CN116928135B - 一种无人扫地车用高效低噪声风机 - Google Patents

Abstract

一种无人扫地车用高效低噪声风机，包括蜗壳、前向叶轮和驱动电机，所述前向叶轮安装在蜗壳内并与驱动电机连接，由驱动电机直接驱动前向叶轮转动，所述蜗壳上设置有与前向叶轮相连的进风口；所述前向叶轮包括前盘、叶片、后盘，所述前盘为多圆弧前盘，所述叶片前向设置在前盘和后盘之间，叶片包括间隔设置的长叶片和短叶片，所有叶片出口到前向叶轮出口均设置有无叶扩压段。本发明的风机设计合理，具备结构紧凑、噪声低、吸力大、效率高、抗喘振能力强的优点。

Description

一种无人扫地车用高效低噪声风机

技术领域

本发明涉及低噪声风机设计领域，尤其涉及一种无人扫地车用高效低噪声风机。

背景技术

随着城市化程度的提高，对城市地面的要求提出更高的要求，自动化扫地设备逐步代替人工，成为城市环卫的主力军。无人扫地车作为新兴的小型智能化装备，越来越受到民众喜爱。目前，无人扫地车覆盖范围正逐步进入小区、商场等人聚集密度大的场合，但其存在的噪声大、能耗大、吸力不足、喘振抖动等问题也在困扰着人们。风机是无人扫地车的关键核心部件，如何降低扫地车风机的噪声，提高风机运行效率，结构紧凑，提高喘振余量成为目前扫地机风机亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种无人扫地车用高效低噪声风机，该风机结构紧凑，运行噪声低，并且吸力大，提高喘振余量，工作效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人扫地车用高效低噪声风机，包括蜗壳、前向叶轮和驱动电机，所述前向叶轮安装在蜗壳内并与驱动电机连接，由驱动电机直接驱动前向叶轮转动，所述蜗壳上设置有与前向叶轮相连的进风口；所述前向叶轮包括前盘、叶片、后盘，所述前盘为多圆弧前盘，所述叶片前向设置在前盘和后盘之间，叶片包括间隔设置的长叶片和短叶片，叶片出口到前向叶轮出口设置有无叶扩压段，自进风口流入的空气在转动的叶轮机械力作用下，在叶轮出口处形成均匀、高速的气流，然后经蜗壳内的螺旋气流通道逐渐扩散向蜗壳出口处送出，为无人扫地车运行提供动力。

所述前盘包括依次相连的第一圆环段、第二圆环段、第三圆环段，所述第一圆环段、第二圆环段、第三圆环段的截面分别为弧线、弧线和直线，相邻的两个圆环段具有平滑过渡的连接部。

所述第一圆环段的内圆周直径φ1为140~160mm，优选为151.2mm，第二圆环段的内圆周直径φ2为180~200mm，优选为190mm，第三圆环段的内圆周直径φ3为280~300mm，优选为290mm，第一圆环段的外圆周直径与第二圆环段的内圆周直径相同，第二圆环段的外圆周直径与第三圆环段的内圆周直径相同，第三圆环段的外圆周直径与前盘的外圆周φ4直径相同。

所述前盘和后盘的外圆周直径相同，前盘和后盘的外圆周直径φ4为400~420mm，优选为404mm，所有叶片的外端处在同一外圆周上，叶片的外圆周直径φ5为390~410mm，优选为400mm，前盘和后盘的外圆周和叶片外端的外圆周的径向距离L等于无叶扩压段长度，所述无叶扩压段的长度为2~10mm，优选为4mm。

所有长叶片的内端处在同一内圆周上，长叶片的内圆周直径φ6为150-170mm，优选为160mm，所有短叶片的内端处在同一内圆周上，短叶片的内圆周直径φ7为270-290mm，优选为280mm。

所述长叶片和短叶片的数量相同，均为10~14片。具体地，长叶片和短叶片的数量均为12片。所述叶片的出口宽度h1为30~40mm，优选为36mm。

所述长叶片包括依次相连的直线入口段、圆弧中间段和直线出口段，长叶片的直线入口段、圆弧中间段和直线出口段的长度分别为10~120mm、 60~360mm、10~120mm，优选为80mm、190mm、80mm，长叶片的圆弧中间段的半径R1为60~220mm。

所述长叶片入口角为10~ 45°，优选为38°，长叶片出口角为90~ 135°，优选为126°，长叶片的出口直径φ5为390~410mm，优选为400mm。

所述长叶片的进口边和出口边均相对于后盘垂直。

所述短叶片包括相连的圆弧入口段和直线出口段，短叶片的圆弧入口段和直线出口段的长度分别60~200mm、10~120mm，优选为100mm、80mm，短叶片的圆弧入口段的半径R2为60~220mm。

优选地，所述短叶片的长度为长叶片长度的50~60%。

所述短叶片入口角为45~ 90°，优选为80°，短叶片出口角为90~ 135°，优选为126°，短叶片的出口直径φ5为390~410mm，优选为400mm。

所述短叶片的进口边和出口边均相对于后盘垂直。

所述进风口为直筒型，进风口的直径为138-159mm，进风口外壁与前盘顶部内壁（对应第一圆环段的内圆周直径φ1）的间隙为1~2mm。

所述蜗壳为螺旋形，蜗壳出口为渐扩型，蜗壳整体的长度、宽度和高度为646mm、586mm、72mm，前向叶轮的后盘与蜗壳底部内平面之间的距离h2为17mm，所述驱动电机为高效永磁电机。

本发明的有益效果为：

1、叶轮的多圆弧前盘优化了流道内气流状态，设置短叶片能提高风机吸力，缩短栅距能减小涡流，降低流动噪声，提高喘振余量及风机效率，设置无叶扩压段能减少叶片出口的气体流动损失。

2、直筒型进风口加工方便，并且易于和无人扫地机系统装配。电机采用直驱式，电机与叶轮直接连接，无中间能量损耗，提高了工作效率。蜗壳的渐扩型出口能逐渐减小叶轮出口的高速气流，把动压转化成静压，提高动压回收效率。

3、风机设计合理，具备结构紧凑、噪声低、吸力大、效率高、抗喘振能力强的优点。

附图说明

图1为本发明的立体透视图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的前向叶轮立体图；

图4为本发明的前向叶轮主视图；

图5为本发明的前向叶轮去掉前盖后的俯视图；

图6为本发明风机与常规风机的效率曲线对比图；

图7为本发明风机与常规风机的压力曲线对比图；

图中：1-蜗壳，2-前向叶轮，3-前盘，31-第一前盘圆环段，32-第二前盘圆环段，33-第三前盘圆环段，4-叶片，5-后盘，6-长叶片，61-长叶片直线入口段，62-长叶片圆弧中间段，63-长叶片直线出口段，7-短叶片，71-短叶片圆弧入口段，72-短叶片直线出口段，8-无叶扩压段，9-进风口，10-蜗壳出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-图5所示，本发明提供的一种无人扫地车用高效低噪声风机，包括蜗壳1、前向叶轮2和驱动电机，所述蜗壳1上设置有进风口9，所述前向叶轮2安装在蜗壳1内，前向叶轮2包括前盘3、叶片4、后盘5，所述前盘3为与进风口9相连的多圆弧前盘3，所述叶片4前向设置在前盘3和后盘5之间，叶片4包括间隔设置的长叶片6和短叶片7，所有叶片4出口到前向叶轮2出口均设置有无叶扩压段8，所述驱动电机安装在蜗壳1外，驱动电机的电机轴通过轴盘与前向叶轮2一体安装，前向叶轮2由驱动电机直接驱动转动，空气自进风口9送入前向叶轮2内在经过相邻叶片4之间的通道向叶轮出口送出，这一过程中受到叶片4转动的机械力作用，在叶轮出口形成高速气流，然后经过蜗壳1内的渐扩型螺旋气流通道向蜗壳出口10送出，从而为无人扫地车的运行提供动力。

在本实施例中，所述前盘3包括依次相连的第一前盘圆环段31、第二前盘圆环段32、第三前盘圆环段33，所述第一前盘圆环段31、第二前盘圆环段32、第三前盘圆环段33的截面分别为弧线、弧线和直线，其中第一前盘圆环段31、第二前盘圆环段32、第三前盘圆环段33的弧度依次更平缓，相邻的两个前盘圆环段具有平滑过渡的连接部。可以理解的是，根据工艺设计需要，前盘圆环段数量还可设为1个、2个或4个，而同样具有良好的气流转换效果，提高风机的工作效率。

在本实施例中，所述第一前盘圆环段31的内圆周直径φ1为140~160mm，优选为151.2mm（与进风口为间隙设置），第二前盘圆环段32的内圆周直径φ2为180~200mm，优选为190mm，第三前盘圆环段33的内圆周直径φ3为280~300mm，优选为290mm，第一前盘圆环段31的外圆周直径与第二前盘圆环段32的内圆周直径相同，第二前盘圆环段32的外圆周直径与第三前盘圆环段33的内圆周直径相同，第三前盘圆环段33的外圆周直径与前盘3的外圆周φ4直径相同。

在本实施例中，所述前盘3和后盘5的外圆周直径相同，前盘3和后盘5的外圆周直径φ4为400~420mm，优选为404mm，所有叶片4的外端处在同一外圆周上，叶片4的外圆周直径φ5为390~410mm，优选为400mm，即长叶片6 和短叶片7的外圆周直径均为400mm，长叶片6和短叶片7的外圆周直径一致有助于保持气体向出口处流动的一致），前盘3和后盘5的外圆周和叶片4外端的外圆周的径向距离L等于无叶扩压段8长度，所述无叶扩压段8的长度为2~10mm，优选为4mm，设置无叶扩压段8的合理长度数值有助于气体向蜗壳内扩散，所形成的环形缓冲区能减少输送压力损失。所有长叶片6的内端处在同一内圆周上，长叶片6的内圆周直径φ6为150-170mm，优选为160mm，所有短叶片7的内端处在同一内圆周上，短叶片7的内圆周直径φ7为270-290mm，优选为280mm。

在本实施例中，所述长叶片6和短叶片7的数量均为12片，所述叶片4的出口宽度h1为36mm。所述长叶片6包括依次相连的长叶片直线入口段61、长叶片圆弧中间段62和长叶片直线出口段63，长度分别为80mm、190mm、80mm，其中长叶片圆弧中间段62的半径R1为120mm。设置所述长叶片入口角为38°，长叶片出口角为126°，长叶片6的出口直径为400mm。所述长叶片6的进口边和出口边均相对于后盘5垂直。

在本实施例中，所述短叶片7长度为长叶片6长度的50~60%，短叶片7长度超出长叶片6的1/2有助于在气流到达长叶片圆弧中间段62中部之前对气体进行分流，提高气流输送效率。短叶片7包括相连的短叶片圆弧入口段71和短叶片直线出口段72，长度分别为100mm、80mm，其中短叶片圆弧入口段71的半径R2为120mm。设置所述短叶片入口角为80°，短叶片出口角为126°，短叶片7的出口直径为400mm。所述短叶片7的进口边和出口边均相对于后盘5垂直。

在本实施例中，所述进风口9为直筒型，直径为150mm，加工方便。进风口9与叶轮前盘3套口良好配合，具体地，进风口9内侧伸入前盘3套口3.5mm，进风口9外壁与前盘3顶部内壁的间隙设置为1.2mm（对应第一前盘圆环段31的内圆周直径φ1为151.2mm），不干扰叶轮转动，并减少气体流动的间隙损失，并且进风口9外侧可以与无人扫地机系统直接以箍的形式装配，便于安装。

在本实施例中，所述蜗壳1为螺旋形，蜗壳出口10为渐扩型，这一结构可以把叶轮出口高速气流逐渐减小，把动压转化为静压，渐扩型出口能提高动压回收效率，将蜗壳1整体的长度、宽度、高度设置为646mm、586mm、72mm，结构紧凑，简洁美观，并且将前向叶轮2的后盘5与蜗壳1底部内平面之间的距离h2为17mm，前向叶轮2的多圆弧前盘3与蜗壳1顶部内平面之间具有一定间距，实现自前向叶轮2的叶片出口送出气流的均匀扩散，同时驱动电机采用高效永磁电机，能耗低，效率高。

在本发明中，上述叶轮、前盘、后盘、叶片、进风口和蜗壳的尺寸均可以无量纲进行计算（即等比例减少或增加尺寸），而实现相同的技术效果。

在本发明中，所述长叶片6靠近叶轮中心的直线入口段使得气流顺着叶片4流动，圆弧中间段使得气流转向叶片4出口，直线出口段前向使得气流向前并以较大压力送出，设置直线段并合理设置长度的结构设计能提高气体流动的稳定性和输送效率。相邻长叶片6的靠近气流出口侧间距增大，气流压力损失增加，通过设置短叶片7，能将气流沿其两面分别导向出口侧，能减少压力损失，并增大出口侧的气体压力，提高风机的气体输送效率。同时，短叶片7设置在相邻长叶片6中间，短叶片7的圆弧入口段与长叶片6的圆弧中间段弧度一致，有利于提高气流在中部通道流动的均匀性。将长叶片6的入口段和出口段设置为直线并合理设置入口角和出口角，以及将短叶片7的出口段设置为直线并合理设置入口角和出口角，使得气体均匀流动的同时，提高流向的一致性，在出风侧以更高速度实现线性流动。

在本发明中，通过进风口9、多圆弧前盘3及长叶片6的结构设置，使得气体进风段具有较大的容纳空间，提高了相邻长叶片6之间进风侧气体流动的稳定性。同时，所有叶片4出口到前向叶轮2出口均设置有无叶扩压段8，自相邻叶片4之间呈线性流出的高速气流在受到前壁和后壁之间距离约束的同时进行扩压。由于叶轮出风口的高速气流直接流入蜗壳1的渐扩型气流通道，气流过快扩散使得流动不稳定会造成压力损失，通过设置一定长度的无叶扩压段8，提高了气流自叶轮进风侧、出风侧再向螺旋形蜗壳1内进行更均匀的流动。

本发明提供的无人扫地车用风机，通过对叶片4结构及叶轮内气流通道的优化设计，能降低运行噪音，运行噪音比同类风机产品降低3分贝以上，并且有效提高风机的运行效率，如图6、图7所示，在流量920~1400m3/h范围内，风机运行效率均比常规风机高 10 个百分点以上，风机压力也显著提高。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所作出的等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无人扫地车用高效低噪声风机，包括蜗壳、前向叶轮和驱动电机，所述前向叶轮安装在蜗壳内并与驱动电机连接，由驱动电机直接驱动前向叶轮转动，所述蜗壳上设置有与前向叶轮相连的进风口，其特征在于：所述前向叶轮包括前盘、叶片、后盘，所述前盘为多圆弧前盘，所述叶片前向设置在前盘和后盘之间，叶片包括间隔设置的长叶片和短叶片，叶片出口到前向叶轮出口设置有无叶扩压段；

所述前盘包括依次相连的第一圆环段、第二圆环段、第三圆环段，所述第一圆环段、第二圆环段、第三圆环段的截面分别为弧线、弧线和直线，相邻的两个圆环段具有平滑过渡的连接部；

所述第一圆环段的内圆周直径φ1为140~160mm，第二圆环段的内圆周直径φ2为180~200mm，第三圆环段的内圆周直径φ3为280~300mm，第一圆环段的外圆周直径与第二圆环段的内圆周直径相同，第二圆环段的外圆周直径与第三圆环段的内圆周直径相同，第三圆环段的外圆周直径与前盘的外圆周直径φ4相同；

所述前盘和后盘的外圆周直径相同，前盘和后盘的外圆周直径φ4为400~420mm，所有叶片的外端处在同一外圆周上，叶片的外圆周直径φ5为390~410mm，前盘和后盘的外圆周和叶片外端的外圆周的径向距离L等于无叶扩压段长度，所述无叶扩压段的长度为2~10mm；

所有长叶片的内端处在同一内圆周上，长叶片的内圆周直径φ6为150-170mm，所有短叶片的内端处在同一内圆周上，短叶片的内圆周直径φ7为270-290mm，所述长叶片和短叶片的数量相同，长叶片和短叶片均为10~14片，所述叶片的出口宽度h1为30~40mm；

所述长叶片包括依次相连的直线入口段、圆弧中间段和直线出口段，长叶片的直线入口段、圆弧中间段和直线出口段的长度分别为10~120mm、 60~360mm、10~120mm，长叶片的圆弧中间段的半径R1为60~220mm，所述长叶片入口角为10~ 45°，长叶片出口角为90~ 135°，长叶片的出口直径φ5为390~410mm；

所述短叶片的长度为长叶片长度的50~60%，所述短叶片包括相连的圆弧入口段和直线出口段，短叶片的圆弧入口段和直线出口段的长度分别为60~200mm、10~120mm，短叶片的圆弧入口段的半径R2为60~220mm，所述短叶片的入口角为45~ 90°，短叶片出口角为90~135°，短叶片的出口直径φ5为390~410mm。

2.根据权利要求1所述的无人扫地车用高效低噪声风机，其特征在于：所述进风口为直筒型，进风口的直径为138-159mm，进风口外壁与前盘顶部内壁的间隙为1~2mm。

3.根据权利要求1所述的无人扫地车用高效低噪声风机，其特征在于：所述蜗壳为螺旋形，蜗壳出口为渐扩型，蜗壳整体的长度、宽度和高度为646mm、586mm、72mm，前向叶轮的后盘与蜗壳底部内平面之间的距离h2为17mm，所述驱动电机为高效永磁电机。