一种前向离心风机叶轮及应用其的离心风机的制作方法

1.本实用新型涉及离心风机技术领域，尤其涉及一种前向离心风机叶轮及应用其的离心风机。


背景技术：

2.离心风机是一种常用的送风装置，其常应用与吸油烟机、空调等产品中。风机的能量转换主要依赖叶轮的做功来实现，因此叶轮性能的优劣直接影响吸油烟机的特性和噪声。传统多翼离心风机叶片轴截面多为圆弧等弦长叶片，其具有叶片数多、叶片曲率大、叶道窄、流道较短等特点。
3.前向多翼离心风机是一种轴向进气的风机，气体沿轴向流入风机，经叶轮做功后沿径向排出。风机正常工作时，气流在叶轮前盘区域主要沿轴向流动，在中后盘的区域主要沿径向流动，大部分气流都是通过叶轮的中后盘向蜗壳输送，叶片沿轴向所受载荷不同，影响叶道内的流动状态。其中，叶轮前盘区域的作用是向中后盘输送气流，叶轮主要做功区域在中后段，而传统等弦长叶轮前、后盘的做功能力沿轴向不均衡，造成叶片表面严重的边界层分离，进而影响风机的效率和噪声。
4.为此，一种解决方式是将叶片前缘靠近前盘的位置的弦长缩小，来增大前盘进气能力，从而改善前后盘做功能力不均的问题，如申请号为cn201910464440.5的中国发明专利申请公开了一种用于前向离心风机的叶轮，包括前盘、后盘以及设置在前盘和后盘之间的多个叶片，叶片在靠近前盘处的弦长小于靠近后盘处的弦长，叶轮轴线在轴向上的投影为中心点，叶片沿着叶轮的轴向、在不同轴截面处的弦长的变化规律为渐变样条曲线。该叶轮是通过变弦长叶片设计，将前盘弦长减小增大前盘进气能力，但前盘弦长缩小也意味着前盘区域的做功能力降低，该种方式是牺牲叶轮整体的做功性能来改善前后盘做功能力不均的问题。
5.此外，也有将叶片设计为扭转曲面叶片结构的方式，如申请号为cn201822187524.2的中国实用新型专利公开了一种不对称双侧进风叶轮、离心风机及油烟机，该不对称双侧进风叶轮，包括第一端盘、中盘、第二端盘和多个叶片，中盘位于第一端盘和第二端盘之间；多个叶片沿叶轮的圆周方向平行设置，叶片第一端与第一端盘固连，第二端与第二端盘固连，且叶片同时还穿设在中盘上，叶片为扭转曲面叶片，且叶片第一端的入口安装角与出口安装角的角度差值小于叶片第二端的入口安装角与出口安装角角度差值。该专利中叶轮的叶片仅在整体上自前盘至后盘扭转了一定的角度，其叶片的型线本身的曲率半径沿轴向没有变化，也即叶片的型线在不同轴向位置处均基本为圆弧曲线，而叶轮内气流流场的一些特征参数在轴向上并不是线性变化，该专利仅能改善叶轮局部的流动情况，并不能使叶片型线整体上较好地符合气流流动趋势，以保证叶片表面速度分布良好，因而，仍然会造成叶片表面出现边界层分离，进而影响风机的效率和噪声。
6.故，现有的前向离心风机叶轮还需要进一步改进。


技术实现要素：

7.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，提供一种前向离心风机叶轮，其能更好地匹配叶轮内气流流动趋势，使得叶片表面速度均匀分布，从而有效改善叶片表面边界层分离问题，提升风机效率及降低噪音。
8.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，提供一种应用上述前向离心风机叶轮的离心风机。
9.本实用新型解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种前向离心风机叶轮，包括：
10.前盘；
11.后盘，与所述前盘相对设置；
12.沿周向依次间隔分布的叶片，每个叶片的第一端与所述前盘连接，第二端与所述后盘连接，每个所述叶片在其长度方向上延伸的两个侧边分别记为第一侧边和第二侧边，所述第一侧边对应于所述叶片的进气边缘，所述第二侧边对应于所述叶片的出气边缘；
13.所述叶片在其第一端处的型线记作第一型线，所述叶片在其第二端处的型线记作第二型线，所述第一型线和第二型线在垂直于叶轮轴线的平面上的投影不相重合，并且，所述第一型线至所述第二型线平滑过渡使得所述叶片整体呈弯扭形状，所述第一型线的曲率半径自所述第一侧边至第二侧边逐渐减小，所述叶片邻近其第二侧边处的所对应的型线的曲率半径自所述叶片的第一端至第二端逐渐增大。
14.叶轮的后端口处通常设置有驱动电机，为了与此处气流流动情况相匹配，每个所述叶片的第二型线基本为圆弧曲线。
15.由于叶轮主要做功区域在中后段，为了有效地带动叶轮旋转做功，还包括设于所述前盘与所述后盘之间的中盘，所述前盘至后盘的距离为l1，所述前盘至所述中盘的距离为l2，其中，0.55≤l2/l1≤0.75。
16.作为改进，所述叶片的数量为55-60。
17.叶轮的后端口需安装驱动电机，受驱动电机体积影响，后进风阻力高于前侧，为了提升叶轮后端口处的进气能力，每个所述叶片位于所述前盘与所述中盘之间部分的厚度基本一致，每个所述叶片的厚度自所述中盘至所述后盘逐渐减小，以使相邻两个叶片之间的间隙自所述中盘至所述后盘逐渐增大。
18.为了进一步保证后侧进风的顺畅性，每个所述叶片的厚度自所述中盘至所述后盘逐渐呈线性变化减小。
19.为了在保证叶片自身强度的基础上，提升做功能力，每个所述叶片在所述中盘处的厚度为m1，其中，1.3mm≤m1≤1.7mm，所述叶片在所述后盘处的厚度为m2，0.9mm≤m2≤1.1mm。
20.为了适配不同的多翼离心风机，所述叶轮的内径为d1，外径为d2，0.83≤d1/d2≤0.85。
21.本实用新型解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用上述前向离心风机叶轮的离心风机，包括蜗壳以及驱动电机，所述叶轮设于所述蜗壳内，并与所述驱动电机的输出轴连接，所述蜗壳具有与所述叶轮的前端口正对的前进风口以及具有与所述叶轮的后端口正对的后进风口，所述驱动电机设于所述后进风口处。
22.与现有技术相比，本实用新型的优点：对扭曲后的叶片在叶轮轴向不同位置处的型线进行了优化，其中，叶片邻近其第一端处型线s的曲率半径是自第一侧边至第二侧边逐渐减小，并且，叶片邻近其第二侧边处型线s的曲率半径是自叶片的第一端至第二端逐渐增大，这种叶片扭转曲面结构能更好地匹配叶轮内气流流动趋势，使得叶片表面速度均匀分布，并使得叶片的前侧进风口段的载荷相对较小，从而有效改善叶片表面边界层分离问题，提升风机效率及降低噪音。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例的立体结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例的侧视图；
25.图3为图2中a-a处的剖视图；
26.图4为图2中b-b处的剖视图；
27.图5为图2中c-c处的剖视图；
28.图6为本实用新型实施例的叶片的立体结构示意图；
29.图7为本实用新型实施例的叶片的立体结构示意图；
30.图8为本实用新型实施例的叶片的立体结构示意图；
31.图9为本实用新型实施例的叶片在邻近其第一端处的断面图；
32.图10为本实用新型实施例的叶片在邻近其第二端处的断面图；
33.图11为本实用新型实施例的叶片在前盘、中盘及后盘位置处的横截面的型线位于以叶轮的轴线为z轴的柱坐标系中平面极坐标上的坐标图。
具体实施方式
34.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
35.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。
36.参见图1-图11，一种前向离心风机叶轮包括前盘11、中盘12、后盘13以及叶片20，前盘11与后盘13相对设置，中盘12位于前盘11与后盘13中间。叶片20具有多个，沿叶轮的周向依次间隔分布，中盘12上沿其周向布置有供各叶片20穿过的插槽(未示出)。
37.图1为本实施例的叶轮的立体结构示意图，每个叶片20的第一端21与前盘11连接，第二端22与后盘13连接。每个叶片20在其长度方向上延伸的两个侧边分别记为第一侧边23和第二侧边24，其中，第一侧边23对应于叶片20的进气边缘，第二侧边24对应于叶片20的出气边缘。
38.本实施例的叶轮的内径为d1，外径为d2，其中，0.83≤d1/d2≤0.85。由于叶轮主要
做功区域在中后段，为了有效地带动叶轮旋转做功，前盘11至后盘13的距离为l1，前盘11至所述中盘12的距离为l2，其中，0.55≤l2/l1≤0.75，优选为0.618。本实施例叶轮的叶片20的数量为55-60。
39.图2为本实施例的叶轮的侧视图，可以看出，每个叶片20沿叶轮的轴向自后盘13至所述前盘11沿与叶轮旋转方向相反的方向发生扭转，具体地，本实施例的叶片20在其第一端21处的型线记作第一型线s1，叶片20在其第二端22处的型线记作第二型线s2，第一型线s1和第二型线s2在垂直于叶轮轴线的平面上的投影不相重合，并且，第一型线s1至第二型线s2平滑过渡使得叶片20整体呈弯扭形状。
40.参见图2-图5，其中，图3为叶轮在前盘11位置处的横向剖视图，图4为叶轮在中盘12位置处的横向剖视图，图5为叶轮在后盘13位置处的横向剖视图，叶片20邻近其第一端21处所对应的第一型线s1的曲率半径自第一侧边23至第二侧边24逐渐减小，且，叶片20邻近其第二侧边24处的所对应的第二型线s2的曲率半径自叶片20的第一端21至第二端22逐渐增大。在本实施例中，叶片20邻近其第二端22处所对应的型线s2大致呈圆弧形，也即为圆弧曲线。
41.本实施例的叶片20的压力面形状(也即叶片20在叶轮的轴线的不同位置处的横截面的型线依次连接形成的平滑曲面)可由以叶轮的轴线为z轴的柱坐标系(r,θ,z)来表示，图11为本实施例以叶轮的轴线为z轴的柱坐标系中平面极坐标的坐标图，其中，叶片20的压力面上特征点的坐标值优选为下表所示参数：
[0042][0043]
结合图11，s1为叶片20于前盘11位置处的横截面在垂直于叶轮轴线o的平面上的投影的型线，s3为叶片20于中盘12位置处的横截面在垂直于叶轮轴线o的平面上的投影的型线，s2为叶片20于后盘13位置处的横截面在垂直于叶轮轴线o的平面上的投影的型线；l1为叶轮内径处所在圆，l5为叶轮外径处所在圆，其中，l1、l2、l3、l4、l5所表示的圆之间依次间隔α/2，α＝(d2-d1)/4，也即，l2表示的是在r＝d1+α处的圆，l3表示的是在r＝d1+2α处的圆，l4表示的是在r＝d1+3α处的圆；上述表格中，z＝0表示前盘11所在高度位置，z＝0.618l1表示中盘12所在高度位置，z＝l1表示后盘13所在高度位置；β＝360
°
/叶片数。
[0044]
由于叶轮的后端口需安装驱动电机，受驱动电机体积影响，后进风阻力高于前侧，为了提升叶轮后端口处的进气能力，每个叶片20位于前盘11与中盘12之间部分的厚度基本一致，每个叶片20的厚度自中盘12至后盘13呈线性逐渐减小，以使相邻两个叶片20之间的间隙自中盘12至后盘13逐渐增大。其中，每个叶片20在中盘12处的厚度为m1，其中，1.3mm≤m1≤1.7mm，m1优选为1.5mm，叶片20在后盘13处的厚度为m2，其中，0.9mm≤m2≤1.1mm，m2优选为1.0mm。由此，本实施例的中盘12与后盘13间的叶片20是由1.5mm线性变化至1.0mm，这样，叶轮后半部分的叶间流道是逐渐变宽，在一定程度上改善了因驱动电机体积影响进风
阻力大问题，保证了叶轮后侧端口的进气能力。
[0045]
本实施例还涉及一种前向离心风机叶轮的离心风机，包括蜗壳(未示出)以及驱动电机(未示出)，叶轮设于蜗壳内，并与驱动电机的输出轴连接，蜗壳具有与叶轮的前端口正对的前进风口以及具有与叶轮的后端口正对的后进风口，驱动电机设于后进风口处。
[0046]
本实施的叶轮对扭曲后的叶片20在叶轮轴向不同位置处的型线进行了优化，其中，叶片20邻近其第一端21处型线s的曲率半径是自第一侧边23至第二侧边24逐渐减小，并且，叶片20邻近其第二侧边24处型线s的曲率半径是自叶片20的第一端21至第二端22逐渐增大，这种叶片20扭转曲面结构能更好地匹配叶轮内气流流动趋势，使得叶片20表面速度均匀分布，并使得叶片20的前侧进风口段的载荷相对较小，从而有效改善叶片20表面边界层分离问题，提升风机效率及降低噪音。