CN113404711A - 一种桶型轴流风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桶型轴流风机，包括外桶、驱动件、叶轮和多个导叶，外桶设有进风端和出风端，叶轮安装于驱动件的输出轴，叶轮包括多个叶片，叶轮和导叶均位于外桶内，导叶位于叶轮靠近出风端的一侧，导叶两端分别与外桶内壁和安装座固定连接，多个导叶环绕设置于安装座外周，多个导叶按角度不等的方式圆周分布，导叶的排布角度差ψ＝(360°/n)‑a*θ，其中n为导叶数量，θ为叶片的不等距角度差，a为大于3且小于6的比例系数，θ大于1°且小于10°。本发明取得的有益效果：保证轴流风机的工作效率的同时，减小基频处的噪音强度，具有声品质较好的优点，具有轴流风机在工作过程中噪音对人的干扰能力较低的优点。

Description

一种桶型轴流风机

技术领域

本发明涉及轴流风机的技术领域，具体涉及一种桶型轴流风机。

背景技术

轴流风机主要由叶轮、电机、风壳、支架组成，虽然结构简单，但随着社会进步，传统结构的轴流风机已无法满足人们对轴流风机越来越高的性能要求。轴流风机用途非常广泛，可用于工厂、仓库、办公室、住宅内等场所的通风换气，轴流风机的使用场合包括且不限于上述设施。目前人们对可移动、给人送风的轴流风机的要求在于：(1)风机在运行时吹风距离要远，满足在距离风机较远的人的吹风需求，为此风机转速要较高，风机自身的导流、集流效果要好；(2)风机噪音不能过高，不能让人听着不舒服；(3)风机整机尺寸不能过大，要满足可移动环境下使用；(4)风机功率小，能效比高。

现有风机一般能满足风量和吹风距离要求，但噪音很难满足要求，一般在性能或结构上有以下做法：(1)为满足风量、吹风距离要求，提高风机转速，但会大幅增大风机噪音和功率，降低人们的舒适度，同时十分耗能；(2)减低转速，加大扇叶直径，满足风量和吹风距离要求，但会增大整机尺寸，不利于轴流风机的移动、安装和使用；(3)在风轮前面或是后面加装导流叶，改变风壳内部气流规律，但是不能很好的降低噪音。

为了改善轴流风机效能和减小轴流风机的工作噪音，公告号为CN1793664的中国发明专利公开了一种列车空调冷凝器用低噪音轴流风机，包括电机、风机叶片、机壳、支架及轮毂，电机支架的截面为流线体，安装位置往机壳下部偏移而离风机叶片较远，支架数目与叶片数不互成倍数。风机叶片采用按变环量流型、负指数设计的新叶型替代按等环量设计的原叶型，为组装式可调叶角型，能满足不同地区使用，叶片呈外宽内窄，不等距排列，叶片各截面重心联线与径向直线间的夹角≤30°，呈前掠状。采用外宽内窄高压力系数弯掠组合的低噪音叶型和不等距排列的风机叶片替代进口现用等距排列径向对称叶片，可充分利用叶轮外径处效率高的特点，增加其加功量，且可明显降低叶根附近的过大攻角值，且将叶片叶角制成可调式，可供列车在不同地区和不同季节运行时选用，以利节能。将流线型电机支架适度远离叶片进口端，可减少气体绕流时产生的涡流和减少对叶轮作功能力的影响。

公告号为CN100445568C的中国发明专利公开了一种牵引电机制动冷却系统单叶轮轴流风机，用加装前导叶的单叶轮结构替代二级叶轮串联运行结构，采用前导叶+叶轮+后导叶的技术方案，在叶轮的前面加装反向导流叶片，再将电机的轴向支撑板改为按气流方向设计的流线型导向板，同时改进叶轮的叶型设计，叶片采用外宽内窄弯掠组合状，并按不等距方式排列。风机转动时，通过流线型的电机支撑板、外宽内窄前掠状低噪音叶片和不等距排列叶片的新方案，以及采用了加装前导叶的单叶轮结构，可替代二级叶轮串联运行的方案，改善了风机运行条件，提高风机效率，降低气流分离，实现较大幅度节能和降噪的目的。但在使用过程中，导叶也会产生噪音，导致轴流风机工作过程中噪音对人的干扰能力较大，影响使用的体验。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种桶型轴流风机，其包括外桶、安装座、驱动件、叶轮和多个导叶，该桶型轴流风机具有能够减小基频处的噪音强度和噪音对人的干扰能力较低的优点。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种桶型轴流风机，包括外桶、安装座、驱动件、叶轮和多个导叶，所述外桶设有进风端和出风端，所述驱动件安装于安装座，所述叶轮安装于驱动件的输出轴，所述叶轮包括多个叶片，所述叶轮和导叶均位于外桶内，所述导叶位于叶轮靠近出风端的一侧，所述导叶两端分别与外桶内壁和安装座固定连接，多个所述导叶环绕设置于安装座外周，多个所述导叶以绕安装座按旋转角度不等的方式圆周分布，所述导叶的排布角度差ψ＝(360°/n)-a*θ，其中n为导叶数量，θ为叶片的不等距角度差，a为大于3且小于6的比例系数，θ大于1°且小于10°。通过这样的设置：通过将多个导叶以角度不等的方式圆周分布，使角度不同的导叶上产生的噪音频率不同，并能够防止噪音谐波的出现，破坏多个导叶之间的噪音干涉，使噪音的频率分布均匀，并能非常有效地减小基频处的噪音强度，从而能有效降低噪音级别，具有声品质较好的优点，具有轴流风机在工作过程中噪音对人的干扰能力较低的优点。叶片采用不等距角度的方式设置，能够有效降低叶片基频的噪音峰值，使基频的声能分布到较宽的频带范围内，并且可以使基频的峰值转移到低频部分，从而使风扇噪音对人的干扰能力大幅降低，也能起到提高轴流风机声品质的效果。既能够方便设计不等距导叶，也能够使导叶的角度设计更合理，进一步降低叶片基频的噪音峰值，提高轴流风机声品质的效果。

作为优选，所述叶片顶部设有外弧面，所述外弧面的曲率γ＝(R-0.8r)/4，其中R为叶轮半径，r为叶片的叶高半径。通过这样的设置：能够使空气在叶片表面能够更为流畅的流动，不仅能提高排气流量，还能够有效降低叶片转动时产生的噪音，起到降低噪音的作用，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

作为优选，所述叶片中部设有内弧面，所述内弧面与外弧面弯曲的方向相反。通过这样的设置：提高轴流风机的能效比，达到增大风机的流量、减小功率的效果，提高风机的工作性能，也能够使空气在叶片表面流动更为流畅，起到降低噪音的作用，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

作为优选，所述叶片靠近导叶的一侧边缘设有锯齿。通过这样的设置：有效减小涡流产生的噪音，达到降低噪音的效果，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

作为优选，所述外桶进风端设有喇叭口，所述喇叭口沿远离外桶的方向外径逐渐增大。通过这样的设置：起到集流的作用，使得风机的吹风距离更远，同时提高轴流风机的高压区的风量。

作为优选，所述安装座呈圆筒形，所述驱动件固定安装于安装座内。通过这样的设置：使轴流风机的结构更为紧凑，能够在保证工作性能满足要求的前提下减小轴流风机的外型尺寸。

作为优选，所述外桶固定安装有位于进风端处的前网罩，所述外桶固定安装有位于出风端处的后网罩，所述前网罩和后网罩均设有缝隙，所述后网罩的缝隙宽度大于前网罩的缝隙宽度。通过这样的设置：起到提高安全性的作用，减小后网罩对气流的影响，提高轴流风机吹起的流量和距离，起到提高轴流风机工作性能的作用。

作为优选，所述叶片和导叶均倾斜设置，所述导叶倾斜的方向与叶片倾斜的方向相反。通过这样的设置：使空气在流动的方向与导叶倾斜的方向接近，从而减小导叶对空气造成的阻力，提高轴流风机的工作性能，并能够降低导叶产生的噪音。

作为优选，所述驱动件设有滑道，所述滑道与安装座之间设有锁定件。

相对于现有技术，本发明取得了有益的技术效果：

1、通过将多个导叶以角度不等的方式圆周分布，使角度不同的导叶上产生的噪音频率不同，并能够防止噪音谐波的出现，破坏多个导叶之间的噪音干涉，使噪音的频率分布均匀，并能非常有效地减小基频处的噪音强度，从而能有效降低噪音级别，具有声品质较好的优点，具有轴流风机在工作过程中噪音对人的干扰能力较低的优点。

2、能进一步优化叶片和导叶之间的组合结构，减小叶片与导叶的干涉噪声，降低基频噪声，从而能够在减小噪声的同时，保证轴流风机的气动效率，起到进一步降低轴流风机噪音干扰能力的效果，具有轴流风机声品质较好的优点。

3、在叶片转动的过程中，空气能够在内弧面的表面流动，并能通过内弧面引导空气向内弧面的中部流动，达到增大内弧面处气体压力的作用，提高轴流风机的能效比，达到增大轴流风机的流量、降低功率的效果，提高轴流风机的工作性能，也能够使空气在叶片表面流动更为流畅，起到降低噪音的作用，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一种桶型轴流风机的结构示意图；

图2是本发明实施例锁定件和滑道的结构示意图；

图3是本发明实施例外桶、导叶和安装座的连接结构示意图；

图4是本发明实施例叶轮和叶片的结构示意图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

11、外桶；12、导叶；13、进风端；14、出风端；15、喇叭口；16、前网罩；17、后网罩；21、安装座；22、滑道；23、锁定件；24、螺母；31、驱动件；32、叶轮；33、叶片；34、外弧面；35、内弧面；36、锯齿。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

参考图1-4，一种桶型轴流风机，包括外桶11、安装座21、驱动件31、叶轮32和多个导叶12。

参考图1和图2，外桶11设有进风端13和出风端14，外桶11进风端13设有喇叭口15，喇叭口15沿远离外桶11的方向外径逐渐增大。外桶11固定安装有位于进风端13处的前网罩16，外桶11固定安装有位于出风端14处的后网罩17，前网罩16和后网罩17均设有缝隙，后网罩17的缝隙宽度大于前网罩16的缝隙宽度。驱动件31安装于安装座21，安装座21呈圆筒形，驱动件31固定安装于安装座21内。所述驱动件31设有滑道22，所述滑道22与安装座21之间设有锁定件23，锁定件23为穿设于安装座21的螺栓，螺栓的螺栓头卡入滑道22内，螺栓螺纹连接有与安装座21卡接的螺母24。

参考图1和图3，叶轮32安装于驱动件31的输出轴，叶轮32包括多个叶片33，叶轮32和导叶12均位于外桶11内，导叶12位于叶轮32靠近出风端14的一侧，导叶12两端分别与外桶11内壁和安装座21固定连接，多个导叶12环绕设置于安装座21外周，多个导叶12以绕安装座21按旋转角度不等的方式圆周分布，多个相邻导叶12夹角沿统一的圆周方向逐渐增大或减小(在本实施例中，多个相邻导叶12夹角沿同一的圆周方向逐渐增大)。导叶12的排布角度差ψ＝(360°/n)-a*θ，其中n为导叶12数量，θ为叶片33的不等距角度差，a大于3且小于6，θ大于1°且小于10°。

参考图4，叶片33顶部设有外弧面34，外弧面34的曲率γ＝(R-0.8r)/4，其中R为叶轮32半径，r为叶片33的叶高半径。叶片33中部设有内弧面35，内弧面35与外弧面34弯曲的方向相反。叶片33靠近导叶12的一侧边缘设有锯齿36。叶片33和导叶12均倾斜设置，导叶12倾斜的方向与叶片33倾斜的方向相反。

转动的叶轮32驱使空气流动，使空气沿进风端13向出风端14的方向流动，并使空气在流动的过程中具有径向速度。通过在叶轮32靠近出风端14的一侧设置导叶12，利用导叶12调整气流的径向速度和轴向速度，将径向速度转化为径压，达到提高出风速度的作用，起到提高轴流风机的工作效率的效果。

转动的叶轮32驱使空气流动，使空气沿进风端13向出风端14的方向流动，并使空气在流动的过程中具有径向速度，会在多个导叶12上产生干涉噪音。通过将多个导叶12以角度不等的方式圆周分布，使角度不同的导叶12上产生的噪音频率不同，并能够防止噪音谐波的出现，破坏多个导叶12之间的噪音干涉，使噪音的频率分布均匀，能有效减小基频处的噪音强度。

在本实施例中，导叶12数量n＝12，叶片33的不等距角度差θ＝5，系数a＝5.4，因此不等距导叶12的不等距角度差ψ＝(360°/12)-5.4*5°＝3°。通过采用上述导叶12的不等距角度设计，获得比等距分布更好的声品质。

通过对不等距角度差的计算和噪音仿真，不等距角度导叶12在采用以下几组不同的参数后会有比较好的降噪效果：

第一组不等距角度导叶：当导叶数量n＝12、叶片的不等距角度差θ＝5、系数a＝5.4时，不等距角度差ψ＝(360°/12)-5.4*5°＝3°；

第二组不等距角度导叶：当导叶数量n＝12、叶片的不等距角度差θ＝5、系数a＝4.9时，不等距角度差ψ＝(360°/12)-4.9*5°＝5.5°；

第三组不等距角度导叶：当导叶数量n＝12、叶片的不等距角度差θ＝5、系数a＝5.7时，不等距角度差ψ＝(360°/12)-5.7*5°＝1.5°。

不等距角度导叶12和圆周均匀分布的等距导叶12经过软件仿真测试后得到以下测试数据，具体测试数据如表1所示：

表1等距导叶和不等距角度导叶160Hz-2000Hz频率段的噪声频谱

在软件仿真测试中，采用不等距角度的导叶的噪声总值均小于等距导叶的噪声总值，且在相同导叶数量、相同叶片的不等距角度差的条件下，当导叶不等距角度为3°时噪声总值最小。导叶不等距角度为3°时噪声总值为67dB，而在相同条件下的等距导叶的噪声总值为69dB。

在不等距导叶12和等距导叶12的仿真对照测试中，噪音值较高的频率上，即500Hz和800Hz的频率，采用了不等距导叶12后，原本噪音值较高的频率明显降低，虽然在其他的一部分频段中不等距导叶12的噪声要比等距导叶12的噪声高，但最终得到效果是不等距导叶12的噪声总值要低于等距导叶12的噪声总值。从而通过仿真测试可知，采用了不等距导叶12的设置，能够起到降低轴流风机总的噪音值的效果，减小在基频处的噪声大小，能够起到提高轴流风机声品质的作用。

在导叶12装配到轴流风机上后，运转轴流风机，经过实测，等距分布安装导叶12的整机噪音值为86.5d(B)A，采用角度差为3°的不等距分布安装导叶12的整机噪音值变为85.8d(B)A，整机噪音值减小0.7d(B)A。采用不等距导叶12的设置，能起到降低轴流风机整机噪音的作用，减小轴流风机噪音对人的干扰能力大幅降低，也能起到提高轴流风机声品质的效果。

本实施例具有以下优点：

驱动件31带动叶轮32转动，转动的叶轮32驱使空气流动，使空气沿进风端13向出风端14的方向流动，实现吹风的功能。叶轮32驱使空气流动到导叶12处时，气流具有径向速度，具有一定径向速度的气流经过导叶12时，会在多个导叶12上产生干涉噪音。通过将多个导叶12以角度不等的方式圆周分布，使角度不同的导叶12上产生的噪音频率不同，并能够防止噪音谐波的出现，破坏多个导叶12之间的噪音干涉，使噪音的频率分布均匀，并能非常有效地减小基频处的噪音强度，从而能有效降低噪音级别，具有声品质较好的优点，具有轴流风机在工作过程中噪音对人的干扰能力较低的优点。

叶片33采用不等距角度的方式设置，能够有效降低叶片33基频的噪音峰值，使基频的声能分布到较宽的频带范围内，并且可以使基频的峰值转移到低频部分，从而使风扇噪音对人的干扰能力大幅降低，也能起到提高轴流风机声品质的效果。

由于流动到导叶12处的气流的径向速度是通过叶轮32的转动产生的，因此将导叶12的不等距角度与叶片33的角度相配合，从而能进一步优化叶片33和导叶12之间的组合结构，减小叶片33与导叶12的干涉噪声，降低基频噪声，从而能够在减小噪声的同时，保证轴流风机的气动效率，起到进一步降低轴流风机噪音干扰能力的效果，具有轴流风机声品质较好的优点。

通过将导叶12角度差设置为ψ＝(360°/n)-a*θ，能够通过计算得出不等距导叶12的角度差，既能够方便设计不等距导叶12，也能够使导叶12的角度设计更合理，进一步降低叶片33基频的噪音峰值，使基频的声能分布到较宽的频带范围内，并且可以使基频的峰值转移到低频部分，从而使风扇噪音对人的干扰能力大幅降低，也能起到提高轴流风机声品质的效果。

通过将在叶片33顶部设置外弧面34，使气流能够沿外弧面34的表面流动。叶轮32在带动叶片33转动过程中，利用外弧面34推动空气流动并能起到加压的效果，升高外弧面34出的空气压力，能够达到增大外弧面34处气体压力的作用，提高轴流风机的能效比，达到增大轴流风机的流量、降低功率的效果，提高轴流风机的工作性能。同时，通过外弧面34的设置，能够使空气在叶片33表面能够更为流畅的流动，不仅能提高排气流量，还能够有效降低叶片33转动时产生的噪音，起到降低噪音的作用，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

将外弧面34的曲率设置为γ＝(R-0.8r)/4，从而能够根据不同直径的叶片33设置曲率合适的外弧面34，保证叶片33的工作性能。

外弧面34向叶片33外侧弯曲，内弧面35向叶片33内侧弯曲。通过内弧面35的设置，在叶片33转动的过程中，空气能够在内弧面35的表面流动，并能通过内弧面35引导空气向内弧面35的中部流动，达到增大内弧面35处气体压力的作用，提高轴流风机的能效比，能够增大风机的流量、减小功率的效果，提高风机的工作性能，也能够使空气在叶片33表面流动更为流畅，起到降低噪音的作用，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

叶片33在转动过程中，叶片33在转动方向的后端会产生涡流引起噪音。叶片33的后端位于靠近导叶12的一侧，将锯齿36设置在叶片33的后端，使叶片33后端不平整，从而使叶片33后端产生的涡流在交汇处相互抵消，从而有效减小涡流产生的噪音，达到降低噪音的效果，降低轴流风机的噪音对人的干扰能力，起到提高轴流风机声品质的效果。

通过在外桶11的进风端13设置喇叭口15，能起到集流的作用，使得风机的吹风距离更远，同时提高轴流风机的高压区的风量。

将安装座21设置成圆筒形，并将驱动件31安装在安装座21内，使轴流风机的结构更为紧凑，能够在保证工作性能满足要求的前提下减小轴流风机的外型尺寸。

通过前网罩16和后网罩17的设置，防止人的手指意外进入叶片33处，从而防止叶片33在转动过程中将人手划伤，起到提高安全性的作用。前网罩16离叶轮32较近需要防止人的手指穿过，而后网罩17与叶轮32之间还设有叶片33，使得后网罩17与叶轮32之间的距离较远，因此需要防止人的手臂穿过。将后网罩17的间隙增大，减小后网罩17对气流的影响，提高轴流风机吹起的流量和距离，起到提高轴流风机工作性能的作用。

通过叶片33转动驱动空气流动，使空气在向导叶12流动的过程中，除了具有沿朝向出风端14的周向速度外，还具有沿叶片33转动的方向旋转的径向速度。导叶12倾斜的方向与叶片33倾斜的方向相反，使空气在流动的方向与导叶12倾斜的方向接近，从而减小导叶12对空气造成的阻力，提高轴流风机的工作性能，并能够降低导叶12产生的噪音。

在安装驱动件31的过程中，将锁定件23卡入滑道22内，从而能够起到定位驱动件31的作用，并能在滑道22的延伸方向上方便调节驱动件31的安装位置。将驱动件31移动至合适的位置后，扭紧螺母24，通过螺母24和螺钉提供的预紧力，使滑道22和安装座21保持抵紧的状态，从而能够通过摩擦力阻止滑道和驱动件31移动，实现锁定驱动件31的安装位置的功能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种桶型轴流风机，包括外桶(11)、安装座(21)、驱动件(31)、叶轮(32)和多个导叶(12)，所述外桶(11)设有进风端(13)和出风端(14)，所述驱动件(31)安装于安装座(21)，所述叶轮(32)安装于驱动件(31)的输出轴，所述叶轮(32)包括多个叶片(33)，所述叶轮(32)和导叶(12)均位于外桶(11)内，所述导叶(12)位于叶轮(32)靠近出风端(14)的一侧，其特征在于：所述导叶(12)两端分别与外桶(11)内壁和安装座(21)固定连接，多个所述导叶(12)环绕设置于安装座(21)外周，多个所述导叶(12)以绕安装座(21)按旋转角度不等的方式圆周分布，所述导叶(12)的排布角度差ψ＝(360°/n)-a*θ，其中n为导叶(12)数量，θ为叶片(33)的不等距角度差，a为大于3且小于6的比例系数，θ大于1°且小于10°。

2.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述叶片(33)顶部设有外弧面(34)，所述外弧面(34)的曲率γ＝(R-0.8r)/4，其中R为叶轮(32)半径，r为叶片(33)的叶高半径。

3.根据权利要求2所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述叶片(33)中部设有内弧面(35)，所述内弧面(35)与外弧面(34)弯曲的方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述叶片(33)靠近导叶(12)的一侧边缘设有锯齿(36)。

5.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述外桶(11)进风端(13)设有喇叭口(15)，所述喇叭口(15)沿远离外桶(11)的方向外径逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述安装座(21)呈圆筒形，所述驱动件(31)固定安装于安装座(21)内。

7.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述外桶(11)固定安装有位于进风端(13)处的前网罩(16)，所述外桶(11)固定安装有位于出风端(14)处的后网罩(17)，所述前网罩(16)和后网罩(17)均设有缝隙，所述后网罩(17)的缝隙宽度大于前网罩(16)的缝隙宽度。

8.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述叶片(33)和导叶(12)均倾斜设置，所述导叶(12)倾斜的方向与叶片(33)倾斜的方向相反。

9.根据权利要求1所述的一种桶型轴流风机，其特征在于：所述驱动件(31)设有滑道(22)，所述滑道(22)与安装座(21)之间设有锁定件(23)。

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