CN114941636B - 一种前置增压多翼离心叶轮及离心风机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流体机械风机相关技术领域，其公开了一种前置增压多翼离心叶轮及离心风机，所述叶轮包括轮盘及多个导叶，多个所述导叶固定连接于所述轮盘，其能够随所述轮盘同步旋转；所述导叶包括所导叶主工作面与连接于所述导叶主工作面的导叶前缘导流面，所述导叶前缘导流面与所述导叶主工作面不共面，所述导叶前缘导流面远离所述导叶主工作面的外缘凸出于所述导叶主工作面。本发明在叶片上游的轮盘上安装额外的导流叶片，导流叶片同叶片同步旋转，达到了进口导流的目的，且前置可旋转的导叶可以实现叶轮进气气流的重新分配，调节叶道进气气流方向，由此增强叶轮后段及总体做功能力，达到了增压效果。

Description

一种前置增压多翼离心叶轮及离心风机
技术领域
本发明属于流体机械风机相关技术领域，更具体地，涉及一种前置增压多翼离心叶轮及离心风机。
背景技术
多翼离心风机是流体机械领域常用的一种气体输送设备。多翼离心风机加工简单、结构紧凑，被广泛应用于矿井、隧道、车辆、船舶和建筑物等的通风、换气和排尘场合。而多翼离心风机相对其他型式通风机更低的运行噪声，使其在对噪声性能有严苛要求的家电设备，如空调、吸油烟机、空气净化器中应用尤其广泛。随着人们生活水平和健康意识的大幅提升，以及对室内空气污染问题的日渐重视，多翼离心风机在这些设备中如何更强劲地运行是相关产品设计中的关键问题。
多翼离心风机的典型流动特征为气流轴向进入风机然后在通过叶轮时逐渐转为径向，但其较短的叶道会导致气流方向偏转不及时，从而造成较大部分气流向后盘集中，这使得多翼离心叶轮后盘做功能力较前盘更强。如何调节、改善、利用好这种流动方式，是进一步提高多翼离心叶轮总体做功能力的重要途径。
《具有多功能导流装置的多翼式离心风机》(ZL201110432232.0)通过带有导向叶片的导流装置改善叶轮进口气流，提高风机气动性能。《一种多翼离心风机》(ZL201410419659.0)通过在风机进风处增加辐射状的导叶器，是进入叶轮的气流具有一定的预旋，从而较小流动损失增加风机性能。《一种多翼离心风机》(ZL 201710230900.9)进一步提出一种三维预旋导流叶片，降低损失，提高性能。上述技术文件虽然可以达到提升风机性能的效果，但仍然存在如下技术问题：
1、ZL201110432232.0的导向叶片在轴向形状不变，没能考虑多翼离心风机做功的轴向不均匀性；
2、ZL 201410419659.0后者导叶则离叶轮进口太远，导向效果微弱；
3、三者导流装置均为静止部件，在转速、工况改变后其导流效果可能下降。
4、三者导流装置均为静止部件，其与旋转叶轮之间过近的距离可能导致动静干涉的加剧，进而导致风机运行噪声恶化。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种前置增压多翼离心叶轮及离心风机，其在叶片上游的轮盘上安装额外的导流叶片，导流叶片同叶片同步旋转，达到了进口导流的目的，且前置可旋转的导叶可以实现叶轮进气气流的重新分配，调节叶道进气气流方向，由此增强叶轮后段及总体做功能力，达到了增压效果。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种前置增压多翼离心叶轮，所述叶轮包括轮盘及多个导叶，多个所述导叶固定连接于所述轮盘，其能够随所述轮盘同步旋转；
所述导叶包括所导叶主工作面与连接于所述导叶主工作面的导叶前缘导流面，所述导叶前缘导流面与所述导叶主工作面不共面，所述导叶前缘导流面远离所述导叶主工作面的外缘凸出于所述导叶主工作面。
进一步地，所述导叶主工作面同一侧的两端分别设置有导叶外固定插销及导叶内固定插销，所述导叶通过所述导叶外固定插销及所述导叶内固定插销连接于所述轮盘。
进一步地，所述轮盘的内部和外部分别开设有轮盘导叶外固定孔及轮盘导叶内固定孔，一个所述轮盘导叶外固定孔与一个所述轮盘导叶内固定孔相对应以组成一组安装孔，安装孔的组数与所述导叶的数量相同；所述导叶外固定插销及所述导叶内固定插销分别插设在所述轮盘导叶外固定孔及所述轮盘导叶内固定孔内，使得所述导叶固定连接于所述轮盘，以能够随所述轮盘同步旋转。
进一步地，所述导叶外固定插销及所述导叶内固定插销均是由所述导叶主工作面的边缘向不同方向折弯所得。
进一步地，所述导叶主工作面与所述导叶前缘导流面之间形成夹角θ2，所述导叶主工作面与所述轮盘之间形成夹角θ1，夹角θ1的角度为35°-60°，夹角θ2的角度为10°-30°。
进一步地，导叶的总体高度b’由导叶主工作面61的高度b1 ’和导叶前缘导流面的高度b2 ’相加而成，导叶的总体高度b’为对应叶轮高度b的20％-60％。
进一步地，导叶前缘导流面的高度b2 ’为总体高度b’的10％-25％；安装后的导叶阵列外径D4尺寸为导叶所安装的叶轮的内径D1的90％～96％。
进一步地，所述导叶主工作面远离所述轮盘中心轴的一边形成有导叶尾缘锯齿，所述导叶前缘导流面远离所述导叶尾缘锯齿的一边形成有导叶前缘锯齿。
进一步地，所述叶轮还包括多个叶片、前轮盖、后轮盖及联轴盘，所述轮盘为环形，其外缘开设有多个叶片固定孔，多个所述叶片的中部分别固定在所述叶片固定孔内，所述前轮盖及所述后轮盖分别连接于所述叶片相背的两端，且所述前轮盖、所述轮盘及所述后轮盖依次间隔设置，所述联轴盘设置在所述轮盘的中部，所述导叶位于所述联轴盘及所述叶片之间。
按照本发明的另一个方面，提供了一种具有如上所述的前置增压多翼离心叶轮的离心风机。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的前置增压多翼离心叶轮及离心风机主要具有以下有益效果：
1.由于导叶同叶片一样安装于叶轮轮盘，导叶将跟随叶轮一同旋转，在较宽的工况和转速范围内对叶轮气流起到导流效果，导叶形状兼顾加工便利性和气动设计，并以一定角度安装，其在旋转的过程中改善原多翼叶道进气条件的同时将更多气流向叶轮轮盘输送，降低了叶道流动损失并提高了叶轮做功能力，最终实现了风机风量和风压的提升。
2.由于导叶跟随叶轮旋转，导叶与叶片之间的相对位置保持不变，导流和正压效果并不随工况而改变。
3.前倾的导叶可以将气流向叶轮轮盘一侧进行输送，加强叶片靠近轮盘一侧的做功能力。
4.两段式的导叶结构，提高了导叶导流和气体输送的能力。
5.外高内低的前缘匹配不同半径处的气流角度，增加了导流效率。
6.倾斜的导叶外缘对应多个多翼叶道，一定程度上消除了气流在流经导叶间时向导叶迎风面集中所造成的周向不均匀。
7.导叶外形轮廓简单，加工方便，安装简单。
8.锯齿形有助于减小气流对导叶的冲击，以及改善导叶下游的旋涡脱落，避免叶轮在加装导叶后气动噪声相应提高。
附图说明
图1是本发明提供的前置增压多翼离心叶轮的立体结构示意图；
图2是图1中的前置增压多翼离心叶轮中的导叶与轮盘的示意图；
图3是图1中的前置增压多翼离心叶轮中的导叶的结构示意图；
图4是图1中的前置增压多翼离心叶轮中的导叶的安装示意图；
图5中的(a)、(b)分别是导叶的平面示意图及导叶安装时的角度示意图；
图6是导叶的子午面参数示意图；
图7是导叶安装位置的径向尺寸参数示意图；
图8是安装有图1中的前置增压多翼离心叶轮的前置增压多翼离心叶轮的风机；
图9是本发明提供的另一种导叶的结构示意图；
图10是本发明提供的另一种离心风机的局部示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-前轮盖，2-后轮盖，3-轮盘，31-轮盘导叶内固定孔，32-轮盘导叶外固定孔，4-叶片，5-联轴盘，6-导叶，61-导叶主工作面，611-导叶尾缘锯齿，62-导叶前缘导流面，621-导叶前缘锯齿，63-导叶外固定插销，64-导叶内固定插销。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供了一种前置增压多翼离心叶轮及离心风机，该离心风机包括该离心叶轮。所述离心叶轮包括前轮盖1、后轮盖2、轮盘3、多个叶片4、联轴盘5及多个导叶6。多个所述叶片4的中部设置在所述轮盘3的边缘，相背的两侧分别连接于所述前轮盖1及所述后轮盖2。所述联轴盘5设置在所述轮盘3的中部，多个所述导叶6设置在所述轮盘3的一侧，且其位于所述叶片4与所述联轴盘5之间。
所述轮盘3为中部凸起的圆盘形，其包括环形盘及凸环，所述凸环的外缘连接于所述环形盘的內缘，所述凸环的內缘形成有通孔，所述轮盘3通过所述通孔与所述联轴盘5相连接。所述环形盘开设有叶片固定孔，多个所述叶片固定孔绕所述轮盘3的中心轴均匀排布。所述叶片4通过所述叶片固定孔固定在所述轮盘3上。本实施方式中，所述离心叶轮为双吸叶轮，所述叶片4的中部固定于所述叶片固定孔，相背的两端分别连接于所述前轮盖1及所述后轮盖2，所述前轮盖1、所述轮盘3及所述后轮盖2依次间隔设置。所述联轴盘5设置在所述凸环上，所述离心叶轮通过所述联轴盘5与电机轴相连接。
本实施方式中，所述前轮盖1及所述后轮盖2均为环形结构；所述凸环为曲面结构，且內缘凸出于所述环形盘。所述凸环开设有多个间隔设置的轮盘导叶内固定孔31，所述环形盘开设有多个轮盘导叶外固定孔32，所述轮盘导叶内固定孔31的数量与所述轮盘导叶外固定孔32的数量相同；所述轮盘3通过所述轮盘导叶内固定孔31及所述轮盘导叶外固定孔32连接于所述导叶6；一个所述轮盘导叶内固定孔31与一个所述轮盘导叶外固定孔32形成一组安装孔，一组安装孔内的所述轮盘导叶内固定孔31与所述轮盘导叶外固定孔32的位置相对应。
所述导叶6为较规则、前端局部弯折的板型，后端边缘的形状与所述轮盘3的形状贴合。多个所述导叶6沿周向均匀的安装于所述轮盘3上，导叶数量过少，会使得增压能力不足；而导叶数量过多，则流动阻力增高反而不利于风机性能。优选地，导叶的数量为叶片数量的1/6倍～1/4倍。
所述导叶6包括导叶主工作面61及连接于所述导叶主工作面61的导叶前缘导流面62，所述导叶主工作面61同一侧的两端分别设置有导叶外固定插销63及导叶内固定插销64，所述导叶6通过所述导叶外固定插销63及所述导叶内固定插销64连接于所述轮盘3。所述导叶外固定插销63及所述导叶内固定插销64分别插设在所述轮盘导叶外固定孔32及所述轮盘导叶内固定孔31内，使得所述导叶6固定连接于所述轮盘3，以能够随所述轮盘3同步旋转。
其中，所述导叶外固定插销63及所述导叶内固定插销64均是由所述导叶主工作面61的边缘向不同方向折弯所得，折弯角与导叶6的具体安装位置相关；所述导叶主工作面61的面积大于所述导叶前缘导流面62的面积。本实施方式中，所述导叶主工作面61基本呈矩形，其两腰分别称为连接腰及自由腰，所述自由腰的两端分别设置有所述导叶外固定插销63及所述导叶内固定插销64；所述连接腰连接于所述导叶前缘导流面62；所述导叶前缘导流面62基本呈三角形，其一边与所述自由腰相连接，且两者的长度相等。
所述导叶6安装时，将所述导叶外固定插销63折弯至指定角度，然后将所述导叶外固定插销63插入所述轮盘导叶外固定孔32内，同时将所述导叶内固定插销64也插入所述轮盘导叶内固定孔31内，调整所述导叶6的角度以确保所述导叶外固定插销63与所述轮盘3的下表面贴合，折弯所述导叶内固定插销64以卡死导叶6的位置和角度完成单片导叶6的安装。
请参阅图5，所述导叶主工作面61与所述轮盘3之间呈现一定的夹角θ1，上端的导叶前缘导流面62又与主工作面61进一步呈夹角θ2，整个导叶6的上端边缘沿旋转方向朝前。在导叶6跟随叶轮旋转的过程中，这样的二段式角度布置有利于将气流向叶轮轮盘3一侧输送，增加叶片4轮盘附近的做功能力；同时导叶6外侧边缘的倾斜使得其驱动的气流可以进入数个多翼叶道，不影响原叶片4阵列的流动均匀性。
所述导叶6的安装角度θ1决定了导叶6的增压效果，角度过大时气流冲击较大，相应的冲击损失较高；而角度过小时导叶之间的通道较狭长，导流时的沿程损失又将提高。最佳的安装角度与叶轮转速相关，对于转速在1000-2000rpm间的多翼离心叶轮，优选的安装角度在35°-60°之间。转速高时取其下限，转速低时取其上限。
所述导叶前缘导流面62与所述导叶主工作面61的夹角θ2，可以将气流预先导向导叶主工作面61，增强导叶6的总体增压效果。优选的，夹角θ2选择在10°-30°，转速高时取上限，转速低时取下限。同时，所述导叶前缘导流面62外高而内低，匹配外缘较高线速度形成的较大气流角度，增强导叶6的导流和增压效果。
所述导叶6的子午面参数如图6所示，可见导叶6的总体高度b’由导叶主工作面61的高度b1 ’和导叶前缘导流面62的高度b2 ’相加而成。过高导致导叶流阻较大，过小导致导叶增压效果不足，优选的导叶6的总体高度b’取对应叶轮高度b的20％-60％为宜。而其中导叶前缘导流面62的高度b2 ’占导叶6的总体高度b’的比例也不宜过大，优选取值范围为总体高度b’的10％-25％。
所述导叶6安装位置的径向尺寸参数如图7所示。安装后的导叶阵列外径D4尺寸应略小于导叶所安装的叶轮的内径D1，但不宜过小而影响其导流和增压的效果，优选的D4应取D1的90-96％为宜。而安装后的导叶阵列内径D3尺寸并无限制，主要取决于叶轮中部联轴部件的尺寸。但应避免内外两个安装插销距离过远影响导叶在叶轮旋转之后的稳定性。
图8为安装有本实施例前置增压多翼离心叶轮的风机，本发明所述核心部件—导叶造型简单、加工经济、安装方便，安装于叶轮中部不影响多翼叶轮本身的结构和尺寸，是一种可行性强的增压手段。
图9为所述导叶6的另一种结构形式，在导叶前缘导流面62的前缘具有导叶前缘锯齿621，在导叶主工作面61的尾缘具有导叶尾缘锯齿611，即在所述导叶前缘导流面62的一条设置有导叶前缘锯齿621，所述导叶主工作面61的下底设置有导叶尾缘锯齿611；这样的锯齿形有助于减小气流对导叶的冲击，以及改善导叶下游的旋涡脱落，避免叶轮在加装导叶后气动噪声相应提高。
请参阅图10，本发明提供了一种离心叶轮，所述离心叶轮包括如上所述的叶轮及电机，所述叶轮连接于所述电机轴。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：
所述叶轮包括轮盘及多个导叶，多个所述导叶固定连接于所述轮盘，其能够随所述轮盘同步旋转；
所述导叶包括导叶主工作面和连接于所述导叶主工作面的导叶前缘导流面，所述导叶前缘导流面与所述导叶主工作面不共面，所述导叶前缘导流面远离所述导叶主工作面的外缘凸出于所述导叶主工作面；
所述导叶主工作面与所述导叶前缘导流面均是平面板，所述导叶前缘导流面沿旋转方向倾斜；所述导叶主工作面与所述导叶前缘导流面之间形成夹角θ2，所述导叶主工作面与所述轮盘之间形成夹角θ1，夹角θ1的角度为35°-60°，夹角θ2的角度为10°-30°；所述导叶主工作面远离所述轮盘中心轴的一边形成有导叶尾缘锯齿，所述导叶前缘导流面远离所述导叶尾缘锯齿的一边形成有导叶前缘锯齿。
2.如权利要求1所述的前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：所述导叶主工作面同一侧的两端分别设置有导叶外固定插销及导叶内固定插销，所述导叶通过所述导叶外固定插销及所述导叶内固定插销连接于所述轮盘。
3.如权利要求2所述的前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：所述轮盘的内部和外部分别开设有轮盘导叶外固定孔及轮盘导叶内固定孔，一个所述轮盘导叶外固定孔与一个所述轮盘导叶内固定孔相对应以组成一组安装孔，安装孔的组数与所述导叶的数量相同；所述导叶外固定插销及所述导叶内固定插销分别插设在所述轮盘导叶外固定孔及所述轮盘导叶内固定孔内，使得所述导叶固定连接于所述轮盘，以能够随所述轮盘同步旋转。
4.如权利要求2所述的前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：所述导叶外固定插销及所述导叶内固定插销均是由所述导叶主工作面的边缘向不同方向折弯所得。
5.如权利要求1所述的前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：导叶的总体高度b’由导叶主工作面的高度b1 ’和导叶前缘导流面的高度b2 ’相加而成，导叶的总体高度b’为对应叶轮高度b的20％-60％。
6.如权利要求5所述的前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：导叶前缘导流面的高度b2 ’为总体高度b’的10％-25％；安装后的导叶阵列外径D4尺寸为导叶所安装的叶轮的内径D1的90％～96％。
7.如权利要求1-6任一项所述的前置增压多翼离心叶轮，其特征在于：所述叶轮还包括多个叶片、前轮盖、后轮盖及联轴盘，所述轮盘为环形，其外缘开设有多个叶片固定孔，多个所述叶片的中部分别固定在所述叶片固定孔内，所述前轮盖及所述后轮盖分别连接于所述叶片相背的两端，且所述前轮盖、所述轮盘及所述后轮盖依次间隔设置，所述联轴盘设置在所述轮盘的中部，所述导叶位于所述联轴盘及所述叶片之间；导叶的数量为叶片数量的1/6倍～1/4倍。
8.一种具有权利要求1-7任一项所述的前置增压多翼离心叶轮的离心风机。
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