型线的起点和终点。

上述的离心风机，可有效地减少叶道出口处涡流区的面积和强度，表现出了良好的空气动力特性和低噪音特性，能提高效率并降低噪音。然而其并不适合用于吸油烟机，这是由于吸油烟机中更为关心的是油烟在叶道中流动的顺畅度，为了尽可能地保护叶轮不被油烟污染而提高叶轮寿命，要求油烟在叶道中流动顺畅，尽可能地一次性被甩出叶轮。现有的双圆弧叶片型线，在叶片流道间存在大量的回流和漩涡，叶道中的压力面比吸力面压力更大，由于油烟比空气的密度和粘性系数更大，油烟更容易由压力面流向吸力面而形成漩涡回流，尤其是在出口处，气流堵在出口处而出不去，既增加了流动损失，也使油烟污染了叶轮。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高流动性能、降低流动分离的吸油烟机的离心风机。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机的离心风机，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片的型线包括光滑连接的位于入口处的第一圆弧和位于出口处的第二圆弧，所述第一圆弧的半径为R₁、圆心角为α₁，第二圆弧的半径为R₂、圆心角为α₂，其特征在于，所述第一圆弧和第二圆弧的半径比值为3.5≤R₂/R₁≤4，所述第一圆弧的圆心角为85°≤α₁≤90°；所述蜗壳宽度为B，叶轮出口宽度为b₂，所述蜗壳宽度和叶轮出口宽度的比值1.1≤B/b₂≤1.3。

优选的，所述第一圆弧和第二圆弧的半径比值为R₂/R₁＝4，所述第一圆弧的圆心角为α₁＝90°，此时叶片出口处的收缩程度和叶片的狭长度更大，叶轮出口速度更大，叶道内涡旋更少，油烟更容易甩出叶轮，而且风机内部的涡流更少。

为了减少入口气流对于叶道的冲击，以及减少出口的涡流，所述叶片的入口安装角为β₁，所述叶片的出口安装角为β₂，并且52°≤β₁≤90°，12°≤β₂≤25°。

为了使叶轮出口动压更多的能够转变为静压，克服油烟机的公共管道的压力，在所述叶片的端部，由叶片入口处外侧向内侧、朝向叶片中间以一定的角度倾斜而形成斜边。

为获得改善多翼离心风机进口气流的拥堵状况的效果，使叶轮出口动压更多的转变为静压，使流动更好的适应进入叶道前的转弯过程，并在一定程度上使总体流动均匀稳定，所述叶片的斜边在叶片高度方向上的投影长度为h，所述叶片整体的高度为H，并且h/H＝0.05～0.2。更优选的，h＝8.7mm，h/H＝0.067，此时动压和静压的转换比率达到最优。

为进一步使得叶道内气流接近匀加速运动，所述第一圆弧和第二圆弧的切点半径为R₃，半径为R₃的叶片切线与离心风机旋转反方向的夹角为β₃，并且30°≤β₃≤120°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：选择叶片型线两段圆弧更合理的半径、圆心角参数，使得叶片出口处的收缩程度和叶片的狭长度更大，叶轮出口速度更大，叶道内涡旋更少，以更好的适应吸油烟机的应用环境，从而使得油烟更容易甩出叶轮，而且风机内部的涡流更少；而选择合理的叶片入口安装角和出口安装角，可减少入口气流对于叶道的冲击，以及减少出口的涡流；在叶片的两端进行斜切，使叶轮出口动压更多的能够转变为静压，克服油烟机的公共管道的压力，以提高风机性能；减小蜗壳宽度和叶轮出口宽度的比值，使通过多圆弧叶道的气流更加顺畅地流出蜗壳，减少油烟对于蜗壳的污染，延长蜗壳的使用寿命时间。

附图说明

图1为现有技术多圆弧叶道内部流畅分布仿真示意图；

图2为本发明的离心风机的剖视图；

图3为本发明的离心风机的叶轮的结构示意图；

图4为本发明的叶片型线示意图；

图5为匀加速叶道断面图；

图6为本发明的叶道出口涡流区几何参数示意图；

图7为本发明的叶道和现有技术的叶道的对比示意图；

图8为本发明的叶片的结构示意图；

图9为本发明的叶道内部流畅分布仿真示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图2和图3，一种吸油烟机的离心风机，包括蜗壳1和设置在蜗壳1内的叶轮2。

叶轮2包括端环21、轮盘22、以及设置在端环21和轮盘22之间的多个叶片23。叶片23型线为多直径的多段圆弧，可以使得叶道内气流实现匀加速运动，极大地减少了叶道内产生流动分离或降低流动分离的程度。

参见图4，叶片23的型线C1包括两段光滑连接的进风的入口处的第一圆弧231和出风的出口处的第二圆弧232，两段圆弧的弯曲方向一致，其中，R₃为两段圆弧切点半径，β₃为半径R₃的叶片23切线与离心风机旋转反方向的夹角，优选的，30°≤β₃≤120°。R₁和R₂分别为第一圆弧231和第二圆弧232的半径，P₁和P₂分别为第一圆弧231和第二圆弧232的的圆心，而α₁和α₂分别为第一圆弧231和第二圆弧232的圆心角，β₁和β₂分别为第一圆弧231的入口安装角和第二圆弧232的出口安装角。图4中的箭头表示旋转方向。

参见图5，这是一种双圆弧叶片型线所形成的叶道断面图，圆弧ge和圆弧ajb之间的空间(区域F₁)是以叶片23工作面为基准线作图后叶道的均匀收缩部分，形成风机的匀加速叶道，区域F₂是叶道的非均匀收缩部分。与单圆弧叶型的叶道相比，多圆弧叶型叶道中的非均匀收缩部分区域F₂面积减小，形状变的狭长，因而发生于该部位的涡流强度有所减弱、涡流损失有所减小。又由于叶道入口处的叶片23圆弧半径较大、叶片23安装角适中，因而叶道入口处气流的冲击损失减小，使得风机的效率明显上升的同时，叶道出口处叶片23圆弧半径的加大又使得叶道出口处涡流区变得狭长涡流圆直径减小叶道出口涡流区特征值下降。使得多叶风机的噪声值明显下降。

当叶道型线接近匀加速叶道型线时，风机噪声明显下降，效率显著提高。

为了使叶道内的匀加速距离加大，第一圆弧231的圆心角α₁尽量选择最大值，两段圆弧的半径比R₂/R₁也尽量选取最大值，因为叶道越狭长，叶道流场越趋于稳定。但叶道也不是越狭长越好，由于气流与叶道之间的接触面积增大会导致磨擦损失增加，从而导致离心风机效率下降。根据多次计算和实验我们发现第一圆弧231的圆心角α₁不能大于90°，R₂/R₁不能大于4，否则离心风机效率会下降。

进一步的流场分析表明，当叶片23选择的是第一圆弧231的圆心角α₁为90°，R₂/R₁为4时的多圆弧时，叶片23出口处的收缩程度和叶片的狭长度更大，叶轮2出口速度更大，叶道内涡旋更少，油烟更容易甩出叶轮，而且风机内部的涡流更少。通过仿真计算，参见图9，在蜗舌附近的叶片通道内有少量的旋涡，在设计流量和大流量的情况下，内部流场很稳定，气流流畅，看不到旋涡，而且在叶轮2出口处，气流偏斜程度要大于其他叶片模型，因此此叶片模型更能提高压力；参见图1，而对于第一圆弧231的圆心角α₁小于85°，R₂/R₁小于3.5或者第一圆弧231的圆心角α₁大于90°，R₂/R₁大于4的多圆弧叶片的风机，其叶片通道内部流场会出现不同程度的旋涡，叶道出口处的流线不够密集，也就意味着一部分流量损失在了叶道内部，进一步造成了油烟对于叶道的污染。

在1080rpm转速情况下，第一圆弧231的圆心角α₁为90度，R₂/R₁＝4时，相比于一般的多圆弧叶片，风量由15.4m3/min提高到18.3m3/min，最大静压由321Pa提高到363Pa，最大效率由26％提高到35％。

再参见图5，叶道长宽比表征值是一个能近似反映叶道的长度与宽度之间比例关系的几何参数，也就是说叶道长宽比的近似值即为叶道长宽比表征值，其定义为：其中，λ为叶道长宽比表征值，S₁为叶道断面上叶片非工作面弧长(圆弧ahb段弧长)，S₂为叶道断面上叶片工作面弧长(圆弧eg段弧长)，L₁为叶道入口内切圆两切点间的弦长，L₂为叶道出口内切圆两切点之间的弦长，d为寻常叶道断面上非匀加速区域F₂上的最大内切圆直径。

由于它与真实的叶道长宽比之间误差不大，但应用起来方便，因而在计算叶道流场稳定性时更具有实用性。该表征值越大则叶道越狭长，叶道流场越趋于稳定，同时由于气流与叶道之间的接触面积增大)磨擦损失增加，因而风机效率将有所下降，所以在叶道长宽比表征值取值过程中，既能维持叶道流场的稳定性，又要保持风机具有较高的运行效率。

而当叶片型线的半径、圆心角的取值采用本发明的范围时，可发现本发明的叶道比较狭长，L₂较小，入口第一圆弧231弯曲接近90°，并且d也较小，由此可知，叶道长宽比表征值较大，叶道流畅趋于稳定，风机具有较高的效率。

参见图6，对入口安装角的研究表明，由于叶轮2的高速旋转，气流并不是沿垂直于叶道入口的方向进入叶道，而是对叶片的压力面有一定的冲击。当叶片23的入口安装角较大时，气流对叶片23的冲击比较强烈，能量损失较大，而较小的入口安装角比较容易引导气流流向，减少气流对压力面的冲击。当内、外径相同时，进口安装角β₁越小，叶片23长度就越长，叶片23用来做功的面积越大。较小的入口安装角β₁，能够使第一圆弧231的圆心角α₁更大一些，而较大的第一圆弧231的圆心角α₁有利于提高风机性能。因此，在多圆弧叶片的设计方法中，为了减少入口气流对于叶道的冲击，以及减少出口的涡流，经过多次试验选择，优选的，52°≤β₁≤90°，12°≤β₂≤25°，而最优选的，β₁为60°，β₂为20°。

综上所述，优选的，第一圆弧231的圆心角85°≤α₁≤90°，3.5≤R₂/R₁≤4。为了提高风机性能的同时也不损失效率，第一圆弧231的圆心角α₁的最优值为90°，而R₂/R₁的最优值为4，此时风机效率由22％提高到29.5％，风量提高36％，最大静压提高45％。

参见图7，从图上可看出，在各种多圆弧叶片中，叶道前半部分的形状基本相近；对于一般的多圆弧叶片型线C2，进口更大一些。而本发明优选的实施例中，叶片23的型线C1的长度较C2长一些，叶片23中部的弯曲程度更大一点，C1所形成的叶道比C2的收缩程度更大一些。而且，C1的实际做功部分要长于C2，而叶轮做功的大小与做功面积有关，可知采用本发明的叶片23使得风机具有较高的运行效率。

参见图8，为了使叶轮2出口动压更多的能够转变为静压，克服油烟机的公共管道的压力，优选的，叶片23使用上下对称斜切叶片，即在叶片23的端部，由叶片23入口处外侧向内侧、朝向叶片23中间以一定的角度倾斜而形成斜边。

未作斜切的叶片进口处较为狭窄，气流在进口的减缩结构节流作用下加速，大量气流在转弯流动过程中越过叶轮中央及底部，使得较少气流从叶轮顶部区域经过，这样压力梯度形成便不均匀，导致顶端气流紊乱，进而形成涡流，这也是影响风机性能的重要因素。而斜切实际上就是改善多翼离心风机进口气流的拥堵状况，其出口处速度和扩散到蜗壳内的速度相差较大，能够使叶轮2出口动压更多的转变为静压，使流动更好的适应进入叶道前的转弯过程，并在一定程度上使总体流动均匀稳定，从而提高风机的性能。

叶片23的斜边相对的直角边的高度(即在叶片23高度方向上的投影长度)为h，叶片23整体的高度为H，则优选的，h/H＝0.05～0.2，最优地，切片为直角边h为8.7mm的直角三角形，h/H＝0.067。

再参见图2，由于蜗壳1宽度为B，叶轮2出口宽度为b₂，两个宽度比值B/b₂对于离心风机的性能有着较大的影响，减少B/b₂可减少气流进入蜗壳时的冲击损失，为了使通过多圆弧叶道的气流更加顺畅地流出蜗壳，减少油烟对于蜗壳的污染，延长蜗壳的使用寿命时间，本发明使用较小的叶轮出口的宽度比，较优地，1.1≤B/b₂≤1.3，最优地B/b₂＝1.1。

Claims (7)

1.一种吸油烟机的离心风机，包括蜗壳(1)和设置在蜗壳(1)内的叶轮(2)，所述叶轮(2)包括多个叶片(23)，所述叶片(23)的型线包括光滑连接的位于入口处的第一圆弧(231)和位于出口处的第二圆弧(232)，所述第一圆弧(231)的半径为R₁、圆心角为α₁，第二圆弧(232)的半径为R₂、圆心角为α₂，其特征在于，所述第二圆弧(232)和第一圆弧(231)的半径比值为3.5≤R₂/R₁≤4，所述第一圆弧(231)的圆心角为85°≤α₁≤90°；所述蜗壳(1)宽度为B，叶轮(2)出口宽度为b₂，所述蜗壳(1)宽度和叶轮(2)出口宽度的比值1.1≤B/b₂≤1.3。

2.如权利要求1所述的吸油烟机的离心风机，其特征在于，所述第二圆弧(232)和第一圆弧(231)的半径比值为R₂/R₁＝4，所述第一圆弧(231)的圆心角为α₁＝90°。

3.如权利要求1或2所述的吸油烟机的离心风机，其特征在于，所述叶片(23)的入口安装角为β₁，所述叶片(23)的出口安装角为β₂，并且52°≤β₁≤90°，12°≤β₂≤25°。

4.如权利要求1所述的吸油烟机的离心风机，其特征在于，在所述叶片(23)的端部，由叶片(23)入口处外侧向内侧、朝向叶片(23)中间以一定的角度倾斜而形成斜边。

5.如权利要求4所述的吸油烟机的离心风机，其特征在于，所述叶片(23)的斜边在叶片(23)高度方向上的投影长度为h，所述叶片(23)整体的高度为H，并且h/H＝0.05～0.2。

6.如权利要求5所述的吸油烟机的离心风机，其特征在于，h＝8.7mm，h/H＝0.067。

7.如权利要求1所述的吸油烟机的离心风机，其特征在于，所述第一圆弧(231)和第二圆弧(232)的切点半径为R₃，半径为R₃的叶片(23)切线与离心风机旋转反方向的夹角为β₃，并且30°≤β₃≤120°。