CN1987117A - 离心式加压叶轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离心式加压叶轮结构，用于一离心旋转加压机械装置，该离心式加压叶轮结构包括：本体，该本体略呈圆锥弧形、且中央处具有一轴孔；以及多组叶片组，绕该轴孔而等分，并依序配置在该轮轴周围，且每一叶片组均具有多个叶片，其中，每一叶片组内的相邻叶片均是间隔不同的角度。本发明的离心式加压叶轮结构是具有规律性周期变化、不等间距叶片的叶轮结构，将高速旋转叶轮产生的叶片离散单调噪音的集中能量有效分散，散布分配于该叶片通过频率的边带频率与其它谐波频率的侧频上，降低离散单调噪音的声压级别，减少离心式旋转加压机械装置的运转噪音，同时具有结构简单、成本低的特点，提高了装置旋转的平衡性，解决现有结构性的问题。

Description

离心式加压叶轮结构

技术领域

本发明是关于一种离心式加压叶轮结构，特别是关于一种运用在离心式旋转加压机械装置中的低噪音离心式加压叶轮结构。

背景技术

对于例如离心式压缩机或离心式风机等现有离心式旋转加压机械装置，它是借由该机械装置的离心式叶轮结构的高速旋转，对所吸入的流体(例如冷媒、空气、水等)作功，达到加压与输送流体的功能，进而获得所需的压力与吐出流量，发挥设计的功效。

图1是现有离心式旋转加压机械装置通常的结构，该加压机械装置1包括一流体吸入口11、离心叶轮12、扩压器组合13(Diffuser)、涡壳14(Volute Casing)与叶轮轴15等组件，操作时一加压流体由该流体吸入口11进入该加压机械装置1中，并驱动该叶轮轴15带动该离心叶轮12快速旋转，提升该流体的动能，加速后的流体可经该扩压器13与涡壳14的减速暨扩压作用，使其动能转换成压力能，进而使该加压状态的流体从该加压机械装置1的出口吐出。

对于此类机械装置1，该高速流动的流体及高速旋转的叶片因压力的变动，使该旋转加压机械装置在运转时出现较大的噪音，通常此一噪音成份中包括过高的单调(频)噪音存在，这是影响使用者听觉感受的重要噪音因素。因上述离心叶轮12是如图2A和图2B所示，在其叶轮本体122上设置有多个叶片121，该多个叶片121是围绕该离心叶轮本体122的外周围，且叶片的分布是以相对于本体轴孔123(供叶轮轴15穿设)轴向上以等角度A1、呈点对称般的结构形态分布；因此，当流体由入口处经流道(Passage)流至该叶轮12的出口处时，由于此过程属于复杂的三元流动，加上叶轮12旋转效应与叶片122几何影响，使得该出口处的流体在圆周外围的压力与速度产生极大变化，再流经到该扩压器13或涡壳14时，会产生因周期性压力与速度脉冲所产生的噪音，此一噪音频谱表现约略呈分布于离心叶轮的叶片通过频率(叶轮转速与叶片数目的乘积)的主频及其倍频上，如图3的噪音频谱图所示，通常叶轮的叶片通过频率处存在着相当大的单一噪音能量，这是常用离心式叶轮及其加压机械装置操作时通常伴随过高噪音的重要因素。

该加压机械产生的噪音，主要是由宽带噪音与离散单调噪音(Discrete Tones Noise)所组成，该宽带噪音是因紊流边界层的剥离引起的压力脉冲所造成，该离散单调噪音则是该角度排列的叶片周期性振动所造成，它与叶片转动的叶片通过频率(Blade Passing Frequency)有关(叶片数量与转速的乘积)。

因此，现有技术是借由分别降低该宽带噪音与离散单调噪音的方式，解决此类加压机械装置的噪音问题。例如通过改变流力元件的流力设计，以获得较佳的流场设计与机组效率，减少宽带噪音的产生；此一方式在实际设计上有很多困难，因为对需要大范围运转调控的加压机械装置，要获得广域且高效率操作的参数组合并不容易，形成了设计上的瓶颈。

目前也有用其它方法来降低离散单调噪音，例如图4所示的美国专利第3,635,579号案，即是在其涡轮壳外另加设一隔音壳体20，以降低该离心式旋转加压机械装置叶轮运转的噪音，此一方式具有结构复杂与成本高的缺点，难以大规模推广。

如图5所示的美国专利第4,411,592号案，它是在叶轮出口与扩压器的直璧流道上额外设置一多孔质的吸音材料25(Absorber Materiel)，达到降低噪音的效果，或如美国专利第4,504,188号案与第5,249,919号案，也均有类似的设计；此类设计虽然可降低流体噪音，但却增加了流道阻抗，并降低运转效率，也难解决实际的问题。

因此，如何设计一种离心式加压叶轮结构，运用在现有离心式旋转加压机械装置，进而解决运转噪音的问题，同时还兼顾设计成本与流道阻抗等要求，确成为此研发领域迫切待解的课题。

发明内容

为解决上述现有技术的问题，本发明的主要目的在于提供一种可降低运转噪音的离心式加压叶轮结构。

本发明的再一目的在于提供一种可降低单调噪音的声压级别的离心式加压叶轮结构。

本发明的另一目的在于提供一种可兼顾结构设计成本的离心式加压叶轮结构。

本发明的又一目的在于提供一种可提高旋转平衡性的离心式加压叶轮结构。

为达上述及其它目的，本发明提出的离心式加压叶轮结构用于一离心式旋转加压装置，该离心式加压叶轮结构包括：本体，该本体略呈圆锥弧形、且中央处具有一轴孔；以及多组叶片组，绕该轴孔而等分，并依序配置在该轮轴周围，且每一叶片组均具有多个叶片，其中，每一叶片组内的相邻叶片均是间隔不同的角度，且不同叶片组内的叶片数量与对应间隔角度均相同。

本发明还涉及一种离心式加压叶轮结构，用于一离心式旋转加压装置，该离心式加压叶轮结构包括：本体，该本体中央具有一轴孔；多个叶片，绕该轴孔依序配置在该轮轴周围，且相邻叶片均是间隔不同的角度；以及重心调整单元，设置在该本体上，调配该离心式加压叶轮结构的重心，使其位于该叶轮的旋转轴心线上。

因此，本发明的离心式加压叶轮结构在于该轮轴周围的叶片位置与间隔设计，将该本体等分成多等份，并配置对应的多组叶片组，且每一叶片组中相邻的叶片间隔角度均不同，同时，使不同叶片组内的叶片数量与对应间隔角度相同。

上述每一叶片组内的相邻叶片均间隔不同的角度，可设计成相邻叶片间的间隔角度分别相差一固定的增幅角。

此外，上述重心调整单元可以是一重量块，它是设置在该本体的边缘，且位于该本体上未设有叶片的表面。

因此，本发明的离心式加压叶轮结构是具有规律性周期变化、不等间距叶片的叶轮结构，可将高速旋转叶轮产生的叶片离散单调噪音的集中能量有效分散，散布分配于该叶片通过频率的边带频率(Sideband Frequency)与其它谐波频率的侧频(Harmonic Frequency)上，进而降低离散单调噪音的声压级别(Sound Pressure Level)，并减少离心式旋转加压机械装置的运转噪音，同时本发明具有结构简单、成本低的特点，提高了装置旋转的平衡性，解决现有结构性的问题。

附图说明

图1是现有离心式旋转加压机械装置的剖视图；

图2A及图2 B是图1所示的加压机械装置离心式加压叶轮的结构示意图；

图3是图1所示的加压机械装置的噪音频谱图；

图4是美国第3,635,579号专利案所示的离心式旋转加压机械装置剖视图；

图5是美国第4,411,592号专利案所示的离心式旋转加压机械装置剖视图；

图6A及图6B是本发明离心式加压叶轮结构实施例的示意图；

图7是运用图6A及图6B所示的加压机械装置的噪音频谱图；

图8是本发明离心式加压叶轮结构实施例2的示意图；

图9是本发明离心式加压叶轮结构实施例3的示意图；以及

图10A及图10B是本发明离心式加压叶轮结构实施例4的示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明提出的离心式加压叶轮结构30，是运用在上述现有离心式旋转加压装置上，该叶轮结构是如图6A和图6B所示，该叶轮结构包括一圆弧锥形的叶轮本体31，该本体31中央具有一轴孔32，一轮轴33可穿设其中并与该本体31的平面垂直；同时，本发明将该圆弧锥形本体31等分成多等份，如图所示的实施例1等分成两等份，并设置两组叶片组35，该两组叶片组35中均具有多个叶片36，以绕该轮轴33依序配置在该轮轴33周围；其中，每一叶片组35内的相邻叶片36均间隔不同的角度，如图示，相邻叶片36间的间隔角度是分别相差一固定的增幅角α(也可设计成每一增幅角均不同)，且两个叶片组35内的叶片36数量与对应间隔角度均相同，也就是该两组叶片组35内的叶片36是相互呈180度对称。

因此，本发明的特点在于该轮轴33周围的叶片36位置与间隔设计，它将该本体31等分成多等份，且每一等份中相邻的叶片36间隔角度均不同，同时，使不同等份内的叶片36数量与对应间隔角度相同。

通过上述设计，该叶轮结构是一具有规则周期变化、不等间距叶片36的叶轮结构，进而可将叶轮高速旋转时产生的叶片36离散单调噪音的集中能量有效地分散，散布分配在该叶片36叶片通过频率的边带频率(Sideband Frequency)与其它谐波频率的侧频率(HarmonicFrequency)上，进而降低离散单调噪音的声压级(Sound Pressure Level)，并减降离心式旋转加压机械装置的运转噪音。

图7是利用本发明的设计结构的加压机械装置噪音频谱图，与现有装置的频谱图(图3)相比，可大幅降低单一频率的声压级别，充分发挥本发明的设计功效。

实施例2

本发明的设计除上述实施例1外，也可改变叶片组的数目，也就是将该本体等份成其它数量，如图8所示的实施例2是将该本体31等份成三等份，并设计三组叶片组35，使相邻叶片36间的间隔角度分别相差一固定的增幅角α，且每一叶片组35内的叶片36数量与对应间隔角度均相同，也就是该三组叶片组35内的叶片36是相互呈120度对称。

实施例3

图9是本发明的实施例3，它将该本体31等份成四等份，并设计四组叶片组35，使相邻叶片36间的间隔角度分别相差一固定的增幅角α，且每一叶片组35内的叶片36数量与对应间隔角度均相同，也就是该四组叶片组35内的叶片36是相互呈90度对称。

因此，本发明的叶片组35数量并无一定的限制，该本体31也可等份成其它数量并设计对应的叶片组35数量，仅需形成一具有规律的周期变化、不等间距叶片36的叶轮结构即可；此外，同一组叶片组35中相邻叶片36的间隔角度也不一定需要相差一固定的增幅角α，也可分别呈任意不同的间隔角度，仅需不同叶片组35间的叶片36对应间隔角度相同即可。

实施例4

本发明也可设计成如图10A、图10B所示的结构，它是不等份该本体31，直接在该圆弧锥形本体31周围设置多个叶片36，且相邻叶片36均间隔不同的角度(例如分别相差一固定的增幅角或增幅角均不相同)，此结构中由于并未有呈点对称的多组叶片组平衡重心，因此需要额外增设一例如重量块的重心调整单元40，经过重心调整单元40的调配，该离心式加压叶轮结构30的重心位于该轮轴33上；其中，该重心调整单元40是约略设置在该本体31的边缘处附近，且位于该本体31上未设有叶片36的表面，其位置是与叶片36的配置与该重心调整单元40本身的重量有关。其中每一叶片36均是与该本体31的平面呈约略垂直的配置，该本体31是呈圆形。

Claims (20)

1.一种离心式加压叶轮结构，用于一离心式旋转加压装置，其特征在于，该离心式加压叶轮结构包括：

本体，该本体略呈圆锥弧形、且中央处具有一轴孔；以及

多组叶片组，绕该轴孔而等分，并依序配置在该轮轴周围，且每一叶片组均具有多个叶片，其中，每一叶片组内的相邻叶片均是间隔不同的角度。

2.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，不同叶片组内的叶片数量均相同。

3.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，不同叶片组内叶片的对应间隔角度均是相同。

4.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该离心式加压叶轮结构是叶片间隔角度不等、但具有规律性周期变化的叶片结构。

5.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，每一叶片组内的相邻叶片均是间隔不同的角度是指：相邻叶片间的间隔角度分别相差一固定的增幅角。

6.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，每一叶片组内的相邻叶片均是间隔不同的角度是指：相邻叶片间的间隔角度的增幅角均不相同。

7.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该离心式加压叶轮结构具有两组叶片组，且该两组叶片组内的叶片是相互呈180度对称。

8.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该离心式加压叶轮结构具有三组叶片组，且该三组叶片组内的叶片是相互呈120度对称。

9.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该离心式加压叶轮结构具有四组叶片组，且该四组叶片组内的叶片是相互呈90度对称。

10.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，每一叶片均是与该本体的平面呈约略垂直的配置。

11.如权利要求1所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该本体是呈圆形。

12.一种离心式加压叶轮结构，用于一离心式旋转加压装置，其特征在于，该离心式加压叶轮结构包括：

本体，该本体中央具有一轴孔；

多个叶片，绕该轴孔依序配置在该轮轴周围，且相邻叶片均是间隔不同的角度；以及

重心调整单元，设置在该本体上，调配该离心式加压叶轮结构的重心，使其位于该叶轮的旋转轴心线上。

13.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，相邻叶片均是间隔不同的角度是指：相邻叶片间的间隔角度分别相差一固定的增幅角。

14.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，相邻叶片均是间隔不同的角度是指：相邻叶片间的间隔角度的增幅角均不相同。

15.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该重心调整单元是一重量块。

16.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该重心调整单元设置在该本体上未设有叶片的表面。

17.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该重心调整单元设置在该本体的边缘。

18.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，每一叶片均是与该本体的平面呈约略垂直的配置。

19.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该本体是呈圆形。

20.如权利要求12所述的离心式加压叶轮结构，其特征在于，该重心调整单元的位置与叶片的配置与该重心调整单元本身的重量有关。

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