CN219865580U - 一种离心风机的叶轮、离心风机及吸油烟机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离心风机的叶轮、离心风机及吸油烟机，所述离心风机的叶轮，包括叶片，所述叶片为单圆弧叶片，所述叶片型线的包角为θ，所述叶片的出口角为β，θ的取值范围为108°～120°，β的取值范围为172°～176°。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过使得叶片较大的包角可使得入口角变小，减小入口流动损失，适应有阻的流体吸入冲角，而增大出口角，可以减小出口流动分离，同时叶轮的流道形成一个有阻力的加速的流体通道，在叶轮出口处的流速就比较大，对方向流的阻碍能力就会变强，包角和出口角的同时增大，流道会更弯及实际出口会更小，这样物理形态的变化也增加了反向二次流动的难度，降低噪声。

Description

一种离心风机的叶轮、离心风机及吸油烟机

技术领域

本实用新型涉及动力装置，尤其是一种离心风机的叶轮，应用有该叶轮的离心风机，以及应用有该离心风机的吸油烟机。

背景技术

离心风机具有高压力，低噪音等特点，因此目前社会普遍用多翼离心风机系统作为动力源，利用高速旋转的叶轮在蜗壳中完成做功和过滤两个功能。如常用于吸油烟机中，通过安装在吸油烟机内部的多翼离心风机吸排油烟，多翼离心风机包括蜗壳、安装在蜗壳中叶轮及带动叶轮转动的电机，当叶轮旋转时，在风机中心产生负压吸力，将吸油烟机下方的油烟吸入风机，经过风机加速后被蜗壳收集、引导排出室外。

噪声为衡量吸油烟机质量好坏及竞争需求的标准之一。离心风机的叶轮作为吸油烟机动力的核心部件，它的结构设计和吸油烟机性能有着密切的关系，故离心风机的叶轮的结构优化也是本领域技术人员的主要工作之一。

在早期的叶轮设计方案中，由于国标规定的噪声为出口不加任何阻力部件的条件下在半消声室按照半球包络法进行测试，因此在设计叶轮时也是按照此条件进行，主要通过降低流道阻力，提升排放流量的思路去优化风机，以达到在相同流量下的低噪声，故叶轮的结构形态也在此种工况下具有较好的性能表现。但是由于吸油烟机的使用环境是要通过排风管、止逆阀及公用烟道将油烟排出室外，故其排风路径决定了其要克服较大的阻力才能将气体排出。

现有的用于吸油烟机的叶轮，如本申请人的申请号为202220077945.3的中国专利公开了一种离心风机叶轮，包括：前盘；后盘，与所述前盘相对布置；沿周向间隔分布在所述前盘与后盘之间的叶片，每个所述叶片具有用来与前盘连接的前端和用来与后盘连接的后端；每个所述叶片的宽度自该叶片中部区域向前、后两端逐渐减小，每个所述叶片的出口角自该叶片中部区域向前、后两端逐渐减小。

上述专利的核心内容为在叶片的轴向进行了变圆心角(前后稍部包角：60°～80°，根部圆心角：95°～105°)的设计，该设计是根据叶轮的进风特性(两边少，中间多)，叶片从前后两段向根部进行渐扩设计(根部)，此设计根据实际经验，对低阻力工况的流动有较好的作用，但由于前后部叶片的圆心角较小(60°～80°)，对高阻力工况的反向二次流可能抑制能力较弱，进而性能变差。因此，还有待改进。

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上述现有技术存在的不足，提供一种离心风机的叶轮，降低噪声，抑制反向二次流。

本实用新型所要解决的第二技术问题是提供一种应用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提供一种应用有上述离心风机的吸油烟机。

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：一种离心风机的叶轮，包括叶片，所述叶片为单圆弧叶片，所述叶片型线的包角为θ，所述叶片的出口角为β，其特征在于：θ的取值范围为108°～120°，β的取值范围为172°～176°。

通过使得叶片较大的包角可使得入口角变小，减小入口流动损失，适应有阻的流体吸入冲角，而增大出口角，可以减小出口流动分离，同时叶轮的流道形成一个有阻力的加速的流体通道，在叶轮出口处的流速就比较大，对方向流的阻碍能力就会变强，包角和出口角的同时增大，流道会更弯及实际出口会更小，这样物理形态的变化也增加了反向二次流动的难度，降低噪声。

进一步地，所述叶片的型线的曲率半径为R，R的取值范围为8～12mm，曲率半径较小，可减小流道曲线长度，降低流体与叶片壁面的摩擦长度和冲击，降低噪声，同时，此形式也不会减小叶轮内径，不减小有效进风面积。

进一步地，所述叶轮还包括前盘和后盘，所述叶片长度方向上的两端分别与前盘和后盘连接，所述叶片的入口在靠近前盘的位置形成有切角，通过设置该切角，可以增大离心风机的进风口圈的设计直径，增加进风面积以及减少进风口圈的转弯损失。

优选的，所述切角在叶轮径向上的宽度为L₁，L₁的取值范围为3～10mm。

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：一种离心风机，包括蜗壳，其特征在于：所述蜗壳内设置有如上所述的叶轮。

进一步地，所述蜗壳上形成有进风口，所述进风口处设置有进风口圈，所述进风口圈伸入到叶轮内，由此可减少进风口圈和叶轮之间因间隙产生的泄漏。

进一步地，所述进风口圈伸入到叶轮内的底面外周与叶轮的叶片入口之间的径向间隙为t₂，t₂的取值范围为3～10mm，由此可以减少叶轮中反向气流溢出后对其进行隔离及导流，从而经叶轮重新吸入，减少气流损失。

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：一种吸油烟机，其特征在于：应用有如上所述的离心风机。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过使得叶片较大的包角可使得入口角变小，减小入口流动损失，适应有阻的流体吸入冲角，而增大出口角，可以减小出口流动分离，同时叶轮的流道形成一个有阻力的加速的流体通道，在叶轮出口处的流速就比较大，对方向流的阻碍能力就会变强，包角和出口角的同时增大，流道会更弯及实际出口会更小，这样物理形态的变化也增加了反向二次流动的难度，降低噪声。

附图说明

图1为本实用新型实施例的离心风机的剖视图；

图2为本实用新型实施例的离心风机的叶轮的示意图；

图3为本实用新型实施例的叶轮的叶片的示意图；

图4为本实用新型实施例的叶轮的叶道流动速度三角形示意图(图2的局部)；

图5为本实用新型实施例的叶轮的叶片参数示意图(图2的局部)；

图6为本实用新型实施例的叶轮的叶片的示意图；

图7为现有技术的离心风机在高阻力工况下的流场仿真示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本实用新型所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

为了能客观的反应实际的用户条件，吸油烟机的新国标(GBT 17713-2022)对噪声测试环境进行了修改及增加了用户工况噪声的测试方法，本实用新型通过对新国标下噪声测试条件及用户工况的阻力环境进行研究，根据阻力增加而引起的转速升高，流量减少的流体流动特征，通过对叶片型线，安装位置及特征切角来保证较大的进风面积及优化叶轮流道的气体流动进行降噪。

具体的，参见图1～图6，一种离心风机，包括蜗壳1、设置在蜗壳1内的叶轮2以及用于驱动叶轮2转动的电机3，蜗壳1上形成有进风口11，进风口处设置有进风口圈4。叶轮2包括前盘21、后盘22、中盘23以及叶片24，前盘21、中盘23和后盘22沿着叶轮的轴向同轴地间隔布置，叶片24长度方向上的两端分别与前盘21和后盘22连接，并且叶片24还穿过中盘23。前盘21和后盘22均呈圆环的形状，叶片24具有多个(如多翼离心风机的叶片数量在60左右)，沿着前盘1(后盘2)的周向间隔布置。叶片24通过插接的方式和各盘连接，插接孔位可以确定叶片24的安装位置。上述结构为现有技术，在此不再赘述。

根据风机系统理论，当叶轮2排风有阻力时，就会产生一定的阻力静压，在和电机3匹配时，就会产生电机3转速升高、流量减小的情况。根据新国标IEC标准对于噪声的测试要求，在出风后端接一个带弯头的管道及阻力更大的用户工况噪声测试标准，这两种工况都会在后端产生较大的阻力静压，进而造成转速升高、流量减小。对于(多翼)离心风机，气流在进入叶片24入口之前有一定的冲角，此冲角和叶轮直径、转速及流量具有一定的物理关系；同时，在较高阻力下，风机内部蜗舌处上游流场有较多的方向二次流经过叶片流道反向流出，可参见图7，圈中所示即为跨叶轮反向流动集中区域。

针对后端阻力及转速升高带来的流场变化，同时适应较宽域的用户工况环境，本实用新型提出了如下具有较好降噪效果的叶片型线结构。叶片24为单圆弧叶片，其包角(圆心角)为θ，θ的取值范围为108°～120°，这一包角的取值范围明显大于现有技术，可使得叶片24的入口角变小，适应有阻的流体吸入冲角，同时增加反向二次流流动的物理难度。

包角增大降噪的原理如下：对于多翼离心风机，气体在叶轮2中的流动是一种复合运动，它由叶轮整体的圆周运动及流体质点沿叶片型线的相对运动组成，参见图4和图5，其中V₁代表叶片24的入口处的气流速度(方向和大小)，V₂代表叶片24的出口处的气流速度(方向和大小)，可以将这两个速度分解为叶轮2的周向速度ω及径向速度C(其中下标1代表入口处，2代表出口处)。

在入口侧：ω₁＝π*D₁*r，C₁＝Q/S1＝Q/(π*D₁*L)，其中，D₁为叶轮内径，r为叶轮2的转速(图3中箭头所示方向为叶轮2的转动方向)，L为叶轮2轴向上的尺寸，Q为流入叶轮2内的流量，根据速度三角形分析，当采用新国标噪声测试方法时，由于转速升高、流量减小，则周向速度ω₁增大，径向速度C₁减小，实际流体的运动方向和周向速度的夹角会变小，会向周向方偏移。定义周向方向的切线方向和叶片24的入口处的切向方向为叶片24的入口角(该定义与现有技术相同)，记为α(图中示意为径向夹角，角度大小一样)，当有阻时，应该减小入口角α去适应新的流动方向，减小入口流动损失。

在出口侧：ω₂＝π*D₂*r，C₂＝Q/S₂＝Q/(π*D₂*L)，其中，D₂为叶轮外径，其他参数含义如上。根据速度三角形分析，当采用新国标噪声测试方法时，由于转速升高，流量减小，则轴向速度ω₂增大，径向速度C₂减小，则实际出口流体的运动方向和周向速度的夹角会变小，会向出口周向方偏移。定义周向方向的切线方向和叶片出口处的切向方向为叶片24的出口角(该定义与现有技术相同)，记为β(图中示意为径向夹角，角度大小一样)。因此，为了减小出口流动分离，应该加大叶片24的出口角β，其取值范围为172°～176°。

因此，为了达到入口角α减小及出口角β增大的物理特征，就需要增大叶轮2的包角θ，由此可降低噪声。

如上所述，由于在较高阻力下，风机内部蜗舌处上游流场有较多的方向二次流经过叶片流道反向流出。因此，针对后端阻力带来的流场变化，利用出口角β较大的流道对方向二次流进行抑制。当叶轮2的出口角β变大时，实际叶轮2的流道(相邻两个叶片24之间的流体通道)入口宽度A₁/实际叶轮的流道出口宽度A₂的比值就会变大，形成一个有阻力的加速的流体通道(相比后端阻力，此阻力对流量影响较小)，在叶轮出口处的流速就比较大，对方向流的阻碍能力就会变强。同时，当包角θ及出口角β较大时，流道会更弯及实际出口会更小，这样物理形态的变化也增加了反向二次流动的难度，降低噪声。

叶片24的型线的曲率半径为R，其取值范围为8～12mm，这一曲率半径的取值范围小于现有技术，可减小流道曲线长度，降低流体与叶片壁面的摩擦长度和冲击，降低噪声，同时，此形式也不会减小叶轮内径，不减小有效进风面积。

参见图1和6，叶片24的入口在靠近前盘21的位置形成有切角241，切角241在叶轮2径向上的宽度为L₁，L₁的取值范围为3～10mm。通过设置该切角241，可以增大进风口圈4的设计直径，增加进风面积以及减少进风口圈4的转弯损失。

进风口圈4位于蜗壳1内的底面和叶轮2的前盘21朝向进风口11的表面之间的轴向间隙为t₁，t₁的取值范围为-5～8mm(进风口圈4伸入叶轮2内部时，其值为负值)。当进风口圈4伸入叶轮2内时，进风口圈4底面外周(底面为圆周)与叶轮2的叶片24入口之间的径向间隙为t₂(进风口圈4底面所在径向平面上与叶片23入口之间的距离)，t₂的取值范围为3～10mm。该间隙可以减少叶轮2中反向气流溢出后对其进行隔离及导流，从而经叶轮2重新吸入，减少气流损失。

通过上述设计的叶轮，在无阻力工况下(半消声室测试工况)的性能(流量，噪声)不亚于现有的设计方案，高阻力下的工况(用户使用工况)在同流量条件下噪声降低0.5dB。

Claims (8)

1.一种离心风机的叶轮，包括叶片(24)，所述叶片(24)为单圆弧叶片，所述叶片(24)型线的包角为θ，所述叶片(24)的出口角为β，其特征在于：θ的取值范围为108°～120°，β的取值范围为172°～176°。

2.根据权利要求1所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述叶片(24)的型线的曲率半径为R，R的取值范围为8～12mm。

3.根据权利要求1或2所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述叶轮还包括前盘(21)和后盘(22)，所述叶片(24)长度方向上的两端分别与前盘(21)和后盘(22)连接，所述叶片(24)的入口在靠近前盘(21)的位置形成有切角(241)。

4.根据权利要求3所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述切角(241)在叶轮径向上的宽度为L₁，L₁的取值范围为3～10mm。

5.一种离心风机，包括蜗壳(1)，其特征在于：所述蜗壳(1)内设置有如权利要求1～4中任一项所述的叶轮。

6.根据权利要求5所述的离心风机，其特征在于：所述蜗壳(1)上形成有进风口(11)，所述进风口(11)处设置有进风口圈(4)，所述进风口圈(4)伸入到叶轮内。

7.根据权利要求6所述的离心风机，其特征在于：所述进风口圈(4)伸入到叶轮内的底面外周与叶轮的叶片(24)入口之间的径向间隙为t₂，t₂的取值范围为3～10mm。

8.一种吸油烟机，其特征在于：应用有如权利要求5～7中任一项所述的离心风机。