CN113586482B - 一种多翼式离心风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多翼式离心风机，包括蜗壳，其具有蜗形腔，蜗壳的端面设有进风口，蜗壳的侧壁设有出风口，出风口的内侧设有蜗舌，蜗舌的开口朝外，蜗壳处往外切向延伸有第一延伸板，蜗舌自其远离蜗壳的一端往外切向延伸有第二延伸板，第二延伸板的延伸方向逐渐远离第一延伸板，第一延伸板与第二延伸板的夹角a1＝42°～50°；叶轮，其位于蜗形腔内，叶轮上设有多个叶片，多个叶片沿叶轮的中心轴线周向间隔阵列，叶片的弧心角a2≥90°，叶片的出口安装角β1＝30°～36°，提高出风面积的同时，减少气流流动分离，而且，减少流动损失，减少流道和出风口处的涡流，使得气流平缓，大幅提高风机效率，降低噪声，生产成本低。

Description

一种多翼式离心风机

技术领域

本发明涉及离心风机领域，特别涉及一种多翼式离心风机和一种风机。

背景技术

前向多翼离心风机是一种在民用和工业领域广泛使用的通风设备，主要用于抽油烟或排风的居多。近年来，随着社会对节能环保及生产工作环境要求的不断提高，离心风机的性能指标也需日益提升。

前向多翼离心风机由蜗壳和叶轮组成，叶轮包括多个前向型的叶片，靠近进风方向的叶片边缘为前缘，靠近出风方向的叶片边缘为尾缘，叶片的前缘、压力面、尾缘和吸力面依次首尾相连围成的区域构成叶片形状，目前，为提高离心风机性能，往往会从叶轮叶片的形状曲线入手，以便更好的调节风机整体流量和效率，但是，叶片的型线设计难度大，同时加工成本高，难以提高生产厂商的商品竞争力，并且，仍然存在噪声大、压力不足、效率偏低等问题，难以满足社会及使用者的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种多翼式离心风机，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种多翼式离心风机，包括：蜗壳，其具有蜗形腔，所述蜗壳的端面设有进风口，所述蜗壳的侧壁设有出风口，所述进风口与所述出风口均与所述蜗形腔连通，以远离所述蜗壳设计中心的方向为外，所述出风口的内侧设有呈圆弧状的蜗舌，所述蜗舌的开口朝外，所述蜗壳自所述出风口处往外切向延伸有第一延伸板，所述蜗舌自其远离所述蜗壳的一端往外切向延伸有第二延伸板，所述第二延伸板的延伸方向逐渐远离所述第一延伸板，所述第一延伸板与所述第二延伸板的夹角a1＝42°～50°；叶轮，其位于所述蜗形腔内，所述叶轮上设有多个叶片，多个所述叶片沿所述叶轮的中心轴线周向间隔阵列，所述叶片的型线呈弧形，所述叶片的弧心角a2≥90°，所述叶片的出口安装角β1＝30°～36°。

该技术方案至少具有如下的有益效果：本发明优化后的第一延伸板与第二延伸板的夹角增大至42°～50°，同时，在保持叶片弧心角a2≥90°的情况下，叶片的出口安装角β1＝30°～36°，保证叶片间流道呈加速状态，提高风机效率，并且，第一延伸板与第二延伸板的夹角大于叶片的出口安装角，提高出风面积的同时，减少气流流动分离，而且，减少流动损失，减少流道和出风口处的涡流，使得气流平缓，大幅提高风机效率，降低噪声。

作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片的弧心角a2、所述叶片的出口安装角β1以及所述叶片的进口安装角β2之间，满足：a2＝β1+β2。因为叶片的弧心角a2≥90°，叶片的出口安装角β1＝30°～36°，叶片的进口安装角β2始终≥55°，提高进风量，降低叶片曲率，提高气流流通流畅性，可消除叶道内的涡区，以优化叶片之间的压力损失，抑制叶片隙涡及叶片进口角的气流扰动，进而提高风机效率，同时降低噪音。

作为上述技术方案的另一种改进，所述叶片的进口安装角β2＝55°～61°。防止叶片型线曲率过高，减少能量损失，提高气流流通流畅性，可消除叶道内的涡区，以优化叶片之间的压力损失，抑制叶片隙涡及叶片进口角的气流扰动，提高静压值，进而提高风机效率，同时降低噪音。

作为上述技术方案的另一种改进，所述叶片的弧心角a2＝91°。使得叶片间流道为加速流道，减少涡流，提高风机效率，同时降低噪音。

作为上述技术方案的另一种改进，所述叶片的出口安装角β1＝32°。减少气流撞击蜗壳产生的气流回弹，减少涡流的产生，使得气流的出风角度接近第一延伸板与第二延伸板的夹角a1，提高出风效率，降低噪声。

作为上述技术方案的另一种改进，以过多个所述叶片的尾缘的共切圆直径为进口内径D1，以过多个所述叶片的前缘的共切圆直径为出口外径D2,满足：D1/D2＝0.82～0.95。提高叶片间流道的进出口比例，提高气流出口速度，可以抑制涡流产生，进而提高风机效率。

作为上述技术方案的进一步改进，所述D1/D2＝0.84。提高叶片间流道的进出口比例，提高气流出口速度，可以抑制涡流产生，进而提高风机效率，减少噪声。

作为上述技术方案的另一种改进，所述叶轮外径为D3，所述蜗舌半径为r，其中满足：r＝(0.03～0.05)D3。引导气流进入延伸区域130内，进一步降低噪音。

作为上述技术方案的另一种改进，所述进风口的中心轴线与所述叶轮的中心线相重合，所述叶轮外径为D3，所述进风口与所述叶轮之间的轴向间隙h＝(0.03～0.04)D3。减少气流断流，并且提高风机进风口流场稳定性，减少涡流和流动损失，提高风机效率，降低风机运行噪声。

作为上述技术方案的另一种改进，所述第一延伸板与所述第二延伸板的夹角为46.14°。增大出风口的出风面积，减少流动损失，减少流道和出风口处的涡流，提高最大静压值，大幅提高风机效率，降低噪声，加工成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明一实施例提供的多翼式离心风机的正视图；

图2是本发明一实施例提供的叶轮的结构图；

图3是图2中A区的局部放大图；

图4是本发明一实施例提供的多翼式离心风机的俯视图；

图5是本发明一实施例提供的叶轮的立体结构图。

附图中：110-蜗壳、120-蜗舌、130-延伸区域、210-叶轮、220-叶片、410-出风口、420-进风口、a1-第一延伸板与第二延伸板的夹角、a2-叶片的弧心角、β1-叶片的出口安装角、β2-叶片的进口安装角、D1-进口内径、D2-出口外径、r-蜗舌半径、D3-叶轮外径、h-进风口与叶轮之间的轴向间隙。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2、图3、图4和图5，本发明的多翼式离心风机包括蜗壳110，其具有蜗形腔，蜗壳110的端面设有进风口420，蜗壳110的侧壁设有出风口410，进风口420与出风口410均与蜗形腔连通，以远离蜗壳110设计中心的方向为外，出风口410的内侧设有呈圆弧状的蜗舌120，蜗舌120的开口朝外，蜗壳自出风口处往外切向延伸有第一延伸板，蜗壳自出风口处往外切向延伸有第一延伸板，蜗舌自其远离蜗壳的一端往外切向延伸有第二延伸板，第二延伸板的延伸方向逐渐远离第一延伸板，第一延伸板与第二延伸板的夹角a1＝42°～50°；叶轮210，其位于蜗形腔内，叶轮210上设有多个叶片220，多个叶片220沿叶轮210的中心轴线周向间隔阵列，叶片220的型线呈弧形，叶片220的弧心角a2≥90°，叶片220的出口安装角β1＝30°～36°。减少涡流产生，大幅提高风机效率，降低噪声，同时扩张压力的效果好。需要说明的是，叶片220的弧心角a1指叶片220两端切线的垂线之间的夹角；以叶片220靠近出风方向的边缘为前缘，以过多个叶片220的前缘的共切圆为第一虚拟圆，叶片220的出口安装角β1指叶片220前缘端延伸方向与该前缘在第一虚拟圆上的切线之间的夹角；以叶片220靠近进风方向的边缘为后缘，以过多个叶片220后缘的共切圆为第二虚拟圆，叶片220的进口安装角β2指叶片220后缘端的延伸方向与该后缘在第二虚拟圆上的切线之间的夹角。

在同一变量情况下，将第一延伸板与第二延伸板的夹角a1分别设为5°、15°、25°、35°、45°，并测出以下性能数据，根据数据可以知道的是，a1在5°至15°时，风机效率值快速提升并达到峰值，而噪声也提升至最低值，而a1在15°至45°时，风机效率逐渐下降，下降的加速度缓于a1在5°至15°时的下降加速度。

表0-1a1＝5°

表0-2a1＝15°

表0-3a1＝25°

表0-4a1＝35°

/>

表0-5a1＝45°

本发明采用现有技术中的离心风机作为对比例1，具体的，第一延伸板与第二延伸板的夹角a1为15°时，风机效率最高，因此，对比例1中的a1采用15°，实际上，对比例1中叶片220弧心角为90°，叶片220出口安装角为60°，相邻叶片220之间形成加速流道，以使气流可通过叶轮210进行不断加速，以下将本实施例中第一延伸板与第二延伸板的夹角a1＝42°～50°作为单一变量1，将叶片220的出口安装角β1＝30°～36°作为单一变量2，并在同一标准条件下，分别将单一变量1和/或单一变量2结合对比例1进行数据对比。其中，标准条件指大气压力、温度、密度、叶轮210直径和风机转速、零件材质等基本条件。

对比例1对不同工况点检测得出的性能数据如以上的表0-2所示。

对比例2采用单一变量1，并且使得蜗壳110第一延伸板与第二延伸板的夹角a1为46.14°，叶片220的出口安装角仍为60°，对比例2选取与对比例1中容积流量相近的多个工况点作为检测对象，检测得出的性能数据如表1-2所示：

表1-2

通过对比例1和对比例2的比较，可以知道的是，蜗壳110第一延伸板与第二延伸板的夹角a1增大，系统的全压和静压值下降明显，导致轴效率和轴静效率的下降，而且，通过叶轮210加速的气流撞击到蜗舌120处，在第一延伸板与第二延伸板围成的延伸区域130内产生振动，气流噪音变大。

对比例3采用单一变量2，并使得叶片220的出口安装角β1为32°，蜗壳110的第一延伸板与第二延伸板的夹角a1仍为15°，对比例3选取与对比例1中容积流量相近的多个工况点作为检测对象，检测得出的性能数据如表1-3所示：

表1-3

通过对比例1和对比例3的比较，可以知道的是，其他条件不便变的情况下，叶片220的出口安装角β1减小，风流流道阻力变小，风机效率和轴静效率稍提高了一点，噪声稍微降低了一点。

对比例4结合了单一变量1和单一变量2，使得蜗壳110第一延伸板与第二延伸板的夹角为15°，并使得叶片220的出口安装角β1为32°，蜗壳110的第一延伸板与第二延伸板的夹角a1为46.14°，对比例3选取与对比例1中容积流量相近的多个工况点作为检测对象，检测得出的性能数据如表1-4所示：

表1-4

通过对比例1、2、3、4的数据比较，可以知道的是，单独改变第一延伸板与第二延伸板的夹角a1或叶片220的出口安装角β1，并不能对现有的离心风机进行明显优化改善，甚至可能效果会更差，而通过第一延伸板与第二延伸板的夹角增大、叶片220的出口安装角减少的要素结合，却可以在同容积流量下，大幅提高全压和静压值，进而提高风机效率，同时，明显降低噪声。因此，从对比例2和对比例4，以及对比例3和对比例4的测试结果中，可以解释到，第一延伸板与第二延伸板的夹角a1越大，蜗舌120弯掠角度增大，因为高速气流在蜗壳110的蜗舌120处分离，出风口410面积增大，高速气流容易在出风口410处产生涡流现象，影响出风效率，助长噪声的增大。而若是叶片220的出口安装角β1过大，即使相邻叶片220间可构成自进口至出口间距越来越小的加速流道，但是在气流流出叶轮210后，部分气流会直接撞上蜗壳110的内壁，容易造成气流回弹和气流的能量损失，气流流动方向紊乱并形成大面积涡流，不仅造成噪音大的现象，而且降低风机效率，并且，因为高速气流在蜗舌120处形成分离，气流的出风角度较大，减少了实际出风面积，降低风量。

实际上，可以知道的是，叶片220的出口安装角β1过小，容易导致叶片220型线的某部分曲率过高，导致气流在流道内先大幅减速后大幅加速的现象，气流速度变化过大，造成能量损失，本实施例中，采用了叶片220的出口安装角β1＝30°～36°，第一延伸板与第二延伸板的夹角a1＝42°～50°，增大第一延伸板与第二延伸板的夹角a1，并使得叶片220的出口安装角β1接近第一延伸板与第二延伸板的夹角a1，保证在出风过程中，气流排出角度与a1角度相近，方便排出，并且也减少了气流对蜗壳110内壁的撞击，减少涡流产生和能量损失，同时，a1增大，利用气体流经的截面积不同，将气流速度转换为压力能，使得出风更为平缓，并且，也增大出风口410的出风面积，减少流动损失，减少流道和出风口410处的涡流，提高最大静压值，大幅提高风机效率，降低噪声，加工成本低。

并且，在一些实施例中，为进一步提高风机效率，叶片220的弧心角、叶片220的出口安装角β1以及叶片220的进口安装角β2之间，满足：a2＝β1+β2。在本实施例中，a2取91°，β1取32°，β2取59°。对比例5在对比例1的基础上，采用了本实施例中的数据，并对不同工况点检测得出的性能数据如表1-5所示：

表1-5

通过对比例5和对比例1之间的对比，可以得出，在本实施例的基础上，风机效率和静效率大幅提高，噪音小幅度降低。因为叶片220的弧心角a2≥90°，叶片220的出口安装角β1＝30°～36°，叶片220的进口安装角β2始终≥55°，提高进风量，降低叶片220曲率，提高气流流通流畅性，可消除叶道内的涡区，以优化叶片220之间的压力损失，抑制叶片220隙涡及叶片220进口角的气流扰动，进而提高风机效率，同时降低噪音。并且，在本实施例中，β2＝55°～61°，提高风机效率。此外，结合本实施例中的叶片220参数(a2＝β1+β2)和对比例1中的蜗壳110参数，可以检测到如表1-5-1的性能数据，相较于对比例1，表1-5-1内的轴效率小幅提高，噪声小幅降低，因此，本实施例中叶片220的改进可以优化叶片220间的压力损失，提高风机效率，但是，在结合叶轮210的改进和蜗壳110第一延伸板和第二延伸板之间的夹角的改进下，才可以大幅提高风机效率，降低噪声。

表1-5-1

另外，在一些实施例中，以过多个叶片220的尾缘的共切圆直径为进口内径D1，以过多个叶片220的前缘的共切圆直径为出口外径D2,满足：D1/D2＝0.82～0.95。在本实施例中，D1/D2＝0.84，对比例6在对比例1的基础上采用了本实施例中的数据，如表1-6所示为对比例6对不同工况点检测得出的性能数据：

表1-6

通过对比例6和对比例1之间的对比，可以得出，在本实施例的基础上，提高了风机的气体流量，并且风机效率和静效率大幅提高，噪音降低。因为D1/D2＝0.84，提高叶片220间流道的进出口比例，提高气流出口速度，可以抑制涡流产生，进而提高风机效率。

另外，在一些实施例中，叶轮210外径为D3，蜗舌120半径为r，其中满足：r＝(0.03～0.05)D3。本实施例中r＝(0.04)D3，防止气体内循环流动，引导气流进入延伸区域130内，进一步降低噪音。

参照图4，作为一种可实施方式，进风口420的中心轴线与叶轮210的中心线相重合，叶轮210的直径为D2，进风口420与叶轮210之间的轴向间隙h＝(0.03～0.04)D3。进风口420与叶轮210之间距离的控制会直接影响风机进风口420处流场的稳定性，距离过近将会对叶轮210产生气流反作用力，反之，距离过长将会使得气流发生断流而产生涡流，进而降低风机效率，同时也是风机的一大噪声源。本实施例中，进风口420与叶轮210的轴向间隙h＝(1/30)D3,进风口420与叶轮210前盘的合理轴向距离将减小风机内部流场的冲击流动损失，提高风机效率和降低风机噪声。

本发明一具体实施例的多翼式离心风机的设计参数为，叶片220的型线为单弧形，同时叶片220厚度一致，叶片220数为44片；第一延伸板与第二延伸板的夹角a1＝46.14°；叶片220的弧心角a2＝90°，叶片220的出口安装角β1＝32°，叶片220的进口安装角β2＝51°；进口内径D1与出口外径D2之比为0.84；蜗舌120半径r与叶轮210外径D3之比为0.04；进风口420与叶轮210的轴向间隙h和叶轮210外径D3之比为1/3。气流从进风口420进入蜗壳110内部，通过叶片220进行加速后，加速气流可经过延伸区域130排出出风口410，整个过程中保证在出风过程中，气流排出角度与a1角度相近，方便排出，并且也减少了气流对蜗壳110内壁的撞击，减少涡流产生和能量损失，同时，a1增大，利用气体流经的截面积不同，将气流速度转换为压力能，使得出风更为平缓，并且，也增大出风口410的出风面积，减少流动损失，减少流道和出风口410处的涡流，提高最大静压值，大幅提高风机效率，降低噪声，加工成本低。

如表1-7所示，为对比例7采用该具体实施例测得不同工况点下的性能数据：

表1-7

根据表1-7的性能数据可以知道的是，该具体实施例的最佳工况点的轴效率接近76.165％，轴静效率接近65.391％，该工况点下的容积流量接近为13802m^3/h，而噪声A声级接近83.025。

而在对比例1的条件下，测出包括最佳工况点的对比例8的数据如1-8所示：

表1-8

根据表1-8的性能数据可以知道的是，该具体实施例的最佳工况点的轴效率接近53.887％，轴静效率接近49.629％，该最佳工况的容积流量接近为9848m^3/h，而噪声A声级接近83.400。对比例7比对比例8的最高效率提高了近29％，同时，最高工况下的容积流量提高了近28.6％，噪音降低了2～4dB，更好满足使用者需求，并且，在同等容积流量下，电机效率也大幅提高，本发明优化风机蜗壳110、叶轮210及进风口420，较大范围内大幅提升了性能指标，提高能效，在生产方面，生产成本低，并且高效、低噪的优质产品，可提升生产厂商产品竞争力，扩大产品市场。在社会方面，符合节能减排，降低污染消耗，提升生产、生活环境品质等要求。

此外，因为进风口420的内壁形状一般有圆筒形、圆锥形、圆弧型、锥弧形等四种进气形状，作为一种可实施的方式，本发明的进风口420采用圆弧型设计，可以使得进气流道更顺畅，圆弧形进风口420引导气流进入叶轮210后，形成的涡流区比其它三种进风口420小的多。另外，前弯叶片220可采用钣金压制技术，提高叶片220强度。

此外，在一些实施例中，根据出口动压计算公式Pd＝1/2ρC，使得出风口410获得合理的风速，平衡出口动压和进口静压的比例，使风机获得更高的效率。并且，在蜗壳110的型线设计中，可取等边基元法设计，a＝0.25A,基元值a＝90，使得蜗壳110能得到更大的张开度，得到更大的流量系数,使得风机效率更高。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种多翼式离心风机，其特征在于：包括：

蜗壳(110)，其具有蜗形腔，所述蜗壳(110)的端面设有进风口(420)，所述蜗壳(110)的侧壁设有出风口(410)，所述进风口(420)与所述出风口(410)均与所述蜗形腔连通，以远离所述蜗壳(110)设计中心的方向为外，所述出风口(410)的内侧设有呈圆弧状的蜗舌(120)，所述蜗舌(120)的开口朝外，所述蜗壳(110)自所述出风口(410)处往外切向延伸有第一延伸板，所述蜗舌(120)自其远离所述蜗壳(110)的一端往外切向延伸有第二延伸板，所述第二延伸板的延伸方向逐渐远离所述第一延伸板，所述第一延伸板与所述第二延伸板的夹角a1＝42°～50°；

叶轮(210)，其位于所述蜗形腔内，所述叶轮(210)上设有多个叶片(220)，多个所述叶片(220)沿所述叶轮(210)的中心轴线周向间隔阵列，所述叶片(220)的型线呈弧形，所述叶片(220)的弧心角a2≥90°，所述叶片(220)的出口安装角β1＝30°～36°;

所述叶片(220)的弧心角a2、所述叶片(220)的出口安装角β1以及所述叶片(220)的进口安装角β2之间，满足：a2＝β1+β2。

2.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述叶片(220)的进口安装角β2＝55°～61°。

3.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述叶片(220)的弧心角a2＝91°。

4.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述叶片(220)的出口安装角β1＝32°。

5.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：以过多个所述叶片(220)的前缘的共切圆直径为进口内径D1，以过多个所述叶片(220)的尾缘的共切圆直径为出口外径D2,满足：D1/D2＝0.82～0.95。

6.根据权利要求5所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述D1/D2＝0.84。

7.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述叶轮(210)外径为D3，所述蜗舌(120)半径为r，其中满足：r＝(0.03～0.05)D3。

8.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述进风口(420)的中心轴线与所述叶轮(210)的中心线相重合，所述叶轮(210)外径为D3，所述进风口(420)与所述叶轮(210)之间的轴向间隙h＝(0.03～0.04)D3。

9.根据权利要求1所述的一种多翼式离心风机，其特征在于：所述第一延伸板与所述第二延伸板的夹角为46.14°。

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