鱼鳍形仿生降噪离心风机的制作方法

本发明涉及离心风机领域，具体地说是一种鱼鳍形仿生降噪离心风机，一般可应用于民用吸尘器、烘干机、通风机及物料输运机等领域。

背景技术：

离心风机可用于建筑、船舶、车辆、空调等的通风、冷却、排尘，也可用于物料输送如谷物的选送，其应用范围及前景广阔。在离心风机应用的领域尤其是民用领域，离心风机发展的方向与追求的目标主要为高效率、宽工作范围、低噪声、长寿命与低成本，目前离心风机背景技术与这几方面有关联，下面对现有典型离心风机的设计技术进行简要论述：

1、无导风轮离心直叶片设计。离心风机导风轮的作用是用叶片将气流由轴向过渡为径向，由于离心风机的增压比一般较低，出于节约成本考虑，离心风机的叶片一般采用无导风轮设计，且离心段叶片采用直叶片。这种设计方案便于研制及加工制造，且节约加工成本，其存在的问题是，气流轴向转为径向纯粹由无叶段作用产生，由于子午曲率的影响，容易在仿生离心叶片前缘产生不均匀气流角，从而使纯径向段直叶片的攻角适应性较差。

2、无进气整流罩设计。常规离心风机往往采用无进气整流罩设计，尽管能节约加工成本，但容易产生子午流面内的局部回流区，产生一定的流动损失，影响离心风机整机效率。

3、无叶片蜗壳设计。常规离心风机通常采用无叶片蜗壳设计，可以节约蜗壳内叶片的加工及安装成本，由于仿生离心叶片出口气流绝对速度方向与蜗壳走势往往不同，无叶设计使得气流的转向及减速扩压在无叶段进行，可以避免叶片表面的摩擦损失，但容易导致一定的掺混损失。

4、子午流形非贴合设计。常规离心风机通常出于控制成本考虑，气动设计的子午流道与实际固体壁面构成的流道往往并不一致，形成子午流形非贴合设计，这种设计容易产生低速回流区域，并导致高速气流与低速气流产生剪切掺混，造成额外损失，采用子午流形贴合设计有望对此进行改善。

5、噪声的外部被动式防护。常规离心风机的噪声防护通常采用外部被动式方式，即通过外部布置隔音或吸音材料防止离心风机的气动及振动噪声外传，以避免噪音污染。通过合理的气动设计可以降低气动噪声，从而减少隔音材料的使用，降低噪声防护成本。

因此，为解决上述技术问题，有必要发展一种具有新型气动构型的离心风机，其结构简单、加工成本低，能依靠先进的气动设计方法，实现高效率、宽工作范围与低噪声。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术现状，而提供一种鱼鳍形仿生降噪离心风机，对离心风机及离心叶轮优化设计，具有更低的噪音。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：鱼鳍形仿生降噪离心风机，包括具有进风口和出风口的风机壳体、设于风机壳体内的离心叶轮。风机壳体由一体式蜗壳和壳体盖板组成，进风口位于壳体盖板的中心，出风口位于一体式蜗壳的轮缘。离心叶轮具有前盖板、后盖板、固定在前盖板与后盖板之间的仿生离心叶片。前盖板的中心具有面向进风口的进气口。仿生离心叶片在靠近出风口一侧制有锯齿尾缘。

为优化上述技术方案，本发明还包括以下改进的技术方案。

为了让鱼鳍形仿生降噪离心风机具有更宽的工作范围，上述的仿生离心叶片在靠近进风口一侧前缘制有圆齿前缘，圆齿前缘具有多个圆弧形的齿部。

为了让鱼鳍形仿生降噪离心风机具有更高的气动效率，上述的仿生离心叶片在靠近进风口一端具有掠形前缘。掠形前缘在靠近前盖板一侧的仿生离心叶片前缘半径小于靠近后盖板一侧的仿生离心叶片前缘半径。

在上述相邻两个仿生离心叶片后半段之间固定有分流叶片，分流叶片的长度小于仿生离心叶片，分流叶片的尾端和仿生离心叶片尾端分布在同一个叶轮外圆周上。

上述壳体盖板的进风口具有圆台型的整流罩。

上述后盖板的中心具有整流锥体部，整流锥体部与一体式蜗壳上的转轴固定连接。

上述的转轴穿过整流锥体部，并与锥形螺母固定连接。锥形螺母具有面向进风口的整流锥面。

上述的离心叶轮与一体式蜗壳之间采用了子午流道流形贴附式结构。

上述的一体式蜗壳在出风口处制有出口安装座。

上述前盖板中心的进气口制有用于整流的进气罩。

与现有技术相比，本发明的鱼鳍形仿生降噪离心风机，实现离心叶轮的高气动效率与低气动噪声，具体表现在以下三点：

1、由于离心叶轮采用了锯齿尾缘技术，可产生尾缘流向涡结构，降低尾迹剪切流不稳定涡强度，使本发明的离心风机具有噪声水平低的优点；

2、由于离心叶轮模仿座头鲸鱼鳍，采用了仿生圆齿前缘技术，因而具有较高的稳定裕度，其工作范围广，工况适应性强；

3、采用了掠形前缘以提高离心叶轮进口气流角的攻角适应性，通过分流叶片技术优化了离心叶轮的流向稠度，并采用了进口整流罩与子午流形贴附设计使离心叶轮具有较好的子午流动，使本发明的离心风机具有气动效率高的优点。

附图说明

图1是实施例中鱼鳍形仿生降噪离心风机的内部剖面结构示意图。

图2是实施例中离心叶轮及一体式蜗壳的结构示意图。

图3是座头鲸鱼鳍的结构示意图。

图4是实施例中仿生离心叶片的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图4所示为本实施例的结构示意图。

其中的附图标记为：壳体盖板1、进风口11、整流罩12、离心叶轮2、前盖板21、后盖板22、仿生离心叶片23、整流锥体部24、掠形前缘25、圆齿前缘26、锯齿尾缘27、分流叶片3、转轴5、一体式蜗壳6、出风口61、出口安装座7、锥形螺母8。

如图1所示的鱼鳍形仿生降噪离心风机，包括具有进风口11和出风口61的风机壳体、设于风机壳体内的离心叶轮2。

风机壳体由一体式蜗壳6和壳体盖板1组成，进风口11位于壳体盖板1的中心，出风口61位于一体式蜗壳6的轮缘。气流从进风口11流入离心风机后流经离心叶轮2，气流总压得到升高，随后气流流入一体式蜗壳6中的无叶扩压段，不同周向位置的气流在蜗壳中得到收集并减速扩压，最终得到增压的气流由图1所示的上侧出风口61中流出。

离心叶轮2具有前盖板21、后盖板22、固定在前盖板21与后盖板22之间的仿生离心叶片23。

前盖板21的中心具有面向进风口11的进气口。后盖板22的中心具有整流锥体部24，整流锥体部24与一体式蜗壳6的转轴5固定连接。

仿生离心叶片23在靠近进风口11一侧前缘制有圆齿前缘26，在靠近出风口61一侧制有锯齿尾缘27。

仿生离心叶片23在靠近进风口11一端具有掠形前缘25。掠形前缘25在靠近前盖板21一侧的仿生离心叶片23前缘半径小于靠近后盖板22一侧的仿生离心叶片23前缘半径。常规离心风机叶轮采用直叶片设计，其叶片前缘线与轴向平行，由于风机进口轴向转径向段存在较小的转折半径，半径较大处的压力比半径较小处的压力大，以提供气流转折所需向心力，由于进口各个子午流线的总压基本相等，对于离心风机进口而言，其叶根气流子午速度相比叶尖较低，由于它们在相同半径下的旋转线速度一样，直叶片设计必然导致叶片角度与气流角度沿叶高方向不能完全适配。仿生离心叶片23采用了掠形前缘25技术，可以使叶片利用半径较大处较高的轮缘线速度解决该问题，以改善叶轮流动状态。

在相邻两个仿生离心叶片23后半段之间固定有分流叶片3，分流叶片3的长度小于仿生离心叶片23，分流叶片3的尾端和仿生离心叶片23尾端分布在同一个叶轮外圆周上。分流叶片3采用了定制形状设计，由于离心叶轮2随着半径增大流道增宽，导致叶片稠度相应降低，容易产生流动分离降低叶轮性能，在仿生离心叶片23后半段局部增加分流叶片3可以解决该问题，且避免增加整个仿生离心叶片23数量导致叶片前部流动摩擦损失的增加。由于仿生离心叶片23存在气流落后角，通过直接截取仿生离心叶片23后半段几何形状作为分流叶片3，容易导致分流叶片3吸力面流动状态不佳，通过定制分流叶片3造型可以改善该不足。

仿生离心叶片23采用了叶片圆齿前缘26技术，圆齿前缘26技术具有多个圆弧形的齿部。座头鲸体型庞大却具有较高的机动性，其鱼鳍前缘的圆形结节能延缓其大攻角下的失速，利用仿生学，合理设计下具有圆齿前缘26的离心叶轮2能延缓失速，具有较高的稳定裕度，从而拓展了使用该叶轮离心风机的工况适应性与工程适用范围。

锯齿尾缘27可以加强仿生离心叶片23尾迹内的流向涡结构，从而加强尾缘的速度剪切掺混，降低由剪切层不稳定性产生的气动噪声。

转轴5穿过整流锥体部24，并与锥形螺母8固定连接。锥形螺母8具有面向进风口11的整流锥面。锥形螺母8将离心叶轮2与整流锥体部24安装于转轴5上，转轴5后端与电机或发动机相连，以提供离心叶轮2转动所需功率。一体式蜗壳6与壳体盖板1包裹出闭合流道，供其中离心叶轮2进行增压作用。

壳体盖板1的进风口11具有圆台型的整流罩12。整流罩12与锥形螺母8一起可为离心叶轮2提供良好的进气条件，避免进气轴向转径向段形成局部回流区，造成额外流动损失。

在其他实施方式中，壳体盖板1上整流罩12可以省去，在前盖板21中心的进气口制有用于整流的进气罩，具有同样的进气效果。

离心叶轮2与一体式蜗壳6之间采用了子午流道流形贴附式结构。子午流道流形贴附式结构使离心叶轮2与一体式蜗壳6和壳体盖板1之间具有较小的轴向距离，尽可能避免形成高速流动区外的低速空腔区，从而避免可能产生的速度剪切及回流区域，以减少流动损失。

一体式蜗壳6在出风口61处制有出口安装座7，方便鱼鳍形仿生降噪离心风机的使用连接。

本发明的鱼鳍形仿生降噪离心风机，具有仿鱼鳍形设计的离心叶轮2。该离心叶轮2的形状与座头鲸鱼鳍相似，主要采用了掠形前缘25、圆齿前缘26、锯齿尾缘27和分流叶片3的仿生设计。掠形前缘25主要用于提高离心叶轮2进口气流角的攻角适应性；圆齿前缘26主要用于增加离心叶轮2的稳定性，提高其稳定裕度；锯齿尾缘27主要用于降低离心叶轮2的气动噪声；分流叶片3技术主要用于优化离心叶轮2流向稠度，提高其气动性能。这些技术主要集中在叶片的气动设计层面，不显著增加加工成本，却能有效改善离心叶轮2包含效率、稳定性、噪声水平在内的气动性能。

此外，本发明还采用了子午流道流形贴附式结构设计、进口整流罩12等气动优化技术，以提高离心风机整体的气动性能。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。