CN215214091U - 一种离心风机叶轮及具有该叶轮的离心风机、空气净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离心风机叶轮，包括：后盘；前盘；叶片，设于后盘与前盘之间，并沿前盘周向间隔分布；叶片为后向叶片，且整体呈弧形，叶片进口端具有导流部，其轮廓线为圆弧曲线，叶片出口端具有朝叶片自身的压力面方向弯折延伸的弯折部，弯折部朝向叶片的压力面的内表面与远离叶片的压力面的外表面均为平面，从而使得弯折部的整体呈板状结构，弯折部与叶片出口端的长度方向的夹角为α，其中，135°≤α≤150°。叶轮叶片上导流部及扩压部的结构设计，能使叶片吸力面上的脱落涡与相邻叶片的压力面上的脱落涡相互抵消，降低湍流噪声及偶极子附壁噪声，进而提升了叶道内的气流顺畅度，提升风机效率。还涉及一种具有该叶轮的离心风机及空气净化器。

Description

一种离心风机叶轮及具有该叶轮的离心风机、空气净化器

技术领域

本实用新型涉及离心风机技术领域，尤其涉及一种离心风机叶轮及具有该叶轮的离心风机、空气净化器。

背景技术

离心风机的作用一般是为与其相连组件的空气循环提供动力。离心风机正常运行时，叶轮被电机带动着在蜗壳内旋转，空气经进气室从叶轮中心进入。由于叶片旋转的离心力使气体获得能量，气体压力和速度迅速提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从蜗壳出气口排出。离心风机依靠输入的机械能实现气体压力的提高和气体的排送，因此离心风机的气动效率是节省能耗的关键。其中，在合理的制造成本范围内并提升风机的气动效率，需要在传统叶轮结构的基础上对其进行改进研究。一方面，叶轮半径与蜗舌顶端之间的间隙是影响效率的主要因素，间隙越小，就对气体在蜗壳内的循环流动的阻止能力越大，风机性能越好；另一方面，叶轮上叶片的进出口安装角对风机的整体运行效率的影响也是显著的，叶片进口安装角越小，出口安装角越大，风机效率越高。因此，可以基于叶轮叶片进出口角的变化、蜗舌间隙的缩小以及增大叶轮的宽度这几个方向，对离心风机叶轮进行优化设计。

如申请号为CN201920666337.4(授权公告号为CN209925294U)公开了《一种高效单吸离心风机叶轮》，包括轮毂、轮盖和设置于轮毂上的叶片，轮盖包括前盖板和后盖板，叶片为数量为n的沿轮毂周向均布于轮毂上的叶片，每个叶片的轴线均平行于轮毂的中轴线，n的取值范围为38～65，叶片的进口安装角为α，α的取值范围为55°～70°，叶片的出口安装角为β，β的取值范围为160°～175°，叶片的宽度为ω，ω的取值范围为80～120mm。该离心风机叶轮在现有技术的基础之上改进了单吸离心风机运行过程中存在的缺陷，增大了叶轮工作面积并大幅减小气流在蜗舌附件的循环流动，有效提高离心风机整机的送风效率及运行性能，并且叶轮叶片结构简单且易于加工制造，有利于控制生产制造成本。

上述专利中的离心风机叶轮虽然在一定程度上提升了其气动效率，但是，在实际使用过程中还存有一定不足，上述专利中叶轮的叶片为传统的圆弧叶片，其只是满足了基本的气动性能，但由于叶片载荷不均匀，叶道内部旋涡较多，容易导致湍流噪声和偶极子附壁噪声较大，严重影响了整机噪声和用户体验。

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种有效减少叶道内部的旋涡，从而降低湍流噪声及偶极子附壁噪声的离心风机叶轮。

本实用新型所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种具有上述叶轮的离心风机。

本实用新型所要解决的第三个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种具有上述离心风机的空气净化器。

本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种离心风机叶轮，包括：

后盘；

前盘，与所述后盘相对设置；

叶片，设于所述后盘与所述前盘之间，并沿所述前盘的周向间隔分布，叶片具有位于前缘位置的进口端以及位于后缘位置的出口端；

所述叶片的进口端具有导流部，该导流部的轮廓线为圆弧曲线，所述叶片为后向叶片，且整体呈弧形，所述叶片的出口端具有扩压部，该扩压部为朝叶片自身的压力面方向弯折延伸的弯折部，所述弯折部朝向叶片的压力面的内表面与远离叶片的压力面的外表面均为平面，从而使得弯折部的整体呈板状结构，所述弯折部与所述叶片在出口端位置长度方向的夹角为α，其中，135°≤α≤150°。

作为改进，相邻的两个叶片之间形成供气流通过的叶道，该叶道的宽度自叶道的进口位置至出口位置逐渐增大。这种叶道结构设计，使得叶道出口气流比较顺畅，不容易发生旋涡堵塞问题。

为了与叶轮的叶片相适配，所述叶道的宽度为d，所述叶片的弦长为L2，其中，1/3≤d/L2≤1。

作为改进，所述叶片的型线方程为：

其中，ns为离心风机的比转速，其中，30≤ns≤90，自变量x的取值范围为：0.075≤x≤0.95；

坐标(x，y)为叶片型线上的任意一点，坐标系的坐标原点为叶片的出口端，x轴的方向为自叶片的出口端向叶轮中心延伸的方向，y轴的方向为自叶片的出口端朝叶片的进口端所在一侧延伸的方向。

上述叶片的型线设计与离心风机的比转速相关，当离心风机比转速较高，其进气流速度高，由此，使得相邻的两个叶片之间形成的叶道的出口处涡流区变得狭长，叶道的涡流强度有所减弱、涡流损失有所减小，从而使得离心风机的噪声值明显下降。

为了使弯折部与叶轮的叶片更好适配，从而进一步提高叶片的出口端弯折部的扩压作用，所述弯折部的宽度与所述叶片的出口端的宽度相同。对于叶片的压力面，从入口到叶片长度的4/5处这一段的流体边界层为层流，而过了叶片长度的4/5处后，流体的边界层迅速分离，形成分离旋涡，导致压力急剧下降，为此，在叶片的出口端处，增设一段上述弯折部用以提升静压，提升了空气输送的压头。

为了使弯折部与叶轮的叶片相适配，并且在保证叶片的出口端具备增压作用的同时，也能使气流在叶道的出口处顺利被甩出叶道，所述弯折部的长度为L1，叶片的弦长为L2，1/20≤L1/L2≤1/15。优选地，L1/L2＝1/15。

作为改进，所述弯折部的型线方程为：

12≤a≤17，自变量x的取值范围为：0≤x≤0.075；

坐标(x，y)为叶片的弯折部型线上的任意一点，坐标系的坐标原点为叶片的出口端，x轴的方向为自叶片的出口端向叶轮中心延伸的方向，y轴的方向为自叶片的出口端朝叶片的进口端所在一侧延伸的方向。

为了使叶道的大小与叶片出口端的弯折部相适配，所述叶片的宽度自叶片的进口端向叶片的出口端逐渐减小。

为了避免叶片设置数量过多而造成离散噪音严重问题，所述叶片的数量为7-13个。其中，叶片的数量优选为7个。

本实用新型解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种具有上述离心风机叶轮的离心风机，包括电机，该电机的动力输出轴与所述叶轮的后盘驱动连接。

本实用新型解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种上述离心风机的空气净化器，包括净化模块以及具有空气进口及空气出口的壳体，所述净化模块设于所述壳体内，并与壳体的空气出口相对应，所述离心风机设置在所述壳体内，所述叶轮的前盘与壳体的空气进口对应设置，所述电机设于所述壳体一侧并与叶轮的后盘驱动连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点：离心风机叶轮的进口端具有导流部，该导流部的轮廓线为圆弧曲线，这就使得叶道进口气流损失更小，可以经受更大的气流攻角范围，降低了气动损失，提高了气动性能。再者，由于本实用新型的离心风机叶轮的叶片为整体呈弧形的后向叶片，且在叶片的出口端设置有朝叶片自身的压力面方向弯折延伸的扩压部，因而能使叶片的吸力面上的脱落涡与相邻叶片的压力面上的脱落涡相互抵消，降低湍流噪声及偶极子附壁噪声，进而提升叶道内的气流顺畅度，提升风机效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的叶轮的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的叶轮的剖视图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图2中B处的放大图；

图5为本实用新型实施例的叶轮的叶片的立体结构示意图；

图6为本实用新型实施例的叶片的侧视图；

图7为本实用新型实施例的叶片型线的坐标图；

图8为本实用新型实施例的离心风机的立体结构示意图；

图9为本实用新型实施例的离心风机的背面的立体结构示意图；

图10为本实用新型实施例的净化器的立体结构示意图；

图11为本实用新型实施例的净化器的前半壳省去后的立体结构示意图；

图12为现有技术中叶轮叶道的子午面的速度分布图；

图13为本实施例的叶轮叶道的子午面的速度分布图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1-图11，本实施例的净化器包括净化模块41、离心风机30以及具有空气进口421及空气出口422的壳体42。净化模块41与离心风机30均设于壳体42内。本实施例的壳体42包括相互扣合的前半壳423以及后半壳424。前半壳423上具有空气进口421，以及覆盖该空气进口421的过滤网罩43。前半壳423以及后半壳424扣合后在底部形成上述空气出口422，净化模块41位于离心风机30的出风口22的下游，并与壳体42的空气出口422相对应。离心风机30包括叶轮20以及电机31。离心风机30叶轮20包括前盘12、后盘11以及叶片13，前盘12与后盘11相对设置。叶片13设于后盘11与前盘12之间，并沿前盘12的周向间隔分布。电机31设于壳体42一侧，电机31的动力输出轴与叶轮20的后盘11驱动连接。叶轮20的前盘12开设有进风口21，该进风口21与壳体42的空气进口421对应设置。

参见图2及图5，本实施例的叶片13为后向叶片13，且整体呈弧形。叶片13具有进口端131、出口端132、吸力面134以及压力面133，其中，上述进口端131位于叶片的前缘位置，出口端132位于叶片的后缘位置。本实施例中的叶片13的宽度自叶片13的进口端131向叶片13的出口端132逐渐减小。离心风机的叶片的压力面为工作面，也即叶片迎风的一面；叶片的吸力面为非工作面，也即叶片背风的一面。

参见图2，本实施例叶轮20的叶片13的数量相对较少，可以选择为7-13，优选为7个，以避免叶片13设置数量过多而造成离散噪音严重问题。

继续参见图2，相邻的两个叶片13之间形成供气流通过的叶道16。其中，叶道16的宽度自叶道16的进口位置至出口位置逐渐增大，以使得叶道16出口气流更加顺畅，避免发生旋涡堵塞问题。具体地，为了使叶道16与叶轮20的叶片13相适配，本实施例的叶道16的宽度为d，叶片13的弦长为L2，其中，1/3≤d/L2≤1。即，本实施例中，叶道16在进口处的宽度d为最小尺寸，即为1/3*L2，对应地，叶道16在出口处的宽度d为最小尺寸为最大尺寸，即与叶片13的弦长L2相等。

参见图2及图4，叶片13的进口端131具有导流部14，该导流部14的轮廓线(即叶片13前缘的轮廓线)为圆弧曲线。其中，导流部14的轮廓线可以根据离心风机30的类型选择为圆弧曲线或者椭圆弧曲线，具体地，叶片13导流部14的轮廓线为圆弧曲线时，适用于比转速小于42的离心风机30，因为，对于比转速高于42的离心风机30，圆弧曲线将导致在吸力面134上压力的激增，而压力的激增以及曲率的剧烈改变将引起逆压梯度的不断增加，导致前缘处气体的分离，还会引起效率的急剧下降。叶片13导流部14的轮廓线为椭圆弧曲线时，适用于比转速高于42的离心风机30。椭圆弧曲线的结构设计，使得叶道16进口气流损失更小，可以经受更大的气流攻角范围，降低了气动损失，提高效率，并且，叶片13的导流部14随着长短轴比例的增大，可有效减小叶轮20入口处的分离损失，使风机性能明显提高。

参见图7，本实施例的叶片13的型线方程为：

其中，ns为离心风机30的比转速，其中，30≤ns≤90，自变量x的取值范围为：0.075≤x≤0.95；坐标(x，y)为叶片13型线上的任意一点，坐标系的坐标原点O为叶片13的出口端132，x轴的方向为自叶片13的出口端132向叶轮20中心延伸的方向，y轴的方向为自叶片13的出口端132朝叶片13的进口端131所在一侧延伸的方向。

上述叶片13的型线设计与离心风机30的比转速相关，当离心风机30转速较高时，其进气流速度高，由此，使得相邻的两个叶片13之间形成的叶道16的出口处涡流区变得狭长，叶道16的涡流强度有所减弱、涡流损失有所减小，从而使得离心风机30的噪声值明显下降。

参见图2、图3及图5，叶片13的出口端132具有扩压部，该扩压部为朝叶片13自身的压力面133方向弯折延伸的弯折部15，其中，弯折部15朝向叶片13的压力面133的内表面与远离叶片13的压力面133的外表面均为平面，从而使得弯折部15的整体呈板状结构。弯折部15与叶片13的出口端132位置的切线的夹角为α，其中，135°≤α≤150°，详见图6。

参见图5，弯折部15的宽度与叶片13的出口端132的宽度相同。对于叶片13的压力面133，从入口到叶片13长度的4/5处这一段的流体边界层为层流，而过了叶片13长度的4/5处后，流体的边界层迅速分离，形成分离旋涡，导致压力急剧下降，为此，在叶片13的出口端132处，增设一段上述弯折部15用以提升静压，提升了空气输送的压头。再进一步地，为了使弯折部15与叶轮20的叶片13相适配，弯折部15的长度为L1，叶片13的弦长为L2，1/20≤L1/L2≤1/15，本实施例中的L1/L2优选为1/15，以在叶片13的出口端132具备增压作用的同时，也能使气流在叶道16的出口处顺利被甩出叶道16。

参见图7，本实施例的弯折部15的型线方程为：

12≤a≤17，自变量x的取值范围为：0≤x≤0.075。

弯折部15的型线方程与叶片13的型线方程的坐标系相同。坐标(x，y)为叶片13的弯折部15型线上的任意一点，坐标系的坐标原点O为叶片13的出口端132，x轴的方向为自叶片13的出口端132向叶轮20中心延伸的方向，y轴的方向为自叶片13的出口端132朝叶片13的进口端131所在一侧延伸的方向。

由于翼型叶片的非定常气动持征会受到叶片13上尾涡的形成、脱落及运动的影响，所以在本实施例中，对于上述叶片的弯折部15的弯折程度进行了限定，当a＝12-16时，脱落涡为钝尾缘脱落涡，涡的脱落位置基本都在叶片13的钝尾缘上下两端的尖角处；优选地，当a＝17时，叶片13的吸力面134上的气流边界层发生分离，在叶片13的尾缘(出口端132)附近形成反向的脱落涡，有利于叶片13的吸力面134和相邻叶片13的压力面133的脱落涡相互抵消，提升气流顺畅度，提升风机效率。

参见图12及图13，分别示出了现有技术中叶轮的叶道的子午面的速度分布图以及本实施例的叶轮20的叶道16的子午面的速度分布图，其中，现有技术中的叶轮20的叶片13为常规的后向叶片13结构，尤其是，其不具有本实施例中叶片13的导流部14及扩压部结构。通过对比上述两个叶道16的子午面的速度分布图，可以看出，现有技术中的叶轮20叶道16内部旋涡较多，叶片13载荷不均匀，因而，会产生较大的湍流噪声及偶极子附壁噪声。而本实施例中叶轮结构，其叶片13上导流部14及扩压部的结构设计，使得叶片13吸力面134上的脱落涡与相邻叶片13的压力面133上的脱落涡相互抵消，降低湍流噪声及偶极子附壁噪声，进而提升了叶道16内的气流顺畅度，提升风机效率。

Claims (11)

1.一种离心风机叶轮，包括：

后盘(11)；

前盘(12)，与所述后盘(11)相对设置；

叶片(13)，设于所述后盘(11)与所述前盘(12)之间，并沿所述前盘(12)的周向间隔分布，叶片(13)具有位于前缘位置的进口端(131)以及位于后缘位置的出口端(132)；

其特征在于：所述叶片(13)为后向叶片(13)，且整体呈弧形，所述叶片(13)的进口端(131)具有导流部(14)，该导流部(14)的轮廓线为圆弧曲线，所述叶片(13)的出口端(132)具有扩压部，该扩压部为朝叶片(13)自身的压力面(133)方向弯折延伸的弯折部(15)，所述弯折部(15)朝向叶片(13)的压力面(133)的内表面与远离叶片(13)的压力面(133)的外表面均为平面，从而使得弯折部(15)的整体呈板状结构，所述弯折部(15)与所述叶片(13)在出口端(132)位置的长度方向的夹角为α，其中，135°≤α≤150°。

2.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于：相邻的两个叶片(13)之间形成供气流通过的叶道(16)，该叶道(16)的宽度自叶道(16)的进口位置至出口位置逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述叶道(16)的宽度为d，所述叶片(13)的弦长为L2，其中，1/3≤d/L2≤1。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述叶片(13)的型线方程为：

其中，ns为离心风机(30)的比转速，其中，30≤ns≤90，自变量x的取值范围为：0.075≤x≤0.95；

坐标(x，y)为叶片(13)型线上的任意一点，坐标系的坐标原点为叶片(13)的出口端(132)，x轴的方向为自叶片(13)的出口端(132)向叶轮(20)中心延伸的方向，y轴的方向为自叶片(13)的出口端(132)朝叶片(13)的进口端(131)所在一侧延伸的方向。

5.根据权利要求4所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述弯折部(15)的宽度与所述叶片(13)的出口端(132)的宽度相同。

6.根据权利要求5所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述弯折部(15)的长度为L1，叶片(13)的弦长为L2，1/20≤L1/L2≤1/15。

7.根据权利要求6所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述弯折部(15)的型线方程为：

12≤a≤17，自变量x的取值范围为：0≤x≤0.075；

坐标(x，y)为叶片(13)的弯折部(15)型线上的任意一点，坐标系的坐标原点为叶片(13)的出口端(132)，x轴的方向为自叶片(13)的出口端(132)向叶轮(20)中心延伸的方向，y轴的方向为自叶片(13)的出口端(132)朝叶片(13)的进口端(131)所在一侧延伸的方向。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述叶片(13)的宽度自叶片(13)的进口端(131)向叶片(13)的出口端(132)逐渐减小。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述叶片(13)的数量为7-13个。

10.一种具有如权利要求1-9中任一项所述的离心风机叶轮的离心风机，其特征在于：包括电机(31)，该电机(31)的动力输出轴与所述叶轮(20)的后盘(11)驱动连接。

11.一种具有如权利要求10所述的离心风机的空气净化器，其特征在于：包括净化模块(41)以及具有空气进口(421)及空气出口(422)的壳体(42)，所述净化模块(41)设于所述壳体(42)内，并与壳体(42)的空气出口(422)相对应，所述离心风机(30)设置在所述壳体(42)内，所述叶轮(20)的前盘(12)与壳体(42)的空气进口(421)对应设置，所述电机(31)设于所述壳体(42)一侧并与叶轮(20)的后盘(11)驱动连接。

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