CN114183397A - 一种高效率后向离心风扇及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效率后向离心风扇及其设计方法，属于后向离心风扇技术领域。本发明将扇叶从轮底到轮盖划分为n个平面，扇叶与各个平面相交得到扇叶翼型，每一个扇叶翼型中弧线由m个同心的辅助圆作为辅助线进行绘制，在第一平面处，将中弧线长度设置为第一辅助圆的直径与第四辅助圆的直径之比等于2/3，在2m/3以下平面区域，各平面中弧线起点依此比上一平面向上游推进30/n°，各平面中弧线起点直径依此比上一平面减小D/6(n‑1)，在2m/3以上平面区域，各平面中弧线起点比第一平面的中弧线起点向下游移动60/n°，该平面中弧线起点直径比第一平面的中弧线起点直径增加D/3(n‑1)，在保证风扇效率的同时，解决了二次流等问题。

Description

一种高效率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。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，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。此外由于离心风扇的做功原理而形成的气流由轴向到径向过渡导致的二次流、涡流现象等发生，最终会影响风扇的做功效率。
发明内容
针对上述现象，本技术方案提供以下方式来解决上述问题：
本发明中提供了一种高效率后向离心风扇，所述的风扇由轮底、轮盖，以及二者之间的扇叶组成，
所述的扇叶从轮底到轮盖划分为n个平面，n＝3～99，最优为6，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，定义轮底位置处的平面为第一平面；
扇叶与各个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，每一个中弧线由m个同心的辅助圆作为辅助线进行绘制，m＝2～99，最优选为4，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m辅助圆，中间拱点所在的圆为中间的辅助圆。所述的进口角为20～40°随着叶高先增大后减小，所述的出口角随着叶高由40°线性过渡到28°，所述的中心角为40～50°。
在第一平面处，将中弧线长度设置为第一辅助圆的直径与第m辅助圆的直径之比等于2/3，
在2m/3以下平面区域，各平面中弧线起点依此比上一平面向上游推进30/n°，各平面中弧线起点直径依此比上一平面减小D/6(n-1)，D为风扇直径，n为平面数。
在2m/3以上平面区域，各平面中弧线起点比第一平面的中弧线起点向下游移动60/n°，该平面中弧线起点直径比第一平面的中弧线起点直径增加D/3(n-1)，D为风扇直径，n为平面数。
此外，轮底和轮盖径向方向与水平方向呈1-3°倾斜角度。
本发明的有益效果：
本发明所提供的技术方案可以在提高风扇风量的提前下有效的避免风扇二次流、边界层分离所产生的涡流，降低风扇噪声，同时提供风扇的运行效率。将风扇下游的叶片最大程度做的宽大，有有效提高风扇的抗静压能力。
附图说明
图1第一平面设计图
图2第二平面设计图
图3第六平面设计图
图4各个平面扇叶翼型位置图
图5二次流被抑制位置图
图6各个平面位置示意图
图7轮底和轮盖径向方向设置与水平方向倾斜角示意图。
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和说明，所选仅为本发明中较佳的实施例，在本发明所公开的范围内均可实现相同效果。
本实施例所述的风扇由轮底、轮盖，以及二者之间的扇叶组成，所述的扇叶至轮底到轮盖一共划分为6个平面，平面之间在竖直方向上的距离为x/(n-1),x为叶高，n为平面数，定义从在轮底位置处的平面为第一平面，以上依次为第二、第三、第四、第五和第六平面，
扇叶与各个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，每一个扇叶翼型中弧线由4个以风扇轴心为圆心的同心圆形作为辅助线进行绘制，设计过程中将中弧线设为样条线；以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。
在第一平面处，其中第一辅助圆的直径与第四辅助圆的直径之比等于2/3，如图1。因为风扇扇叶下部是主要做功区域，且位于轮底处的气流因轮底摩擦力影响会影响该处运行效率，因此在第一平面处在将中弧线长度设置为第一辅助圆的直径与第四辅助圆的直径之比等于2/3。
因在第二平面、第三平面、第四平面区域，气流运行情况较好，为增大风扇做功面积各平面中弧线起点依此比上一平面向上游推进30/n°，各平面中弧线起点直径依此比上一平面减小D/6(n-1)，D为风扇直径。以第二平面为例，中弧线起点比比第一平面中弧线起点向上游方向移动5°，以此增大风扇做功面积(图2)。
在风扇扇叶高度超过2/3高度外，气流运行情况开始恶化，因此缩短第五平面和第六平面的中弧线长度减少该处翼型对气流的扰动，具体方案为：第五平面中弧线起点比第一平面的中弧线起点向下游移动60/n°第五平面中弧线起点直径比第一平面的中弧线起点直径增加D/3(n-1)，第六平面中弧线起点比第五平面的中弧线起点向下游移动60/n°，第六平面中弧线起点直径比第五平面的中弧线起点直径增加D/3(n-1)(图3)。
此外由于叶片压力面为做功区域，因此在叶片压力表面会形成由轮底到轮盖的叶片的二次流，该二次流会在轮盖处由压力面向吸力面流动，导致风扇气流异常，降低风扇效率。因此为应对该状况：本技术方案所述的任一平面(处第一平面)较前一平面都向径向方向移动，如图4所示。使得向上运动的二次流被抑制在图中所圈出的区域内，无法进入吸力面(图5)。
由于离心风扇做功形式比较特殊，是通过轴向到径向依靠离心力对气流做功，因此气流比如从发生从轴向到径向的过渡，而传统风机径向方向上的轮底和轮盖都是水平设置，这样必然在轮底和轮盖附近产生涡流，针对此情况，本方案将轮底和轮盖径向方向设置与水平方向呈1-3°倾斜角度，若风扇半径较小可选择大角度倾斜，风扇半径较大可选择小角度倾斜，具有一定的倾斜角度可以使得轮盖与轮底的型线更好地贴合气流流动，抑制涡流产生(图6和图7)。
对比例实施例运行参数对比
转速/rpm 风量/m<sup>3</sup>·h 噪声/dB(A) 效率/％
对比例 800 545 42 76
实施例 800 655 41 82

Claims (8)

1.一种高效率后向离心风扇，所述的风扇由轮底、轮盖，以及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划分为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，定义轮底位置处的平面为第一平面；
扇叶与各个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个同心的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的第m辅助圆，中间拱点所在的圆为中间的辅助圆；
在第一平面处，将中弧线长度设置为第一辅助圆的直径与第四辅助圆的直径之比等于2/3，
在2m/3以下平面区域，各平面中弧线起点依此比上一平面向上游推进30/n°，各平面中弧线起点直径依此比上一平面减小D/6(n-1)，D为风扇直径，n为平面数。
在2m/3以上平面区域，各平面中弧线起点比第一平面的中弧线起点向下游移动60/n°，该平面中弧线起点直径比第一平面的中弧线起点直径增加D/3(n-1)，D为风扇直径，n为平面数。
2.根据权利要求1所述的高效率后向离心风扇，其特征在于，扇叶从轮底到轮盖划分为6个平面。
3.根据权利要求1或2所述的高效率后向离心风扇，其特征在于，每一个扇叶翼型的中弧线由4个同心的辅助圆作为辅助线进行绘制。
4.根据权利要求3中任意所述的高效率后向离心风扇，其特征在于，轮底和轮盖径向方向与水平方向呈1-3°倾斜角度。
5.一种高效率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划分为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，定义轮底位置处的平面为第一平面；
扇叶与各个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，设计过程中将中弧线设为样条线；
2)每一个扇叶翼型的中弧线由m个同心的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的第m辅助圆，中间拱点所在的圆为第二辅助圆和第三辅助圆；
3)在第一平面处，将中弧线长度设置为第一辅助圆的直径与第四辅助圆的直径之比等于2/3，
4)在2m/3以下平面区域，各平面中弧线起点依此比上一平面向上游推进30/n°，各平面中弧线起点直径依此比上一平面减小D/6(n-1)，D为风扇直径，n为平面数。
5)在2m/3以上平面区域，各平面中弧线起点比第一平面的中弧线起点向下游移动60/n°，该平面中弧线起点直径比第一平面的中弧线起点直径增加D/3(n-1)，D为风扇直径，n为平面数。
6.根据权利要求5所述的一种高效率后向离心风扇的设计方法，其特征在于，扇叶从轮底到轮盖划分为6个平面。
7.根据权利要求5或6所述的一种高效率后向离心风扇的设计方法，每一个扇叶翼型的中弧线由4个同心的辅助圆作为辅助线进行绘制。
8.根据权利要求7所述的一种高效率后向离心风扇的设计方法，其特征在于，该方法包括步骤6)将轮底和轮盖径向方向与水平方向呈1-3°倾斜角度。
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CN103016401A (zh) * 2013-01-11 2013-04-03 广东顺威精密塑料股份有限公司 一种空调室外机用新型轴流风扇
US20150316073A1 (en) * 2014-05-05 2015-11-05 Ziehl-Abegg Se Impeller wheel for diagonal or radial fans, injection molding tool for manufacturing such an impeller wheel, and device comprising such an impeller wheel

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