CN1185547A - 一种用于离心风机的叶轮 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一种用于离心风机的叶轮,包括一轮毂,用于承受在其中央部分的转矩;一平面呈环形的护罩,在其中心处形成一用于进气口的开口,并跨过护罩与轮毂间的一所需间距,与轮毂相对;和多个叶片,设置于轮毂与护罩间,相互每隔一定间距圆周分布,设置的叶轮其特征在于;每个叶片的进气边相对于其切线都有不同的角度(入口角),从而与在护罩与轮毂间的叶片宽度不同点上,由叶片引导的气流之流入角一致。

Description

一种用于离心风机的叶轮
本发明涉及一种用于离心风机的叶轮，而离心风机又用于空调设备等，该叶轮包括一轮毂，用于在其中央部分承受驱动转矩；一平而呈环形的护罩，在其中心处形成一用于进气的开口，并跨过护罩与轮毂间一所需间距与轮毂相对；和多个叶片，设置在轮毂与护罩间，相互每隔一定间距圆周分布，而且尤其设及一种采用从护罩的进气口12a吸入空气，而从叶轮有效排出空气的叶轮。
一般地，空调器应用各种风机用于给热交换器等等供气。离心风机已被广泛用作这样的风机的一种。
离心风机一般使用的叶轮10，包括一平面呈圆形的轮毂11，并在其中心有一凸起部；一平面呈环形的护罩12，形成一用于进气口12a的开口，并跨过轮毂11与护罩12间一所需距离与轮毂11相对；和多个叶片13，设置在轮毂11与护罩12间，相互每隔一定间距沿圆周分布，如图1和图2所示。
该离心风机被这样设置：一转矩作用在轮毂11的中央部分用于旋转叶轮10，顺序地，允许叶轮10产生从护罩12的进气口12a流入叶轮10由旋转叶片引导通过轮毂11与护罩12之间的通道，流出叶轮10外缘的气流。
迄今为止，各种叶片13已发展为许多试图提高从上述叶轮10中排出空气的效率的叶片，该叶轮10适合于旋转以产生在其中流动的气流，从进气口12a由旋转叶片13引导通过轮毂11与护罩12间的通道流出叶轮10的外缘。
如图3所示，在传统的叶轮中，叶片13以这样的方式设置于轮毂11与护罩12之间：叶片13的进气边各与由叶片13确定之内圈的切线形成角θ，该角θ与进入相邻的叶片13的气流的流入角一致。每个叶片13在轮毂11与护罩12之间叶轮宽度的点上都有入口角θ。
可惜，如果这样安装的带叶片的叶轮10产生旋转以产生流动的气流进入叶轮10，并通过轮毂11与护罩12之间的通道从叶轮10的外缘排出，那么由叶片13引导的气流就不能随叶片的表面沿直线流动，从而远离叶片表面，因此，产生了涡流。涡流影响了由叶片13引导而将被排出的气流，因此，降低了排气效率并在运行过程中，产生了增强的噪音。运行过程中，产生了增强的噪音。
此外，传统的叶轮10被这样设置：通过进气口12a收集的空气，通过轮毂11与护罩12之间通道引导；从叶轮10的外缘水平排出。因此，每个叶片13都有一个大体沿水平延长的出气边部分，如图4与5所示。
遗憾的是，在这种适用于流动的气流从进气口12a进入叶轮10，由叶片的引导而从叶片外缘排出的设置，比较接近带进气口12a的护罩12的气流当被排出时其流速减小，而较接近轮毂11的气流被排出时，其流速相应增大。靠近护罩12的气流与轮毂附近11的气流的流速差导致涡流的产生。即顺序产生气流的涡动。紊流的气流不仅会在运行中导致噪音的增加而且影响由叶片13引导将要排出的空气流动。结果，使空气供给效率降低。
因此，本发明的一个主题是提供一种用于离心风机的叶轮，叶轮产生旋转；用于产生从护罩中心的进气口进入叶轮并由叶片引导通过轮毂与护罩间的通道排出叶轮外缘的流动的气流，该叶轮有助于减少由于气流脱离叶片而产生的涡流或类似情况的发生。并有助于气流平稳地沿直线随用于从叶轮外缘有效排出空气的叶片流动。
本发明的另一主题是当叶轮按上述方式产生从叶轮外缘排出空气的旋转时，减少噪音。
根据本发明的第一方面，用于离心风机的叶轮包括：一轮毂，用于承受在其中央部分的转矩；一平面呈环形的护罩，形成一用于进气口的开口，并跨过一所需间距，与轮毂相对；和多个叶片，相互间每隔一定间距沿圆周分布设置在轮毂与护罩之间，设置的叶轮其特征在于：每个叶片的进气边与其切线一起形成不同的角(入口角)，以便与在护罩与轮毂间的叶片宽度上不同点的气流之流入角相一致。
根据本发明的第一方面的叶轮，其特征在于：每个叶片的进气边都有不同的角度，从而与在护罩与轮毂间叶片宽度的不同点上气流的流入角一致，叶片能使气流随叶片表面在轮毂与护罩间叶片宽度的不同点上沿直线流动，而叶轮被转动以产生吸入其内的气流，并由叶片引导通过轮毂与护罩间的通道流出叶轮10的外缘。这样的气流对减少涡流或类似情况的发生是有效的，从而允许叶片更有效地从叶轮外缘排出空气。此外，还降低了噪音的产生。
根据本发明的第二方面，用于离心风机的叶轮包括一轮毂。用于在其中央部分承受转矩一平面呈环形的护罩，在其中心处形成一用于进气口的开口，并跨过一所需的间距，与轮毂相对；和多个叶片，相互每隔一定间距沿圆周分布设置于轮毂与护罩之间，设置的叶轮。其特征在于：每个叶片的出气边与其切线形成不同的角度(出口角)，从而与在护罩与轮毂间叶片宽度的不同点上由叶片排出的空气的流出角相一致。
依据本发明第二方面的叶轮，其特征在于：各叶片的出气边形成不同的流出角，从而与在护罩与轮毂间叶片宽度的不同点上排出空气的流出角一致，叶片可使气流随叶片表面在护罩与轮毂间叶片宽度的不同点上沿直线流动，从而当叶轮被转动以产生这样的气流时，有效地从叶轮外缘排出空气。此外，还可降低噪音。
依据本发明的第三方面，用于离心风机的叶轮包括：一轮毂，用于承受在其中央部分的驱动转矩；一平面呈环形的护罩，形成一用于进气口的开口，并跨过二者间一所需间距与轮毂相对；和多个叶片，相互每隔一定间隔沿圆周分布设置于轮毂与护罩之间，设置的叶轮其特征在于：比率(d/D)，即护罩中心的进气口直径d与叶轮直径D之比，在0.67到0 78的范围内。
依据本发明的第三方面的叶轮，其特征在于：护罩中心进气口直径d与叶轮直径D的比率(d/D)在0.67与0.78之间的范围内，旋转叶轮被允许产生稳定而均匀的气流从进气口进入叶轮，通过轮毂与护罩间的通道，由叶片引导排出叶轮外缘。这样的稳定气流减小了由于气流的涡流而产生的噪音。特别是，如果进气口直径d与叶轮直径D的比率(d/D)被限定在0.73左右，那么将会得到更稳定的气流，从而进一步提高减小噪音的作用。
依据本发明的第四方面，用于离心风机的叶轮包括：一轮毂，用于在其中央部分承受转矩；一平面呈环形的护罩，在其中心处形成一用于进气口的开口，并跨过二者间的一定距离，与轮毂相对；和多个叶片，设置在轮毂与护罩之间，相互每隔一定间距沿圆周分布，设置的叶轮其特征在于：各叶片相对水平线对角延长，这样其出气边与水平线就形成一介于30°至50°间的角。
依据本发明第四方面的叶轮，其特征在于：各叶片相对于水平线对角延长，从而使其出气边部分与水平线形成一介于30°至50°之间的角，当叶轮被转动以产生从进气口进入其中由叶片引导从叶轮外缘排出的流动气流时，气流不会在护罩侧与轮毂侧之间产生增大的流速差。这样，就可防止在从叶轮外缘排出的气流中产生涡流，因此使叶片能够从叶轮外缘有效排出空气，并减小了噪音。
本发明的这些和其他主题、优点和特征将从本文的如下说明并结合说明本发明具体实施例的附图，变得清楚明白。
图1为说明用于离心风机的一种叶轮的透视图。
图2为说明用于离心风机的叶轮的顶视图。
图3为说明用于离心风机的叶轮，其叶片的进气边形成的进口角与气流的流入角一致的示意图。
图4为说明用于离心风机的传统叶轮的示意剖视图。
图5为表明气流如何从图4旋转叶轮的外边缘排出的示意图。
图6为一个曲线图，表明气流的流入角如何在叶片宽度不同点上的叶片的进气边上变化，该宽度介于依据本发明第一实施例用于离心风机的叶轮之护罩与毂盘之间。
图7A-7C示意地说明叶片进气边如何改变进口角以使之与叶片宽度的不同点上的气流的流入角相一致，该叶片宽度介于依据本发明第一实施例用于离心风机的叶轮之护罩与毂盘之间。
图8示意地说明了一种状态，即本发明第一实施例用于离心风机的叶轮被装在热交换装置内并运行；
图9为一曲线图，表明由叶片排出的气体的流出角如何在叶片宽度的不同点上变化，该叶片宽度为介于依据本发明第一实施例中用于离心风机的叶轮之护壳与毂盘之间的宽度。
图10为一曲线图，表明依据本发明第一实施例用于离心风机的叶轮之叶片的实施例；其中用于排出气体的叶片出气边具有沿介于护壳与毂盘之间气流宽度变化的流出角；
图11为一曲线图，表明介于相邻的叶片间空气入口的压力与从此排出空气的压力的压力差ΔP(帕)如何在图10的叶片中存在差别，这些叶片分别其有沿介于护壳与轮毂之间的叶片宽度变化的流出角的出气边。
图12为一示意的剖视图，表明依据本文中第二实施例用于离心风机的叶片，其中在护壳中心的进气口直径d与叶轮的直径D之比(d/D)在0.67～0.78的范围内。
图13为一曲线图，说明从旋转叶片外缘排出的气流的径向速度Vi(米/秒)与轴向速度Vz(米/秒)的分散S2(米2/秒2)如何在本文第二实施例用于离心风机的叶轮之间存在差别，每个叶轮都有不同的比率(d/D)，即护壳中心进气口的直径d与叶轮直径D之比。
图14为一示意的剖视图，表明依据本文第三实施例用于离心风机的叶轮，其中多个叶片相对于水平线L对角延伸，并沿圆周每隔所需间隔设置在轮毂与护罩之间。
图15示意地说明气流如何从图14的旋转叶轮的外边缘被排出；
图16示意地说明了一种状态，即本文第三实施例用于离心风机的叶轮被装入热交换装置内并运行；
图17为一曲线图，表明从旋转叶轮的外缘排出的空气的平均涡流能量(米2/秒2)如何在本文第三实施例用于离心风机的叶轮中存在差别，其中这些叶轮在其叶片的出气边相对于水平线L分别具有不同的角度γ；和
图18为一曲线图，表明介于进气口的空气压力与从旋转叶片的外缘排出的空气的压力之压力差ΔP(mmH2O)如何在依据本文第三实施例用于离心风机的叶轮之间存在差别，这些叶轮在其叶片的出气边部分相对水平线L分别具有不同的角度γ。
现参照附图，对依据本发明用于离心风机的叶轮的较好实施例加以详细说明。(实施例1)
与图1和2所示的传统叶轮相似，根据本实施例用于离心风机的叶轮10包括一个平面呈圆形适合在其中心部分承受驱动转矩的轮毂11，在其中心有一凸起；一个平面呈环形并在其中心形成一个进气口12a的开口的护罩12，而且跨过二者之间所需距离与轮毂11相对；和多个叶片13，设置在轮毂11与护罩12之间相互每隔一定距离沿圆周布置。
本实施例之叶轮10具有一种布置，即叶片13设置在轮毂11与护罩12之间，并按这样的方式设置：每个叶片的进气边与其切线形成不同的角度(入口角θ)，从而与介于轮毂11与护罩12之间的叶片宽度上的不同点上的气流的流入角φ相一致。
该叶轮10被旋转以产生从护罩12的中心进气口12a流入其中的气流并导入相邻的叶片13之间的通道，而在设置于轮毂11与护罩12之间的叶片之进气边的不同点上的气流的流入角φ可被测定。结果如图6所示。
根据该结果，从进气口12a进入叶片13间通道的气流在较接近带进气口12a的护罩12的点上表现出较小的流入角φ。流入角φ随点向护罩12与轮毂11间叶片宽度的中点移动而逐渐变大，但点超过中点而向轮毂11移动时稍微变小。
在本实施例中，设置于护罩12与轮毂11之间的各叶片13，被构造为在护壳12与轮毂11之间叶片宽度的不同点上具有不同的入口角θ。从而与气流的流入角φ相一致。如图7A所示，每个叶片13在最接近护壳12的点上都有最小入口角θ1，入口角θ1随着点向介于护罩12与轮毂11之间的叶片宽度的中点移动而变大。叶片13在叶片宽度的中点上具有最大入口角θ2，如图7B所示，该角θ2随点从中点向轮毂11移动而逐渐变小。如图7C所示，每个叶片13在最接近轮毂11的点上有一入口角θ3，该角θ3小于在叶片宽度中点上的入口角θ2而大于最接近护罩12的入口角θ1。
本实施例之叶轮10被装入一个热交换装置20内，如图8所示。转矩作用于轮毂11的中央部分，用于旋转叶轮10从而产生流动的气流通过喇叭口21和进气口12a进入叶轮10。旋转的叶片13用来引导气流通过介于轮毂11与护罩12间的通道流出叶轮10的外缘。这样排出的气流被收入装在热交换装置20内的热交换器12内受到热交换处理。随后，合成空气从热交换装置20中被排出。
在上面的设置中，即旋转叶轮10用于产生进入叶轮10的气流，并被引导通过介于护壳12与轮毂11间的通道流出叶轮的外缘，每个叶片13被构造成具有与在护壳12与轮毂11之间的叶片宽度的不同点上气流的流入角φ相一致的入口角θ。因此，旋转叶片引起气流沿其表面的直线在轮毂与护罩间叶片宽度的点上流动，从而提高了从叶轮10的外缘排出空气的效率。此外，还实现了减少由于气流的涡流而产生的噪音。
本实施例之叶轮10按上述方式旋转以产生从护罩12的中心之进气口12a进入叶轮10的气流，由叶片13引导通过轮毂11与护罩12间的通道流出叶轮13的外缘，而这样排出的气流的流出角α可在护罩12与轮毂11间的叶轮宽度的不同点上测得。结果如图9所示。
根据结果，被排出的气流相对表现出在接近护罩12的点上很大的流出角α，当点远离护罩12移动时，该角α迅速降低到最小角α。随后，气流的流出角α随着点向轮毂11移动逐渐增大，在轮毂11附近的点上基本保持为一定值。
如图10所示，角β(出口角)由从叶片13的出气边沿长的直线与由叶片确定的外圆的切线形成，并在护罩12与轮毂11间的整个叶片宽度A-D上分别发生变化。对于从A到D的各种情形，介于被引导进入叶片13间通道的空气压力与从其中排出的空气压力的压力差ΔP(帕)可被测得。结果如图11所示。
根据结果，巨大的压力差ΔP可在C和D的情况下即叶片13的出口角β的变化以某种方式与从其中排出的气流的流出角α的变化相一致的情形下得到。这样就使气流在整个护罩12与轮毂11间的叶片宽度上叶片13的表面沿直线流动，从而从叶轮10的外缘被有效地排出。此外，由于气流的涡流而产生的噪音也得到减小。(实施例2)
与图1和2所示的传统叶轮相似，依据本文的该实施例用于离心风机的叶轮10包括一个平面上呈圆形的轮毂11，用于承受在其中央部分的驱动转矩，并在其中心形成一个凸起；一个平面上呈环形的护罩12，形成一个用于进气口12a的开，跨过二者间一所需距离与轮毂11相对；多个叶片13，设置在轮毂11与护罩12的外缘部分之间，并相互每隔一定间距沿圆周布置。
如图12所示，在本实施例中，对护罩12中心的进气口12a之直径d与叶轮10直径的比率(d/D)作出调整，使该比率值(d/D)在0.67与0.78的范围内。
然后，作出与第一实施例相似的设置即本实施例之叶轮10被装在热交换装置20内并通过轮毂11旋转产生气流，并通过喇叭口21和进气口12a流入叶轮10。旋转叶片13引导流动的气流通过轮毂11与护罩12间的通道从叶轮10的外缘流出。这样被排出的气流被收入装在热交换装置20内的热交换器22以便受到热交换处理。随后，最终空气从热交换装置20中被排出。
接下来，本实施例之叶轮在护罩12中央的进气口12a之直径d与叶轮10直径D的比率(d/D)上有所变化。具有不同的(d/D)值的叶轮10被分别旋转，并测定从其外缘排出的气流的径向速度Vi(米/秒)和轴向速度Vz(米/秒)，从而得到各自的速度的分散S2(米2/秒2)。结果如图13所示。
根据结果，排出的气流的轴向速度Vz与不同的(d/D)相对应表现出小的分散值S2和小的分散值S2的变化。另一方面，排出的气流的径向速度Vi与不同的(d/D)相对应表现出大的分散值S2和大的分散值S2的变化。径向速度Vi在(d/D)值介于0.67与0.78之间时相对应表现出下降的分散值S2。尤其是径向速度Vi与(d/D)值为0.73相对应时表现出显著地减小的分散值S2。
因此，如果(d/D)值被限定在0.67与0.78之间的范围内，或更好地在0.73左右，通过轮毂11与护罩12间的通道并从叶轮外缘排出的气流可减小空气的紊流。这样就提供了从叶轮10外缘有效排出空气(的方法)。因此，由于气流的涡流而产生的噪音可得到降低。(实施例3)
与图1和2所示的传统叶轮相似，根据本文该实施例之用于离心风机的叶轮包括一平面呈圆形的轮毂，用于在其中央部分承受驱动转矩，在其中心有一凸起；一平面呈环形的护罩12，并在其中心形成一个用于进气口12a的开口，跨过二者间一所需的距离与毂盘11相对；和多个叶片13，设置在轮毂11与护罩12的外缘间，相互每隔一定间距沿圆周分布。
在本实施例的叶轮10中，如图14和15所示，轮毂11和护罩12具有各自向下倾斜的外缘部分以在其间容纳叶片13，每个叶片相对于水平线L交叉向下延伸，而叶片13的出气边部分与水平线L一起形成介于30°～50°间的角γ。
本实施例之叶轮10被装在热交换装置20内，如图16所示，从而使叶轮10由轮毂11旋转以产生通过喇叭口21和进气口12a进入叶轮10的气流。旋转叶片13引起气流通过轮毂11与护罩12间的通道流出叶轮10的外缘。这样排出的气流被收入装在热交换装置20内的热交换器22内从而经受热交换过程。随后，最终的空气从热交换装置20中排出。
接着，准备好叶轮10，使每个叶轮都有与其他叶轮不同的角γ，角γ由从叶片的出气边延长的直线与水平线L构成。各叶轮10被旋转以产生通过轮毂11与护罩12间的通道并从叶轮10外缘排出的气流，而气流的平均涡流能量(米2/秒2)可测得。结果如图17所示。此外，进气口12a的气压与从叶轮10外缘排出的气压的压差ΔP(毫米水柱)也可测得。结果如图18所示。
根据结果，随着形成于叶片13的出气边与水平线L之间的角γ的增大，从叶轮10外缘排出的气流表现出相应降低的平均涡流能量，因此，从叶轮10外缘排出的气流经受较小的空气紊流。此外，实现了进气口12a的气压与从叶轮10外缘排出的气流的气压间的压差ΔP的增加。尤其是在形成于叶片13的出气边为水平线L间的角γ在30°至50°间的范围内的情形下，从叶轮10外缘排出的气流的紊流显著降低，而且在运行中噪音得到减小。另外，可得到进气口12a的气压与从叶轮10外缘排出的气体压力间增加的压力差，从而实现空气供给的较高效率。顺便说一下，如果形成于叶片13的出气边与水平线间的角γ超过50°，那么气流通过叶片13间通道的长度就会增加。从而对空气流产生阻力，而阻力相应减小了进气口12a处的气压与从叶轮10外缘排出的空气的气压间的压差。因此，不再能提供有效的空气供给。
尽管本发明通过实施例已做出充分地说明，但应该注意到对于本领域技术人员来说显而易见的各种变化和修改。
因此，除非这种变化与修改脱离本发明的范围，否则都将落入本发明包括的范围内。

Claims (12)

1、一种用于离心风机的叶轮，包括一轮毂用于在其中央部分承受驱动转矩；一平面上呈圆形的护罩，在其中心形成一用于进气口的开口，并在二者间跨过一所需距离与所说的轮毂相对；和多个叶片，设置于所说的轮毂与护罩之间，相互每隔一定间距沿圆周分布，
设置的叶轮其特征在于：每个叶片的进气边都有相对于其切线不同的角度(入口角)，从而与在轮毂与叶片间的叶片宽度的不同点上由叶片引导的气流的流入角一致。
2、如权利要求1所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：所说的叶片之入口角至少在从介于轮毂与护罩间的中间部分到比较接近护罩的部分时减小。
3、如权利要求1所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：所说的叶片之入口角在从介于护罩与轮毂的中部到比较接近护罩和到轮毂部分上减小。
4、一种用于离心风机的叶轮，包括一轮毂，用于承受其中央部分的驱动转矩；一平面呈环形的护罩，在其中心形成一用于进气口的开口，并跨过护罩与轮毂间的一所需距离与轮毂相对；和多个叶片，设置在所说的轮毂与护罩之间，相互每隔一定间距沿圆周分布；
设置的叶轮，其特征在于：每个叶片的出气边都有相对于其切线不同的角度(出口角)，从而与在护罩与轮毂间的叶片宽度的不同点上由叶片引导的气流之流出角相一致。
5、如权利要求4所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：所说的叶片之流出角，在轮毂侧大于在护罩侧的。
6、如权利要求4所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：每个叶片的进气边都有相对于其切线不同的角度(入口角)，从而与在护罩与轮毂间的叶片宽度的不同点上，由叶片引导的气流之流入角一致。
7、一种用于离心风机的叶轮，包括一轮毂，用于承受其中央部分的驱动转矩；一平面呈环形的护罩，在其中心处形成一用于进气口的开口，并跨过护罩与轮毂间的一所需距离与轮毂相对；和多个叶片，设置在所说的轮毂与护罩间，相互每隔一定间距圆周分布，
设置的叶轮，其特征在于：一比率(d/D)，即护罩中心处的进气口直径d与叶轮直径D之比，在0.67到0.78的范围内。
8、如权利要求7所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：每个叶片的进气边都有相对于其切线不同的角度(入口角)，从而与在护罩与轮毂间的叶片宽度的不同点上由叶片引导的气流之流入角一致。
9、如权利要求7所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：不同的角度(出口角)形成于各叶轮的出气边与其切线之间，从而与在护罩与轮毂间的叶片宽度的不同点上由叶片引导的气流之流出角一致。
10、一种用于离心风机的叶轮，包括一轮毂，用于承受其中央部分的驱动转矩；一平面呈环形的护罩，在其中心处形成一用于进气口的开口，并跨过护罩与轮毂间的一所需距离与所说的轮毂相对；和多个叶片，设置于所说的轮毂与护罩之间，相互每隔一定间距圆周分布，
设置的叶轮，其特征在于：每个叶片相对于水平线交叉延长，其出气边与水平线形成一个30°到50°间的角。
11、如权利要求10所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：每个叶片的进气边相对于其切线都有不同的角度(入口角)，从而与在护罩与轮毂间叶片宽度的不同点上，由叶片引导的气流之流入角一致。
12、如权利要求11所述的一种用于离心风机的叶轮，其特征在于：每个叶片的出气边相对于其切线都有不同的角度(出口角)，从而与在护罩与轮毂间叶片宽度的不同点上，由叶片引导的气流之流出角一致。
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