CN113175443A - 高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及叶轮领域，尤其是高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮。该叶轮包括锥前盘、无叶扩压延伸段、进风口、后盘、风机叶片、叶片流道、排气口，所述锥前盘和后盘之间固定有数个围绕旋转轴Z分布的风机叶片，相邻的风机叶片之间设有叶片流道，锥前盘设有进风口，从进风口的区域出发沿径向或者斜向向外引导的叶片流道形成排气口，锥前盘和后盘的边沿处均设有无叶扩压延伸段，无叶扩压延伸段为直线延伸及折边延，折边延伸的弯折角度在10°‑20°之间，风机叶片的前缘及尾缘均为斜切缘。该发明减小分离涡和抑制二次流，降低附面层损失，大幅度提高气动效率，降低气动噪声，提高了叶轮工作的稳定性。

Description

高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮
技术领域
本发明涉及叶轮领域，尤其是高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮。
背景技术
随着国家节能减排大力发展、能效标准的大力普及，要求风机厂家对产品的性能、效率、噪声、品质越来越高。尤其对中央空调室内机配套离心风机，洁净室FFU配套离心风机，精密空调配套离心风机，对现有无蜗壳后向离心风机存在缺陷：金属叶轮前盘为单段圆弧或多段圆弧平滑过渡，塑料叶轮为圆弧或者花瓣型扩压平滑过渡，圆弧前盘或花瓣型前盘从CFD仿真或者气流示踪试验，从额定工况或者其他工况上看，前盘处始终存在气流分离及涡流，气流流经此类前盘处无法避免气流分离损失；目前市场上主流设计均采用叶片与前后盘相同直径设计，此类设计无法有效的利用叶轮的周向速度，由于无蜗壳后向离心风机出口直接面向大空间，使风机的出口损失加大；叶片中心积叠线未优化，主流设计金属叶轮或者塑料叶片积叠线没有按空间扭曲从轴向转向径向，由于无蜗壳后向离心风机从气流入口处到出口沿迹线是按轴向转向径向或者斜向，传统主流设计虽然有三维扭曲设计，但是没有发挥出最好的气动和声学指标；金属叶轮传统设计前后缘均未圆角，气流进口损失大，由于气流进入前缘后受前缘直角影响，导致气流经过整个叶片流道时，在叶片后缘附面层增加，造成叶片后缘二次流及涡流损失加大。
发明内容
为了克服现有的叶轮的工作效率低的不足，本发明提供了高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，包括锥前盘、无叶扩压延伸段、进风口、后盘、风机叶片、叶片流道、排气口，所述锥前盘和后盘之间固定有数个围绕旋转轴Z分布的风机叶片，相邻的风机叶片之间设有叶片流道，锥前盘设有进风口，从进风口的区域出发沿径向或者斜向向外引导的叶片流道形成排气口，锥前盘和后盘的边沿处均设有无叶扩压延伸段，无叶扩压延伸段为直线延伸及折边延，折边延伸的弯折角度在10°-20°之间，风机叶片的前缘及尾缘均为斜切缘。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述锥前盘与进风口之间设有圆弧过渡段，锥前盘与无叶扩压延伸段之间角度γ1为21°-27°，无叶扩压延伸段与锥前盘直径比为1.11：1-1.21：1，无叶扩压延伸段与锥前盘连接处设有圆弧过渡段，进风口与无叶扩压延伸段的直径比0.57：1-0.67：1，进风口与锥前盘之间设有两端直线过渡段与两端圆弧过渡段，直线过渡段与圆弧过渡段交错分布，靠近进风口处的直线过渡段在横断子午面上与旋转轴Z的夹角为13°-15°，靠近锥前盘处的直线过渡段在横断子午面上与旋转轴Z的夹角为11°~13°。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述后盘上设有加强凸包、平直段、扩压延伸段。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述风机叶片轮毂处进口安装角β1Ah角度为9°-13°，风机叶片轮毂处出口安装角β2Ah角度为26°-30°，锥前盘处进口安装角β1As角度为13°-17°，锥前盘处出口安装角β2As角度为27°-31°，风机叶片前缘轮毂处直径R1h与后盘R2直径的比值为0.576：1-0.596：1，风机叶片后缘轮毂处直径R2h与锥前盘直径R2的比值为0.892：1-0.912：1，锥前盘直径R1s与后盘直径R2的比值为0.644：1-0.664：1，风机叶片后缘前处直径R2s与锥前盘直径R2的比值为0.937：1-0.957：1，风机叶片在旋转轴Z方向以旋转轴Z旋转对称分布。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述后盘的渐开张角大于锥前盘的渐开张角。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述排气口位于无叶扩压延伸段外端，排气口在旋转轴Z方向以旋转轴Z旋转对称分布。
本发明的有益效果是，该发明减小分离涡和抑制二次流，降低附面层损失，大幅度提高气动效率，降低气动噪声，提高了叶轮工作的稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的第一视角的结构示意图；
图2是本发明的第二视角的结构示意图；
图3是本发明的风机叶片中心积迭线的结构示意图；
图4是本发明的等直径圆子午流道的结构示意图；
图5是本发明的锥前盘的结构示意图；
图6是本发明的风机叶片的结构示意图；
图7是本发明的后盘的结构示意图；
图中2. 锥前盘，3. 无叶扩压延伸段，4. 进风口，6 . 后盘，8. 风机叶片，10. 叶片流道，601. 加强凸包，602. 平直段，603. 扩压延伸段。
具体实施方式
图1是本发明的第一视角的结构示意图；图2是本发明的第二视角的结构示意图；图3是本发明的风机叶片中心积迭线的结构示意图；图4是本发明的等直径圆子午流道的结构示意图；图5是本发明的锥前盘的结构示意图；图6是本发明的风机叶片的结构示意图；图7是本发明的后盘的结构示意图。
结合附图1和附图2所示，一种高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，包括锥前盘2、无叶扩压延伸段3、进风口4、后盘6、风机叶片8、叶片流道10、排气口，所述锥前盘2和后盘6之间固定有数个围绕旋转轴Z分布的风机叶片8，相邻的风机叶片8之间设有叶片流道10，锥前盘2设有进风口4，从进风口4的区域出发沿径向或者斜向向外引导的叶片流道10形成排气口，锥前盘2和后盘6的边沿处均设有无叶扩压延伸段3，无叶扩压延伸段3为直线延伸及折边延，折边延伸的弯折角度在10°-20°之间，风机叶片8的前缘及尾缘均为斜切缘。
如附图5所示，锥前盘2与进风口4之间设有圆弧过渡段，锥前盘2与无叶扩压延伸段3之间角度γ1为21°-27°，无叶扩压延伸段3与锥前盘2直径比为1.11：1-1.21：1，无叶扩压延伸段3与锥前盘2连接处设有圆弧过渡段，进风口4与无叶扩压延伸段3的直径比0.57：1-0.67：1，进风口4与锥前盘2之间设有两端直线过渡段与两端圆弧过渡段，直线过渡段与圆弧过渡段交错分布，靠近进风口4处的直线过渡段在横断子午面上与旋转轴Z的夹角为13°-15°，靠近锥前盘2处的直线过渡段在横断子午面上与旋转轴Z的夹角为11°~13°。
如附图7所示，后盘6上设有加强凸包601、平直段602、扩压延伸段603。
如附图3所示，风机叶片8中心积迭线采用空间错叠多曲线投影到后盘6面呈开扇型, 风机叶片8中心积迭线与旋转轴Z近似相交角在7°左右，风机叶片8中心积迭线与锥前盘2、后盘6处进出口安装角处交线，风机叶片8中心积迭线按扇形外周呈样条曲线规律布置，布置规律按靠近后盘6处积迭线长，靠近锥前盘2处积迭线短，积迭线从后盘6到锥前盘2的排列顺序是JDX1- JDX2- JDX3- JDX4- JDX5- JDX6- JDX7- JDX8- JDX9,叶片数可根据实际工况设置成5、6、7、8、9、10、11、12、13叶等各种叶片数。
结合附图4和附图 6所示，风机叶片8轮毂处进口安装角β1Ah角度为9°-13°，风机叶片8轮毂处出口安装角β2Ah角度为26°-30°，锥前盘2处进口安装角β1As角度为13°-17°，锥前盘2处出口安装角β2As角度为27°-31°，风机叶片8前缘轮毂处直径R1h与后盘6R2直径的比值为0.576：1-0.596：1，风机叶片8后缘轮毂处直径R2h与锥前盘2直径R2的比值为0.892：1-0.912：1，锥前盘2直径R1s与后盘6直径R2的比值为0.644：1-0.664：1，风机叶片8后缘前处直径R2s与锥前盘2直径R2的比值为0.937：1-0.957：1，风机叶片8在旋转轴Z方向以旋转轴Z旋转对称分布。
后盘6的渐开张角大于锥前盘2的渐开张角。
排气口11位于无叶扩压延伸段3外端，排气口11在旋转轴Z方向以旋转轴Z旋转对称分布。
风机叶片8中心积迭线与旋转轴Z倾斜堆叠有效减少周期性非定常干涉噪声，开扇形堆叠改变风机叶片8尾部形状，有效减小径向叶栅稠度扩大高效稳定工作区域，沿叶高方向前缘斜切渐进后排改善了流动状况有效的提高了叶栅效率，风机叶片8各弦长和各安装角合理堆叠有效的提高风扇的效率。三元流叶轮改变传统的叶片的堆叠方式，有效的改善了后盘处的流场，由于流道随风机叶片8空间扭曲，由于采用小冲角变环量设计，后盘6气流不易因剥离造成脱流，由扭曲叶片后盘6处出口安装角小，锥前盘2处出口安装角大，有效控制了轴向压力剃度，使气流从后盘6处往叶中处堆叠，减小涡流损失，压力脉动幅值较低，叶轮出口处流动较为稳定，叶轮出口处气流流动较为均匀；叶片流道10为气流流道子午面上等直径圆设计，从进风口4到排气口随着叶轮直径的增大，根据质量守恒原理，流量从进口处到出口处保持恒定，流速跟随子午面流道从大到小均匀分布在流道子午面上，有效的控制了气流流动，减少了分离涡的产生，优化的前后盘型线有助于减小流动损失，提高无蜗壳后向离心风机的效率；锥前盘2区别传统的单圆弧、多圆弧的结构设计，由多段圆弧和多段直线控制前盘型线，传统观点一直认为弧前盘的叶轮性能比锥前盘好，因为弧前盘的一段圆弧可使气体的流动缓慢变化，光滑过渡，针对后向无蜗壳离心风机，比转速都比普通离心风机要大，从设计工况效率和变工况性能，在小比转速时，弧前盘性能要好些，而锥前盘更适合于后向无蜗壳离心叶轮大比转速时使用，锥前盘2多段直线和圆弧控制更能减小气流分离，附面层更薄，涡流损失更少，进风口4侧由两段直线和两段圆弧控制入口气流，第二段直线段与旋转轴Z的夹角有意控制比第一段直线段与旋转轴Z的夹角要小2°左右，使锥前盘2从外观上看有向内折弯加强的趋势，通过直线段+(小圆弧过渡)+直线段+大圆弧段+大圆弧段+直线段+(小圆弧过渡)+直线段+(小圆弧过渡)+直线段，除中间两段大圆弧通过圆弧控制，其他都是通过直线段控制，第二段直线段与旋转轴Z的夹角比第一段直线段与旋转轴Z的夹角小，可以有效的控制进口气流，使进口气流缓慢的变化，有效的控制气流组织，通过协同三元流叶片和后盘的型线，可以使气流在前盘后端不易脱流，不产生分离涡，进而减少涡流损失，另外通过折边工艺处理，使进风口处圆整度能够得到很好的控制，有效的减少由于进口圆整度不够带来的进口涡流损失。无叶扩压延伸段3超过叶片外径处延长一段直线段或者折线段，无叶扩压使周向速度能被有效利用，使轴向的动能转化为静压，从而减小了叶轮的出口损失，其次由于传统无蜗壳后向离心风机出口直接面对大空间，气流从叶片后缘流道流出后会有额外的突扩损失，导致出口会增加较大的气动噪声，无叶扩压延伸段3很好的解决了这一问题，随着无叶扩压向外直径扩大，叶轮出风口面积逐渐加大，出口风速缓慢减小，使出口动压有效的转化为静压，起到静压回收的作用。

Claims (6)

1.一种高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，其特征是，包括锥前盘（2）、无叶扩压延伸段（3）、进风口（4）、后盘（6）、风机叶片（8）、叶片流道（10）、排气口，所述锥前盘（2）和后盘（6）之间固定有数个围绕旋转轴Z分布的风机叶片（8），相邻的风机叶片（8）之间设有叶片流道（10），锥前盘（2）设有进风口（4），从进风口（4）的区域出发沿径向或者斜向向外引导的叶片流道（10）形成排气口，锥前盘（2）和后盘（6）的边沿处均设有无叶扩压延伸段（3），无叶扩压延伸段（3）为直线延伸及折边延，折边延伸的弯折角度在10°-20°之间，风机叶片（8）的前缘及尾缘均为斜切缘。
2.根据权利要求1所述的高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，其特征是，所述锥前盘（2）与进风口（4）之间设有圆弧过渡段，锥前盘（2）与无叶扩压延伸段（3）之间角度γ1为21°-27°，无叶扩压延伸段（3）与锥前盘（2）直径比为1.11：1-1.21：1，无叶扩压延伸段（3）与锥前盘（2）连接处设有圆弧过渡段，进风口（4）与无叶扩压延伸段（3）的直径比0.57：1-0.67：1，进风口（4）与锥前盘（2）之间设有两端直线过渡段与两端圆弧过渡段，直线过渡段与圆弧过渡段交错分布，靠近进风口（4）处的直线过渡段在横断子午面上与旋转轴Z的夹角为13°-15°，靠近锥前盘（2）处的直线过渡段在横断子午面上与旋转轴Z的夹角为11°~13°。
3.根据权利要求1所述的高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，其特征是，所述后盘（6）上设有加强凸包（601）、平直段（602）、扩压延伸段（603）。
4.根据权利要求1所述的高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，其特征是，所述风机叶片（8）轮毂处进口安装角β1Ah角度为9°-13°，风机叶片（8）轮毂处出口安装角β2Ah角度为26°-30°，锥前盘（2）处进口安装角β1As角度为13°-17°，锥前盘（2）处出口安装角β2As角度为27°-31°，风机叶片（8）前缘轮毂处直径R1h与后盘（6）R2直径的比值为0.576：1-0.596：1，风机叶片（8）后缘轮毂处直径R2h与锥前盘（2）直径R2的比值为0.892：1-0.912：1，锥前盘（2）直径R1s与后盘（6）直径R2的比值为0.644：1-0.664：1，风机叶片（8）后缘前处直径R2s与锥前盘（2）直径R2的比值为0.937：1-0.957：1，风机叶片（8）在旋转轴Z方向以旋转轴Z旋转对称分布。
5.根据权利要求1所述的高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，其特征是，所述后盘（6）的渐开张角大于锥前盘（2）的渐开张角。
6.根据权利要求1所述的高效低噪无蜗壳后向离心风机三元流叶轮，其特征是，所述排气口位于无叶扩压延伸段（3）外端，排气口在旋转轴Z方向以旋转轴Z旋转对称分布。
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