CN205937223U

CN205937223U - 一种仿生斜切叶轮

Info

Publication number: CN205937223U
Application number: CN201620830042.2U
Authority: CN
Inventors: 孙利校; 丁颜伟
Original assignee: DE&E APPLIANCES Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Deyi electrical Limited by Share Ltd
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2026-08-03

Abstract

本实用新型提供了一种仿生斜切叶轮，包括叶片，所述叶片为圆弧形，其前缘为正弦结构，尾缘为锯齿结构，叶片均匀跨接于仿生斜切叶轮的上下环形端面面板之间，所述叶片前缘为正弦波形，所述叶片尾缘为锯齿形曲线，前缘与尾缘存在一定耦合结构，其特征在于：所述叶片前端和尾端采用斜切结构。本实用新型对斜切角度和斜切距离作出了进一步优化，并对叶片的设计参数作出了优化和匹配，最大限度地降低叶片前缘受到的压力冲击以及叶片尾缘的涡脱落频率，从而降低叶片表面的压力脉动，使整个叶轮设备的吸风能力和静音能力得到更加明显的提升和改善。本实用新型提供了一种风量更大，风压更好仿生斜切叶轮。

Description

一种仿生斜切叶轮

技术领域

一种仿生斜切叶轮，特别是一种用于吸油烟机的仿生斜切叶轮。

背景技术

前向式多翼离心通风机被广泛应用于吸油烟机，其具有结构紧凑、压力系数高、流量系数低等特点。其结构包括电机、蜗壳以及叶轮。其中叶轮为多翼离心风机核心部件，具有叶片数目较多、叶片曲率较大、叶轮内外径较大、叶道流道较短等特点，其性能的好坏直接影响吸油烟机的性能。吸油烟机工作时电动机直联带动叶轮旋转，轴向吸入的油烟在离心力的作用下，从叶轮中心被径向甩出叶轮。但由于气流对叶片前缘的冲击较大，且叶片曲率较大，在叶片表面容易形成逆压梯度，引起吸力面尾缘处的流动分离，不仅扰乱叶轮主流区的流动，尾缘产生涡脱落，从而增加流动损失，同时叶片壁面会产生较大的压力脉动，产生较大的气动噪声，成为干扰环境安静的祸源，严重影响厨房环境。因此如何改善叶轮流道内气流流动、降低叶片表面压力脉动从而降低气动噪声，仍有必要对叶轮叶片结构设计进一步进行改进。

中国发明专利201410324541.X公布了一种吸油烟机用仿生叶轮。该发明提供了一种采用前缘为波形结构，尾缘为锯齿结构的叶片组装的叶轮。但是在后续研究中发现，该叶轮的吸风和静音效果方面仍有待改进。

实用新型内容

本实用新型为了对上述问题作出进一步改进，提供了一种结构设计更为合理，风量更大，风压更好的仿生斜切叶轮。

本实用新型所提供的技术方案如下：一种仿生斜切叶轮，包括一种仿生叶片，所述仿生叶片为圆弧形，其前缘为正弦结构，尾缘为锯齿结构，叶片均匀跨接于上下端面之间，所述叶片的前缘为正弦波形，所述叶片的尾缘为锯齿形曲线，前缘与尾缘存在一定耦合关系，所述其特征在于：所述叶片前端和尾端采用斜切结构。本实用新型所提出叶片运用仿生多元耦合仿生设计原理，通过逆向工程将具有优良飞行性能的苍鹰的翼翅前后缘非光滑结构引入到风机叶片的仿生设计中。所述叶片的前缘为仿生正弦结构，可降低前缘压力冲击；所述叶片的尾缘为仿生锯齿结构，可改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片表面压力脉动。所述叶片的结构重点在于仿生前缘结构与尾缘结构并非单独作用，其间存在一定的耦合关系，前缘和尾缘尺寸参数相互影响。所述叶片通过多次实验，反复论证，最终把叶片的前缘和尾缘做了斜切处理。

本实用新型所述叶片的前缘为正弦波形，其波高为2a，波长为2п/b,式中a,b满足a≤ 0.1R，b ≥10/R, 其中R为圆弧形叶片曲率半径，所述叶片的尾缘为锯齿形曲线，所述耦合结构满足：0.1R≤S≤0.2R，0.5S≤H≤2S，0.7H≤B≤1.5H；其中 R 为圆弧形叶片曲率半径，S 为锯齿形结构间隔，H 为锯齿高度，B 为锯齿宽度。该耦合结构为本实用新型所述叶片前缘和叶片尾缘诸多耦合关系中的一种，同时也是较为优选合理的耦合关系，该耦合结构设计下叶片的前缘为仿生正弦结构，可有效降低前缘压力冲击，叶片的尾缘为仿生锯齿结构，可有效改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片表面压力脉动和气动噪声。

本实用新型所述的斜切结构为以叶片对称轴对称的部分斜切结构。所述叶片四个角均作出斜切处理，任意相邻的斜切角均关于这两个相邻斜切角之间的叶片对称轴对称。所述叶片前缘的斜切角所对应的斜切边具有仿生正弦结构，该正弦结构对应正弦波形具体参数为波高为2a，波长为2п/b,式中a,b满足a ≤0.1R，b≥10/R, 其中R为圆弧形叶片曲率半径，其参数设置与叶片前缘未作出斜切处理的部分所具有的仿生正弦结构参数一致。所述叶片尾缘的斜切角所对应的斜切边为锯齿形曲线，其结构满足：0.1R≤S≤0.2R，0.5S≤H≤2S，0.7H≤B≤1.5H；其中R为圆弧形叶片曲率半径，S为锯齿形结构间隔，H为锯齿高度，B为锯齿宽度，其参数设置与叶片尾缘未作出斜切处理的部分所具有的锯齿形曲线结构参数一致。

本实用新型所述的叶片前端和后端斜切7°，斜切距离1.72M≤F≤2M，其中M为叶片圆弧对应的弦长。所述叶片的前缘为仿生正弦结构，可降低前缘压力冲击；所述叶片的尾缘为仿生锯齿结构，可改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片表面压力脉动和气动噪声。所述叶片的结构重点在于仿生前缘结构与尾缘结构并非单独作用，其间存在一定的耦合关系，前缘和尾缘尺寸参数相互影响。所述叶片通过多次实验，反复论证，最终把叶片的前缘和尾缘做了斜切处理。本实用新型为了能够实现对叶片前缘压力冲击的减少以及叶片表面压力脉动的减少达到最大化，实现最优化结构设计，经过实验与理论计算确定最优化数值为斜切角度为7°，斜切距离F=1.85M。在此条件下，所述叶片前缘的压力冲击最小，所述叶片尾缘涡脱落频率最低，所述叶片表面的压力脉动最低。

本实用新型所述叶片前缘正弦波形结构由叶片前缘中点向两侧均匀分布，正弦波波数取其周期的整数倍。该结构能有效保证所述叶片前缘的轴对成性，降低叶片前缘在旋转过程中受到的压力冲击，同时周期整数倍的正弦波波数能保证叶片前缘线形不会出现斜率突变或者变化较大的点和区域，防止叶片前缘在旋转过程中局部或者个别点受到额外空气阻力以致叶片前缘受到额外压力冲击的情况发生。同时该对称结构能够更好地使叶片前缘与叶片尾缘的形状相匹配适应。

本用新型所述的圆弧形叶片为单圆弧叶片。该结构叶片相比其他结构能够更加有效快速地在旋转过程中将气体从进气口导向出气口，同时极大降低气体在导出过程中对叶片径向方向产生的压力，降低了叶片表面压力脉动。所述圆弧形叶片选用单圆弧结构为最优化结构。

本实用新型所述尾缘的锯齿型波峰、波谷处为倒圆角。该结构能够保证叶片尾缘线形不会出现斜率突变或者变化较大的点和区域，防止叶片前缘在旋转过程中局部或者个别点受到额外空气阻力以致叶片尾缘受到额外压力冲击的情况发生，同时该结构可改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片表面压力脉动。此外由于基本尺寸不变，因此其降噪功能并不改变，且不会影响到气动性能，且具有便于加工，具有耐磨损、防油污粘附等优点。

本实用新型所述的叶片前缘、尾缘，设计参数组合为 S ≈ 0.14R，H ≈0.75S，B≈0.87H，a=0.05R，b ≈12.9/R,ɑ=7°,F=1.85M。所述叶片的结构重点在于仿生前缘结构与尾缘结构并非单独作用，其间存在一定的耦合关系，前缘和尾缘尺寸参数相互影响。同时叶片通过多次实验，反复论证，最终把叶片的前缘和尾缘做了斜切处理。经过实验与理论计算，在设计参数为S ≈ 0.14R，H ≈0.75S，B≈ 0.87H，a=0.05R，b ≈12.9/R,ɑ=7°,F=1.85M时，仿生前缘结构与尾缘结构的耦合关系能够达到最佳状态，在此参数设计下，叶片前缘能够最大限度降低的压力冲击，叶片尾缘也可大幅改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终最大限度降低叶片表面压力脉动。该参数设计为所述叶片最优化参数设计。

本实用新型所述叶片中间固定有环形中圈和轴套。该结构可以用于连接叶轮与电动机。

本实用新型相较现有技术提供了一种结构更加合理，风量更大，风压更好仿生斜切叶轮。本实用新型对叶片前缘和叶片尾缘采用斜切处理，并对斜切角度和斜切距离作出了进一步优化，并对叶片的设计参数作出了优化和匹配，最大限度地降低叶片前缘受到的压力冲击以及叶片尾缘的涡脱落频率，从而降低叶片表面的压力脉动，使整个叶轮设备的吸风能力和静音能力得到更加明显的提升和改善。

附图说明

图1为本实用新型实施例的剖面结构示意图。

图2为本实用新型实施例的部分剖面俯视结构示意图。

图3为本实用新型实施例的叶片结构示意图。

图4为本实用新型实施例的叶片前缘结构示意图。

图5为本实用新型实施例的叶片尾缘结构示意图。

图6为本实用新型实施例的叶片圆弧形截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作出进一步说明。

实施例

本实用新型所述仿生斜切叶轮由原型仿生叶轮基础上的改进，本实用新型所述仿生叶轮参数选取参考表1如下：

结构参数	符号	尺寸
			叶轮内径	D₁	216mm
叶轮外径	D₂	252mm
			叶轮宽度	B	136mm
叶片数	Z	60
			叶片厚度	d	0.4mm
进口安装角	β₁	72°
			出口安装角	β₂	168°
叶片曲率半径	R	13.6mm
			斜切角度	α	7°

参考图1-5，本实施例采用上环形端面面板1、下环形端面面板2、叶片3、轴套4和环形中圈5，上环形端面面板1和下环形端面面板2相对并排放置，上环形端面面板1和下环形端面面板2之间均匀固定所述叶片，环形中圈5固定在叶片3上，环形中圈5把叶轮分割成两部分，轴套4固定于环形中圈5圆心处。作为优选，本实施例将轴套4 直径选取12mm。

其中环形中圈5可固定于上环形端面面板1和下环形端面面板2之间任意平行于上环形端面面板1和下环形端面面板2的位置上，包括上环形端面面板1和下环形端面面板2的环形端面，且无论何种情况环形中圈5的圆心必定处在上环形端面面板1的圆心和下环形端面面板2的圆心相连所构成的线段之间，作为优选，本实施例将环形中圈5的固定位置选取上环形端面面板1和下环形端面面板2的对称平面上，上环形端面面板1和下环形端面面板2厚度均选取1mm，直径选取252mm，上环形端面面板1上表面和下环形端面面板2下表面垂直距离为137mm，上环形端面面板1下表面和下环形端面面板2上表面垂直距离为135mm。

叶片3形状为单圆弧形，其叶片前缘31为正弦结构，叶片尾缘32为锯齿结构，叶片3均匀跨接于上环形端面面板1和下环形端面面板2之间，叶片前缘31为正弦波形，其波高为2a，波长为2п/b,式中a,b满足a ≤ 0.1R，b ≥10/R, 其中R为圆弧形叶片曲率半径，所述叶片尾缘32为锯齿形曲线，其结构满足：0.1R≤S≤0.2R，0.5S≤H≤2S，0.7H≤B≤1.5H；其中R 为圆弧形叶片曲率半径，S 为锯齿形结构间隔，H 为锯齿高度，B 为锯齿宽度，叶片前端33和叶片尾端34采用斜切结构，其中ɑ为斜切角度，F为斜切距离。叶片前缘31正弦波形结构由叶片前缘31中点向两侧均匀分布，正弦波波数取其周期的整数倍，叶片尾缘32的锯齿型曲线的波峰、波谷处为倒圆角，叶片3四个角均作出斜切处理，任意相邻的斜切角均关于这两个相邻斜切角之间的叶片对称轴对称。叶片3运用仿生多元耦合仿生设计原理，通过逆向工程将具有优良飞行性能的苍鹰的翼翅前后缘非光滑结构引入到风机叶片的仿生设计中。叶片前缘31的仿生正弦结构可降低前缘压力冲击，叶片尾缘32的仿生锯齿结构可改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片表面压力脉动和风机气动噪声。叶片3的结构重点在于仿生叶片前缘31结构与叶片尾缘32结构并非单独作用，其间存在一定的耦合关系，叶片前缘31和叶片尾缘32尺寸参数相互影响，作为优选，本实施例叶片前缘31、叶片尾缘32，设计参数组合为 S ≈ 0.14R，H ≈0.75S，B≈ 0.87H，a=0.05R，b ≈12.9/R,ɑ=7°,M=20mm，F=37mm。在此参数组合下仿生叶片前缘31结构与叶片尾缘32结构的耦合关系能够达到最佳状态，叶片前缘31能够最大限度降低的压力冲击，叶片尾缘32也可大幅改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终最大限度降低叶片表面压力脉动和气动噪声。此参数设计为本实用新型最优化参数设计。

叶片前缘31正弦波形结构由叶片前缘31中点向两侧均匀分布，正弦波波数取其周期的整数倍。该结构能有效保证所述叶片前缘的轴对成性，降低叶片前缘31在旋转过程中受到的压力冲击，同时周期整数倍的正弦波波数能保证叶片前缘31线形不会出现斜率突变或者变化较大的点和区域，防止叶片前缘31在旋转过程中局部或者个别点受到额外空气阻力以致叶片前缘31受到额外压力冲击的情况发生。同时该对称结构能够更好地使叶片前缘31与叶片尾缘32的形状相匹配适应。

单圆弧叶片3相比其他结构能够更加有效快速地在旋转过程中将气体从进气口导向出气口，同时极大降低气体在导出过程中对叶片径向方向产生的压力，降低了叶片3表面压力脉动。单圆弧结构为最优化结构。

锯齿形叶片尾缘32的波峰、波谷处采用倒圆角结构能够保证叶片尾缘32线形不会出现斜率突变或者变化较大的点和区域，防止叶片尾缘32在旋转过程中局部或者个别点受到额外空气阻力以致叶片尾缘32受到额外压力冲击的情况发生，同时该结构可改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片3表面压力脉动。此外由于基本尺寸不变，因此其降噪功能并不改变，且不会影响到气动性能，且具有便于加工，具有耐磨损、防油污粘附等优点。

本产品适用于吸油烟机用多翼离心风机，其具有叶轮内外径比较大，叶片3数目较多，叶片3曲率较大，叶道较短等特点。其叶片3为等厚度叶片，具有耐磨损，易加工等特性。叶片3采用斜切结构有利于进一步降低叶片前缘31压力冲击以及叶片尾缘32涡脱落频率，从而进一步降低叶轮工作时的气动噪声；此外，新型结构仿生叶片较原型仿生叶片相比，叶片3展开面积可进一步降低，从而进一步降低叶轮质量，降低电机负荷，有利于多翼离心风机效率的提高。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护。

Claims

1.一种仿生斜切叶轮，包括叶片，所述叶片为圆弧形，其前缘为正弦结构，尾缘为锯齿结构，叶片均匀跨接于仿生斜切叶轮的上下环形端面面板之间，所述叶片前缘为正弦波形，所述叶片尾缘为锯齿形曲线，前缘与尾缘存在一定耦合结构，其特征在于：所述叶片前端和尾端采用斜切结构。

2.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述叶片的前缘为正弦波形，其波高为2a，波长为2п/b,所述叶片的尾缘为锯齿形曲线，所述耦合结构满足：0.1R≤S≤0.2R，0.5S≤H≤2S，0.7H≤B≤1.5H, a ≤ 0.1R，b ≥10/R；其中 R 为圆弧形叶片曲率半径，S 为锯齿形结构间隔，H 为锯齿高度，B 为锯齿宽度。

3.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述斜切结构为以叶片对称轴对称的部分斜切结构。

4.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述叶片前端和后端斜切7°，斜切距离为F,1.72M≤F≤2M，其中M为叶片圆弧对应的弦长。

5.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述叶片前缘正弦波形结构由叶片前缘中点向两侧均匀分布，正弦波波数取其周期的整数倍。

6.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述圆弧形叶片为单圆弧叶片。

7.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述尾缘的锯齿型波峰、波谷处为倒圆角。

8.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述的叶片前缘、尾缘，设计参数组合为 S≈0.14R，H≈0.75S，B≈0.87H，a=0.05R，b≈12.9/R,ɑ=7°,F=1.85M。

9.根据权利要求1所述的仿生斜切叶轮，其特征在于：所述叶片中间固定有环形中圈和轴套。