CN106989055A - 离心动叶轮、叶片组件以及风扇 - Google Patents

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Abstract

一种离心动叶轮、叶片组件以及风扇，其特征在于，叶轮包括：环形基座；至少在环形基座的一面上环绕设置的多个离心叶片，其中，离心叶片为等高等厚的弧形叶片，离心叶片靠近环形基座的内环面的一端为入口端，靠近外环面的一端为出口端，离心叶片的切线角从入口端到出口端是线性均匀增大的。通过多个离心叶片的高速旋转对吸入的气体做功来转化为高速流动的气体，在相邻的离心叶片之间的空隙是随着气流的流动方向而越来越大的，这样在流动的过程中高速流动的空气的动能会转化为高压的势能，即高速流动的空气从上述的间隙流出后就获得了高压。另一面，由于空隙是逐渐变大的，所以气流比较平稳，对应的高速旋转过程中的扰动也比较小，气流更均匀。

Description

离心动叶轮、叶片组件以及风扇
技术领域
本发明涉及叶轮，特别是风机的叶轮，属于流体叶轮机械领域。
背景技术
在主动抽吸空气进行过滤的头戴式空气净化器中，需要使用风扇工作来抽吸空气进入空滤层进行空滤，过滤后的空气供给人的口部、鼻部进行呼吸。
汤斌洪(中国专利，口罩用轴流风扇及其口罩，CN205446182U，公开日2016.08.10)设计的轴流风扇虽然较普通的风扇风力增强了，能够克服过滤层的阻力，方便呼吸有困难的儿童、年老体弱的老人佩戴空气净化器。然而，由于其采用的是轴流动叶轮(即该发明专利中的轴流风扇动叶)+轴向导叶(即该发明专利中的轴流风扇静叶)的形式，在实际用户使用后发现该形式的风扇能够实现较大空气量的输送，但是，其能够达到的风压仍然不足以完全克服过滤层(比如实际中使用的过滤棉)的阻力，特别是在雾霾严重时，微小颗粒会很快堵塞过滤层而使得阻力更大，同时该形式的风扇效率偏低。
解决以上风压不足问题的一个通用惯常方法是采用出气蜗壳来进行升压，加装出气蜗壳的风扇能够达到较大的风压，但是由于出气蜗壳的周向形状不均匀，出气口小，会导致空气流量不足且出气周向的出气不均匀，而且会使得风扇的工况范围窄、效率低，耗能升高，这种情况必须相应提高头戴时空气净化器的电源容量，不仅增加成本，更会增加净化器的重量而影响消费者使用体验。
发明内容
本发明就是为了解决上述的问题的，目的在于提供一种将轴流动叶轮和离心动叶轮的优点结合的风扇，通过离心动叶轮实现升压过程，径轴向的环形罩和轴向导叶使得出气流量大，且出气均匀，进而使得整个风扇的变工况范围宽、效率高。
一种离心动叶轮，与原动机连接旋转，用于产生气流，其特征在于，包括：环形基座；至少在环形基座的一面上环绕设置的多个离心叶片，其中，离心叶片为等高等厚的弧形叶片，离心叶片靠近环形基座的内环面的一端为入口端，靠近外环面的一端为出口端，离心叶片的切线角从入口端到出口端是线性均匀增大的。
本发明提供的离心动叶轮，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，离心叶片的厚度是沿中弧线均匀等厚分布的。
本发明提供的离心动叶轮，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，离心叶片的入口端为圆弧形，出口端为尖端的锐角。
本发明提供的离心动叶轮，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，离心叶片的出口端和环形基座的外环面平齐。
本发明提供的离心动叶轮，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，环形基座的内环面边缘设置有环形突起壳，该环形突起壳设置在与离心叶片相同的一面上。
本发明还提供一种叶片组件，与原动机连接旋转，用于产生气流并均匀的排出，其特征在于，包括：轴向导叶，具有中心环和在该中心环的外壁上环绕设置的多个轴向导叶片；环形罩，呈中间突起的环形，和轴向导叶配合且固定连接；以及上述的离心动叶轮，设置在环形罩和轴向导叶之间的空间内，经由离心动叶轮后的高速高压气流在经过轴向导叶后被降速增压后从轴向导叶的多个轴向导叶片的间隙中排出。
本发明提供的叶片组件，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，轴向导叶片还包括外环片，其与环形罩固定连接，轴向导叶片连接中心环的一端为根部，另一端为叶尖部，轴向导叶片的切线角从其根部到叶尖部是线性均匀减小的，外环片套在多个轴向导叶片上且与叶尖部连接。
本发明提供的叶片组件，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，轴向导叶片的转折角为10～20度，环形罩整体呈喇叭形，其进口面积小于出口面积。
本发明提供的叶片组件，还可以具有这样的特征，其特征在于还包括：后盖板，设置在轴向导叶上，与环形罩相配而将环形基座的中空部分覆盖起来。
本发明还提供一种风扇，用于固定安装在安装部件上，产生气流并均匀的排出，其特征在于，包括：固定设置在安装部件上的原动机，具有输出轴；上述的叶片组件，其具有的离心动叶轮和输出轴连接，叶片组件所具有的环形罩的的外边缘上设置有安装件，用于组装衔接。
发明作用与效果
根据本发明所提供的离心动叶轮，由于具有环形基座和环绕设置在环形基座的一面上的多个离心叶片，离心叶片的切线角从入口端到出口端是线性均匀增大的，通过多个离心叶片的高速旋转对吸入的气体做功来转化为高速流动的气体，在相邻的离心叶片之间的空隙是随着气流的流动方向而越来越大的，这样在流动的过程中高速流动的空气的动能会转化为高压的势能，即高速流动的空气从上述的间隙流出后就获得了高压。另一面，由于空隙是逐渐变大的，所以气流比较平稳，对应的高速旋转过程中的扰动也比较小，气流更均匀。
根据本发明所提供的叶片组件，由于具有上述的离心动叶轮和轴向导叶以及环形罩，这三者彼此形成的空气流道包括进气段、离心动叶轮、径轴向的环形罩以及轴向导叶这四个部分。
其中，进气段为风扇进气口到离心动叶轮进口部分，旋转的离心动叶轮在进口形成持续的负压将经由环形罩的轴向流动的空气源源不断的吸入，通过进气段进入到离心动叶轮中，减少了流道空气阻力。
离心动叶轮将高速运动的空气的机械能加载到空气，使离心动叶轮的出口的空气压力能和速度动能大幅增加，并将一部分动能转化为空气的压力势能从而进一步提高出口空气的风压。
径轴向的环形罩的圆弧形的光滑内壁将离心动叶轮的出口径向流动的空气圆滑的转变为轴向流动，在该罩头中高速高压的空气能够实现进一步地降速增压，使出气均匀、柔和。
从环形罩出来的轴向流动的空气进入轴向导叶，在多个轴向导叶片的作用下，被进一步地降低速度和改变方向而变为轴向流动，最后在穿过过滤层后均匀、柔和地被输送到穿戴式空气净化器里面。
附图说明
图1为本发明的风扇的三维示意图；
图2为图1的另一方向的视图；
图3为本发明的风扇的剖视图；
图4为图3的另一方向的视图；
图5为本发明的风扇中的后盖板和轴向导叶的示意图；
图6为本发明的风扇中的环形罩的示意图；
图7为本发明的风扇中的离心动叶轮的示意图；
图8为本发明的单个离心叶片的横截面示意图；以及
图9为本发明的风扇的空气流道示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的风扇的具体结构作具体阐述。
实施例
图1为本发明的风扇的三维示意图。
图2为图1的另一方向的视图。
图3为本发明的风扇的剖视图。
图4为图3的另一方向的视图。
如图1-4所示，风扇1包括原动机(图中未显示)和叶片组件100，原动机的输出轴和叶片组件连接。本实施例中风扇为适用于头戴式空气净化器的小型风扇，对应的，原动机选用永磁直流电机，其定子是线圈，转动部份是磁体壳(就是个人计算机的cpu的散热风扇所用的微型电机)。
如图2、3、4所示，叶片组件100包括轴向导叶10、环形罩20、离心动叶轮30以及后盖板40。
图5为本发明的风扇中的后盖板和轴向导叶的示意图。
轴向导叶10，具有圆形的中心环11和环绕设置在该中心环11的外壁上的多个轴向导叶片12和外环片13。
如图5所示，中心环11的外壁上均匀设置有同扭向的8个轴向导叶片12。轴向导叶片12连接中心环11的外壁的一端为根部，另一端为叶尖部。轴向导叶片12的切线角从其根部到叶尖部是线性均匀减小的，装折角(根部的切线角和叶尖部切线角的差值)为10-20度，本实施例中为15度。
圆形的外环片13套在轴向导叶片12上且与叶尖部连接，如图5所示。本实施例中外环片13上均匀环绕设置有3个通孔，用于安装固定。
图6为本发明的风扇中的环形罩的示意图。
如图3、4所示，环形罩20的外边缘上设置有和外环片13上的通孔配合的安装柱，这三个安装柱穿过通孔后将环形罩20和轴向导叶10连接在一起。
如图6所示，圆形的环形罩20呈中间突起的环形，整体呈喇叭形，其进口面积小于出口面积，中空部分的圆形的进口和中心环11是共轴的。环形罩20的进口和出口使用圆弧形的曲线面过渡连接，同时内壁也加工为光滑的。其边缘部分环绕设置有3个安装柱21和外环片13上的3个通孔相配合固定，用于将环形罩20、轴向导叶10组装衔接起来并安装到安装部件上。
图7为本发明的风扇中的离心动叶轮的示意图。
如图3、4所示，圆形的离心动叶轮30设置在环形罩20和轴向导叶10之间的空间内。
如图7所示，离心动叶轮30具有环形基座31、环形突起壳32、多个离心叶片33。
环形基座31，为圆环形的薄片。
环形突起壳32，呈圆桶形，设置在靠近环形罩20的进口的一面上，封闭底面面靠近环形罩20的进口的方向，而开口面背离环形罩20的进口的方向。本实施例中如图7所示，封闭底面是平面，也可以设计为凸起的圆弧面。
该环形突起壳32与后盖板40相对，两者之间的空腔即为固定设置原动机的空间，本实施例中，作为原动机100的微型永磁直流电机就是固定设置在后盖板上的，电机的圆柱形转子即磁体壳套入环形突起壳32内，而电机的定子即线圈与后盖板40固定连接。
环绕设置在环形基座31的一面上的至少多个离心叶片33，本实施例中离心叶片是设置在靠近环形罩20的进口的一面上的(即设置在与环形突起壳32相同的一面上)，数目为37个。作为一种优化，本实施例的离心叶片也可以设置在环形基座31的背离环形罩20的一面上，或是两面都设置。
图8为本发明的单个离心叶片的横截面示意图。
进一步，如图8所示，离心叶片33为等高等厚的弧形叶片，37个离心叶片37的环形方向是相同的。图中的虚线表示的中弧线的两侧是等厚的即离心叶片33的厚度是沿中弧线均匀等厚分布的。
离心叶片33靠近环形基座31的内环面的一端为入口端，靠近外环面的一端为出口端，离心叶片33的切线角从入口端到出口端是线性均匀增大的。离心叶片的入口端为圆弧形，出口端为尖端的锐角，出口端和环形基座10的外环面平齐。
后盖板40，呈圆形，如图2、3、4、5所示，设置在轴向导叶10上，与环形罩20同轴而将环形基座31的的边缘部分固定连接，而将环形基座31的中空部分覆盖起来。
图9为本发明的风扇的空气流道示意图。
下面结合图9的空气流道示意图来详细说明本发明的风扇的工作原理。
如图9所示，空气流道包括进气段A、离心动叶轮部分B、径轴向的环形罩部分C以及轴向导叶部分D这四个部分。
首先，进气段A为风扇进口(环形罩的进口)到离心动叶轮进口部分(离心叶片的入口端)，旋转的离心动叶轮在进口形成持续的负压将经由环形罩的轴向流动的空气源源不断的吸入，通过进气段进入到离心动叶轮中，减少了流道空气阻力。
离心动叶轮将高速运动的空气的机械能加载到空气，使离心动叶轮的出口的空气压力能和速度动能大幅增加，并将一部分动能转化为空气的压力势能从而进一步提高出口空气的风压。
径轴向的环形罩的圆弧形的光滑内壁将离心动叶轮的出口径向流动的空气圆滑的转变为轴向流动，在该罩头中高速高压的空气能够实现进一步地降速增压，使出气均匀、柔和。
从环形罩出来的轴向流动的空气进入轴向导叶，在多个轴向导叶片的作用下，被进一步地降低速度和改变方向而变为轴向流动，最后均匀、柔和地输出空气流。
实施例的作用和有益效果
根据本实施例所提供的离心动叶轮，由于具有环形基座和环绕设置在环形基座的一面上的多个离心叶片，离心叶片的切线角从入口端到出口端是线性均匀增大的，通过多个离心叶片的高速旋转对吸入的气体做功来转化为高速流动的气体，在相邻的离心叶片之间的空隙是随着气流的流动方向而越来越大的，这样在流动的过程中高速流动的空气的动能会转化为高压的势能，即高速流动的空气从上述的间隙流出后就获得了高压。另一面，用于空隙是逐渐变大的，所以气流比较平稳，对应的高速旋转过程中的扰动也比较小，气流更均匀。
根据本发明所提供的叶片组件，由于具有上述的离心动叶轮和轴向导叶以及环形罩，这三者彼此形成的空气流道包括进气段、离心动叶轮、径轴向的环形罩以及轴向导叶这四个部分。
其中，进气段为风扇进气口到离心动叶轮进口部分，旋转的离心动叶轮在进口形成持续的负压将经由环形罩的轴向流动的空气源源不断的吸入，通过进气段进入到离心动叶轮中，减少了流道空气阻力。
离心动叶轮将高速运动的空气的机械能加载到空气，使离心动叶轮的出口的空气压力能和速度动能大幅增加，并将一部分动能转化为空气的压力势能从而进一步提高出口空气的风压。
径轴向的环形罩的圆弧形的光滑内壁将离心动叶轮的出口径向流动的空气圆滑的转变为轴向流动，在该罩头中高速高压的空气能够实现进一步地降速增压，使出气均匀、柔和。
从环形罩出来的轴向流动的空气进入轴向导叶，在多个轴向导叶片的作用下，被进一步地降低速度和改变方向而变为轴向流动，最后在穿过过滤层后均匀、柔和地被输送到穿戴式空气净化器里面。

Claims (10)

1.一种离心动叶轮，与原动机连接旋转，用于产生气流，其特征在于，包括：
环形基座；
至少在所述环形基座的一面上环绕设置的多个离心叶片，
其中，所述离心叶片为等高等厚的弧形叶片，
所述离心叶片靠近所述环形基座的内环面的一端为入口端，靠近外环面的一端为出口端，
所述离心叶片的切线角从所述入口端到出口端是线性均匀增大的。
2.根据权利要求1所述的离心动叶轮，其特征在于：
其中，所述离心叶片的厚度是沿中弧线均匀等厚分布的。
3.根据权利要求1所述的离心动叶轮，其特征在于：
其中，所述离心叶片的入口端为圆弧形，出口端为尖端的锐角。
4.根据权利要求1所述的离心动叶轮，其特征在于：
其中，所述离心叶片的出口端和所述环形基座的外环面平齐。
5.根据权利要求1所述的离心动叶轮，其特征在于：
其中，所述环形基座的内环面边缘设置有环形突起壳，该环形突起壳设置在与所述离心叶片相同的一面上。
6.一种叶片组件，与原动机连接旋转，用于产生气流并均匀的排出，其特征在于，包括：
轴向导叶，具有中心环和在该中心环的外壁上环绕设置的多个轴向导叶片；
环形罩，呈中间突起的环形，和所述轴向导叶配合且固定连接；以及
权利要求1-5中任意一项所述的离心动叶轮，设置在所述环形罩和所述轴向导叶之间的空间内，
经由所述离心动叶轮后的高速高压气流在经过所述轴向导叶后被降速增压后从所述轴向导叶的多个轴向导叶片的间隙中排出。
7.根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于：
其中，所述轴向导叶片还包括外环片，其与所述环形罩固定连接，
所述轴向导叶片连接所述中心环的一端为根部，另一端为叶尖部，
所述轴向导叶片的切线角从其根部到叶尖部是线性均匀减小的，
所述外环片套在多个所述轴向导叶片上且与所述叶尖部连接。
8.根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于：
其中，所述轴向导叶片的转折角为10～20度，
所述环形罩整体呈喇叭形，其进口面积小于出口面积。
9.根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于，还包括：
后盖板，设置在所述轴向导叶上，与所述环形罩相配而将所述环形基座的中空部分覆盖起来。
10.一种风扇，用于固定安装在安装部件上，产生气流并均匀的排出，其特征在于，包括：
固定设置在所述安装部件上的原动机，具有输出轴；
权利要求6-9中任意一项所述的叶片组件，其具有的所述离心动叶轮和所述输出轴连接，
其中，所述叶片组件所具有的环形罩的的外边缘上设置有安装件，用于组装衔接。
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