CN114321005B - 一种低噪前弯离心风机叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通风设备技术领域，具体涉及一种低噪前弯离心风机叶轮，其叶片的平面展开结构的轮廓如下：底边的进口端连接有向上延伸的进口边，底边的出口端连接有往靠近叶轮中心方向倾斜向上延伸的出口斜边，出口斜边与底边的夹角为45°；叶片在底板上的投影结构如下：包括朝远离叶轮中心的方向依次连接的第一投影直线段、投影圆弧段和第二投影直线段，投影圆弧段的两端分别与第一投影直线段和第二投影直线段相切，第一投影直线段与第二投影直线段之间的夹角为105°，投影圆弧段半径为叶轮叶片外圈半径与叶轮叶片内圈半径之差的50%。该种低噪前弯离心风机叶轮所产生的气动噪声较少，能达到降噪的目的。

Description

一种低噪前弯离心风机叶轮

技术领域

本发明涉及通风设备技术领域，具体涉及一种低噪前弯离心风机叶轮。

背景技术

前弯离心风机以其压力高，输出风量大，成本低，体积紧凑等特点，被广泛应用于日常生活和工业生产中。

然而，由于前弯离心风机内部存在着沿其前弯叶片流向的高速尾迹-射流，该高速射流还会与蜗壳产生剧烈碰撞而发出噪声，因此前弯离心风机的运行噪音普遍大于后弯离心风机，这使得前弯离心风机的噪声污染较为严重，特别地，随着国家开始在行业层面推广更严格的流体机械噪声标准，这极大地限制了前弯离心风机的应用。

目前对前弯离心风机进行降噪的主要方法是对其风机蜗壳进行改进，增加吸声板或添加进出口消声器，以上措施从本质上来说没有对前弯离心风机的噪声产生根源也即高速尾迹-射流进行改进，很难大幅度降低噪声。另一方面，目前前弯离心风机叶轮设计方法单一，尤其是叶轮出口处的设计，存在着很大的改进空间。

因此，很有必要对前弯离心风机叶轮进行改进，以达到大幅度降低噪声的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低噪前弯离心风机叶轮，旨在解决现有技术中低噪前弯离心风机叶轮由于高速尾迹-射流所产生的噪声的问题。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种低噪前弯离心风机叶轮，包括底板、顶板以及环周阵列地连接在底板与顶板之间的多片叶片，所述叶片的平面展开结构的轮廓如下：包括与底板连接的底边和与顶板连接的顶边，底边的进口端连接有向上延伸的进口边，底边的出口端连接有往靠近叶轮中心方向倾斜向上延伸的出口斜边，出口斜边与底边的夹角α₂为40°-45°，顶边连接在进口边的顶端与出口斜边的顶端之间；所述多片叶片的底边的进口端构成叶轮叶片内圈，叶轮叶片内圈半径为R₁，所述多片叶片的出口斜边的中点构成叶轮叶片外圈，叶轮叶片外圈半径R₂；所述叶片在底板上的投影结构如下：包括朝远离叶轮中心的方向依次连接的第一投影直线段、投影圆弧段和第二投影直线段，投影圆弧段的两端分别与第一投影直线段和第二投影直线段相切，第一投影直线段与第二投影直线段之间的夹角θ为101°-105°，投影圆弧段半径R为R₂与R₁之差的50%-55%。

进一步地，底边的长度l₁为R₂的81%-83%。

进一步地，顶边包括从出口斜边的顶端向进口边的顶端依次连接的顶边直线段、第一顶边圆弧段和第二顶边圆弧段，顶边直线段与底边平行，第一顶边圆弧段的两端分别与顶边直线段和第二顶边圆弧段相切。

进一步地，顶边直线段的长度l₂为R₂的9.5%-10%，第一顶边圆弧段的半径R₃为R₂的88%-92%，第二顶边圆弧段的半径R₄为R₂的19%-21%。

进一步地，第一投影直线段的长度l₃为R₂的12.5%-13%，第二投影直线段的长度l₄为R₂的27.5%-28%。

进一步地，进口边往远离叶轮中心的方向倾斜向上延伸，进口边与底边的夹角α₁为78°-80°。

进一步地，所述叶片为钣金式叶片，厚度为1.5-5mm，在底板与顶板之间环周阵列有12个叶片。

进一步地，所述出口斜边沿其边缘设置有向外伸出的多个外伸齿。

进一步地，外伸齿的上边与所述底边平行，外伸齿的下边往靠近叶轮中心方向倾斜向下延伸，上边与下边的夹角大于30°且小于45°，在多个外伸齿中，越靠近所述底边的外伸齿向外伸出的长度更长。

进一步地，外伸齿的数量为6-10个。

本发明所提供的一种低噪前弯离心风机叶轮，其叶片的投影结构包括一段小弧度的投影圆弧段以及在投影圆弧段两端相切设置的两条直线段，该结构有别于传统的纯直线段或者纯弧线段的结构，在软件模拟结果中可看该结构能够减少流道内分离流的产生，极大地改善叶轮的尾迹-射流的产生，配合叶片的平面展开结构上所设置的出口斜边，切斜设置的出口斜边能够对射流进行抑制，使射流较传统的叶轮更为分散，减少射流与蜗舌的剧烈冲击；基于上述结构的特殊作用及作用间的相互耦合，使得该种低噪前弯离心风机叶轮所产生的气动噪声较少，达到对离心风机进行降噪的目的。

附图说明

图1是本发明的低噪前弯离心风机叶轮的立体结构示意图；

图2是本发明的低噪前弯离心风机叶轮去除了顶板后的俯视图；

图3是叶片的平面展开结构的轮廓示意图；

图4是叶片的平面展开结构的尺寸标示示意图；

图5是叶片在底板上的投影结构示意图；

图6是叶片在底板上的投影结构的尺寸标示示意图；

图7是在叶片设置有向外伸出的外伸齿时的结构示意图；

图8是传统的前弯离心风机叶轮与本发明提供的低噪前弯离心风机叶轮的噪声测试结果图。

附图标记说明：

1-底板；

2-顶板；

3-叶片、31-底边、32-顶边、321-顶边直线段、322-第一顶边圆弧段、323-第二顶边圆弧段、33-进口边、34-出口斜边、35-第一投影直线段、36-投影圆弧段、37-第二投影直线段、38-外伸齿、381-上边、382-下边。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

本发明提供了一种低噪前弯离心风机叶轮，如图1至图7所示，包括底板1、顶板2以及环周阵列地连接在底板1与顶板2之间的多片叶片3。优选地，叶片3为钣金式叶片，厚度为1.5-5mm，在底板1与顶板2之间环周阵列有12个叶片3。

如图3所示，叶片3的平面展开结构的轮廓如下：包括与底板1连接的底边31和与顶板2连接的顶边32，底边31的进口端连接有向上延伸的进口边33，底边31的出口端连接有往靠近叶轮中心方向倾斜向上延伸的出口斜边34，出口斜边34与底边31的夹角α₂为40°-45°，顶边32连接在进口边33的顶端与出口斜边34的顶端之间。传统的叶片3的出口边为垂直于底边31设置，本实施例有别于传统，倾斜设置的出口斜边34能够对射流进行抑制，使射流较传统的叶轮更为分散，减少射流与蜗壳的剧烈冲击。

如图6所示，多片叶片3的底边31的进口端构成叶轮叶片内圈，叶轮叶片内圈的半径为R₁；多片叶片3的出口斜边34的中点构成叶轮叶片外圈，叶轮叶片外圈的半径为R₂。

优选地，如图3和4所示，底边31的长度l₁为R₂的81%-83%。顶边32包括从出口斜边34的顶端向进口边33的顶端依次连接的顶边直线段321、第一顶边圆弧段322和第二顶边圆弧段323，顶边直线段321与底边31平行，第一顶边圆弧段322的两端分别与顶边直线段321和第二顶边圆弧段323相切。顶边直线段321的长度l₂为R₂的9.5%-10%，第一顶边圆弧段322的半径R₃为R₂的88%-92%，第二顶边圆弧段323的半径R₄为R₂的19%-21%。经测试，把叶片3的平面展开结构的尺寸参数设置在上述范围内具有较好的风机性能，且噪声低。进口边33往远离叶轮中心的方向倾斜向上延伸，进口边33与底边31的夹角α₁为78°-80°。

如图5和图6所示，叶片3在底板1上的投影结构如下：包括朝远离叶轮中心的方向依次连接的第一投影直线段35、投影圆弧段36和第二投影直线段37，投影圆弧段36的两端分别与第一投影直线段35和第二投影直线段37相切，第一投影直线段35与第二投影直线段37之间的夹角θ为101°-105°，投影圆弧段36半径R为R₂与R₁之差的50%-55%。传统的叶片3的投影为纯直线段或者纯弧线段，本实施例有别于传统，本实施例的叶片3的投影结构包括一段小弧度的投影圆弧段36以及在投影圆弧段36两端相切设置的两条直线段，该结构能够减少流道内分离流的产生，改善叶轮的尾迹-射流的产生。

优选地，第一投影直线段35的长度l₃为R₂的12.5%-13%，第二投影直线段37的长度l₄为R₂的27.5%-28%。经测试，把叶片3的投影结构的尺寸参数设置在上述范围内具有较好的风机性能，且噪声低。

经测试，如图8所示，采用本发明提供的平面展开结构配合投影结构所得到的叶片能在同等流量的情况下降噪4-8dB，使用效果较佳。

对比测试

选取9-19-4A型前弯离心风机作为测试机型。

对比例为传统的前弯离心风机叶轮，叶轮叶片外圈半径为200mm，叶轮叶片内圈半径为76mm，依据设计经验设计入口角θ₁为42°，出口角θ₂为122°，叶片厚度为2mm，进口边的高度为67.2mm，出口边的高度为36mm且垂直于底边，叶片的投影为纯弧线的前弯叶片。

根据本发明所提供的低噪前弯离心风机叶轮，对叶片进行改进得到改进例一，如图1和图6所示，改进例一也同为叶轮叶片外圈半径R₂为200mm，叶轮叶片内圈半径R₁为76mm，入口角θ₁为42°，出口角θ₂为122°，叶片厚度为2mm，进口边33的高度b₁为67.2mm，出口斜边34的高度b₂为36mm。改进例一与对比例的不同点在于叶片3的投影包括第一投影直线段35、投影圆弧段36和第二投影直线段37，第一投影直线段35与第二弧线段之间的夹角θ为102°，投影圆弧段36的半径R为R₂与R₁之差的50%，R为62mm，出口斜边34与底边31的夹角α₂为45°。同时，本发明还对叶片3的尺寸进行了优化，在叶片3的平面展开结构上，底边31的长度l₁为R₂的82.7%，l₁为165.4mm，顶边直线段321的长度l₂为R₂的9.8%，l₂为19.6mm，第一顶边圆弧段322的半径R₃为R₂的90%，R₃为180mm，第二顶边圆弧段323的半径R₄为R₂的20%，R₄为40mm。在叶片3的投影结构上，第一投影直线段35的长度l₃为R₂的12.6%，l₃为25.2mm，第二投影直线段37的长度l₄为R₂的27.75%，l₄为55.5mm，进口边33与底边31的夹角α₁为78.5°。

在改进例一的基础上，作出进一步的改进得到改进例二，如图7所示，改进例二与改进例一的不同点在于出口斜边34设置有向外伸出的外伸齿38，外伸齿38的数量为8个，外伸齿38的上边381与底边31平行，外伸齿38的下边382倾斜向下延伸，所有外伸齿38的上边381与下边382的夹角都大于30°且小于45°，且在多个外伸齿38中，越靠近底边31的外伸齿38向外伸出的长度越长。改进例二中的叶片3所设置的外伸齿38能够对射流进行二次抑制，使射流进一步分散，由于叶片3的底边31比顶边32更往外突出，出口斜边34底部的射流会比顶部更强，因此设置靠近底边31的外伸齿伸出长度更长，配合特殊角度及长度的上边381与下边382，与第一次抑制构成互补的效果，抑制效果进一步提升，具有更佳的降噪效果。

把上述的对比例、改进例一和改进例二的叶片分别安装在9-19-4A型前弯离心风机上，并分别测试在1000m³/h、1700m³/h和2200m³/h三种工况流量下的远场声压，共得到九组数据，测试结果如图8所示，可看出，基于本发明所提供的改进结构，噪声有着明显的下降。

综上，该种低噪前弯离心风机叶轮所产生的气动噪声较少，达到对离心风机进行降噪的目的。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种低噪前弯离心风机叶轮，包括底板、顶板以及环周阵列地连接在底板与顶板之间的多片叶片，其特征在于：

所述叶片的平面展开结构的轮廓如下：包括与底板连接的底边和与顶板连接的顶边，底边的进口端连接有向上延伸的进口边，底边的出口端连接有往靠近叶轮中心方向倾斜向上延伸的出口斜边，出口斜边与底边的夹角α₂为40°-45°，顶边连接在进口边的顶端与出口斜边的顶端之间；

所述多片叶片的底边的进口端构成叶轮叶片内圈，叶轮叶片内圈半径为R₁，所述多片叶片的出口斜边的中点构成叶轮叶片外圈，叶轮叶片外圈半径R₂；

所述叶片在底板上的投影结构如下：包括朝远离叶轮中心的方向依次连接的第一投影直线段、投影圆弧段和第二投影直线段，投影圆弧段的两端分别与第一投影直线段和第二投影直线段相切，第一投影直线段与第二投影直线段之间的夹角θ为101°-105°，投影圆弧段半径R为R₂与R₁之差的50%-55%。

2.根据权利要求1所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：底边的长度l₁为R₂的81%-83%。

3.根据权利要求1所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：顶边包括从出口斜边的顶端向进口边的顶端依次连接的顶边直线段、第一顶边圆弧段和第二顶边圆弧段，顶边直线段与底边平行，第一顶边圆弧段的两端分别与顶边直线段和第二顶边圆弧段相切。

4.根据权利要求3所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：顶边直线段的长度l₂为R₂的9.5%-10%，第一顶边圆弧段的半径R₃为R₂的88%-92%，第二顶边圆弧段的半径R₄为R₂的19%-21%。

5.根据权利要求1所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：第一投影直线段的长度l₃为R₂的12.5%-13%，第二投影直线段的长度l₄为R₂的27.5%-28%。

6.根据权利要求1所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：进口边往远离叶轮中心的方向倾斜向上延伸，进口边与底边的夹角α₁为78°-80°。

7.根据权利要求1所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：所述叶片为钣金式叶片，厚度为1.5-5mm，在底板与顶板之间环周阵列有12个叶片。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：所述出口斜边沿其边缘设置有向外伸出的多个外伸齿。

9.根据权利要求8所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：外伸齿的上边与所述底边平行，外伸齿的下边往靠近叶轮中心方向倾斜向下延伸，上边与下边的夹角大于30°且小于45°，在多个外伸齿中，越靠近所述底边的外伸齿向外伸出的长度越长。

10.根据权利要求8所述的低噪前弯离心风机叶轮，其特征在于：外伸齿的数量为6-10个。

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