CN111963478B - 一种用于离心风机的叶片、离心风机及吸油烟机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于离心风机的叶片，所述叶片的内缘进气侧设置有第一结构，所述第一结构具有至少两个、沿着叶片的高度方向间隔布置，其特征在于：所述第一结构的形状为反翼形的头部。还公开了一种应用有上述叶片的离心风机，以及应用有该离心风机的吸油烟机。叶片内缘进气侧采用反翼形曲线的头部，减少气流偏置损失和来流冲击损失，提升气动性能和效率；叶片外缘采用渐变波浪或者正翼形曲线，减少叶轮出口与蜗壳之间气流的动静干涉、利用凹凸部分分别左右控制局部气流流动，减少气流流出后的二次横流引起的损失，进而提升效率降低噪声。

Description

一种用于离心风机的叶片、离心风机及吸油烟机

技术领域

本发明涉及动力系统，尤其是一种用于离心风机的叶片，应用有该叶片的离心风机，以及应用有该离心风机的吸油烟机。

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。多翼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离心风机(吸油烟机)的性能。现有的叶轮的叶片主要采用单一圆弧型线结构，如申请号为201621179780.1的中国专利公开的一种用于多翼离心风机的叶轮，叶轮由沿周向均布的叶片组成，叶轮外径为180～240mm，内径为150～180mm，叶片呈圆弧形，曲率半径为18～25mm，叶片沿周向均布36～45片，投影弧度θ为8～10°，叶片厚度为0.8mm～1.2mm。这种叶轮进口气流冲击较大，会使效率降低同时增加噪音。

此外，目前还有一些叶轮，如申请号为201410324541.X的中国专利公开一种应用于吸油烟机中的吸油烟机用仿生叶轮，包括若干组环形端面和叶片，叶片为仿生叶片，仿生叶片朝向叶轮油烟机吸入侧为波形结构的前缘，朝向叶轮油烟机吹出侧为锯齿结构的尾缘；又如申请号为201620830042.2的中国专利公开的一种仿生斜切叶轮，包括叶片，叶片为圆弧形，其前缘为正弦结构，尾缘为锯齿结构；又如申请号为201110246830.9的中国专利公开的一种仿生离心风机叶片及叶轮，叶片前缘和后缘设置有和沟槽相对应的三角型锯齿结构，叶片前、后缘的锯齿形结构。

前两种现有技术类似，叶片前缘为波形、尾缘为锯齿结构，或者前缘为正弦结构、尾缘为锯齿结构，主要用于降低前缘压力冲击，改变尾缘涡脱落的连续性、降低尾缘涡脱落频率进而降低气动噪声；后一种现有技术则主要是利用沟槽改善气流流动，减少脉动，降低分离突变气流阻力。参见图8，上述任一现有技术中的叶片，典型工况下仿真展示的径流式离心叶轮进气具有的典型90°偏置，叶轮做功后流出的气流一般存在典型二次流(图中叶片尾缘出气处的右上角箭头所示即为二次流)，叶片前缘和尾缘的上述设置方式，并不能有效地改善和降低对于叶轮进气本身的偏转和出叶片后的回流和二次流动造成的损失。

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，提供一种用于离心风机的叶片，减少气流偏置损失，提升气动性能和效率。

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片的离心风机。

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离心风机的吸油烟机。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于离心风机的叶片，所述叶片的内缘进气侧设置有第一结构，所述第一结构具有至少两个、沿着叶片的高度方向间隔布置，其特征在于：所述第一结构的形状为反翼形的头部。

为确保减少来流冲击损失，所述叶片的内缘所在位置的反翼形拟合圆参考半径为Ra，所述第一结构取用的反翼形总长度为By2，定义By1＝By2-Ra，所述叶片的高度为H，并且满足

的取值范围为[20,150]、

的取值范围为[1,10]。

为确保减少来流冲击损失的同时，切除多余部分保留叶片足够的做功面积，所述叶片的内缘凹处与叶片原始最内侧点之间的距离为b1，并且满足

的取值范围为[0.7,1]。

优选的叶片的第一结构的分布规律为，相邻两个第一结构之间的距离为h1，并且满足

的取值范围为[0.7,3]，预先设定基准间距为h2，并且满足

的取值范围为[2,8]。

根据本发明的一个方面，所述叶片的外缘出气侧设置有第二结构，所述第二结构呈叶片高度方向的波浪形，第二结构相邻两个波谷之间的距离为Mh，设定

其中α的取值范围为1～10°，MR_n为与叶片前侧端部间隔n-1个波谷的波谷半径，MR_n+1为与叶片前侧端部间隔n个波谷的波谷半径。

为减少气流流出叶轮后在蜗壳内因横向压差形成的二次横流的损失，进而提升效率降低噪声，最靠近叶片前侧端部的第二结构的波谷半径为MR₁，并且满足

根据本发明的另一个方面，所述叶片的外缘出气侧设置有第二结构，所述第二结构具有至少两个、沿着叶片的高度方向间隔布置，所述第二结构的形状为正翼形的头部。

所述叶片外缘凹处与叶片外缘原始最外点部距离B1，第二结构取用的总长度为By2，并且满足

的取值范围可选的为[0.9,1]。

优选的叶片的第二结构的分布规律为，相邻第二结构之间距离为H1，并且满足

的取值范围为[0.7,3]，设定第二结构的基准间距为H2，并且满足

的取值范围为[2,8]。

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片的离心风机，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，所述叶轮包括前盘和后盘，其特征在于：所述叶片设置在前盘和后盘之间。

为适应偏离正常工况的运行，所述叶轮还包括中盘，所述第一结构的弦线相对于中盘所在平面形成一定的偏转角度。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机，其特征在于：应用有如上所述的离心风机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：叶片内缘进气侧采用反翼形曲线的头部，减少气流偏置损失和来流冲击损失，提升气动性能和效率；叶片外缘采用渐变波浪或者正翼形曲线，减少叶轮出口与蜗壳之间气流的动静干涉、利用凹凸部分分别左右控制局部气流流动，减少气流流出后的二次横流引起的损失，进而提升效率降低噪声；在不增加材料和加工成本的同时减轻部分叶轮重量，降低电机负载，同时增加与油烟气流的接触面积，提升油烟分离效率。

附图说明

图1为本发明的离心风机的示意图；

图2为本发明的离心风机的叶轮的示意图；

图3为本发明的离心风机的叶轮的叶片第一个实施例的示意图；

图4为低速翼形的示意图；

图5为离心风机气流流速沿叶轮轴向变化曲线图；

图6为本发明的离心风机的叶轮的叶片第二个实施例的示意图；

图7为本发明的离心风机的叶轮的叶片第二个实施例的进气、出气示意图；

图8为现有技术的离心风机的叶轮的叶片第二个实施例的进气、出气示意图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

参见图1和图2，一种离心风机，包括蜗壳1、设置在蜗壳1内的叶轮2，叶轮2由电机(未示出)驱动而转动从而进行做功。

叶轮2包括前盘21、后盘22以及连接在前盘21和后盘22之间的叶片23，叶片23具有至少两个、沿着前盘21或后盘22的周向间隔布置。

实施例一

叶片23的内缘进气侧设置有第一结构231，叶片23的外缘出气侧设置有第二结构232，第一结构231具有至少两个，沿着叶片23的高度方向(叶轮的轴向)间隔布置。在本实施例中，第一结构231的形状为反翼形的头部。第二结构232总体的形状为沿着叶片23高度变化的波浪形。

由于气流沿叶轮的轴向进入、径向流出需要偏置，考虑自然偏置角度的存在，采用反翼形的头部迎接来流冲击。翼形主要包括低速翼形、亚声速翼形和超声速翼形，由于吸油烟机内部气流一般不超过50m/s，因此，本实施例中，翼形可以为低速翼形。

参见图4，叶片23的内缘所在位置拟合圆参考半径设为Ra，第一结构231取用的总长度为By2，By1＝By2-Ra，

的取值范围可选的为[1,10]，如果为Ra较大的翼形，则

取上述范围内相对较小的值，如果为Ra较小的翼形，则

取上述范围内相对较大的值。叶片23的总高度为H，

的取值范围可选的为[20,150]，由于H为定值，故可以据此确定其他相对参数值。

Ra为低速翼形前缘拟合圆半径，为低速翼形本身具有的特征，本实施例中，取低速翼形长度为By2范围内的头部部分，此段头部有助于减少来流冲击损失，确定叶片23进气侧的相对形状。

叶片23的内缘凹处与叶片23原始最内侧点之间(从叶片23原始最内侧点通过切割等方式形成第一结构231)的距离为b1，即为叶片23的第一结构231最终的长度。相邻两个第一结构231之间的距离为h1，

的取值范围可选的为[0.7,1]，翼形的头部的多余部分切除掉，借此确定与叶片23边缘的位置在减少来流冲击损失的同时，切除多余部分进而保留叶片23内侧足够的做功面积。

的取值范围可选的为[0.7,3]，这一比值主要表示第一结构231的分布密集程度。预先设定基准间距为h2，

的取值范围可选的为[2,8]，在叶片23的高度方向上，该比值一般不变，或者第一结构231由中间向两侧逐渐变稀疏，即

逐渐变大。

对一般工况，叶片23可以设定翼形基准弦线保持不变。在本实施例中，离心风机为双进风结构，叶轮2还包括设置在前盘21和后盘22之间的中盘24，叶片23穿过中盘24。由于叶轮2沿着轴线方向分布以中盘24为界，中盘24前后两侧气流冲角不一样，参见图5，为了进一步减少气流偏置损失和来流冲击损失，可以进一步让叶片23内缘进气侧采用反翼形曲线的头部基准弦线在由中间往两侧的时候，相对中盘24所在平面逐步形成一定的偏转角度。如图3所述，与中盘24相邻的第一结构231的弦线相对与中盘24间隔一个第一结构231的弦线之间的偏转角度为θ₁，与中盘23相邻的第一结构231的弦线相对与中盘24间隔两个第一结构231的弦线之间的偏转角度为θ₂，θ₁和θ₂可以相同，也可以在某些经常工作在偏离工况运行严重环境下，自行进行设定，如其中一种变化可以为θ₂-θ₁≥k₁θ₁，其中k₁为常数，其取值范围可以为[0.8,1.5]。

最靠近叶片23前侧端部的第二结构232的波谷与叶片23前侧端部之间的距离为Ma，相邻两个第二结构232的波谷之间的距离为Mh，第二结构232的波谷与叶片23最外侧的距离为Mb，波浪变化用与叶片23外缘呈α角度的直线控制波沿着轴线方向的变化，此处波主要是在叶片23的外缘附近切除的半径变化，其中

α根据叶轮尺寸与高度一般控制在1-10°之间，其中MR₁为最靠近叶片23前侧端部的第二结构232的波谷半径，MR₂为与叶片23前侧端部间隔一个波谷的波谷半径，以此类推，MR_n为与叶片23前侧端部间隔n-1个波谷的波谷半径，MR_n+1为与叶片23前侧端部间隔n个波谷的波谷半径。由此形成渐变的第二结构232。

由于叶轮2沿着轴线方向分布以中盘24为界，中间气流主流动区域叶片23做功多总压高，两侧辅助区域叶片23做功少总压低，进而气流流出叶轮2后在叶轮2与蜗壳1之间自然会有横向压差，然后形成的二次横流造成不做功的二次流损失，不同工况横流不一样；与此同时气流出叶片23区域后由于惯性有保持之前运动的趋势，进而会形成射流尾迹，利用波浪形的第二结构232形成强弱不同的射流尾迹可以削弱二次流动。

而且叶片23外缘因为对叶轮2出口压力系数影响较大，在靠近中盘24的主流道区域设置较小的切除波，而在两端远离主流道区域设置较大的切除波，根据叶轮2的高度尺寸，可选的，满足

在此范围内，可以在不降低叶轮2出口压力的情况下减少叶轮2出口与蜗壳1之间气流的动静干涉(不切除时候动静干涉明显，气流冲击更明显)、波峰波谷交替气流形成的局部气流流动，还可以形成更明显的射流尾迹，进而减少气流流出叶轮后在蜗壳内因横向压差形成的二次横流的损失，进而提升效率降低噪声。

上述的离心风机主要用于吸油烟机，当然也可以用于其他需要离心风机作为动力的场合。

实施例二

参见图6，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，第二结构232与第一结构231类似，具有至少两个，沿着叶片23的高度方向间隔布置。并且，第二结构232为正翼形头部。出于同样的考虑，在本实施例中，翼形为低速翼形。

叶片23外缘处为叶轮线速度最大位置，同时中间气流流速高，且出叶轮2后会有二次流，损失比较明显，因而本实施例中，第二结构232采用正翼形头部，翼形迎向气流最集中方向。

叶片23外缘凹处与叶片23外缘原始最外点部距离B1，相邻第二结构232之间距离为H1，此处

(By2的意义如实施例一的第一结构231)的取值范围可选的为[0.9,1]，多余部分切除掉，但是因为叶片23外缘影响压力值，不能切太多，故要比叶片23内缘少切除。正翼形头部形状的第二结构232，有助于减少叶轮2出口与蜗壳1之间气流的动静干涉(特别是中间主流区域)的冲击损失。

的取值范围可选的为[0.7,3]，主要表示第二结构232的分布密集程度，设定第二结构232的基准间距为H2，

的取值范围可选的为[2,8]，分布规律可以如第一结构231，一般间距不变取2，或者由中间向两侧逐渐变稀疏，即上述比值逐渐增大。

对一般工况，叶片23可以设定翼形基准弦线保持不变。在本实施例中，离心风机为双进风结构，叶轮2还包括设置在前盘21和后盘22之间的中盘24，叶片23穿过中盘24。由于叶轮2沿着轴线方向分布以中盘24为界，中盘24前后两侧气流冲角不一样，为了进一步减少气流偏置损失和来流冲击损失，可以进一步让叶片23内缘进气侧采用反翼形曲线的头部基准弦线在由中间往两侧的时候，相对中盘所在平面逐步形成一定的偏转角度。如图3所述，与中盘24相邻的第二结构232的弦线相对与中盘24间隔一个第二结构232的弦线之间的偏转角度为θ₁，与中盘23相邻的第二结构232的弦线相对与中盘24间隔两个第二结构232的弦线之间的偏转角度为θ₂，θ₁和θ₂可以相同，也可以在某些经常工作在偏离工况运行严重环境下，自行进行设定，如其中一种变化可以为θ₄-θ₃≥k₂θ₃，其中k₂为常数，其取值范围可以为[0.7,3]。因为叶片23外缘附近有二次横流，不同工况横流情况不一样，故相邻第二结构232的角度变化需要更大，适应不同工况设计需要。

参见图7，设置上述角度变化的主要意义是：因为叶轮2沿着轴线方向分布以中盘24为界，中间气流主流动区域叶片23做功多总压高，两侧辅助区域叶片23做功少总压低，进而气流流出叶轮2后在叶轮2与蜗壳1之间自然会有横向压差，然后形成的二次横流造成不做功的二次流损失，不同工况横流不一样；与此同时气流出叶片23区域后由于惯性有保持之前运动的趋势，进而会形成射流尾迹，利用正翼形形状强弱不同的射流尾迹可以削弱二次流动；因而结合主气流不同工况的变化较大的因素，设置相邻角度的变化偏转更好的应对不同工况，形成能适应更大工况范围的射流尾迹，利用此射流尾迹而削弱二次流动。

Claims (9)

1.一种用于离心风机的叶片，所述叶片的内缘进气侧设置有第一结构(231)，所述第一结构(231)具有至少两个、沿着叶片的高度方向间隔布置，其特征在于：所述第一结构(231)的形状为反翼形的头部，所述叶片的内缘所在位置的反翼形拟合圆参考半径为Ra，所述第一结构(231)取用的反翼形总长度为By2，定义By1＝By2-Ra，所述叶片的高度为H，并且满足

的取值范围为[20,150]、

的取值范围为[1,10]。

2.根据权利要求1所述的用于离心风机的叶片，其特征在于：相邻两个第一结构(231)之间的距离为h1，并且满足

的取值范围为[0.7,3]，预先设定基准间距为h2，并且满足

的取值范围为[2,8]。

3.根据权利要求1或2所述的用于离心风机的叶片，其特征在于：所述叶片的外缘出气侧设置有第二结构(232)，所述第二结构(232)呈叶片高度方向的波浪形，第二结构(232)相邻两个波谷之间的距离为Mh，设定

其中α的取值范围为1～10°，MR_n为与叶片前侧端部间隔n-1个波谷的波谷半径，MR_n+1为与叶片前侧端部间隔n个波谷的波谷半径。

4.根据权利要求3所述的用于离心风机的叶片，其特征在于：最靠近叶片前侧端部的第二结构(232)的波谷半径为MR₁，并且满足

5.根据权利要求1或2所述的用于离心风机的叶片，其特征在于：所述叶片的外缘出气侧设置有第二结构(232)，所述第二结构(232)具有至少两个、沿着叶片的高度方向间隔布置，所述第二结构(232)的形状沿叶片的宽度方向呈正翼形的头部。

6.根据权利要求5所述的用于离心风机的叶片，其特征在于：相邻第二结构(232)之间距离为H1，并且满足

的取值范围为[0.7,3]，设定第二结构(232)的基准间距为H2，并且满足

的取值范围为[2,8]。

7.一种应用有如权利要求1～6中任一项所述的叶片的离心风机，包括蜗壳(1)和设置在蜗壳(1)内的叶轮(2)，所述叶轮(2)包括前盘(21)和后盘(22)，其特征在于：所述叶片设置在前盘(21)和后盘(22)之间。

8.根据权利要求7所述的离心风机，其特征在于：所述叶轮(2)还包括中盘(24)，所述第一结构(231)的弦线相对于中盘(24)所在平面形成一定的偏转角度。

9.一种吸油烟机，其特征在于：应用有如权利要求7或8所述的离心风机。

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