CN107559235A - 一种三元扭曲风机的风叶和叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三元扭曲风机的风叶和叶轮，叶轮上设有若干个风叶，所述风叶本体包括相对设置的正面、反面，风叶本体内设有位于正面、反面之间的中性面，正面或反面或中性面的空间形状由控制线组所确定。本发明的叶片形状控制模型有确定的形状，且可通过投影仪测量仪或三坐标测量仪进行形状的测量，具有符合本发明构造的风叶的叶轮，能非常节能且静音地提供高风压的气流。本发明用于风机。
Description
技术领域
本发明涉及一种三元扭曲风机的风叶和叶轮。
背景技术
由于缺乏分析手段，故现有的风叶的叶形都是规律的变化，这样就不利于提高风压和静音，而且风机的效率也大大的下降。然而空气动力虽然有理论的支持，但是风叶却无一成不变的构造模型，所以现有的风叶都是厂家靠经验和千万次尝试制造出来的,然而这样的风叶没有确定的成形模型，其尺寸难以测定也不知道如何测定，导致这样的风叶质量不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种静音、高效、尺寸可测定的风机的风叶和叶轮。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种三元扭曲风机的风叶，包括风叶本体，所述风叶本体包括相对设置的正面、反面，风叶本体内设有位于正面、反面之间的中性面，正面或反面或中性面的空间形状由控制线组所确定，被控制线组确定的正面或反面或中性面称为基础面，基础面的边缘包括依次连接的位于下侧的底边、位于外侧的外边、位于上侧的上边、位于内侧的内边，底边设在基准面上，外边与基准面垂直，控制线组包括多个控制线，控制线为与控制面基础面、基础面的向上延伸面相交的曲线，控制面位于基准面的上方且与基准面平行；基础面的空间形状由底边、位于底边上方的控制线所确定，位于最顶端的控制线称为顶控制线，顶控制线在基准面上的投影为顶控制影线；基准面上设有共心的外控圆、交点圆、底内控圆，底边、顶控制影线与外控圆在外交点相交，底边、顶控制影线与交点圆在中交点相交；底边位于外控圆、交点圆之间的部分称为底外弧，底边位于交点圆内的部分称为底内弧，底内弧为底内圆上的一段圆弧，底内圆与底内控圆靠近中交点的交点为底内弧的终点，中交点为底内弧的始点，外边与基准面垂直且立于外交点上，底内圆与外控圆共心；顶控制影线为具有单一曲率的圆弧，顶控制影线位于外控圆、交点圆之间的部分与底外弧重合，顶控制影线的始点与外交点重合，顶控制影线的终点为顶控圆与顶控弧靠近中交点的交点，顶控圆与外控圆共心；顶控弧的圆心与中交点的连线称为控制轴，控制轴位于顶控制影线所在的圆与交点圆相交的区域内；底内弧的圆心设在控制轴上；上边为基础面与成形环相交形成的曲线，所述成形环的中轴与基准面垂直且穿过外控圆的圆心，成形环的截面为圆形，所述成形环为成形环的截面绕中轴360度旋转的回转式构件；内边上的各点从下到上与中轴的距离逐渐变大，内边的起点为上边的终点，内边的终点为底边的起点；内边在基准面上的投影为顺滑连续的弧形；外控圆的半径为R1；交点圆的半径为R2；底内控圆的半径为R3；顶控制影线、底外弧的半径为R4；底内弧的半径为R5；顶控圆的半径为R10；成形环的截面的半径为R6；其中，R4>R1>R2>R3，R4>R5，R10>R3。
作为上述方案的进一步改进，底边在外交点上的切线与外控圆在外交点上的切线呈锐角，α为29～32度。
作为上述方案的进一步改进，成形环的截面的圆心与中轴之间的距离为回转半径R7，其中R2<R7<R1。
作为上述方案的进一步改进，底边与顶控制线之间设有若干条间隔设置的控制线，设在底边与顶控制线之间的控制线称为中控制线，中控制线在基准面上的投影为中控制影线；
中控制影线位于外控圆、交点圆之间的部分与底外弧重合；
中控制影线位于交点圆内的部分称为中控影弧，中控影弧的始点为中交点，中控影弧的终点称为控末点，控末点为中控圆与中影圆靠近中交点的交点，中控影弧为中控圆上的一段圆弧，中控圆与外控圆共心，中影圆的圆心在控制轴上，中影圆的半径为R8，R5<R8<R4；
中控圆的半径为R9，R3<R9<R10。
作为上述方案的进一步改进，风叶本体为等壁厚的片体。
一种叶轮，包括圆形的基板，基板上设有若干个如权利要求1至5中任意一项所述的风叶，底边设在基板上，基板与外控圆共心，所述风叶绕基板的圆心环形阵列均布设置，基板的上方设有顶板，顶板为环状回转式构件，顶板的底面与上边贴合。
作为上述方案的进一步改进，顶板为等壁厚构件。
本发明的有益效果是：一种三元扭曲风机的风叶，包括风叶本体，所述风叶本体包括相对设置的正面、反面，风叶本体内设有位于正面、反面之间的中性面，正面或反面或中性面的空间形状由控制线组所确定，被控制线组确定的正面或反面或中性面称为基础面，基础面的边缘包括依次连接的位于下侧的底边、位于外侧的外边、位于上侧的上边、位于内侧的内边，底边设在基准面上，外边与基准面垂直，控制线组包括多个控制线，控制线为与控制面基础面、基础面的向上延伸面相交的曲线，控制面位于基准面的上方且与基准面平行；基础面的空间形状由底边、位于底边上方的控制线所确定，位于最顶端的控制线称为顶控制线，顶控制线在基准面上的投影为顶控制影线；基准面上设有共心的外控圆、交点圆、底内控圆，底边、顶控制影线与外控圆在外交点相交，底边、顶控制影线与交点圆在中交点相交；底边位于外控圆、交点圆之间的部分称为底外弧，底边位于交点圆内的部分称为底内弧，底内弧为底内圆上的一段圆弧，底内圆与底内控圆靠近中交点的交点为底内弧的终点，中交点为底内弧的始点，外边与基准面垂直且立于外交点上，底内圆与外控圆共心；顶控制影线为具有单一曲率的圆弧，顶控制影线位于外控圆、交点圆之间的部分与底外弧重合，顶控制影线的始点与外交点重合，顶控制影线的终点为顶控圆与顶控弧靠近中交点的交点，顶控圆与外控圆共心；顶控弧的圆心与中交点的连线称为控制轴，控制轴位于顶控制影线所在的圆与交点圆相交的区域内；底内弧的圆心设在控制轴上；上边为基础面与成形环相交形成的曲线，所述成形环的中轴与基准面垂直且穿过外控圆的圆心，成形环的截面为圆形，所述成形环为成形环的截面绕中轴360度旋转的回转式构件；内边上的各点从下到上与中轴的距离逐渐变大，内边的起点为上边的终点，内边的终点为底边的起点；内边在基准面上的投影为顺滑连续的弧形；外控圆的半径为R1；交点圆的半径为R2；底内控圆的半径为R3；顶控制影线、底外弧的半径为R4；底内弧的半径为R5；顶控圆的半径为R10；成形环的截面的半径为R6；其中，R4>R1>R2>R3，R4>R5，R10>R3。本发明的叶片形状控制模型有确定的形状，且可通过投影仪测量仪或三坐标测量仪进行形状的测量，具有符合本发明构造的风叶的叶轮，能非常节能且静音地提供高风压的气流。本发明用于风机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明叶轮实施例的叶片的主视示意图；
图2是本发明叶轮实施例的叶片的俯视示意图；
图3是本发明叶轮实施例的一个叶片在基板上的摆放示意图；
图4是图3的局部放大示意图；
图5是本发明叶轮实施例的剖视示意图；
图6是本发明叶轮实施例的立体结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1至图6，这是本发明的实施例，具体地：
一种三元扭曲风机的风叶，包括风叶本体，所述风叶本体包括相对设置的正面11、反面12，风叶本体内设有位于正面11、反面12之间的中性面，正面11或反面12或中性面的空间形状由控制线组所确定，被控制线组确定的正面11或反面12或中性面称为基础面，基础面的边缘包括依次连接的位于下侧的底边21、位于外侧的外边22、位于上侧的上边23、位于内侧的内边24，底边21设在基准面上，外边22与基准面垂直，控制线组包括多个控制线，控制线为与控制面基础面、基础面的向上延伸面相交的曲线，控制面位于基准面的上方且与基准面平行；
基础面的空间形状由底边21、位于底边21上方的控制线所确定，位于最顶端的控制线称为顶控制线，顶控制线在基准面上的投影为顶控制影线；
基准面上设有共心的外控圆31、交点圆32、底内控圆331，底边21、顶控制影线与外控圆31在外交点42相交，底边21、顶控制影线与交点圆32在中交点41相交；
底边21位于外控圆31、交点圆32之间的部分称为底外弧211，底边21位于交点圆32内的部分称为底内弧212，底内弧212为底内圆上的一段圆弧，底内圆与底内控圆331靠近中交点41的交点为底内弧212的终点，中交点41为底内弧212的始点，外边22与基准面垂直且立于外交点42上，底内圆与外控圆31共心；
顶控制影线为具有单一曲率的圆弧，顶控制影线位于外控圆31、交点圆32之间的部分与底外弧211重合，顶控制影线的始点与外交点42重合，顶控制影线的终点为顶控圆26与顶控弧25靠近中交点41的交点，顶控圆26与外控圆31共心；
顶控弧25的圆心与中交点41的连线称为控制轴5，控制轴5位于顶控制影线所在的圆与交点圆32相交的区域内；底内弧212的圆心设在控制轴5上；
上边23为基础面与成形环相交形成的曲线，所述成形环的中轴与基准面垂直且穿过外控圆31的圆心，成形环的截面为圆形，所述成形环为成形环的截面绕中轴360度旋转的回转式构件；
内边24上的各点从下到上与中轴的距离逐渐变大，内边24的起点为上边23的终点，内边24的终点为底边21的起点；内边24在基准面上的投影为顺滑连续的弧形；
外控圆31的半径为R1；
交点圆32的半径为R2；
底内控圆331的半径为R3；
顶控制影线、底外弧211的半径为R4；
底内弧212的半径为R5；
顶控圆26的半径为R10；
成形环的截面的半径为R6；
其中，R4>R1>R2>R3，R4>R5，R10>R3。本发明的叶片形状控制模型有确定的形状，且可通过投影仪测量仪或三坐标测量仪进行形状的测量，具有符合本发明构造的风叶的叶轮，能非常节能且静音地提供高风压的气流。
底边21在外交点42上的切线与外控圆31在外交点42上的切线呈锐角，α为29～32度。这个角度范围有利于提高风压。
成形环的截面的圆心与中轴之间的距离为回转半径R7，其中R2<R7<R1。
底边21与顶控制线之间设有若干条间隔设置的控制线，设在底边21与顶控制线之间的控制线称为中控制线，中控制线在基准面上的投影为中控制影线；中控制影线位于外控圆31、交点圆32之间的部分与底外弧211重合；中控制影线位于交点圆32内的部分称为中控影弧，中控影弧的始点为中交点41，中控影弧的终点称为控末点252，控末点252为中控圆253与中影圆251靠近中交点41的交点，中控影弧为中控圆上的一段圆弧，中控圆253与外控圆31共心，中影圆251的圆心在控制轴5上，中影圆251的半径为R8，R5<R8<R4；中控圆253的半径为R9，R3<R9<R10。控制线的设置便于精准调节风叶的叶形，从而让风叶能适应不同的使用要求。
本实施例的风叶本体为等壁厚的片体，便于冲压加工成形。
本实施例的叶轮，包括圆形的基板6，基板6上设有若干个上述的风叶，底边21设在基板6上，基板6与外控圆31共心，所述风叶绕基板6的圆心环形阵列均布设置，基板6的上方设有顶板7，顶板7为环状回转式构件，顶板7的底面与上边23贴合。这样的叶轮能最大限度地起到静音效果。
为便于冲压定型加工，顶板7为等壁厚构件。
叶片位于外控圆31、交点圆32之间的叶形为二元变化，而位于交点圆32内的叶形为三元变化，二元变化的叶形和三元变化的叶形配合有利于减小蜗流，有效提高风机压力与效率降低风机噪声。
本实施例的具体尺寸如下：
底边21与顶控制线之间设有三条间隔设置的中控制线：
第一条中控制线位于基准面上方的高度H1＝86mm，对应地，第一条中影圆的半径R9a＝160.5mm，第一条中控圆的半径R8a＝239.6mm；
第二条中控制线位于第一条中控制线上方的高度H2＝63mm，对应地，第二条中影圆的半径R9b＝171mm，第二条中控圆的半径R8b＝265.8mm；
第三条中控制线位于第二条中控制线上方的高度H3＝42.6mm，对应地，第三条中影圆的半径R9c＝181.5mm，第三条中控圆的半径R8c＝298.2mm；
顶控制线位于第三条中控制线上方的高度H4＝23.3mm。
R1＝300mm，R2＝240mm，R3＝150mm，R4＝354mm，R5＝220.9mm，R6＝105mm，R7＝290.96mm，R10＝193.1mm；
H1、R9a、R8a、H2、R9b、R8b、H3、R9c、R8c、H4、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R10的公差为正负5％。
可以将H1∶R9a∶R8a∶H2∶R9b∶R8b∶H3∶R9c∶R8c∶H4∶R1∶R2∶R3∶R4∶R5∶R6∶R7∶R10＝63∶171∶265.8∶42.6∶181.5∶298.2∶86∶160.5∶239.6∶23.3∶300∶240∶150∶354∶220.9∶105∶290.96∶193.1的比值作为一个本发明风叶的系列。
本实施例的测试结果如表1所示：
表1：
| 流量(m3/h) | 全压(pa) | 静压(pa) | 内效率(％) | 内功率(kW) | 所需功率(kW) | LA(dB) |
| 5752 | 1275 | 1232 | 0.83 | 2.25 | 2.45 | 76 |
| 6609 | 1188 | 1134 | 0.85 | 2.33 | 2.56 | 75 |
| 7453 | 1081 | 1013 | 0.86 | 2.39 | 2.57 | 73 |
| 8302 | 952 | 866 | 0.85 | 2.4 | 2.58 | 75 |
为了便于对比，以下为现有的叶轮的测试数据，现有的叶轮上的叶片为没有三元变化的叶形，结构上相当于本实施例的上边直接向下延伸，相关的其他尺寸参数不变。
现有技术叶轮的测试结果如表2所示：
表2：
| 流量(m3/h) | 全压(pa) | 静压(pa) | 内效率(％) | 内功率(kW) | 所需功率(kW) | LA(dB) |
| 5752 | 1159 | 1122 | 0.78 | 2.37 | 2.91 | 78.1 |
| 6609 | 1080 | 1031 | 0.8 | 2.48 | 2.91 | 77.1 |
| 7453 | 983 | 921 | 0.81 | 2.51 | 2.95 | 77 |
| 8302 | 865 | 787 | 0.79 | 2.52 | 2.96 | 78.3 |
对比可知，本实施例在所需的功率大大降低，且比现有技术的噪音低，全压也较现有技术高。
申请人还测试了另外一种现有结构的叶轮，其叶片相当于本实施例的底边直接向上延伸而成，相关的其他尺寸参数不变。测试结果与表2的数据一致。从而证明二元变化的结构不能很好地起到节能、升压、静音的效果。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种三元扭曲风机的风叶，包括风叶本体，其特征在于：所述风叶本体包括相对设置的正面(11)、反面(12)，风叶本体内设有位于正面(11)、反面(12)之间的中性面，正面(11)或反面(12)或中性面的空间形状由控制线组所确定，被控制线组确定的正面(11)或反面(12)或中性面称为基础面，基础面的边缘包括依次连接的位于下侧的底边(21)、位于外侧的外边(22)、位于上侧的上边(23)、位于内侧的内边(24)，底边(21)设在基准面上，外边(22)与基准面垂直，控制线组包括多个控制线，控制线为与控制面基础面、基础面的向上延伸面相交的曲线，控制面位于基准面的上方且与基准面平行；
基础面的空间形状由底边(21)、位于底边(21)上方的控制线所确定，位于最顶端的控制线称为顶控制线，顶控制线在基准面上的投影为顶控制影线；
基准面上设有共心的外控圆(31)、交点圆(32)、底内控圆(331)，底边(21)、顶控制影线与外控圆(31)在外交点(42)相交，底边(21)、顶控制影线与交点圆(32)在中交点(41)相交；
底边(21)位于外控圆(31)、交点圆(32)之间的部分称为底外弧(211)，底边(21)位于交点圆(32)内的部分称为底内弧(212)，底内弧(212)为底内圆上的一段圆弧，底内圆与底内控圆(331)靠近中交点(41)的交点为底内弧(212)的终点，中交点(41)为底内弧(212)的始点，外边(22)与基准面垂直且立于外交点(42)上，底内圆与外控圆(31)共心；
顶控制影线为具有单一曲率的圆弧，顶控制影线位于外控圆(31)、交点圆(32)之间的部分与底外弧(211)重合，顶控制影线的始点与外交点(42)重合，顶控制影线的终点为顶控圆(26)与顶控弧(25)靠近中交点(41)的交点，顶控圆(26)与外控圆(31)共心；
顶控弧(25)的圆心与中交点(41)的连线称为控制轴(5)，控制轴(5)位于顶控制影线所在的圆与交点圆(32)相交的区域内；底内弧(212)的圆心设在控制轴(5)上；
上边(23)为基础面与成形环相交形成的曲线，所述成形环的中轴与基准面垂直且穿过外控圆(31)的圆心，成形环的截面为圆形，所述成形环为成形环的截面绕中轴360度旋转的回转式构件；内边(24)上的各点从下到上与中轴的距离逐渐变大，内边(24)的起点为上边(23)的终点，内边(24)的终点为底边(21)的起点；内边(24)在基准面上的投影为顺滑连续的弧形；
外控圆(31)的半径为R1；
交点圆(32)的半径为R2；
底内控圆(331)的半径为R3；
顶控制影线、底外弧(211)的半径为R4；
底内弧(212)的半径为R5；
顶控圆(26)的半径为R10；
成形环的截面的半径为R6；
其中，R4>R1>R2>R3，R4>R5，R10>R3。
2.根据权利要求1所述的一种三元扭曲风机的风叶，其特征在于：
底边(21)在外交点(42)上的切线与外控圆(31)在外交点(42)上的切线呈锐角，α为29～32度。
3.根据权利要求1所述的一种三元扭曲风机的风叶，其特征在于：
成形环的截面的圆心与中轴之间的距离为回转半径R7，其中R2<R7<R1。
4.根据权利要求1所述的一种三元扭曲风机的风叶，其特征在于：
底边(21)与顶控制线之间设有若干条间隔设置的控制线，设在底边(21)与顶控制线之间的控制线称为中控制线，中控制线在基准面上的投影为中控制影线；
中控制影线位于外控圆(31)、交点圆(32)之间的部分与底外弧(211)重合；
中控制影线位于交点圆(32)内的部分称为中控影弧，中控影弧的始点为中交点(41)，中控影弧的终点称为控末点(252)，控末点(252)为中控圆(253)与中影圆(251)靠近中交点(41)的交点，中控影弧为中控圆(253)上的一段圆弧，中控圆(253)与外控圆(31)共心，中影圆(251)的圆心在控制轴(5)上，中影圆(251)的半径为R8，R5<R8<R4；
中控圆(253)的半径为R9，R3<R9<R10。
5.根据权利要求1所述的一种三元扭曲风机的风叶，其特征在于：
风叶本体为等壁厚的片体。
6.一种叶轮，包括圆形的基板(6)，其特征在于：基板(6)上设有若干个如权利要求1至5中任意一项所述的风叶，底边(21)设在基板(6)上，基板(6)与外控圆(31)共心，所述风叶绕基板(6)的圆心环形阵列均布设置，基板(6)的上方设有顶板(7)，顶板(7)为环状回转式构件，顶板(7)的底面与上边(23)贴合。
7.根据权利要求1所述的一种叶轮，其特征在于：顶板(7)为等壁厚构件。
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