离心风叶、离心风机以及出风设备的制作方法

1.本发明涉及风叶技术领域，尤其涉及离心风叶、离心风机以及出风设备。


背景技术：

2.多翼离心风机是离心风机的一种，因该风机采用的叶轮为多翼式风叶，其工作原理和常规离心风机相同，但风叶的叶片数量一般多于常规离心风机，多翼离心风机具有压力系数高、流量系数大及噪音较低等特点，广泛应用于空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风。根据风叶使用材料的不同，可将多翼离心风叶分为金属和非金属两种，金属风叶强度好，可运行转速高，但由于金属风叶无法进行翼型设计，噪音较大；非金属风叶可以进行翼型设计，噪音小、流动分离少，但非金属风叶强度差，可运行转速较低。
3.多翼离心风机运转时，叶片受到风叶运转产生的离心力，同时，由于高速旋转的离心风叶将气体加速并改变流向，使得叶片受到较大的冲击力，非金属离心风叶的强度较低，通常无法承受高转速的冲击力，一般对于多翼离心风机的风叶强度要求较高的应用场景均使用金属风叶，而使用金属风叶就意味无法保证更为优秀的噪声指标，随着市场竞争的加剧，使用强度较好的金属风叶已无法满足用户对于产品的噪声要求。
4.为了提高非金属离心风叶的叶片强度，常规做法是在进风段叶片外缘设计风圈，叶片的端部外缘连接在风圈上，该位置应力集中、结构薄弱，只能满足低转速时的风叶强度，转速较高时，叶片与风圈之间的连接位置极易发生断裂，导致非金属离心风叶的转速适用范围非常有限。
5.因此，如何设计有效提高叶片强度及可靠性的离心风叶是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.为了解决现有离心风叶强度低的缺陷，本发明提出离心风叶、离心风机以及出风设备，该离心风叶在叶片的端部与风圈的连接处增加延长结构，对延长结构进行仿生强化设计，有效解决叶片与风圈接触位置结构薄弱、应力集中的问题，提高离心风叶的强度及可运行转速。
7.本发明采用的技术方案是，设计离心风叶，包括：叶片组、轮盘和风圈，叶片组的叶片围绕轮盘的轴线间隔排布，叶片的两端分别是安装端和加强端，安装端连接在轮盘上，加强端的外缘连接在风圈上，加强端与风圈之间还连接有延长结构，延长结构的尺寸从加强端向风圈逐渐增大。
8.优选的，叶片的加强端到安装端之间的长度为l，延长结构沿叶片长度方向的总长度为k，k的取值范围为0.05
×
l～0.08
×
l。
9.优选的，延长结构设有与风圈贴合接触的支撑面，支撑面的中间位置沿风圈的径向方向的厚度为n，支撑面两侧的边线长度分别是e、f，n、e以及f的数值相同，且n、e以及f的取值范围为0.4
×
(d-c)～0.6
×
(d-c)；其中，d为风圈的外缘半径，c为叶片的外缘半径。
10.优选的，叶片的加强端到安装端之间的长度为l，风圈沿其轴向的高度为s，叶片除去与风圈接触部分之后的剩余长度为z，z＝l-s。
11.优选的，相邻两个叶片之间的空腔形成叶道，叶道的外缘为出口，出口靠近风圈处的宽度为y，出口靠近轮盘处的宽度为x；延长结构的两侧设有延伸到出口处的侧翼部，侧翼部与出口的重叠部分为挡风区，挡风区的长度为p，挡风区的宽度为q；
12.优选的，单个叶道的出口面积为0.5
×
(x+y)
×
(l-s)，挡风区的面积近似值为0.5
×
p
×
q，0.5
×
p
×
q≤0.005
×
(x+y)
×
(l-s)。
13.优选的，延长结构设有连接在叶片与风圈之间的外表面，外表面与风圈的接触位置形成第一型线，外表面与叶片的接触位置形成第二型线，第一型线的长度为h，第二型线的长度为g；
14.相邻两个叶片之间的空腔形成叶道，叶道的外缘为出口，出口靠近风圈处的宽度为y；
15.h的取值范围为g的取值范围为g的取值范围为
16.其中，c为叶片的外缘半径，m为叶片组的叶片数量。
17.优选的，延长结构设有连接在叶片与风圈之间的外表面，外表面两侧的边线分别是第三型线和第四型线，第三型线和第四型线对称分布；相邻两个叶片之间的空腔形成叶道，叶道的外缘为出口，出口靠近风圈处的宽度为y，第三型线和第四型线的半径均为b，b的取值范围为0.45
×
y～0.55
×
y。
18.在一些实施例中，离心风叶为多翼式离心风叶，每个叶片的加强端均设有延长结构。
19.在一些实施例中，离心风叶采用非金属材料制作。
20.本发明还提出了离心风机，包括：蜗壳、安装在蜗壳内的上述离心风叶、以及驱动离心风叶转动的电机，该离心风机可以是单进口离心风机或者双进口离心风机。
21.本发明还提出了出风设备，其具有上述的离心风叶。
22.在一些实施例中，出风设备为空调系统。
23.与现有技术相比，本发明通过在叶片的端部与风圈的连接处增加延长结构，对延长结构的形状及尺寸进行仿生强化设计，在不影响风机风量的情况下，有效提升叶片与风圈连接处的强度，提高离心风叶的强度及可运行转速。
附图说明
24.下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
25.图1是本发明离心风叶的立体图；
26.图2是图1中a处的延长结构放大图；
27.图3是本发明叶片与风圈连接处的剖面图；
28.图4是本发明延长结构的俯视图；
29.图5是本发明叶道出口的尺寸标注图；
30.图6是本发明延长结构的主视图；
31.图7是本发明离心风机的立体图。
具体实施方式
32.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利，并不用于限定本专利。
33.本发明提出的延长结构设计在离心风叶中，例如多翼式离心风叶，多翼式离心风叶的叶片进行翼型设计之后，噪音小、流动分离少，但是叶片加工困难、精度要求高，金属风叶无法满足该加工条件，因此对于多翼式离心风叶的噪声要求较高的应用场景一般使用非金属风叶，虽然非金属风叶的叶片与风圈之间的连接位置比较薄弱，但是通过在该连接位置增加延长结构，可以明显降低应力值，提升离心风叶的最高可运行转速，实现保证低噪音水平的同时，增强非金属离心风叶的强度，提升非金属离心风叶的可运行转速及可靠性。
34.具体来说，如图1、2所示，离心风叶1包括：叶片组、轮盘14和风圈13，叶片组位于轮盘14的边缘，叶片组由多个形状相同的叶片11构成，叶片组的叶片11围绕轮盘14的轴线间隔排布，叶片11的两端分别是安装端111和加强端112，安装端111连接在轮盘14上，加强端112的外缘连接在风圈13上，加强端112与风圈13之间还连接有延长结构12，延长结构12的尺寸从加强端112向风圈13逐渐增大，通过延长结构12提升加强端112与风圈13连接位置的强度，防止其因转速高而断裂，进而有效增大非金属离心风叶的可运行转速。应当理解的是，实际应用中，为了更好提高离心风叶的强度，延长结构12的数量与叶片数量m保持一致，即每个叶片11的加强端112均设有延长结构。
35.延长结构12的形状使用类似于鳐鱼翼状硬鳍的仿生强化设计，以下对延长结构12的尺寸及形状进行详细说明。
36.如图3至5所示，叶片11的加强端112到安装端111之间的长度为l，延长结构12沿叶片长度方向的总长度为k，k的取值范围为0.05
×
l～0.08
×
l，延长结构12设有与风圈13贴合接触的支撑面，支撑面的中间位置沿风圈13的径向方向的厚度为n，延长结构12的厚度从加强端112向风圈13逐渐增加，延长结构12设有连接在叶片11和风圈13之间的外表面，从延长结构12的侧面来看，延长结构12的外表面为斜面。支撑面两侧的边线长度分别是e、f，n、e以及f的数值相同，即支撑面各处在沿风圈13的径向方向的厚度均一致，以保证离心风叶1转动时延长结构各处的受力平衡，提高风叶强度。n、e以及f的取值范围为0.4
×
(d-c)～0.6
×
(d-c)，d为风圈的外缘半径，c为叶片的外缘半径，此范围内的延长结构12受力性能最佳。
37.叶片11的加强端112到安装端111之间的长度为l，风圈13沿其轴向的高度为s，叶片11除去与风圈13接触部分之后的剩余长度为z，zl-s，即加强端112的端面与风圈13的端面平齐，风圈13与叶片11的连接面积大，提高连接处的结构强度，且不会对离心风叶1的外观造成影响。相邻两个叶片11之间的空腔形成叶道15，叶道15的外缘为出口，叶道15中的气流从出口处流出，出口靠近风圈处的宽度为y，出口靠近轮盘处的宽度为x，单个叶道15的出口面积为0.5
×
(x+y)
×
(l-s)，延长结构12的两侧设有延伸到出口处的侧翼部，设计侧翼部使得延长结构能够承受更大的冲击力，叶片11与风圈13之间的连接更可靠、强度更高。
38.延长结构12可为圆弧形、直线段或者是样条曲线，通过仿真计算得出，不同形状的延长结构12对于增加风叶强度，均有一定作用。但是，由于侧翼部位于叶道15的出口处，侧
翼部与出口的重叠部分为挡风区，挡风区的长度为p，挡风区的宽度为q，挡风区的面积近似值为0.5
×
p
×
q，挡风区会在一定程度上阻碍出口的气流流出，因此挡风区的面积大小会对风量产生一定影响，为了在增加风叶强度的同时保证风叶的风量，挡风区面积近似值的取值范围为0.5
×
p
×
q≤0.005
×
(x+y)
×
(l-s)，以此为侧翼部的设计原则能够同时满足强度和风量的要求。
39.如图6所示，延长结构12的外表面与风圈13的接触位置形成第一型线121，延长结构12的外表面与叶片11的接触位置形成第二型线123，第一型线121的长度为h，第二型线123的长度为g，第一型线121的长度h大于第二型线123的长度g，h的取值范围为123的长度为g，第一型线121的长度h大于第二型线123的长度g，h的取值范围为g的取值范围为其中，c为叶片11的外缘半径，m为叶片组的叶片数量。由于第一型线121的长度g和第二型线123的长度h直接影响延长结构12的外表面面积，而延长结构12的外表面一部分——侧翼部会延伸到出口处，该部分的面积大小直接关系到风叶的强度和风量，因此必须将第一型线121的长度g和第二型线123的长度h限定在适当范围可以降低对叶道15的影响，保证离心风叶的风量，同时又能起到提升离心风叶强度的作用。
40.延长结构12的外表面两侧的边线分别是第三型线122和第四型线124，第三型线122和第四型线124对称分布，第一型线121、第二型线123、第三型线122以及第四型线124共同围成延长结构12的外表面，第三型线122和第四型线124的形状决定延长结构12的侧翼部形状，进而影响挡风区的面积，因此其尺寸也直接关系到风叶的强度和风量，在一些实施例中，第三型线122和第四型线124为圆弧，且该圆弧的半径均为b，b的取值范围为0.45
×
y～0.55
×
y，以避免侧翼部面积过大影响叶道的出风，或者侧翼部面积过小无法起到提升风叶强度的作用。
41.以非金属多翼离心风叶进行举例说明，发明人通过对改进之后的离心风叶进行实验统计得出，相较于常规多翼离心风叶，相同转速时，叶片11与风圈13接触位置的应力值降低41.5％，离心风叶的最高可运行转速提升30.5％，常规离心风叶的应力值max计算结果为15.57mpa，仿生强化高强度离心风叶的应力值max计算结果为9.114mpa，因此本发明对于离心风叶的强度具有明显提升效果。
42.如图7所示，本发明还提出了离心风机，包括：蜗壳3、安装在蜗壳3内的上述离心风叶1、以及驱动离心风叶1转动的电机2，离心风叶1通过螺栓与电机2进行连接，再通过螺栓固定到蜗壳3上，共同组成整个离心风机，该离心风机可以是单进口离心风机或者双进口离心风机，即上述离心风叶1不仅适用在单进口离心风机中，同样适用于双进口离心风机。离心风机运转时，气流从进口进入离心风叶1，再从叶道15流出进入蜗壳3，最后从蜗壳3的出风口31送出。
43.本发明针对离心风机不同叶轮直径、转速及风量需求，通过增加叶片与风圈接触位置的延长结构，对延长结构的形状及尺寸进行仿生强化设计，在不影响风机风量的情况下，解决离心风叶的叶片与风圈接触位置结构薄弱、应力集中的问题，可以有效提升叶片与风圈接触位置的强度，增加离心风叶的可运行转速。
44.本发明的离心风叶还可以用在空气调节设备以及家用电器设备等出风设备中，例如具有上述离心风叶的空调系统。
45.需要注意的是，上述所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
46.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词“内”、“外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，对于各部件或者部件上的某些部分来说，靠近离心风叶中心的一端为“内”，远离离心风叶中心的一端为外。此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。