CN215214092U - 离心风机叶轮及具有该叶轮的离心风机、空气净化器 - Google Patents
离心风机叶轮及具有该叶轮的离心风机、空气净化器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种离心风机叶轮，包括：后盘；前盘；叶片，为后向叶片，设于后盘与前盘之间，并沿前盘的周向间隔分布；叶片的吸力面上靠近叶片的第二侧边位置设置有用于降低噪声的降噪部，降噪部为设于叶片的吸力面上的条形凸起，该条形凸起的延伸方向与叶片的宽度方向基本一致，条形凸起的横截面的宽度自根部向顶部逐渐减小。该叶轮能有效疏导叶轮出口位置的气流，降低叶片的气动阻力，进而有效降低涡流噪声。还涉及一种具有该叶轮的离心风机及空气净化器。
Description
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
离心风机的应用较为广泛，而叶轮是离心风机的重要组成部件，叶轮的旋转，带动气体流动，其结构的设置是否合理直接影响风机的整体性能。离心风机工作时电动机直联带动叶轮旋转，轴向吸入的空气在离心力的作用下，从叶轮中心被径向甩出叶轮。但由于叶片曲率较大，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，同时空气经过叶片时会产生周期性的旋涡脱落，其将在结构上施加周期性的作用力进而会引起结构振动，产生较大的气动噪声，成为干扰环境安静的祸源。
针对上述技术问题，申请号为CN201610928410.1(公告号为CN106402021A)的中国发明专利申请公布的《一种离心风机叶轮》，该叶轮包括前圈和后圈，前圈与后圈之间焊接固定多个叶片，叶片的纵向断面呈波浪形，横向断面呈圆弧形，叶片纵向断面仿生座头鲸的贝壳外形，叶片横向断面仿生座头鲸的背鳍外形。该离心风机叶轮的结构改变了叶片出口处涡流脱离的位置，增大了涡心之间的距离，虽然能抑制涡流脱离对流动的扰动从而减小了气动噪声，具有仿生降噪，且空气动力学优良，效率高等特点。但，该离心风机的气流存在由轴向转为径向的过程，气流在进入流道时存在一定的攻角，而该叶轮的叶片的出口端和入口段均设计成波浪状，这种结构会加剧气流在叶片入口处的碰撞损失，增加叶轮的气动噪声。
又如申请号为CN201510041565.9(授权公告号为CN104675748B)的发明专利公开的《一种带槽道的低噪声无蜗壳离心通风机》，包括轮盘、轮盖、叶片和均匀分布的槽道；轮盖、轮盘和叶片采用焊接方式连接，叶片设计为翼型叶片，叶片数为8个，以轮盖的轴线为中心均匀分布，槽道为叶片加工之后铣出。离心通风机的叶片槽道结构改善了叶片周围的边界层分离，抑制了翼型叶片后涡的脱落；同时叶片工作面与非工作面间的压力差减小，从而使涡流噪声有所减小。该离心通风机的叶片是叶片的压力面上沿其延伸反向设置多个槽道结构，这种结构虽然能在一定程度上抑制叶片后涡的脱落，使涡流噪声有所减小，但在用于高速离心风机时，这种槽道结构对抑制叶片吸力面尾缘处的流动分离效果有限，依旧会产生较大的气动噪声，降噪效果不好。此外，上述这种有棱角的槽道结构对气流的阻力较大。
综上所述，上述专利中的离心风机用叶轮的仍存在降噪效果不佳的问题。
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，提供一种离心风机叶轮，其能有效疏导叶轮出口位置的气流，降低叶片的气动阻力，进而有效降低涡流噪声。
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，提供一种应用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，提供一种应用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，为后向叶片，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，所述叶片沿自身长度方向并排延伸有第一侧边和第二侧边，其中第一侧边为对应气流流入的入口边缘，第二侧边为对应气流流出的出口边缘；
所述叶片的吸力面上靠近所述叶片的第二侧边位置设置有用于降低噪声的降噪部，所述降噪部为设于所述叶片的吸力面上的条形凸起，该条形凸起的延伸方向与叶片的宽度方向基本一致，所述条形凸起的横截面的宽度自根部向顶部逐渐减小。
作为改进，所述条形凸起的横截面的轮廓线包括分别与条形凸起的两侧面相对应的第一轮廓线和第二轮廓线，所述第一轮廓线远离所述叶片的第二侧边，且构造为向外凸出的曲线段，所述第二轮廓线靠近叶片的第二侧边，且构造为自条形凸起的根部向顶部方向先凸出后凹陷的曲线段。
作为改进，所述条形凸起的横截面的轮廓线的曲线方程如下：
y＝a1x5+a2x4+a3x3+a4x2+a5x
其中，
a1的取值范围为(-6.3，-5.9)，a3的取值范围为(-7.5，-4.5)；
a1、a2、a3之间满足条件：a2-1≤a1≤a2+2(a3-a2)；
坐标(x1，y1)为条形凸起的横截面的轮廓线上的任意一点，b为条形凸起第一轮廓线的起始端到第二轮廓线的起始端的直线距离，坐标系的坐标原点为第二轮廓线起始端，x轴的方向为自第一轮廓线的起始端朝第二轮廓线的起始端延伸的方向。
降噪部的轮廓线的曲线方程为高次函数，其中a1，a2和a3决定了高次函数的弯曲特征，也就是第二轮廓线凸起部分，通过限定a1、a2及a3的取值范围，使得曲线特征较为突出，降低了来流扰动对叶片的影响，使得边界层分离较少，削弱了叶片下游的掺混损失，使尾迹更加均匀。
作为改进，所述条形凸起的长度为h，所述叶片在出口边缘的长度为H，其中，h<H，所述条形凸起的两端部与叶片的出口边缘的宽度方向的两侧边之间均具有间距。
对于比转速大于56的风机，风机转速很高，叶道内气流堵塞非常严重，条形凸起的长度h可以与叶片在出口边缘的长度为H基本相同，即条形凸起占满叶片的出口边缘的宽度。而对于比转速低于56，风机转速没那么高，出口气流堵塞情况不是特别严重，条形凸起的两端部与叶片的出口边缘的宽度方向的两侧边之间均具有间距，这是由于叶片靠近后盘的地方，是电机所在处，进气流直接冲击到此处后拐弯，需要有通道使气流通过，同样地，前盘位置也需要通道供气流通过。
作为改进，所述条形凸起的长度为h，所述叶片在出口边缘的长度为H，两者满足条件：
作为改进，所述条形凸起具有朝向前盘的第一端部，该第一端部与所述前盘之间的最小距离为d1，d1的取值范围为：
作为改进，所述条形凸起具有朝向后盘的第二端部，该第二端部与所述后盘之间的最小距离为d2，d2的取值范围为：
为了增大叶片对气流做功，又能减小气流沿程摩擦损失，所述叶片的数量为7-13个。本实施例的叶片的数量优选为9个。
为了使叶道的大小与叶片的吸力面上的降噪部相适配，所述叶片的宽度自第一侧边向第二侧边逐渐减小。
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：一种应用上述叶轮的离心风机，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：一种应用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：本实用新型在叶片的吸力面上设置了降噪部，该降噪部为其延伸方向与叶片的长度方向一致的条形凸起，其中，该条形凸起的横截面的宽度自根部向顶部逐渐减小。该降噪部的结构设计，能在一定程度上抑制叶片后涡的脱落，使涡流噪声有所减小；尤其是优选方案中，条形凸起的朝向出口边缘的侧壁面为自条形凸起的根部向顶部方向先凸出后凹陷的型面结构，其使得叶片后部压力得以充分回升，从而使局部回流区及垂向涡对能处于正压区内，减小了叶片的前后压差，有效抑制了因叶片表面旋涡的脱落分离引起的振动及涡流噪声问题。另一方面，叶片的尾部的降噪部的型线设计，也使得叶片尾迹区相对简单的流场结构耗损的主流能量较少，降低了叶片的气动阻力，使出口气流更为顺畅。
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为本实用新型实施例的叶轮省去前盘后的立体结构示意图；
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为图5中B处的放大图；
图7为本实用新型实施例的条形凸起的横截面轮廓线的曲线的坐标图；
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为现有技术中叶轮的叶道的声功率云图(叶片不带有本实施例的降噪部)；
图13为本实施例的叶轮的叶道的声功率云图。
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13，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10以及电机40。离心风机30叶轮10包括前盘11、后盘12以及叶片13，前盘11与后盘12相对设置。叶片13设于后盘12与前盘11之间，并沿前盘11的周向间隔分布。电机40设于壳体42一侧，电机40的动力输出轴与叶轮10的后盘12驱动连接。叶轮10的前盘11开设有进风口110，该进风口110与壳体42的空气进口421对应设置。
叶轮10的叶片13沿自身长度方向并排延伸有第一侧边131和第二侧边132。其中，第一侧边131为对应气流流入的入口边缘，第二侧边132为对应气流流出的出口边缘。
参见图4，本实施例叶轮10的叶片13为后向叶片13，该后向叶片13的宽度自第一侧边131向第二侧边132逐渐减小。其中，叶片13的数量为7-13个，具体优选为9个，以增大叶片13对气流做功，又能减小气流沿程摩擦损失。
参见图5，叶片13的吸力面上靠近叶片13的第二侧边132位置设置有用于降低噪声的降噪部。本实施例的降噪部为设于叶片13的吸力面上的条形凸起20。该条形凸起20的延伸方向与叶片13的宽度方向基本一致。具体地，条形凸起20的横截面的宽度自根部向顶部逐渐减小(根部是指条形凸起20与叶片13的吸力面结合的底部位置，顶部是远离叶片13的吸力面的最远端位置)。再具体地，条形凸起20的横截面的轮廓线包括分别与条形凸起20的两侧面相对应的第一轮廓线21和第二轮廓线22。第一轮廓线21远离叶片13的第二侧边132，且构造为向外凸出的曲线段。第二轮廓线22靠近叶片13的第二侧边132，且构造为自条形凸起20的根部向顶部方向先凸出后凹陷的曲线段。作为说明，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4，本实施例的条形凸起20的横截面的轮廓线的曲线方程如下：
y＝a1x5+a2x4+a3x3+a4x2+a5x
其中，
a1的取值范围为(-6.3，-5.9)，a3的取值范围为(-7.5，-4.5)；
a1、a2、a3之间满足条件：a2-1≤a1≤a2+2(a3-a2)；
坐标(x1，y1)为条形凸起20的横截面的轮廓线上的任意一点，b为条形凸起20第一轮廓线21的起始端A1到第二轮廓线22的起始端A2的直线距离，坐标系的坐标原点为第二轮廓线22起始端，x轴的方向为自第一轮廓线21的起始端朝第二轮廓线22的起始端延伸的方向。
本实施例的降噪部的轮廓线的曲线方程为高次函数，其中a1，a2和a3决定了高次函数的弯曲特征，也就是第二轮廓线22凸起部分，通过限定a1、a2及a3的取值范围，使得曲线特征较为突出，降低了来流扰动对叶片13的影响，使得边界层分离较少，削弱了叶片13下游的掺混损失，使尾迹更加均匀。
结合图6，条形凸起20的长度为h，叶片13在出口边缘的长度为H。本实施例的条形凸起20的长度小于叶片13在出口边缘的长度，即，h<H，。具体地，条形凸起20的长度为h与叶片13在出口边缘的长度为H满足条件：
条形凸起20的两端部与叶片13的出口边缘的宽度方向的两侧边之间均具有间距。具体地，条形凸起20具有朝向前盘11的第一端部22，以及具有朝向后盘12的第二端部23，其中，第一端部22与前盘11之间的最小距离为d1，d1的取值范围为：
第二端部23与后盘12之间的最小距离为d2，d2的取值范围为：
对于比转速大于56的风机，风机转速很高，叶道内气流堵塞非常严重，条形凸起20的长度h可以与叶片13在出口边缘的长度为H基本相同，即条形凸起20占满叶片13的出口边缘的宽度。而对于比转速低于56，风机转速没那么高，出口气流堵塞情况不是特别严重，由于叶片13靠近后盘12的地方，是电机40所在处，进气流直接冲击到此处后拐弯，因而需要有间隙通道使气流通过，同样地，前盘11位置也需要通道供气流通过。由此，条形凸起20的位置设置为，在条形凸起20的两端部与叶片13的出口边缘的宽度方向的两侧边之间均具有间距。
本实施在叶片13的吸力面上设置了降噪部，该降噪部为其延伸方向与叶片13的长度方向一致的条形凸起20，其中，条形凸起20的朝向出口边缘的侧壁面为自条形凸起20的根部向顶部方向先凸出后凹陷的型面结构，其使得叶片13后部压力得以充分回升，从而使局部回流区及垂向涡对能处于正压区内，减小了叶片13的前后压差，有效抑制了因叶片13表面旋涡的脱落分离引起的振动及涡流噪声问题。另一方面，叶片13的尾部的降噪部的型线设计，也使得叶片13尾迹区相对简单的流场结构耗损的主流能量较少，降低了叶片13的气动阻力，使出口气流更为顺畅。如图12及图13，分别示出了现有技术中叶轮10的叶道的声功率云图以及本实施例的叶轮10的叶道的声功率云图，其中，本实施的叶轮10与现有技术中叶轮10的区别在于，现有技术中的叶轮10的叶片13为常规的后向叶片13结构，其不具有本实施例中叶片13吸力面上的降噪部。通过对比声功率云图可以看出，现有技术中叶轮10，其叶片13的吸力面产生的泄露涡，会沿着轴向发展，其中，泄露涡的轴向发展是离散噪声的主要来源，因此现有技术中的叶道的声功率较大。而本实施例中的降噪部结构，可使得涡核强度减弱并发生涡破碎，削弱了叶道内的声功率，因而具有较好的降噪效果。
Claims (11)
1.一种离心风机叶轮，包括：
后盘(12)；
前盘(11)，与所述后盘(12)相对设置；
叶片(13)，为后向叶片，设于所述后盘(12)与所述前盘(11)之间，并沿所述前盘(11)的周向间隔分布，所述叶片(13)沿其自身长度方向并排延伸有第一侧边(131)和第二侧边(132)，其中第一侧边(131)为对应气流流入的入口边缘，第二侧边(132)为对应气流流出的出口边缘；
其特征在于：所述叶片(13)的吸力面上靠近所述叶片(13)的第二侧边(132)位置设置有用于降低噪声的降噪部，所述降噪部为设于所述叶片(13)的吸力面上的条形凸起(20)，该条形凸起(20)的延伸方向与叶片(13)的宽度方向基本一致，所述条形凸起(20)的横截面的宽度自根部向顶部逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述条形凸起(20)的横截面的轮廓线包括分别与条形凸起(20)的两侧面相对应的第一轮廓线(21)和第二轮廓线(22)，所述第一轮廓线(21)远离所述叶片(13)的第二侧边(132)，且构造为向外凸出的曲线段，所述第二轮廓线(22)靠近叶片(13)的第二侧边(132)，且构造为自条形凸起(20)的根部向顶部方向先凸出后凹陷的曲线段。
3.根据权利要求2所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述条形凸起的横截面的轮廓线的曲线方程如下：
y＝a1x5+a2x4+a3x3+a4x2+a5x
其中，
0≤x≤2.3；
a1的取值范围为(-6.3，-5.9)，a3的取值范围为(-7.5，-4.5)；
a1、a2、a3之间满足条件：a2-1≤a1≤a2+2(a3-a2)；
坐标(x1，y1)为条形凸起(20)的横截面的轮廓线上的任意一点，b为条形凸起(20)第一轮廓线(21)的起始端到第二轮廓线(22)的起始端的直线距离，坐标系的坐标原点为第二轮廓线(22)起始端，x轴的方向为自第一轮廓线(21)的起始端朝第二轮廓线(22)的起始端延伸的方向。
4.根据权利要求3所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述条形凸起(20)的长度为h，所述叶片(13)在出口边缘的长度为H，其中，h<H，所述条形凸起(20)的两端部与叶片(13)的出口边缘的宽度方向的两侧边之间均具有间距。
5.根据权利要求4所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述条形凸起(20)的长度为h，所述叶片(13)在出口边缘的长度为H，两者满足条件：
6.根据权利要求5所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述条形凸起(20)具有朝向前盘(11)的第一端部(22)，该第一端部(22)与所述前盘(11)之间的最小距离为d1，d1的取值范围为：
7.根据权利要求6所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述条形凸起(20)具有朝向后盘(12)的第二端部(23)，该第二端部(23)与所述后盘(12)之间的最小距离为d2，d2的取值范围为：
8.根据权利要求1-7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。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于：所述叶片(13)的宽度自第一侧边(131)向第二侧边(132)逐渐减小。
10.一种应用如权利要求1-8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(40)，该电机(40)的动力输出轴与所述叶轮(10)的后盘(12)驱动连接。
11.一种应用如权利要求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(10)的前盘(11)与壳体(42)的空气进口(421)对应设置，所述电机(40)设于所述壳体(42)一侧并与叶轮(10)的后盘(12)驱动连接。
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Cited By (1)
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| CN115163542A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-11 | 江苏大学 | 一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵 |
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2021
- 2021-04-13 CN CN202120781414.8U patent/CN215214092U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN115163542A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-11 | 江苏大学 | 一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵 |
| CN115163542B (zh) * | 2022-07-28 | 2024-05-03 | 江苏大学 | 一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |