CN114117659B - 一种后向离心风扇及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种后向离心风扇及其设计方法，属于后向离心风扇设计领域，本发明将扇叶从轮底到轮盖一共划分成n个平面，扇叶与平面相交得到扇叶翼型，每一个扇叶翼型的中弧线由m个同心辅助圆作为辅助线进行绘制，第一辅助圆的直径与风扇的直径之比为大于1/2；其余平面所设计的中弧线半径都大于第一平面所设计的中弧线起点半径，不同平面中弧线起点半径与第一平面弧线起点半径之差与风扇半径之比满足公式要求，在所有平面中，中心角为(0.85～0.95)×360°/叶片数；在轮底到2/3扇叶高度范围内的平面中，出口角保持在40‑50°范围内，在超过2/3扇叶高度的平面中，出口角应满足公式要求。

Description

一种后向离心风扇及其设计方法
技术领域
本发明属于后向离心风扇技术领域。
背景技术
在家电行业、风机行业，经常采用后向离心风扇作为其送风系统动力来源。其具有高静压、低风量的特点，而针对低风量的缺点，目前业内常常使用增大风机转速的方式来提高风量，由此带来的一系列噪声问题：比如后向离心风扇在运行过程中容易在其尾缘产生脱落涡，是重要的噪声来源，或者由于传统的设计方式导致的后向离心风扇在轮盖上部产生强烈的边界层分离导致的噪声问题。
发明内容
针对上述问题，本发明所采用的技术方案具体如下：
一种后向离心风扇，由轮底、轮盖与二者之间的扇叶组成，所述的扇叶从轮底到轮盖一共划分成n个平面，n＝3～99，最优为6个平面，各平面之间的在竖直方向的距离为x/(n-1)，x为扇叶高度，n为平面数，定义从在轮底位置处的平面为第一平面。
扇叶与平面相交得到扇叶翼型，所述的扇叶翼型包括中心角、进口角、出口角、中弧线所构成，每一个扇叶翼型的中弧线由m个同心辅助圆作为辅助线进行绘制，m＝2～99，最优选为4个圆，设计过程中将中弧线设为样条线；中弧线起点所在的圆为第一辅助圆，中弧线终点所在的圆的第四辅助圆，中间拱点所在的圆为中间辅助圆，其中第一辅助圆的直径与风扇的直径之比为大于1/2，最优选应等于2/3。
其余平面所设计的中弧线半径都大于第一平面所设计的中弧线起点半径，不同平面中弧线起点半径与第一平面弧线起点半径之差与风扇半径之比y满足以下公式：y＝0.0000063815x2+0.000075538x，其中x为不同平面与轮底之间的高度。
在所有平面中，中弧线的中心角为(0.85～0.95)×360°/叶片数，最优为0.90×360°/叶片数。
在轮底到2/3扇叶高度范围内的平面中，出口角保持在40-50°范围内，最优为45°，在超过2/3扇叶高度的平面中，出口角y应满足y＝9.0002x2-63.302x+81.101,x为不同平面与轮底之间的高度与叶高的比值。
本发明的有益效果：
本发明所提出的一种后向离心风扇及其设计方法可有效降低风扇边界层分离涡和尾缘脱落涡，提高风扇的运行效率，降低风扇噪声，满足家电行业与风机行业对静音型风扇的需求。
附图说明
图1第一平面设计示意图
图2第二平面设计示意图
图3第三平面设计示意图
图4第四平面设计示意图
图5第五平面设计示意图
图6第六平面设计示意图
图7各平面中弧线对比图
图8第六平面出口角为40°对比例
图9后向离心风扇结构示意图
图10后向离心风扇俯视图
图11后向离心风扇侧视图
图12所得翼型示意图
图13扇叶6个平面位置示意图
具体实施方式
下面以具体实施例的形式对本发明技术方案做进一步解释说明，以下实施例仅为本发明的优选方式，在本发明公开的范围内均可达到本发明所要得到的技术效果。
一种后向离心风扇，由轮底、轮盖与二者之间的扇叶组成，所述的扇叶从轮底到轮盖一共划分成6个平面所构成(如图13)，定义从在轮底位置处的平面为第一平面。
扇叶与平面相交得到扇叶翼型，所述的扇叶翼型包括中心角、进口角、出口角、中弧线所构成，每一个扇叶翼型的中弧线由4个圆作为辅助线进行绘制，设计过程中将中弧线设为样条线。中弧线起点所在的圆为第一辅助圆，中弧线终点所在的圆的第四辅助圆，中间拱点所在的圆为第二辅助圆和第三辅助圆，其中第一辅助圆的直径与第三辅助圆的直径(即风扇直径)之比为大于1/2,最优选应等于2/3。
因为风扇扇叶下部是主要做功区域，因此将下部风扇的弧长尽可能增加，以提高风扇做功效率，但下部的风扇弧长过大，会导致在叶片下部出现叶片弧长过长导致的边界层分离现象，同时在风扇叶片上部本身由于气流流动状态较差，也会跟随出现边界层分离现象，增加系统噪声。通过实验发现，当轮底处的中弧线第一辅助圆的直径与第三辅助圆的直径之比等于2/3，恰好没有出现边界层分离，此时噪声最低。
本发明其余平面所设计的中弧线半径都大于第一平面所设计的中弧线起点半径，且距离越大其增加的程度越剧烈。且不同平面中弧线起点半径与第一平面弧线起点半径之差与风扇半径之比y满足以下公式：y＝0.0000063815x2+0.000075538x，其中x为不同平面与轮底的高度。
因气流从风扇入口处进入，从叶轮轮底到轮盖位置，气流流动越来越差，尤其在轮盘位置，容易出现二次流等现象，针对此类现象，在轮盖处的叶片，应尽可能远离风扇进口，使得气流从入口到轮盖处的叶片时有一段无任何做功的过渡，之后再进行做功。
在所有平面中，中弧线的中心角为0.85×360°/叶片数至0.95×360°/叶片数，最优为0.9×360°/叶片数。通过上面所述，本发明方案为减少风扇噪声尽可能的减少了叶轮上部风扇做功的面积，因此通过增加周向中心角的角度，来提高整体的做功面积，当叶轮中心角为0.9×360°/叶片数时，通过实验发现当风扇风量达到最优，当风扇中心角超过0.95×360°/叶片数，风量极具减小，因为中心角过大，会抵挡通风流道，减小气流通过面积。
本发明所述的出口角，其在在所有平面中，在轮底到叶片2/3高度范围内，出口角保持在40°～50°范围内，最优为45°。当高度超过2/3高度时，出口角大小极具减小，从三分之二高度到叶片顶点位置，出口角y应满足y＝9.0002x2-63.302x+81.101，x为平面高度与叶高的比值。由于风扇欧拉定律，当风扇出口角增加会导致风扇流量增加，因此将风扇出口角设置在40°～50°范围内，当风扇出口角超过50°时，风扇叶片会过于扭曲，会导致边界层风量，增加系统噪声。此外，从叶轮轮底到轮盖位置，气流流动越来越差，尤其在叶片高度三分之二以上区域，容易出现二次流等现象，针对此类现象，且出口角超过40°时会过于扭曲，如图8所示。因此在该区域尽可能减少出口角，降低风扇翼型的扭曲程度，减少边界层分离现象。
对比例实施例运行参数对比
转速/rpm 风量/m3·h 噪声/dB(A) 效率/％
对比例 800 545 42 76
实施例 800 605 40 80

Claims (7)

1.一种后向离心风扇，由轮底、轮盖与二者之间的扇叶组成，其特征在于，所述的扇叶从轮底到轮盖一共划分成n个平面，n=3~99，各平面之间的在竖直方向的距离为x/(n-1)，x为扇叶高度，n为平面数，定义从在轮底位置处的平面为第一平面；
扇叶与平面相交得到扇叶翼型，所述的扇叶翼型由中心角、进口角、出口角和中弧线所构成，每一个扇叶翼型的中弧线由m个同心辅助圆作为辅助线进行绘制，m=2~99，中弧线起点所在的圆为第一辅助圆，中弧线终点所在的圆为第m辅助圆，中间拱点所在的圆为中间的辅助圆，
其中，第一辅助圆的直径与风扇的直径之比为大于1/2；其余平面所设计的中弧线半径都大于第一平面所设计的中弧线起点半径，不同平面中弧线起点半径与第一平面弧线起点半径之差与风扇半径之比y满足以下公式：y=0.0000063815x2+0.000075538x，其中x为不同平面与轮底之间的高度；
在所有平面中，中心角为（0.85~0.95）×360°/叶片数；
在轮底到2/3扇叶高度范围内的平面中，出口角保持在40-50°范围内，在超过2/3扇叶高度的平面中，出口角y应满足y=9.0002x2-63.302x+81.101，x为不同平面与轮底之间的高度与叶高的比值。
2.根据权利要求1所述的一种后向离心风扇，其特征在于，所述的扇叶从轮底到轮盖一共划分成6个平面。
3.根据权利要求2所述的一种后向离心风扇，其特征在于，每一个扇叶翼型的中弧线由4个同心辅助圆作为辅助线进行绘制。
4.根据权利要求2所述的一种后向离心风扇，其特征在于，第一辅助圆的直径与风扇直径之比为2/3。
5.根据权利要求2所述的一种后向离心风扇，其特征在于，中心角为0.90×360°/叶片数。
6.根据权利要求2所述的一种后向离心风扇，其特征在于，在轮底到2/3扇叶高度范围内的平面中，出口角为45°。
7.一种后向离心风扇的设计方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
1）将扇叶从轮底到轮盖一共划分成n个平面，n=3~99，各平面之间的在竖直方向的距离为x/(n-1)，x为扇叶高度，n为平面数，定义从在轮底位置处的平面为第一平面；
2）扇叶与平面相交得到扇叶翼型，所述的扇叶翼型由中心角、进口角、出口角和中弧线所构成，每一个扇叶翼型的中弧线由m个同心辅助圆作为辅助线进行绘制，m=2~99，设计过程中将中弧线设为样条线；中弧线起点所在的圆为第一辅助圆，中弧线终点所在的圆为第m辅助圆，中间拱点所在的圆为中间的辅助圆，
其中，第一辅助圆的直径与风扇的直径之比为大于1/2；其余平面所设计的中弧线半径都大于第一平面所设计的中弧线起点半径，不同平面中弧线起点半径与第一平面弧线起点半径之差与风扇半径之比y满足以下公式：y=0.0000063815x2+0.000075538x，其中x为不同平面与轮底之间的高度；
在所有平面中，中心角为（0.85~0.95）×360°/叶片数；
在轮底到2/3扇叶高度范围内的平面中，出口角保持在40-50°范围内，在超过2/3扇叶高度的平面中，出口角y应满足y=9.0002x2-63.302x+81.101，x为不同平面与轮底之间的高度与叶高的比值。
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