CN110630559A - 一种用于风机的叶轮及应用有该叶轮的风机、吸油烟机 - Google Patents

一种用于风机的叶轮及应用有该叶轮的风机、吸油烟机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于风机的叶轮，具有中心轴线，所述叶轮包括静叶轮，所述静叶轮包括至少两个环绕中心轴线布置的第一叶片，所述第一叶片与中心轴线同向延伸，其特征在于：所述叶轮还包括动叶轮，所述动叶轮包括至少两个第二叶片，每个第二叶片应一个第一叶片，所述第二叶片的一端与第一叶片转动连接，而使得所述第二叶片能绕与第一叶片连接处朝向或远离中心轴线转动。还公开了应用有上述叶轮的风机、吸油烟机，以及该吸油烟机的控制方法。通过设置能相对转动的动叶轮和静叶轮，能通过动叶轮的转动增大负压区，提升风量，改变叶轮固有频率，提高油脂分离度。

Description

一种用于风机的叶轮及应用有该叶轮的风机、吸油烟机
技术领域
本发明涉及动力装置，尤其是一种用于风机的叶轮，以及一种应用有该叶轮的风机，以及一种具有该风机的侧吸式吸油烟机。
背景技术
离心风机，依靠输入的机械能，利用高速旋转的叶轮将轴向进入叶轮的气体加速，然后减速、改变方向，径向流出叶轮，最后经过蜗壳的出风口而出。多叶离心风机的风量风压较高，较小的叶轮出口直径即可达到大的风量风压和低转速低噪音，常应用在吸油烟机和吸排气等领域。
叶轮的性能好坏直接影响吸油烟机的性能。现有叶轮主要有单层和双层叶轮，目前双层叶轮主要由前后端圈，中盘和周圈均布的叶片组成。如申请号为201710305931.6的中国专利公开的一种油烟机用叶轮，包括前盘、轴套、叶片、中盘、后盘，前盘和后盘分别设置于叶片的轴向的一端，而轴套套在中盘的中部，中盘安装于叶片周向的中下部。
叶轮的叶片的形状通常为单弧形，且与底部都成直角，风量和吸力有限，并且吸力范围有限，不可扩展。现有的叶轮存在如下问题：1)当气流进入多翼离心风机叶轮内部后，分离度无法满足实际需求；2)传统侧吸式油烟机吸风口主要集中在中间，通过过滤网进行扩散，这样往往造成远离进风口的地方，负压不够，会有油烟逃窜。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于风机的叶轮，能够增大负压区，提高风量和传递效率。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述叶轮的风机。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种应用有上述风机的侧吸式吸油烟机。
本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种上述侧吸式吸油烟机的控制方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于风机的叶轮，具有中心轴线，所述叶轮包括静叶轮，所述静叶轮包括至少两个环绕中心轴线布置的第一叶片，所述第一叶片与中心轴线同向延伸，其特征在于：所述叶轮还包括动叶轮，所述动叶轮包括至少两个第二叶片，每个第二叶片应一个第一叶片，所述第二叶片的一端与第一叶片转动连接，而使得所述第二叶片能绕与第一叶片连接处朝向或远离中心轴线转动。
为便于动叶轮相对静叶轮转动，所述动叶轮还包括第一活动铰链、第二活动铰链、连杆和升降板，所述升降板能沿着中心轴线靠近远离静叶轮运动，所述第二叶片的一端通过第一活动铰链与第一叶片连接、所述第一叶片的另一端通过第二活动铰链与相应连杆的一端连接，每个连杆的另一端则与升降板转动连接。
为便于自动控制动叶轮的动作，还包括运动机构，所述运动机构包括驱动机构和将驱动机构的驱动力传递到升降板的传动机构。
为便于设置第一叶片和驱动第一叶片，所述静叶轮还包括轮盘，所述第一叶片沿着轮盘的周向间隔布置，所述叶轮还包括用于驱动静叶轮转动的电机，电机的输出轴与轮盘连接固定。
为便于驱动动叶轮相对静叶轮转动和两者同步转动，所述传动机构为蜗轮蜗杆结构，所述蜗轮蜗杆结构的蜗轮与驱动机构的输出轴连接，所述蜗轮蜗杆结构的蜗杆则与升降板活动连接，所述升降板能与蜗杆同步轴向移动和以中心轴线为转动轴转动。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有如上所述的叶轮的风机，包括蜗壳，其特征在于：所述叶轮设置在蜗壳内，在油烟流动路径上，所述动叶轮位于静叶轮上游。
为减小对风机进风的影响，当叶轮具有运动机构时，所述运动机构的驱动机构通过支架与蜗壳连接固定。
为适配蜗壳的尺寸，保证良好的吸油烟效果和油脂分离度，所述动叶轮的第二叶片相对中心轴线的夹角为α，并且α的取值范围为-15°～15°。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有如上所述的风机的侧吸式吸油烟机，包括壳体和位于壳体的面板，所述面板上开设有进风口，其特征在于：所述风机设置在壳体内，所述风机的进风口与面板上的进风口相对。
本发明解决上述第四个技术问题所采用的的技术方案为：一种如上所述的吸油烟机的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
检测油烟浓度，根据当前检测到的油烟浓度控制动叶轮：
1.1)当油烟浓度超过上限阈值时，使得第二叶片远离第一叶片的一端向远离中心轴线的方向旋转，第二叶片相对中心轴线的夹角为正；
1.2)当油烟浓度位于上限阈值和下限阈值之间时，使得第二叶片和第一叶片同向延伸；
1.3)当油烟浓度低于下限阈值时，使得第二叶片远离第一叶片的一端向远离中心轴线的方向旋转，第二叶片相对中心轴线的夹角为负。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置能相对转动的动叶轮和静叶轮，能通过动叶轮的转动增大负压区，提升风量，改变叶轮固有频率，提高油脂分离度。
附图说明
图1为本发明实施例的叶轮的示意图；
图2为本发明实施例的叶轮的分解结构示意图；
图3为本发明实施例的吸油烟机的示意图；
图4为本发明实施例的叶轮扩展示意图。
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1和图2，一种用于风机的叶轮，包括静叶轮1、动叶轮2以及用于驱动动叶轮2动作的运动机构3。叶轮具有中心轴线X。风机为离心风机。
静叶轮1包括轮盘11和至少两个第一叶片12，第一叶片12沿着轮盘11的周向间隔布置，第一叶片12的一端与轮盘11连接固定，另一端用于与动叶轮2连接。轮盘11与中心轴线X垂直，第一叶片12环绕中心轴线X布置，并且与中心轴线X同向延伸。
动叶轮2包括至少两个第二叶片21、第一活动铰链22、第二活动铰链23、连杆24和升降板25，第二叶片21、第一活动铰链22、第二活动铰链23和连杆24的数量分别与第一叶片12的数量相等。第二叶片21环绕中心轴线X布置，每个第二叶片21对应一个第一叶片12。每个第二叶片21的一端通过第一活动铰链22与相应第一叶片12远离轮盘11的一端转动连接，每个第二叶片21的另一端通过第二活动铰链23与相应连杆24的一端连接，每个连杆24的另一端则与升降板25转动连接。升降板25呈圆盘状，连杆24连接到升降板25的周缘。中心轴线X穿过升降板25的圆心。升降板25的直径小于轮盘11的直径。
运动机构3为直线驱动模块，在本实施例中，包括驱动机构31和传动机构32，驱动机构31采用电机，而传动机构32在本实施例中，优选的采用蜗轮蜗杆结构，其中蜗轮(未示出)与电机的输出轴连接，而蜗杆321则与升降板25活动连接，升降板25与蜗杆321同步轴向移动并能相对蜗杆321以中心轴线X转动。如可使得蜗杆321在升降板25的轴向两侧设置限位机构，从而能带动升降板25轴向移动，而由于蜗杆321为圆柱，升降板25转动时不会带动蜗杆321转动。由此使得当驱动机构31运转时，可驱动升降板25沿着中心轴线X朝向静叶轮1移动或远离静叶轮1移动，从而使得第二叶片21相对第一叶片12旋转，使得叶轮变角度扩展。
叶轮还包括用于驱动静叶轮1转动的电机4，电机4的输出轴与轮盘11连接固定。电机4和动叶轮2分别设置在静叶轮1的轴向相对的两侧。
参见图3，一种具有上述叶轮的侧吸式吸油烟机，包括壳体100、设置在壳体100前侧的面板200(图中所示为常见的面板背板部分)以及设置在壳体100内的风机300，面板200上开设有进风口201，风机300包括蜗壳301和上述的叶轮，叶轮设置在蜗壳301内。风机300的进风口与面板200上的进风口201相对，在油烟流动路径上，动叶轮2位于静叶轮1的上游。运动机构3还包括支架33，驱动机构31通过支架33与蜗壳301连接固定，从而减小对进风的影响。
当油烟通过笼和吸两个阶段进入吸油烟机的壳体100内后，基于物理学原理，叶轮高速旋转产生离心力将烟排出，通过增设的第二叶片21、连杆24，对油脂进行旋转分离，可以进一步提升油脂分离度。
可通过在面板200上设置油烟传感器等，感应油烟浓度，自动改变叶轮角度，扩大负压区，让油烟不逃窜。当油烟浓度超过上限阈值时，驱动升降板25到靠近静叶轮1的极限位置，使得第二叶片21远离第一叶片12的一端向远离中心轴线X的方向旋转，第二叶片21相对第一叶片12(中心轴线X)夹角α为正，由此可以增大全压，使得油烟进入量更大。当油烟浓度位于上下限阈值之间时，第二叶片21和第一叶片12接近位于同一直线上(初始状态)，此时可提高叶轮整体轴向高度，提升风量。当油烟浓度低于下限阈值时，驱动升降板25到远离静叶轮1的极限位置，使得第二叶片21远离第一叶片12的一端向中心轴线X的方向旋转，第二叶片21相对第一叶片12(中心轴线X)夹角α为负，可以通过旋转分离，提升油脂分离度。
通过设置动叶轮2，并使得动叶轮2相对静叶轮1动作，能提升风量，提高吸油烟效果。这是因为离心风机升压较小，其进出口密度可视为不变，当做不可压缩流体看待。
根据欧拉方程式：
PT,∞＝ρ(u2cu2-u1cu1)
其中，cu1是叶轮入口处绝对速度，u1是叶轮入口处牵连速度，cu2是叶轮出口处绝对速度，u2是叶轮出口处牵连速度，PT,∞是叶片数无限多时的理论压力，ρ是气体密度。当离心风机的进风口无导流机构时，一般气体径向进入叶片，因此cu1＝0，则有：
已知
Figure BDA0002200407260000042
β2为叶片出口角，D2为叶轮外径，c2r为绝对速度沿叶轮出口处径向分速度，所以当c2r一定时，增大D2、n和β2均能使压力增大，其中n为叶轮转速。
如果离心风机的进风口设置有导流机构，则可以改变导流角度，进而改变cu1的大小和方向，实现压力的变化。由此可见，通过设置动叶轮2，可以提升风量，提高吸油烟效果。
当两个风机相似时，两者的无因次参数P、Q、N都是相等的。以本申请人的型号为JQ01TA的吸油烟机为基准通过流量换算公式推算，该结构设计能提高有效风量。考虑到蜗壳31空间和实际效果效果，动叶轮2调节角度不宜过大，一般动叶轮2相对中心轴线X的角度在-15°和+15°之间比较合理。
现有JQ01TA型号吸油烟机风机系统叶轮直径250mm，最高风量为20m3/min，参见图4，流量换算公式
Figure BDA0002200407260000053
其中D2为基准叶轮(静叶轮1)直径，Q为基准叶轮风量，n为基准叶轮转速；D2M为新叶轮(动叶轮2)直径，QM为新叶轮风量，nM为新叶轮转速。根据上述公式可以得出假定转速一定，新叶轮风量与基准叶轮风量的比值同其叶轮直径比值的三次方成正比，有效风量
根据设计，动叶轮2的第二叶片21相对于中心轴线X的夹角ɑ最大为15度，直径可以增大16.75mm，所以D2M＝266.75mm，风量计算公式为
QM＝20*((62.5*(1+tanɑ)+250)/250)3 (4)
得到QM＝(266.75/250)3*20＝24.29m3/min。
静叶轮1的轴向高度为d，动叶轮2的轴向高度为c，d+c＝125mm，d/c＝a，则
QM＝20*((62.5*(1/(a+1))*(1+tanɑ)+250)/250)3 (5)
由于现有蜗壳31的开口直径通常为b＝270mm，动叶轮2的最大直径一般小于b＝270mm，D2M小于b＝270mm，得到
Figure BDA0002200407260000054
ɑmax＝15带入上式，可得：
Figure BDA0002200407260000055
当b＝270时，a≥2.7。

Claims (10)

1.一种用于风机的叶轮，具有中心轴线(X)，所述叶轮包括静叶轮(1)，所述静叶轮(1)包括至少两个环绕中心轴线(X)布置的第一叶片(12)，所述第一叶片(12)与中心轴线(X)同向延伸，其特征在于：所述叶轮还包括动叶轮(2)，所述动叶轮(2)包括至少两个第二叶片(21)，每个第二叶片(21)对应一个第一叶片(12)，所述第二叶片(21)的一端与第一叶片(12)转动连接，而使得所述第二叶片(21)能绕与第一叶片(12)连接处朝向或远离中心轴线(X)转动。
2.根据权利要求1所述的用于风机的叶轮，其特征在于：所述动叶轮(2)还包括第一活动铰链(22)、第二活动铰链(23)、连杆(24)和升降板(25)，所述升降板(25)能沿着中心轴线(X)靠近远离静叶轮(1)运动，所述第二叶片(21)的一端通过第一活动铰链(22)与第一叶片(12)连接、所述第一叶片(12)的另一端通过第二活动铰链(23)与相应连杆(24)的一端连接，每个连杆(24)的另一端则与升降板(25)转动连接。
3.根据权利要求2所述的用于风机的叶轮，其特征在于：还包括运动机构(3)，所述运动机构包括驱动机构(31)和将驱动机构(31)的驱动力传递到升降板(25)的传动机构(32)。
4.根据权利要求3所述的用于风机的叶轮，其特征在于：所述静叶轮(1)还包括轮盘(11)，所述第一叶片(12)沿着轮盘(11)的周向间隔布置，所述叶轮还包括用于驱动静叶轮(1)转动的电机(4)，电机(4)的输出轴与轮盘(11)连接固定。
5.根据权利要求4所述的用于风机的叶轮，其特征在于：所述传动机构(32)为蜗轮蜗杆结构，所述蜗轮蜗杆结构的蜗轮与驱动机构(31)的输出轴连接，所述蜗轮蜗杆结构的蜗杆(321)则与升降板(25)活动连接，所述升降板(25)能与蜗杆(321)同步轴向移动和以中心轴线(X)为转动轴转动。
6.一种应用有如权利要求1～5中任一项所述的叶轮的风机，包括蜗壳(301)，其特征在于：所述叶轮设置在蜗壳(301)内，在油烟流动路径上，所述动叶轮(2)位于静叶轮(1)上游。
7.根据权利要求6所述的风机，其特征在于：当叶轮具有运动机构(3)时，所述运动机构(3)的驱动机构(31)通过支架(33)与蜗壳(301)连接固定。
8.根据权利要求6所述的风机，其特征在于：所述动叶轮(2)的第二叶片(21)相对中心轴线(X)的夹角为α，并且α的取值范围为-15°～15°。
9.一种应用有如权利要求6～8中任一项所述的风机的侧吸式吸油烟机，包括壳体(100)和位于壳体(100)的面板(200)，所述面板(200)上开设有进风口(201)，其特征在于：所述风机设置在壳体(100)内，所述风机的进风口与面板(200)上的进风口(201)相对。
10.一种如权利要求9所述的吸油烟机的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
检测油烟浓度，根据当前检测到的油烟浓度控制动叶轮(2)：
1.1)当油烟浓度超过上限阈值时，使得第二叶片(21)远离第一叶片(12)的一端向远离中心轴线(X)的方向旋转，第二叶片(21)相对中心轴线(X)的夹角为正；
1.2)当油烟浓度位于上限阈值和下限阈值之间时，使得第二叶片(21)和第一叶片(12)同向延伸；
1.3)当油烟浓度低于下限阈值时，使得第二叶片(21)远离第一叶片(12)的一端向远离中心轴线(X)的方向旋转，第二叶片(21)相对中心轴线(X)的夹角为负。
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