CN102518602B - 一种离心风机叶轮及离心风机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种离心风机叶轮及使用该离心风机叶轮的离心风机，离心风机叶轮包括轮毂、叶片和轮盖，叶片安装于轮毂和轮盖之间，叶片包括后向的长叶片和短叶片，长叶片的流向长度大于短叶片的流向长度，长叶片和短叶片在轮毂和轮盖之间交替分布，且短叶片的进口直径等于长叶片的进口直径；轮盖的子午流道型线在长叶片或短叶片的进口到出口之间为光滑过渡的曲线。本发明解决了现有离心风机叶轮的结构所带来的噪声问题。

Description

一种离心风机叶轮及离心风机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种离心风机叶轮及离心风机。

背景技术

离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械，叶轮是离心风机的重要部件，离心风机的工作原理是气体通过离心力的作用，经由其叶轮中心部位吸入，然后流经叶片之间，从而往外流出。

叶轮通常由轮毂、叶片和轮盖几个部件组成，以扫路车为例，其使用的离心风机叶轮的叶片多采用叶片数为16的后向直叶型式，如图1所示，这种叶片结构，难以适应风机内部气体的流动特征，易形成气流的对叶片的刚性冲击，而且会形成较为严重的流动分离和脱流，在流道中也会形成较大漩涡，变工况时，这种涡流更加剧烈，涡流的存在使得通道的有效流通面积变窄。这种离心风机内部大尺度涡结构、剪切流、脱流等导致使用该离心风机的设备如扫路车等在作业时的噪声显著，对环境造成一定的噪声污染。

发明内容

本发明实施例提供了一种离心风机叶轮及离心风机，用以解决现有离心风机叶轮的结构所带来的噪声问题。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种离心风机叶轮，包括：轮毂、叶片和轮盖，所述叶片安装于所述轮毂和所述轮盖之间，所述叶片包括后向的长叶片和短叶片，所述长叶片的流向长度大于所述短叶片的流向长度，所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间交替分布，且所述短叶片的进口直径等于所述长叶片的进口直径；

所述轮盖的子午流道型线在长叶片或短叶片的进口到出口之间为光滑过渡的曲线。

进一步地，所述长叶片的出口直径D1和进口直径D3，以及所述短叶片的出口直径D2和进口直径D3，满足下式：

(D2-D3)/(D1-D3)＝1/3～1/2。

进一步地，所述长叶片的出口直径D1和进口直径D3满足：D3/D1＝0.35～0.55。

进一步地，所述长叶片的出口气流角的取值范围为35°～45°。

进一步地，所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间分布均匀。

进一步地，所述长叶片的数量和所述短叶片的数量分别在10～16的取值范围内。

进一步地，所述长叶片和/或短叶片的叶型为下述叶型之一：

圆弧型、直线型、抛物线型和双曲线型。

进一步地，在所述长叶片的叶型和所述短叶片均为圆弧型时，所述长叶片的圆弧半径R1与所述短叶片的圆弧半径R2满足：R2/R1＝0.95～1.05。

进一步地，所述长叶片的出口直径D1与所述长叶片的圆弧半径R1满足：R1/D1＝0.6～0.7。

进一步地，所述轮盖的子午流道型线为抛物线，表达式如下：

$y=\frac{h_1-h_2}{{({R_1}^{\′}-{R_2}^{\′})}^2}{x}^2$

上式中， ${R_1}^{\′}=\frac{D1}{2},$ ${R_2}^{\′}=\frac{D3}{2};$

h₁为长叶片的进口宽度，h₂为长叶片的出口宽度，D1为长叶片的出口直径，D3为长叶片的进口直径。

本发明实施例还提供了一种离心风机，该离心风机包括本发明实施例提供的上述离心风机叶轮。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机，采用后向的长叶片和短叶片两种形式的叶片，且长叶片和短叶片交替分布，短叶片的进口直径等于长叶片的进口直径，短叶片设置于两个长叶片之间的进口处，并且轮盖的子午流道型线在长叶片和短叶片的进口到出口之间为光滑过渡的曲线，不仅能够使用进口处的短叶片达到分流的效果，而且能够减少进口气流的压力脉动强度，从源头上抑制了叶片流道后段回流涡胚的形成，使得气流面上压力脉动得到极大削弱，从而达到显著的降噪效果。

进一步地，本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机的长叶片和短叶片的叶型都采用圆弧型，由于圆弧型与离心风机内部流动特征一致性相对较好，与现有技术相比，更进一步减小气流对叶片的刚性冲击，减少噪声。

附图说明

图1为现有技术中离心风机叶轮的叶片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的离心风机叶轮的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的离心风机叶轮的叶片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的离心风机叶轮结构细节示意图；

图5为本发明实施例提供的离心风机叶轮的子午流道型线的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种离心风机叶轮及离心风机的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的离心风机叶轮，如图2所示，与现有技术类似，包括：轮毂1、叶片2和轮盖3几个部分，叶片2安装于轮毂1和轮盖3之间，所不同的是，本发明实施例对现有离心风机叶轮的叶片进行了改进，图3是的本发明实施例提供的离心风机叶轮的叶片的结构示意图，从图3可以看出，本发明实施例提供的离心风机叶轮提供了两种形式的叶片，即后向的长叶片4和后向的短叶片5，其中：

长叶片4的流向长度(即流体从进口到出口沿着长叶片表面走过的距离，若为直线型长叶片，近似等于长叶片从进口到出口之间的直线长度，若为曲线型长叶片，近似等于长叶片从进口到出口之间的曲线长度的长度)大于短叶片5的流向长度(即流体从进口到出口沿着短叶片表面走过的距离，若为直线型短叶片，近似等于短叶片从进口到出口之间的直线长度，若为曲线型短叶片，近似等于短叶片从进口到出口之间的曲线长度的长度)；

长叶片4和短叶片5在轮毂和轮盖之间沿周向交替分布，即长叶片-短叶片-长叶片-短叶片-......的分布形式。

短叶片5的进口直径等于长叶片4的进口直径。

轮盖的子午流道型线在长叶片4或短叶片5的进口到出口之间为光滑过渡的曲线(图3中未示意出)。

下面对本发明实施例提供的上述离心风机叶轮的具体结构进行详细说明。

本发明实施例提供的离心风机叶轮在工作时，沿顺时针方向旋转。

图4是本发明实施例提供的离心风机叶轮的结构细节图，如图4所示，本发明实施例提供的离心风机叶轮的长叶片4和/或短叶片5的叶型可以是下述叶型之一：

圆弧型、直线型、抛物线型、双曲线型以及其他常见线型等。

长叶片4和短叶片5的叶型可以相同，也可以不同，本发明实施例对此不做限定。

图4仅以长叶片4和短叶片5的叶型均采用圆弧型为例而已，本领域技术人员可以在图4的基础上，推知其他常见线型对应的具体结构。

圆弧型由于与离心风机内部流动特征一致性相对较好，离心风机流道内不易产生分离涡，因此，在本发明实施例中，离心风机叶轮优选采用圆弧型的长叶片和短叶片。

本发明实施例中，长叶片4和短叶片5的进口直径相同，如图4所示，长叶片4的出口直径(即长叶片的出口边缘至离心风机轴心的距离的两倍)为D1，进口直径(即长叶片的进口至离心风机轴心的距离的两倍)为D3；短叶片5的出口直径(即短叶片的出口边缘至离心风机轴心的距离的两倍)为D2，进口直径(即短叶片的进口至离心风机轴心的距离的两倍)为D3。

较佳地，本发明实施例中，长叶片4的出口直径D1、长叶片4的进口直径D3、短叶片5的出口直径D2和短叶片5的进口直径D3，满足下式：

(D2-D3)/(D1-D3)＝1/3～1/2；

从上式可以看出，短叶片5的流向长度近似为长叶片4的流向长度的1/3～1/2。

进一步地，对于长叶片4来说，其出口直径D1和进口直径D3满足：D3/D1＝0.35～0.55。

较佳地，如图4所示，长叶片4的出口气流角α的取值范围为35°～45°。

长叶片4和短叶片5在轮毂和轮盖之间，可以均匀分布，也可以采用非均匀分布的形式，较佳地，如图4所示，采用均匀分布的形式。

较佳地，本发明实施例中，长叶片4和短叶片5的数量分别在10～16的范围内，换言之，离心风机叶轮的叶片总数量在20～32的范围内。

较佳地，本发明实施例提供的离心风机叶轮的长叶片4和短叶片5的叶型均采用圆弧型的情况下，长叶片4的圆弧半径R1与短叶片5的圆弧半径R2满足：R2/R1＝0.95～1.05。

长叶片4的出口直径D1与长叶片4的圆弧半径R1满足：R1/D1＝0.6～0.7。

图5所示的是本发明实施例提供的离心风机叶轮的子午流道型线的示意图，图5中，轮盖的子午流道型线为S1，轮毂的子午流道型线为S2，在S1和S2之间是长叶片，离心风机的轴线为S3，长叶片(或短叶片)的进口宽度为h1，长叶片的出口宽度为h2，R1′为长叶片的出口直径D1的二分之一，R2′为长叶片(或短叶片)的进口直径D3的二分之一。

从图5中可以看出，轮盖的子午流道型线为S1在长叶片(或短叶片)的进口和出口之间是一条光滑的曲线，这样的设计，气流在子午面上难以发生流动分离，从而可以从源头上抑制涡胚产生，使得在气流面上压力脉动得到极大的削弱，从而达到较好的降噪效果。

较佳地，本发明实施例中，轮盖的子午流道型线采用抛物线，该抛物线的表达式如下：

$y=\frac{h_1-h_2}{{({R1}^{\′}-{R2}^{\′})}^2}{x}^2$

上式中： ${R1}^{\′}=\frac{D1}{2},$ ${R2}^{\′}=\frac{D3}{2};$

h₁为长叶片的进口宽度，h₂为长叶片的出口宽度，D1为长叶片的出口直径，D3为长叶片的进口直径。

当然，本发明实施例提供的离心风机叶轮的轮盖的子午流道型线，还可以采用其他常见的曲线形状，例如双曲线等，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例还提供了一种离心风机，该离心风机包含本发明实施例提供的上述离心风机叶轮。该离心风机使用本发明实施例提供的离心风机叶轮作为其主要部件，离心风机叶轮与其他部件的结构关系，可以参考现有离心风机内叶轮与其他部件的结构关系，在此不再赘述。

本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机，采用后向的长叶片和短叶片两种形式的叶片，且长叶片和短叶片交替分布，短叶片的进口直径等于长叶片的进口直径，短叶片设置于两个长叶片之间的进口处，并且轮盖的子午流道型线在长叶片和短叶片的进口到出口之间为光滑过渡的曲线，不仅能够使用进口处的短叶片达到分流的效果，而且能够减少进口气流的压力脉动强度，从源头上抑制了叶片流道后段回流涡胚的形成，使得气流面上压力脉动得到极大削弱，从而达到显著的降噪效果。

进一步地，本发明实施例提供的离心风机叶轮和包含该离心风机叶轮的离心风机的长叶片和短叶片的叶型都采用圆弧型，由于圆弧型与离心风机内部流动特征一致性相对较好，与现有技术相比，更进一步减小气流对叶片的刚性冲击，减少噪声。

通过本发明的较佳实施例的试验验证，同等条件下本发明实施例的作业噪声可较现有使用离心风机叶轮的离心风机下降4dB～6dB，降噪效果显著。具体试验数据如下表1：

表1

方案	工作转速(rpm)	噪声(dB)
			现有方案	2200	86.6
本发明实施例的方案	2200	80.6

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种离心风机叶轮，包括：轮毂、叶片和轮盖，所述叶片安装于所述轮毂和所述轮盖之间，其特征在于，所述叶片包括后向的长叶片和短叶片，所述长叶片的流向长度大于所述短叶片的流向长度，所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间沿周向交替分布，且所述短叶片的进口直径等于所述长叶片的进口直径；

所述长叶片的出口直径D1和进口直径D3，以及所述短叶片的出口直径D2和进口直径D3，满足下式：

(D2-D3)/(D1-D3)＝1/3～1/2；

所述轮盖的子午流道型线为抛物线，表达式如下：

$y=\frac{h_1-h_2}{{(R_1^{\′}-R_2^{\′})}^2}{x}^2$

上式中， $R_1^{\′}=\frac{D1}{2},$ $R_2^{\′}=\frac{D3}{2};$

h₁为长叶片的进口宽度，h₂为长叶片的出口宽度，D1为长叶片的出口直径，D3为长叶片的进口直径。

2.如权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的出口直径D1和进口直径D3满足：D3/D1＝0.35～0.55。

3.如权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的出口气流角的取值范围为35°～45°。

4.如权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片和所述短叶片在所述轮毂和所述轮盖之间沿周向分布均匀。

5.如权利要求1-4任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的数量和所述短叶片的数量分别在10～16的取值范围内。

6.如权利要求1-4任一项所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片和/或短叶片的叶型为下述叶型之一：

圆弧型、直线型、抛物线型和双曲线型。

7.如权利要求6所述的离心风机叶轮，其特征在于，在所述长叶片的叶型和所述短叶片均为圆弧型时，所述长叶片的圆弧半径R1与所述短叶片的圆弧半径R2满足：R2/R1＝0.95～1.05。

8.如权利要求7所述的离心风机叶轮，其特征在于，其特征在于，所述长叶片的出口直径D1与所述长叶片的圆弧半径R1满足：R1/D1＝0.6～0.7。

9.一种离心风机，其特征在于，所述离心风机包括如权利要求1-8任一项所述的离心风机叶轮。