CN107762971A - 离心流体设备及其使用的离心叶轮 - Google Patents

Abstract

一种离心流体设备及其使用的叶轮，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片为后弯式叶片，部分或全部所述叶片的始端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D1的圆上，全部所述叶片的末端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D2的圆上，其中，所述D1/D2＝0.5～0.6；每一所述叶片的始端处形成叶片内侧流道的入口角，所述入口角为所述叶片过始端的外侧延线与直径为D1的圆过始端的半径之间的夹角，所述入口角取值为60°～80°；每一所述叶片的末端处形成叶片内侧流道的出口角，所述出口角为所述叶片过末端的外侧延线与直径为D2的圆过末端且顺叶轮旋转方向的切线之间的夹角，所述出口角取值为165°～175°。利用本发明，能有效提高离心流体设备的扩压效果与效率。

Description

离心流体设备及其使用的离心叶轮

【技术领域】

本发明涉及诸如通风机、鼓风机之类的离心流体设备的改进，尤其涉及离心流体设备所使用叶轮与外壳的改进。

【背景技术】

请参阅图1与图2所示，是现有的一种离心风机。所述离心风机采用直叶片的离心叶轮，这种直叶片的离心叶轮由于无法对风进行一个很好的引导与扩压，导致风机的扩压效果与效率都不理想。

因此，有必要对现有的这种离心风机及其采用的离心叶轮进行改进，以提高其扩压效果与效率。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种改善扩压效果与效率的离心流体设备。为此，本发明提供的离心流体设备包括机壳与设于机壳中的叶轮，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片为后弯式叶片，部分或全部所述叶片的始端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D1的圆上，全部所述叶片的末端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D2的圆上，其中，所述D1/D2＝0.5～0.6；每一所述叶片的始端处形成叶片内侧流道的入口角，所述入口角为所述叶片过始端的外侧延线与直径为D1的圆过始端的半径之间的夹角，所述入口角取值为60°～80°；每一所述叶片的末端处形成叶片内侧流道的出口角，所述出口角为所述叶片过末端的外侧延线与直径为D2的圆过末端且顺叶轮旋转方向的切线之间的夹角，所述出口角取值为165°～175°。

作为一种优选方案，所述机壳上设有一机壳进流口，所述机壳进流口处设置多个导叶用于引导流体进入所述机壳。

作为一种优选方案，所述导叶顺流体进入机壳方向的截面呈纺锤状。

作为一种优选方案，所述导叶在流体进机壳进流口处具有入口角，所述入口角为导叶开始处切线与一垂直于机壳进流口进流方向的平面之间的夹角，所述入口角取值为20°～30°。

作为一种优选方案，所述导叶在流体出机壳进流口处具有出口角，所述出口角为导叶结束处切线与一垂直于机壳进流口进流方向的平面之间的夹角，所述入口角取值为75°～90°。

作为一种优选方案，所述机壳还包括一动力座，所述导叶中的部分或全部同时作为所述动力座的支撑脚，用于支撑所述动力座于机壳进流口上。

作为一种优选方案，所述动力座用于承载一动力源，所述叶轮由所述动力源带动旋转。

作为一种优选方案，所述机壳由一半蜗壳与一底座构成，所述半蜗壳上设置一机壳进流口，所述底座上设置一机壳出流口，所述半蜗壳与底座共同围成一环绕所述叶轮周向、且连接所述机壳出流口的螺旋形流道，流体从所述机壳进流口进入，经叶轮扩压后进入所述螺旋形流道，最终从所述机壳出流口排出。

作为一种优选方案，所述叶轮包括一底盘，所述叶片环绕设置于所述底盘上。

作为一种优选方案，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片末端。

作为一种优选方案，所述固定环设于所述叶片的末端且远离底盘的一侧。

作为一种优选方案，所述固定环设于所述底盘的周向外侧。

作为一种优选方案，所述固定环与所述底盘之间留有间隙。

作为一种优选方案，所述叶片包含多个间隔设置的第一类叶片与多个第二类叶片。

作为一种优选方案，所述第一类叶片为矩形叶片，所述第二类叶片为非矩形叶片。

作为一种优选方案，所述第二类叶片为矩形叶片始端远离底盘121的一角切除后所形成的叶片。

作为一种优选方案，所述第一类叶片为相对较长的长矩形叶片，所述第二类叶片为相对较短的短矩形叶片，所述第一类叶片的始端位于所述直径为D1的圆上。

本发明还提供一种离心叶轮，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片为后弯式叶片，所述叶片的始端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D1的圆上，所述叶片的末端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D2的圆上，其中，所述D1/D2＝0.5～0.6；每一所述叶片的始端处形成叶片内侧流道的入口角，所述入口角为所述叶片过始端的外侧延线与直径为D1的圆过始端的半径之间的夹角，所述入口角取值为60°～80°；每一所述叶片的末端处形成叶片内侧流道的出口角，所述出口角为所述叶片过末端的外侧延线与直径为D2的圆过末端且顺叶轮旋转方向的切线之间的夹角，所述出口角取值为165°～175°。

作为一种优选方案，所述叶轮包括一底盘，所述叶片环绕设置于所述底盘上。

作为一种优选方案，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片末端。

作为一种优选方案，所述固定环设于所述叶片的末端且远离底盘的一侧。

作为一种优选方案，所述固定环设于所述底盘的周向外侧。

作为一种优选方案，所述固定环与所述底盘之间留有间隙。

作为一种优选方案，所述叶片包含多个间隔设置的第一类叶片与多个第二类叶片。

作为一种优选方案，所述第一类叶片为矩形叶片，所述第二类叶片为非矩形叶片。

作为一种优选方案，所述第二类叶片为矩形叶片始端远离底盘121的一角切除后所形成的叶片。

作为一种优选方案，所述第一类叶片为相对较长的长矩形叶片，所述第二类叶片为相对较短的短矩形叶片，所述第一类叶片的始端位于所述直径为D1的圆上。

实施本发明，能有效提高离心流体设备及其使用的叶轮的扩压效果与效率，且进一步地，在保证了叶轮机械强度的同时，减轻了叶轮整体的重量。

【附图说明】

下面将结合说明书附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有技术中一种离心流体设备的示意图；

图2是图1所示现有离心流体设备所使用的叶轮的示意图。

图3是本发明一实施方式中的离心流体设备的立体示意图。

图4是图3所示离心流体设备另一角度的立体示意图。

图5是图4中所示离心流体设备沿V-V的剖面视图。

图6是图3所示离心流体设备的分解视图。

图7是图3所示离心流体设备另一角度的分解视图。

图8是图6所示离心流体设备的叶轮的俯视示意图。

图9是图8所示叶轮的叶片在叶轮径向上的参数模型图。

图10是图3所示离心流体设备的蜗壳的立体示意图。

图11是图10所示蜗壳被一平面剖切后所得视图。

图12是图11所示蜗壳的导叶的参数模型图。

图13为图3所示离心流体设备与图1所示现有离心流体设备的气体动力性能测试结果图。

【具体实施方式】

本发明的各种实施方式将参照附图进行说明。可以理解，附图仅为提供参考与说明使用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系或对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

请参阅图3-7所示，是本发明一实施例提供的离心流体设备。所述离心流体设备由一动力源，例如一电机(图未示)驱动，流体从所述离心流体设备的轴向进入，经由所述离心流体设备加工扩压后，从所述离心流体设备的周向甩出。在本例中，所述离心流体设备为一风机10。

所述风机10包括机壳11以及位于机壳11中、作为扩压器的叶轮12。所述机壳11由底座111以及固定于底座111上的半蜗壳112构成。所述半蜗壳112上设置机壳进流口1121，所述半蜗壳112可通过卡合或其他连接方式固定于底座111中，并与底座111共同形成一位于叶轮12周向外侧的螺旋形流道1122。所述底座111上设置机壳出流口1111，所述螺旋形流道1122末端连接所述机壳出流口1111。气流从机壳进流口1121进入，经叶轮12扩压后进入螺旋形流道1122，最终从机壳出流口1111排出。

所述机壳进流口1121上还设置一动力座1123，所用于承载一动力源(图未示)，在本例中，所述动力源为一电机，所述电机的输出轴穿过所述机壳11进入机壳11内部带动叶轮12旋转。具体地，所述动力座1123上中心位置设有一通孔1124，电机输出轴穿过所述通孔1124进入机壳11内部。

所述叶轮12包括一底盘121以及设置于底盘上的多个叶片122。所述底盘121中心固定于电机输出轴上，由所述电机输出轴带动旋转。每一叶片122在底盘121上沿弯曲路径延伸至底盘121外。所有叶片122的始端在底盘中心处共同围成一叶轮进流口123，所述叶轮进流口123正对所述机壳进流口1121。每两相邻叶片122之间形成叶片内侧流道124。所述叶片内侧流道124连接所述叶轮进流口123。所述叶片122包含间隔设置的第一类叶片122a与第二类叶片122b，在一实施方式中，所述第一类叶片122a为矩形叶片，第二类叶片122b为异形叶片。在本例中，所述每一异形叶片为切除矩形叶片始端远离底盘121的一角所形成的叶片，如此以增大进入叶轮进流口123的气体流量。在其他实施例中，在满足增大叶轮进流口123的气体流量的条件下，所述第二类叶片也可为其他形状的异形叶片，或者也可为切掉部分始端、相对矩形叶片122a较短点的矩形叶片。所述叶片122末端固定有固定环125，以对叶片122末端进行加固。在本例中，所述固定环125包括上固定环125a与下固定环125b。所述上固定环125a设于所述叶片122末端远离底盘121的一侧，所述下固定环125b设于所述叶片122末端底盘121的周向外侧。在本例中，所述下固定环125b与底盘121之间具有空隙，如此以减轻叶轮12整体的重量。在其他实施例中，在叶片122末端也可以仅设置上固定环125a。

请参阅图8与图9所示，为叶轮12的俯视示意图以及叶片122在叶轮12径向的参数模型图。所述叶片122为后弯式叶片，设顺叶轮旋转方向w为前，背叶轮旋转方向w为后，靠近叶轮轴心为里，远离叶轮轴心为外，所述叶片122由始端开始，往后往外沿弯曲路径延伸至末端，在顺叶轮旋转方向w的一侧形成工作面1221，在背叶轮旋转方向w的一侧形成吸入面1222。叶片122的始端位于以叶轮12旋转轴线为中心、直径为D1的圆上，若叶片122既包含长叶片、也包含短叶片，则为长叶片的始端位于所述直径为D1的圆1上。叶片122的末端位于以叶轮12旋转轴线为中心、直径为D2的圆2上。为同时保证叶片122的机械强度与对气流的增压效果，在本例中，所述D1与D2的比值设定为：

D1/D2＝0.5～0.6。

叶片122在始端形成叶片内侧流道124的入口角α1,所述入口角α1为叶片122过始端的外侧延线，即切线与圆1过始端的半径之间的夹角。叶片122在末端形成叶片内侧流道124的出口角α2，所述出口角α2为叶片122过末端的外侧延线，即切线与圆2过末端且顺叶轮旋转方向w的切线之间的夹角。为保证流量与扩压效果的平衡，在本例中，所述入口角α1与出口角α2的大小设定为：

α1＝60°～80°；α2＝165°～175°。

请参阅图10-12，动力座1123通过多个支撑脚1125支撑于机壳进流口1121的侧壁上，所述支撑脚1125同时用作所述机壳进流口1121进流的导叶。在本例中，所述支撑脚/导叶1125间隔均匀地顺机壳进流口周向设置。请参阅图9，以平行于动力源输出轴轴向的平面H，在其中一支撑脚1125大致中点的位置切所述支撑脚1125，获得所述支撑脚1125的一个截面。所述截面即为顺流体进入机壳方向的截面。所述截面大致呈倾斜的纺锤状，由两条曲线相交构成。设机壳进流口1121面向外界的一侧为上，面向叶轮12的一侧为下，所述两条曲线相交在流体进机壳进流口1121处形成所述截面的上顶点、以及在流体出机壳进流口1121处形成所述截面的下顶点。下顶点位于上顶点斜下方位置。所述上顶点处形成入口角α3，所述入口角α3为其中一曲线的外侧延线的反向(即过上顶点的切线的反向)与一垂直于机壳进流口1121进流方向F的平面L之间的夹角。所述下顶点处形成出口角α4，所述出口角α4为同一曲线的外侧延线(即过下顶点的切线)与另一垂直于机壳进流口1121进流方向F的平面L’之间的夹角。在本例中，为较好地引导气流，所述导叶的入口角α3与出口角α4的大小设定为：

α3＝20°～30°；α4＝75°～90°。

在其他实施例中，部分所述支撑脚1125设置为导叶，或者，所述支撑脚1125为部分导叶，即支撑脚1125仅为导叶中的部分。

图13为在同样的工作条件与输出同样流量的情况下，现有离心流体设备与本例中离心流体设备呈现的流量-压力与流量-效率关系曲线图。其中曲线a为现有离心流体设备的流量-压力曲线，曲线b为本例中的离心流体设备的流量-压力曲线，曲线c为现有离心流体设备的流量-效率曲线，曲线d为本例中的离心流体设备的流量-效率曲线。可以直观看出，相对于现有技术，在本例中，由于采用适切的叶轮设计以及适切的机壳设计，在实现同样流量输出的情况下，更好地对流体形成了引导，减少流体对叶片的撞击，并因此减少了摩擦损失与涡流损失，因此更能增强流体的压力，提升离心流体设备的效率。同时，本例中还在考虑了流量与增压效果的前提下，保证了叶片的机械强度与叶轮整体的轻质化。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (27)

1.一种离心流体设备，包括机壳与设于机壳中的叶轮，其特征在于，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片为后弯式叶片，部分或全部所述叶片的始端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D1的圆上，全部所述叶片的末端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D2的圆上，其中，所述D1/D2＝0.5～0.6；每一所述叶片的始端处形成叶片内侧流道的入口角，所述入口角为所述叶片过始端的外侧延线与直径为D1的圆过始端的半径之间的夹角，所述入口角取值为60°～80°；每一所述叶片的末端处形成叶片内侧流道的出口角，所述出口角为所述叶片过末端的外侧延线与直径为D2的圆过末端且顺叶轮旋转方向的切线之间的夹角，所述出口角取值为165°～175°。

2.如权利要求1所述的离心流体设备，其特征在于，所述机壳上设有一机壳进流口，所述机壳进流口处设置多个导叶用于引导流体进入所述机壳。

3.如权利要求3所述的离心流体设备，其特征在于，所述导叶顺流体进入机壳方向的截面呈纺锤状。

4.如权利要求3所述的离心流体设备，其特征在于，所述导叶在流体进机壳进流口处具有入口角，所述入口角为导叶开始处切线与一垂直于机壳进流口进流方向的平面之间的夹角，所述入口角取值为20°～30°。

5.如权利要求3所述的离心流体设备，其特征在于，所述导叶在流体出机壳进流口处具有出口角，所述出口角为导叶结束处切线与一垂直于机壳进流口进流方向的平面之间的夹角，所述入口角取值为75°～90°。

6.如权利要求2所述的离心流体设备，其特征在于，所述机壳还包括一动力座，所述导叶中的部分或全部同时作为所述动力座的支撑脚，用于支撑所述动力座于机壳进流口上。

7.如权利要求6所述的离心流体设备，其特征在于，所述动力座用于承载一动力源，所述叶轮由所述动力源带动旋转。

8.如权利要求1所述的离心流体设备，其特征在于，所述机壳由一半蜗壳与一底座构成，所述半蜗壳上设置一机壳进流口，所述底座上设置一机壳出流口，所述半蜗壳与底座共同围成一环绕所述叶轮周向、且连接所述机壳出流口的螺旋形流道，流体从所述机壳进流口进入，经叶轮扩压后进入所述螺旋形流道，最终从所述机壳出流口排出。

9.如权利要求1所述的离心流体设备，其特征在于，所述叶轮包括一底盘，所述叶片环绕设置于所述底盘上。

10.如权利要求1所述的离心流体设备，其特征在于，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片末端。

11.如权利要求9所述的离心流体设备，其特征在于，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片的末端且远离底盘的一侧。

12.如权利要求9所述的离心流体设备，其特征在于，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片的末端以及所述底盘的周向外侧。

13.如权利要求12所述的离心流体设备，其特征在于，所述固定环与所述底盘之间留有间隙。

14.如权利要求1所述的离心流体设备，其特征在于，所述叶片包含多个间隔设置的第一类叶片与多个第二类叶片。

15.如权利要求14所述的离心流体设备，其特征在于，所述第一类叶片为矩形叶片，所述第二类叶片为非矩形叶片。

16.如权利要求15所述的离心流体设备，其特征在于，所述第二类叶片为矩形叶片始端远离底盘121的一角切除后所形成的叶片。

17.如权利要求14所述的离心流体设备，其特征在于，所述第一类叶片为相对较长的长矩形叶片，所述第二类叶片为相对较短的短矩形叶片，所述第一类叶片的始端位于所述直径为D1的圆上。

18.一种离心叶轮，其特征在于，所述叶轮包括多个叶片，所述叶片为后弯式叶片，所述叶片的始端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D1的圆上，所述叶片的末端位于以叶轮转轴为轴心、直径为D2的圆上，其中，所述D1/D2＝0.5～0.6；每一所述叶片的始端处形成叶片内侧流道的入口角，所述入口角为所述叶片过始端的外侧延线与直径为D1的圆过始端的半径之间的夹角，所述入口角取值为60°～80°；每一所述叶片的末端处形成叶片内侧流道的出口角，所述出口角为所述叶片过末端的外侧延线与直径为D2的圆过末端且顺叶轮旋转方向的切线之间的夹角，所述出口角取值为165°～175°。

19.如权利要求18所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶轮包括一底盘，所述叶片环绕设置于所述底盘上。

20.如权利要求18所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片末端。

21.如权利要求19所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片的末端且远离底盘的一侧。

22.如权利要求19所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶轮包括一固定环，所述固定环设于所述叶片的末端以及所述底盘的周向外侧。

23.如权利要求22所述的离心叶轮，其特征在于，所述固定环与所述底盘之间留有间隙。

24.如权利要求18所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶片包含多个间隔设置的第一类叶片与多个第二类叶片。

25.如权利要求24所述的离心叶轮，其特征在于，所述第一类叶片为矩形叶片，所述第二类叶片为非矩形叶片。

26.如权利要求25所述的离心叶轮，其特征在于，所述第二类叶片为矩形叶片始端远离底盘121的一角切除后所形成的叶片。

27.如权利要求24所述的离心叶轮，其特征在于，所述第一类叶片为相对较长的长矩形叶片，所述第二类叶片为相对较短的短矩形叶片，所述第一类叶片的始端位于所述直径为D1的圆上。