CN110701097A - 混流式叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混流式叶轮，其包括叶轮本体、叶轮罩及多个叶片，叶轮本体用于安装转轴；叶轮罩罩设于叶轮本体外并与之相间隔，且叶轮罩与叶轮本体之间形成流道，流道在混流式叶轮的截面上呈双曲梯形结构，且流道的面积沿流通路径方向呈线性递增、线性递减或均匀变化；多个叶片相间隔地设于叶轮本体、叶轮罩之间，且每一叶片在垂直于转轴的平面上的投影均呈旋转螺旋线型，可以提高流道的整体流动效率，使风压、流量、噪音均有明显改善，再者通过配合旋转出模工艺使整体滑块数量降低，大大简化模具结构，使成型精度提高，开模周期、费用与后续维修成本均有大幅降低。

Description

混流式叶轮
技术领域
本发明涉及叶轮技术领域，尤其涉及一种能够简化模具、降低开模成本的混流式叶轮。
背景技术
目前市面上生产制造的混流式叶轮普遍采用9叶直翼或弧形翼结构，但直翼或弧形翼结构不符合旋转流型结构的要求，使叶内流通通道与翼型结构多为无序变化流道，进而导致叶轮的流量、风压、噪音等性能不够好，再者，由于构型需要使得叶片扭曲，同时9叶结构导致叶片之间的间隔较小，因此对其加工模具要求非常高，该类叶片在生产工艺中需采用过多滑块结构(滑块数量约在27～36之间)，导致模具结构复杂、开模费用高、成型精度差。
因此，有必要提供一种性能好、能够简化模具、降低开模成本的混流式叶轮，以解决上述现有技术中的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能好、能够简化模具、降低开模成本的混流式叶轮。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种混流式叶轮，其包括叶轮本体、叶轮罩及多个叶片；其中，所述叶轮本体用于安装转轴；所述叶轮罩罩设于所述叶轮本体外并与之相间隔，且所述叶轮罩与所述叶轮本体之间形成流道，所述流道在所述混流式叶轮的截面上呈双曲梯形结构，且所述流道的面积沿流通路径方向呈线性递增、线性递减或均匀变化；多个所述叶片相间隔地设于所述叶轮本体、所述叶轮罩之间，且每一所述叶片在垂直于所述转轴的平面上的投影均呈旋转螺旋线型。
较佳地，所述叶轮罩与所述叶轮本体的顶部之间形成流道进口，所述叶轮罩与所述叶轮本体的底部之间形成流道出口，且所述流道进口的面积大于等于所述流道出口的面积。
较佳地，所述流道进口的面积与所述流道出口的面积之比为S1/Sn，且1≤S1/Sn≤2，其中，S1为所述流道进口的面积，S2为所述流道出口的面积，避免流道内加速过快产生额外流阻或减速产生回流，从而提高流道流通效率。
较佳地，所述流道进口的面积与所述流道出口的面积之比S1/Sn∈(1.3，2)。
较佳地，在所述流道的流通路径方向上，经过所述流道的中心线上任意一点的流道面积Si＝πrili，其中，ri为所述流道的中心线上的点到所述转轴的轴心的距离，li为经过该点的所述叶轮罩与所述叶轮本体之间的距离。
较佳地，所述叶片的两端分别形成叶头及叶尾，所述叶头由所述叶轮本体向所述叶轮罩方向向上延伸形成，且所述叶头呈抛物线形，所述叶头的底部低于所述叶轮本体的顶部，所述叶头的顶部低于所述叶轮罩的顶部。
较佳地，所述叶轮本体的顶部沿所述转轴的轴向低于所述叶头的顶部1～15mm。
较佳地，所述叶轮本体的顶部沿所述转轴的轴向低于所述叶头的顶部10～13mm。
较佳地，所述叶尾呈锯齿形或波浪形。
较佳地，所述混流式叶轮还包括外壳，所述外壳安装于所述叶轮罩之外并与之相间隔，且所述叶轮罩的外壁与所述外壳之间的间隔小于等于2.5mm。
与现有技术相比，由于本发明的混流式叶轮，其叶轮罩与叶轮本体之间形成流道，所述流道在混流式叶轮的截面上呈双曲梯形结构，且所述流道的面积沿流通路径方向呈线性递增、线性递减或均匀变化；多个叶片相间隔地设于所述叶轮本体、所述叶轮罩之间，且每一叶片在垂直于所述转轴的平面上的投影均呈旋转螺旋线型，因此可以提高流道的整体流动效率，使风压、流量、噪音均有明显改善，再者通过配合旋转出模工艺使整体滑块数量降低，大大简化了模具结构，使成型精度提高，开模周期、费用与后续维修成本均有大幅降低。
附图说明
图1是本发明混流式叶轮一实施例的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的正视图。
图4是图1的剖视图。
图5是图1的分解图。
图6是图5中叶轮本体及叶片的俯视图。
图7是图5中叶轮本体及叶片的正视图。
图8是图1中叶轮本体与叶轮罩之间形成的流道示意图。
图9是图8中的流道面积沿流通路径方向线性变化的示意图。
图10是图1中混流式叶轮的叶片型线示意图。
图11是本发明混流式叶轮另一实施例之叶轮本体及叶片的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
首先结合图1-图8所示，本发明所提供的混流式叶轮100的一实施例中，其包括叶轮本体110、叶轮罩120及多个叶片130。其中，叶轮本体110的中部开设有用于安装转轴的安装部111，该安装部111上开设有安装孔，该叶轮本体110的截面大致呈双曲梯形结构(见图4、图8)，具体为叶轮本体110的外表面呈弧形结构并形成第一导流壁112。叶轮罩120罩设于叶轮本体110之外并与之相间隔，叶轮罩120的顶部高于叶轮本体110的顶部，叶轮罩120的底部高于叶轮本体110的底部(见图3-4)，叶轮罩120的内表面呈弧形结构并形成第二导流壁121，第二导流壁121、第一导流壁112之间形成流道140，同时该流道140的面积沿气流流动方向呈线性递增、线性递减或均匀变化，以适应加速、减速、均速流道的不同需求。多个叶片130相间隔地设于第一导流壁112、第二导流壁121之间，每个叶片130均由叶轮本体110的顶部向其底部螺旋延伸，使每个叶片130在垂直于转轴的平面上的投影均呈旋转螺旋线形(详见后述)。
结合图4、图8所示，本发明中，所述流道140在混流式叶轮100的截面呈双曲梯形结构(见图8)。具体地，所述叶轮本体110与叶轮罩120的顶部之间形成流道进口141，叶轮本体110与叶轮罩120的底部之间形成流道出口142，并且流道进口141的面积与流道出口142的面积之比为S1/Sn，其中，S1为所述流道进口141的面积，Sn为所述流道出口142的面积，该面积比S1/Sn的范围优选介于0.23～3.5之间，以形成加速、减速或均速流道。
继续参看图4、图8-9所示，在本发明的更优选实施方式中，所述流道进口141的面积与流道出口142的面积之比S1/Sn的范围优选为1≤S1/Sn≤2，以形成等加速或者均速流道。在其中一种最优的实施方式中，流道进口141的面积S1大于等于流道出口142的面积Sn，且，前述面积之比S1/Sn∈(1.3，2)，从而避免流道140内加速过快产生额外流阻或减速产生回流，提高流道流通效率，其中，加速过快沿程流损加大，减速产生回流则加剧损失，本发明的流道140能够避免这些问题的产生。当然，S1/Sn并不限于上述区间范围。
再结合图4、图8-9所示，从流道进口141至流道出口142形成流通路径方向Fm，沿该流通路径方向Fm，流道面积Si呈均匀变化，如图9所示，其中，通过流道140的中心线上任意一点到流道进口141的长度占流道140的总长度M的比例来表示流道内的位置。具体地，在流通路径方向Fm上，流道140的中心线上任意一点所对应的流道面积Si＝πrili，其中，ri为流道140的中心线上该中心点到转轴的轴心A-A的距离，li为经过该中心点的第一导流壁112、第二导流壁121之间的距离，见图8所示。也就是说，流道进口141处的面积S1＝πr1l1，其中，r1为流道进口141处的中心点到转轴的轴心A-A的距离，l1为经过该中心点的第一导流壁112、第二导流壁121之间的距离；对应地，流道出口142处的面积Sn＝πrnln，其中，rn为流道进口141处的中心点到转轴的轴心A-A的距离，ln为经过该中心点的第一导流壁112、第二导流壁121之间的距离；面积S1到面积Sn呈均匀变化。
更具体地，在流通路径方向Fm上，流道面积Si的变化规律为线性变化，具体为Si＝k1mi，其中，mi为流道140的中心线上任意一点到流道进口141的长度，k1为常数，其数值与加减速比成正相关，在流道140的总长度M与流道进口141、流道出口142的面积比确定的情况下，k1为定值。在本实施例中，k1∈(tan10°，tan86°)，但其数值并不以此为限。
更优先地，在流通路径方向Fm上，流道面积Si的变化规律可采用复杂的拟合函数形式
Figure BDA0002279760900000051
其中，(1＜k2≤6)。
下面参看图4-图7所示，所述叶片130的两端分别形成叶头131及叶尾132，叶头131由叶轮本体110向叶轮罩120方向向上延伸形成，且叶头131呈抛物线形，以使叶片130旋转斜插进气，增加吸气的能力；同时叶头131的底部低于叶轮本体110的顶部，使叶头131与轴心A-A之间具有一个相对较大的间隙L(见图4)，从而使多个叶片130的叶头131和轴心A-A之间形成一个吸气沟道，吸气沟道和相邻两叶片130之间的通道相连通，将空气吸入后旋转送入130之间的通道内，并且叶轮本体110的顶部沿轴心A-A方向低于叶头131的顶部的距离为h，该距离h优选为1～15mm，以保证进风空间，使气流顺畅。
在本发明更优选的实施方式中，所述叶轮本体110的顶部沿轴向低于叶头131的顶部距离为h为10～13mm，以保证上述效果，但该距离不以此为限。
下面结合图6、图10所示，本实施例中，在垂直于转轴轴心A-A的平面上，叶片130的型线的投影呈旋转螺旋线形，具体地，每个叶片130的型线均符合
Figure BDA0002279760900000052
规律，其中，变量Rm为叶片型线上任意一点到转轴轴心A-A的距离，θ为型线上该点和叶片型线起点O相对于转轴轴心A-A的圆心角，见图10所示，k3、k5为标识常数，且k3≤r、k5≤1.5，从而减小流道140的损失，使风压、流量、噪音明显改善，提高流道140的整体流动效率。
再次结合图1-5所示，本发明的混流式叶轮100还包括一外壳(图未示)，外壳安装于叶轮罩120之外并与之相间隔，且外壳的内壁与叶轮罩120的外壁之间的间隔不超过2.5mm，以抑制回流，提高整体流动效率。在本实施例中，外壳的内壁与叶轮罩120的外壁之间的间隔优选设于0.2mm～1mm之间，以保证上述效果。所述外壳的结构及设计方式均为本领域普通技术人员所熟知，在此不再做详细的说明。
下面参看图11所示，在本发明混流式叶轮100的另一实施例中，与上述实施例的不同之处仅在于：其每个叶片130的叶尾132呈锯齿形或波浪形，以改善出风口速度分布，均匀出风，小型化尾涡，从而降低尾缘二次流引起的局部噪音。其他部分结构均与上述实施例相同，不再重复描述。
结合图1-11所示，本发明的混流式叶轮100采用六叶结构，相较于现有的九叶结构，结合前述流道140与叶片130翼型结构的设计，使叶片130之间的间隔变大，再配合旋转出模工艺可以使整体滑块数量降至0～6个，这大大简化了模具结构，使成型精度提高，开模周期、费用与后续维修成本均有大幅降低，由于减少了模具拆分配合部件，生产制造效率、模具寿命也有较大幅度改善。
综上，由于本发明的混流式叶轮100，其叶轮本体110、叶轮罩120之间形成的流道140的面积沿流通路径方向Fm呈线性递增、线性递减或均匀变化，并且流道140在混流式叶轮100的截面呈双曲梯形结构，同时每个叶片130在垂直于转轴的平面上的投影均呈旋转螺旋线型，因此可以提高流道140的整体流动效率，使风压、流量、噪音均有明显改善，再者通过配合旋转出模工艺使整体滑块数量降低，大大简化了模具结构，使成型精度提高，开模周期、费用与后续维修成本均有大幅降低。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种混流式叶轮，其特征在于，包括：
叶轮本体，所述叶轮本体用于安装转轴；
叶轮罩，所述叶轮罩罩设于所述叶轮本体外并与之相间隔，且所述叶轮罩与所述叶轮本体之间形成流道，所述流道在所述混流式叶轮的截面上呈双曲梯形结构，且所述流道的面积沿流通路径方向呈线性递增、线性递减或均匀变化；
多个叶片，多个所述叶片相间隔地设于所述叶轮本体、所述叶轮罩之间，且每一所述叶片在垂直于所述转轴的平面上的投影均呈旋转螺旋线型。
2.如权利要求1所述的混流式叶轮，其特征在于，所述叶轮罩与所述叶轮本体的顶部之间形成流道进口，所述叶轮罩与所述叶轮本体的底部之间形成流道出口，且所述流道进口的面积大于等于所述流道出口的面积。
3.如权利要求2所述的混流式叶轮，其特征在于，所述流道进口的面积与所述流道出口的面积之比为S1/Sn，且1≤S1/Sn≤2，其中，S1为所述流道进口的面积，S2为所述流道出口的面积。
4.如权利要求3所述的混流式叶轮，其特征在于，所述流道进口的面积与所述流道出口的面积之比S1/Sn∈(1.3，2)。
5.如权利要求1所述的混流式叶轮，其特征在于，在所述流道的流通路径方向上，经过所述流道的中心线上任意一点的流道面积Si＝πrili，其中，ri为所述流道的中心线上的点到所述转轴的轴心的距离，li为经过该点的所述叶轮罩与所述叶轮本体之间的距离。
6.如权利要求1所述的混流式叶轮，其特征在于，所述叶片的两端分别形成叶头及叶尾，所述叶头由所述叶轮本体向所述叶轮罩方向向上延伸形成，且所述叶头呈抛物线形，所述叶头的底部低于所述叶轮本体的顶部，所述叶头的顶部低于所述叶轮罩的顶部。
7.如权利要求6所述的混流式叶轮，其特征在于，所述叶轮本体的顶部沿所述转轴的轴向低于所述叶头的顶部1～15mm。
8.如权利要求7所述的混流式叶轮，其特征在于，所述叶轮本体的顶部沿所述转轴的轴向低于所述叶头的顶部10～13mm。
9.如权利要求6所述的混流式叶轮，其特征在于，所述叶尾呈锯齿形或波浪形。
10.如权利要求1所述的混流式叶轮，其特征在于，还包括外壳，所述外壳安装于所述叶轮罩之外并与之相间隔，且所述叶轮罩的外壁与所述外壳之间的间隔小于等于2.5mm。
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