CN111425452A - 一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其包括盖板部件和叶轮部件，盖板部件为圆形的盖板部件，叶轮部件安装于盖板部件内，盖板部件上设置有叶轮进风口，叶轮部件包括多个第一叶片和多个第二叶片，第一叶片为弧形叶片，第二叶片为弧形叶片，第一叶片的长度长于第二叶片的长度，多个第一叶片沿着叶轮部件的周向等距排列，且多个第一叶片的一端部向叶轮部件的中心螺旋进入，相邻的两第一叶片之间还设置有至少一第二叶片。本发明相比现有技术可以在提高叶轮做功效率的同时减小叶片进口处的堵塞，同时减小叶片间流道的扩张角。

Description

一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮

技术领域

本发明涉及吸尘器领域，具体而言，涉及一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮。

背景技术

随着社会的发展和时代的变迁，离心式风机作为各式各样风机中使用频次最高的种类，已经大量应用于生产、工业以及生活等各个领域。其中，小型离心式风机被广泛应用于家用吸尘器中。风机运行时流动非常复杂，往往存在诸多问题：叶轮腔中的气流流动不均；叶片较多时，叶片进口处堵塞；叶片较少时，叶片间流道扩张角过大等。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，旨在提高叶轮做功效率的同时减小叶片进口处堵塞，减小叶片间流道扩张角。

为此，本发明提供了一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其包括盖板部件和叶轮部件，盖板部件为圆形的盖板部件，叶轮部件安装于盖板部件内，盖板部件上设置有叶轮进风口，叶轮部件包括多个第一叶片和多个第二叶片，第一叶片为弧形叶片，第二叶片为弧形叶片，第一叶片的长度长于第二叶片的长度，多个第一叶片沿着叶轮部件的周向等距排列，且多个第一叶片的一端部向叶轮部件的中心螺旋进入，相邻的两第一叶片之间还设置有至少一第二叶片。

进一步地，上述多个第一叶片所形成的圆周外径等于多个第二叶片所形成的圆周外径。

进一步地，上述多个第一叶片和多个第二叶片的几何结构为后向式，线型拟合为多项式y以及校正确定系数R如下：

m次多项式：

当m等于2时，B0＝24.94903；B1＝0.55901；B2＝-0.0146；R＝0.9911；

当m等于4时，B0＝25.76532；B1＝0.48005；B2＝-0.0208；B3＝5.24803×10-4；B4＝-8.2636×10-6；R＝0.99642；

当m等于6时，B0＝25.17481；B1＝0.42672；B2＝-0.00602；B3＝5.65359×10-4；B4＝-7.48301×10-5；B5＝2.48646×10-6；B6＝-2.62345×10-8；R＝0.9991；

式中，Bi表示i次项的系数，m表示最高次幂，R为校正决定系数。

进一步地，上述第二叶片的长度与第一叶片的长度的比值范围为0.5-0.75，第二叶片相对于第一叶片偏转角为15°-30°，第一叶片的夹角为45°，第二叶片位于相邻两个第一叶片中间偏转±7.5°处，第一叶片的出口安装角与第二叶片的出口安装角之差为0°-3°，适用比转速范围：

式中，L1表示第一叶片的长度，L2表示第二叶片的长度，Δθ表示第二叶片相对于第一叶片的偏转角，Δβ1表示第一叶片的出口安装角，Δβ2表示第二叶片的出口安装角，Δβ表示长第二叶片的出口安装角之差，ns表示比转速，n表示转速，Q表示叶轮最高效率点时的流量，H表示叶轮最高效率点时的扬程。

进一步地，上述盖板部件与叶轮部件之间通过卡扣连接。

进一步地，上述盖板部件包括分设于叶轮部件的相对两侧的前盖板和后盖板。

进一步地，上述叶轮进风口为由叶轮部件向风机入口延伸的密封延伸套。

进一步地，上述多个第一叶片和多个第二叶片安装于固定轴上，固定轴连接电机并驱动叶轮部件转动。

本发明所提供的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其相较于现有技术主要具有以下优点：

1)第一叶片与第二叶片的叶轮出口直径相等，即叶片出口位于同一圆周上，使得第二叶片进口离叶轮进口更远，阻力更小，降低了叶轮进口的阻塞；

2)第一叶片与第二叶片之间不同长度的设置减小了叶片间流道扩张角，能有效地分配叶道气体流量及叶片气动载荷，改善叶轮出口的流动均匀性；

3)由于叶轮出口滑移系数减小，风机做功能力增大，在相同工况下，叶轮直径可以在更小的情况下达到相同的效率；

4)叶轮直径的减小使得整个风机的尺寸可以减小，从而降低制作成本和能源消耗，提高经济效益。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮中叶轮部件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮的模拟计算结果与实验测量值的对比图；

图4是本发明实施例提供的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮在优化前后的性能对比图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1至图2，图中示出了本发明实施例提供的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其包括了盖板部件和叶轮部件，盖板部件包括分设于叶轮部件的相对两侧的前盖板4和后盖板5，叶轮部件安装于盖板部件内，盖板部件上设置有叶轮进风口1，叶轮部件包括多个第一叶片2和多个第二叶片3，第一叶片2为弧形叶片，第二叶片3为弧形叶片，第一叶片2的长度长于第二叶片3的长度，多个第一叶片2沿着叶轮部件的周向等距排列，且多个第一叶片2的一端部向叶轮部件的中心螺旋进入，相邻的两第一叶片2之间还设置有一第二叶片3。通过对叶轮结构几何参数进行优化设计，以达到最佳的运行效率。

其中，前盖板4和后盖板5外直径与叶轮出口直径相等，盖板部件和叶轮部件通过卡扣的方式连接，前盖板4中间位置设有圆形开口与动叶轮进风口1连接，动叶轮进风口1为叶轮到风机入口的密封延伸段，保证从风机入口进入的气流能直接进入叶轮内部。

本实施例中，第一叶片2为长叶片(以下称长叶片)，第二叶片3为短叶片(以下称短叶片)，共设置了八个长叶片和八个短叶片，叶片均匀分布，长短叶片叶轮出口直径相等，位于同一圆周上。固定轴6用来固定动叶轮，并提供旋转动力。

叶轮结构几何参数设计包括长叶片和短叶片的长度，安装相对位置，叶片出、入口安装角都进行了优化设计。

其中，经过优化设计的长叶片和短叶片的几何结构为后向式，线型拟合为多项式y以及校正确定系数R如下：

m次多项式：

当m等于2时，B0＝24.94903；B1＝0.55901；B2＝-0.0146；R＝0.9911。

当m等于4时，B0＝25.76532；B1＝0.48005；B2＝-0.0208；B3＝5.24803×10-4；B4＝-8.2636×10-6；R＝0.99642。

当m等于6时，B0＝25.17481；B1＝0.42672；B2＝-0.00602；B3＝5.65359×10-4；B4＝-7.48301×10-5；B5＝2.48646×10-6；B6＝-2.62345×10-8；R＝0.9991。

式中，Bi表示i次项系数，m表示最高次幂，R为校正决定系数，R越趋近与1，说明拟合程度越高。

其中，叶轮结构几何参数设计，包括短叶片长度L2与长叶片长度L1比值范围为0.5-0.75，短叶片相对于长叶片偏转角Δθ为15°-30°，由于长叶片夹角为45°，按上述设计，短叶片位于相邻两个长叶片中间偏转±7.5°处，长叶片出口安装角Δβ1与短叶片出口安装角Δβ2之差

Δβ＝Δβ1-Δβ2＝0°-3°，适用比转速范围：

式中，L1表示长叶片长度，L2表示短叶片长度，Δθ表示短叶片相对于长叶片的偏转角，Δβ1表示长叶片出口安装角，Δβ2表示短叶片出口安装角，Δβ表示长短叶片出口安装角之差，ns表示比转速，n表示转速，Q表示叶轮最高效率点时的流量，H表示叶轮最高效率点时的扬程。

为验证本发明结构的有效性，采用CFD的方法对动叶轮进行计算，首先验证CFD计算方法的可靠性，在确定CFD方法可行的情况下，再对叶轮进行优化设计，重新建模并仿真，将优化后的结果与优化前的结果进行比较，以验证结构优化的有效性。

验证CFD计算方法的可靠性：

由于实验室现有八叶片的动叶轮，因此对八叶片动叶轮进行气动仿真计算，并将CFD计算得到的不同工况下风机静压、流量和效率与实验测得相应工况下的结果进行对比，所述风机静压、流量和效率为风机入口处测得的结果，所述工况为不同风机入口直径以及流量大小；如图3所示，是模拟计算结果与实验测量值的对比图，其中实线表示实验测得的结果，虚线表示仿真计算得到的结果，不同线标表示不同物理量，分别为计算得静压、计算得效率、实验测静压、实验测效率和输入功率，由图可知，在相同的输入功率下，仿真计算得到的结果略微大于实验测得的结果，主要原因可能是计算没有考虑实际风机制成材料的摩擦阻力以及风机各部件的连接件的影响，计算后效率相差最大值约为3％，误差为5.45％，整体拟合度较高，说明仿真计算的结果具有较高的可靠度，可以作为预测离心风机的静压以及效率的方法。

验证叶轮结构优化的有效性：

通过调整叶轮结构几何参数设计包括长叶片和短叶片的长度，安装相对位置，叶片出、入口安装角，得到对应结构下的计算结果，并进行对比分析。计算结果表明：

比转速范围为263-528(m，KW)时，八叶片线型拟合为权利要求7所述多项式时，效率最高；

相同工况下，短叶片与长叶片的比值小于0.5或大于0.75时，风机效率都明显下降；

当短叶片位于相邻两个长叶片中间时，不考虑短叶片对输入功率的影响时，风机的效率能提高14.98％，当短叶片偏离该位置7.5°后，效率下降到13.65％以下；

长叶片出口安装角与短叶片出口安装角相差大于3°，风机效率会出现明显下降趋势。

基于上述结论，本文建立了其中一个实施例的动叶轮模型，长短叶片长度之比为0.6，短叶片位于相邻两个长叶片中间的位置，短叶片出口安装角保持与长叶片出口安装角相同，进行数值仿真计算，并将计算结果与优化前的结果进行对比，结果如图4所示，其中实线表示优化前的计算结果，虚线表示优化后得到的结果，不同线标表示不同物理量，分别为优化前静压、优化前效率、优化后静压、优化后效率和输入功率，由图可知，在相同的输入功率前提下，动叶轮在本发明的优化设计结构下，风机整体性能显著提高，验证了本发明结构的在提高风机效率方面的有效性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，包括盖板部件和叶轮部件，所述盖板部件为圆形的盖板部件，所述叶轮部件安装于所述盖板部件内，所述盖板部件上设置有叶轮进风口(1)，所述叶轮部件包括多个第一叶片(2)和多个第二叶片(3)，所述第一叶片(2)为弧形叶片，所述第二叶片(3)为弧形叶片，所述第一叶片(2)的长度长于所述第二叶片(3)的长度，所述多个第一叶片(2)沿着所述叶轮部件的周向等距排列，且所述多个第一叶片(2)的一端部向所述叶轮部件的中心螺旋进入，相邻的两所述第一叶片(2)之间还设置有至少一所述第二叶片(3)，所述多个第一叶片(2)所形成的圆周外径等于所述多个第二叶片(3)所形成的圆周外径。

2.根据权利要求1所述的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，所述多个第一叶片(2)和所述多个第二叶片(3)的几何结构为后向式，线型拟合为多项式y以及校正确定系数R如下：

m次多项式：

(n为偶数)；

当m等于2时，B0＝24.94903；B1＝0.55901；B2＝-0.0146；R＝0.9911；

当m等于4时，B0＝25.76532；B1＝0.48005：B2＝-0.0208；B3＝5.24803×10-4；B4＝-8.2636×10-6；R＝0.99642；

当m等于6时，B0＝25.17481；B1＝0.42672；B2＝-0.00602；B3＝5.65359×10-4；B4＝-7.48301×10-5；B5＝2.48646×10-6；B6＝-2.62345×10-8；R＝0.9991；

式中，Bi表示i次项的系数，m表示最高次幂，R为校正决定系数。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，所述第二叶片(3)的长度与所述第一叶片(2)的长度的比值范围为0.5-0.75，第二叶片(3)相对于第一叶片(2)偏转角为15°-30°，第一叶片(2)的夹角为45°，第二叶片(3)位于相邻两个第一叶片(2)中间偏转±7.5°处，第一叶片(2)的出口安装角与第二叶片(3)的出口安装角之差为0°-3°，适用比转速范围：

式中，L1表示第一叶片(2)的长度，L2表示第二叶片(3)的长度，Δθ表示第二叶片(3)相对于第一叶片(2)的偏转角，Δβ1表示第一叶片(2)的出口安装角，Δβ2表示第二叶片(3)的出口安装角，Δβ表示长第二叶片(3)的出口安装角之差，ns表示比转速，n表示转速，Q表示叶轮最高效率点时的流量，H表示叶轮最高效率点时的扬程。

4.根据权利要求1所述的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，所述盖板部件与所述叶轮部件之间通过卡扣连接。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，所述盖板部件包括分设于所述叶轮部件的相对两侧的前盖板(4)和后盖板(5)。

6.根据权利要求1所述的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，所述叶轮进风口(1)为由所述叶轮部件向风机入口延伸的密封延伸套。

7.根据权利要求1所述的一种用于吸尘器的长短叶片动叶轮，其特征在于，所述多个第一叶片(2)和所述多个第二叶片(3)安装于固定轴(6)上，所述固定轴(6)连接电机并驱动所述叶轮部件转动。

Images