CN104100570A - 一种吸油烟机用仿生叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于吸油烟机中的吸油烟机用仿生叶轮。该吸油烟机用仿生叶轮，包括若干组环形端面和叶片，每两组环形端面间均匀跨接有叶片，其特征是，所述的叶片为仿生叶片，仿生叶片朝向叶轮油烟机吸入侧为波形结构的前缘，朝向叶轮油烟机吹出侧为锯齿结构的尾缘。本产品的叶片有利于降低前缘压力冲击以及尾缘涡脱落频率，从而降低叶轮工作时的气动噪声；此外，新型结构叶片较原型叶片相比，叶片展开面积可降低13.5%，从而降低叶轮质量，降低电机负荷，有利于风机效率的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于吸油烟机中的吸油烟机用仿生叶轮。
背景技术
前向式多翼离心通风机被广泛应用于吸油烟机，其具有结构紧凑、压力系数高、流量系数低等特点。其结构包括电机、蜗壳以及叶轮。其中叶轮为多翼离心风机核心部件，具有叶片数目较多、叶片曲率较大、叶轮内外径较大、叶道流道较短等特点，其性能的好坏直接影响吸油烟机的性能。吸油烟机工作时电动机直联带动叶轮旋转，轴向吸入的油烟在离心力的作用下，从叶轮中心被径向甩出叶轮。但由于气流对叶片前缘的冲击较大，且叶片曲率较大，在叶片表面容易形成逆压梯度，引起吸力面尾缘处的流动分离，不仅扰乱叶轮主流区的流动，尾缘产生涡脱落，从而增加流动损失，同时叶片壁面会产生较大的压力脉动，产生较大的气动噪声，成为干扰环境安静的祸源，严重影响厨房环境。因此如何改善叶轮流道内气流流动、降低叶片表面压力脉动从而降低气动噪声，仍有必要对叶轮叶片结构设计进一步进行改进。
中国专利号“200920027969.2”公开了一种高效吸排油烟机叶轮，包括主端部、环形端部及若干长条形叶片，各长条形叶片一端固定在环形端部上，另一端固定在主端部上；特征是所述长条形叶片由至少两类长条形叶片组成，其中第一类长条形叶片，朝向叶轮油烟吸入侧的一类叶片第一边部为直线状边部，朝向叶轮油烟吹出侧的一类叶片第二边部也为直线状边部；其他各类长条形片体，至少朝向叶轮外侧的该他类叶片第二边部为齿形曲线状边部。本实用新型在不降低排出风量的同时，一方面能将气态油烟充分排出，另一方面由于二类叶片第二边部采取锯齿形结构，附着力得以减小，液态油污就很容易地被从叶片上甩出，从而使得排油烟效果大大提高。但是在实际应用中上述产品的叶片结构不利于降低前缘压力冲击以及尾缘涡脱落频率，叶轮工作时的气动噪声较高；此外，上述产品的叶片面积大，叶轮质量大，增加了电机负荷，降低了风机的工作效率。
研究表明，鸟类在长期的进化过程中，进化出具有多样结构以及优异性能的翅膀和羽毛。通过对苍鹰飞行的研究，发现苍鹰在飞行时几乎没有声音。研究结构，发现翅膀前缘非光滑结构，该结构正弦特征，尾缘为锯齿结构特征，天然的消声功能。逆向重构工程，将两种特殊结构采用多元仿生设计理论应用于多翼离心风机叶轮中，使其叶片前缘具有正弦结构特征，尾缘具有锯齿结构特征，这样可以降低叶片前缘压力冲击，并可以降低其尾缘涡脱落频率和叶片表面的压力脉动，从而降低叶轮的气动噪声。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中所存在的上述问题，采用特殊降噪结构叶片的吸油烟机用仿生叶轮。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该吸油烟机用仿生叶轮，包括两组环形端面和叶片，两组环形端面间均匀跨接有叶片，其特征是，所述的叶片为仿生叶片，仿生叶片朝向叶轮油烟机吸入侧为波形结构的前缘，朝向叶轮油烟机吹出侧为锯齿结构的尾缘。
所述的波形结构的前缘为叶片前缘中点向两侧均匀分布，所述波形结构为正弦曲线，正弦波数目取其周期的整数倍；波形结构的波高为2a，波长为2π/b，式中a、b为常数，满足a≤0.1R，b≥10/R，其中R为圆弧形叶片曲率半径，圆弧形叶片即单圆弧等厚度叶片（叶片的型线是单圆弧）。
所述的锯齿结构的尾缘为锯齿型曲线，其结构满足：0.1R≤S≤0.2R，H=0.5S-2S，B=0.7H-1.5H，其中R为圆弧型叶片曲率半径，S为锯齿形结构间隔，H为锯齿高度，B为锯齿宽度。通过逆向工程，将苍鹰翼独特结构提取出来，通过多元耦合理论同时进行风机叶轮前后缘结构的设计，其叶片前缘为仿生正弦结构，可降低前缘压力冲击；尾缘为仿生锯齿结构（此仿生结构一个周期包含齿宽和齿底两部分），可降低尾缘涡脱落频率；提取苍鹰翼特殊降噪结构，其主要目的在于降低尾缘涡脱落频率和叶片表面压力脉动，从而降低多翼离心风机的气动噪声。
作为优选，参数组合为S≈0.14R，H≈0.75S，B≈0.87H，a=0.05R，b≈12.9/R，其中：≈的含义为本领域技术人员可以理解的误差范围之内。
作为优选，所述的叶片数为60片。
作为优选，所述的锯齿结构的尾缘的锯齿型波峰、波谷处为倒圆角。仿生尾缘在不改变基本尺寸的前提下，进行倒角改进，由于基本尺寸不变，因此其降噪功能并不改变，且不会影响到气动性能，且具有便于加工，具有耐磨损、防油污粘附等优点。
本发明的有益效果是：与轴流风机不同，本产品适用的多翼离心风机气流存在由轴向转为径向的过程，气流在进入流道时存在一定的攻角，且叶片为等厚度直叶片，不同于轴流风机的翼型叶片，因此设计理念存在不同。本产品适用于吸油烟机用多翼离心风机，其具有叶轮内外径比较大，叶片数目较多，叶片曲率较大，叶道较短等特点。其叶片为等厚度叶片，具有耐磨损，易加工等特性。设计叶轮易于加工，有利于降低前缘压力冲击以及尾缘涡脱落频率，从而降低叶轮工作时的气动噪声；此外，新型结构叶片较原型叶片相比，叶片展开面积可降低13.5%，从而降低叶轮质量，降低电机负荷，有利于风机效率的提高。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图。
图2是图1的局部放大图。
图3是本实施例单片叶片的结构示意图。
图4是本实施例叶片波形结构的前缘的结构示意图。
图5是本实施例叶片锯齿结构的尾缘的结构示意图。
图6是本实施例叶片锯齿结构的气流通过的示意图。
标号说明：环形端面1、叶片2、波形结构的前缘21、锯齿结构的尾缘22。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
本实施例中的仿生叶轮是在原型叶轮基础上进行的改进，原型叶轮参数表1：
| 结构参数 | 符号 | 尺寸 |
| 叶轮内径 | D1 | 216mm |
| 叶轮外径 | D2 | 252mm |
| 叶轮宽度 | B | 136mm |
| 叶片数 | Z | 60 |
| 叶片厚度 | d | 0.4mm |
| 进口安装角 | β1 | 72° |
| 出口安装角 | β2 | 168° |
| 叶片曲率半径 | R | 13.6mm |
参见图1-6，本实施例包括两组环形端面和叶片，两组环形端面间均匀跨接有叶片，本实施例中的叶片为仿生叶片，叶轮叶片为单一类型仿生叶片均匀排列，仿生叶片朝向叶轮油烟机吸入侧为波形结构的前缘，朝向叶轮油烟机吹出侧为锯齿结构的尾缘：
本实施例中的波形结构的前缘为叶片前缘中点向两侧均匀分布，所述波形结构为正弦曲线，正弦波数目取其周期的整数倍，波形结构的前缘的波高为2a，波长为2π/b，式中a、b为常数，满足a≤0.1R，b≥10/R，其中R为圆弧型叶片曲率半径，圆弧形叶片即单圆弧叶片（叶片的型线是单圆弧）；锯齿结构的尾缘为锯齿型曲线，其结构满足：0.1R≤S≤0.2R，H=0.5S-2S，B=0.7H-1.5H，其中R为圆弧形叶片曲率半径，S为锯齿形结构间隔，H为锯齿高度，B为锯齿宽度。通过逆向工程，将苍鹰翼独特结构提取出来，通过多元耦合理论同时进行风机叶轮前后缘结构的设计，其叶片前缘为仿生正弦结构，可降低前缘压力冲击；尾缘为仿生锯齿结构（此仿生结构一个周期包含齿宽和齿底两部分），可降低尾缘涡脱落频率；提取苍鹰翼特殊降噪结构，其主要目的在于降低尾缘涡脱落频率和叶片表面压力脉动，从而降低风机气动噪声。
本实施例中的叶片数为60片，锯齿结构的尾缘的锯齿型波峰、波谷处为倒圆角。仿生尾缘在不改变基本尺寸的前提下，进行倒角改进，由于基本尺寸不变，因此其降噪功能并不改变，且不会影响到气动性能，且具有便于加工，具有耐磨损、防油污粘附等优点。
如图6，a）为本发明的尾缘结构，b）为常规技术的尾缘结构，本发明的尾缘锯齿结构包括齿尖、齿中及齿根，由于降噪机理为改变不同截面处涡脱落结构及频率，齿根截面必须有气流通过，因此齿根部位的形状也是关键。
需要特殊说明：本产品利用多元耦合仿生设计原理，通过逆向工程将具有优良飞行性能的苍鹰的翼翅前后缘非光滑结构引入到风机叶片的仿生设计中。其叶片前缘为仿生正弦结构，可降低前缘压力冲击；尾缘为仿生锯齿结构，可改变尾缘涡脱落的连续性，降低涡脱落频率，最终降低叶片表面压力脉动。其结构重点在于仿生前缘结构与尾缘结构并非单独作用，其间存在一定的耦合关系，前尾缘尺寸参数相互影响，存在最优数值组合范围。具备本申请的参数的波形曲线和锯齿形曲线是申请人经过了多年的调制而最终得到的，其他参数虽然效果也有，但是其综合效果远不如本申请的参数所带来的综合效果。也就是说，不是任意在叶片前缘和尾缘施加齿形结构或者正弦曲线型结构就能够达到降噪的目的。通过实验测量发现：采用优化的仿生设计叶片，吸油烟机噪声至少下降了1.6dB，风量和风压都有不同程度的提高；而如果采用不恰当的仿生叶片设计，吸油烟机的噪声几乎没有下降，而且风量和风压还会有所降低。以下为测试获得的一组实验数据。
齿高：1.5mm，齿宽：1.3mm，齿间距：2mm，波长：6.8mm，波高：3mm，噪声：68.6dB
通过实验测试，叶片前后缘分别采用波形结构和齿形结构，吸油烟机噪声得到下降，与原型吸油烟机噪声相比，降噪效果1.0dB左右。故可以通过调整以上各节点参数达到更好的降噪效果。
本产品适用于吸油烟机用多翼离心风机，其具有叶轮内外径比较大，叶片数目较多，叶片曲率较大，叶道较短等特点。其叶片为等厚度叶片，具有耐磨损，易加工等特性。设计叶轮易于加工，有利于降低前缘压力冲击以及尾缘涡脱落频率，从而降低叶轮工作时的气动噪声；此外，新型结构叶片较原型叶片相比，叶片展开面积可降低13.5%，从而降低叶轮质量，降低电机负荷，有利于多翼离心风机效率的提高。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种吸油烟机用仿生叶轮，包括若干组环形端面和叶片，每两组环形端面间均匀跨接有叶片，其特征在于：所述的叶片为仿生叶片，仿生叶片朝向叶轮油烟机吸入侧为波形结构的前缘，朝向叶轮油烟机吹出侧为锯齿结构的尾缘；
所述的波形结构的前缘为波形结构，所述波形结构为正弦曲线，波形结构的波高为2a,波长为2π/b，式中a、b分别为波高变量和波长变量，满足a≤0.1R，b≥10/R；所述的锯齿结构的尾缘为锯齿形曲线，其结构满足：0.1R≤S≤0.2R，H=0.5S-2S，B=0.7H-1.5H；其中R为圆弧形叶片曲率半径，S为锯齿形结构间隔，H为锯齿高度，B为锯齿宽度。
2.根据权利要求1所述的吸油烟机用仿生叶轮，其特征在于：所述的波形结构的前缘为正弦曲线形波形结构，由叶片前缘中点向两侧均匀分布，正弦波数目取其周期的整数倍。
3.根据权利要求1所述的吸油烟机用仿生叶轮，其特征在于：所述圆弧形叶片为单圆弧叶片。
4.根据权利要求1所述的吸油烟机用仿生叶轮，其特征在于：所述的叶片数大于50片。
5.根据权利要求1所述的吸油烟机用仿生叶轮，其特征在于：所述的锯齿结构的尾缘的锯齿型波峰、波谷处为倒圆角。
6.根据权利要求1-5任意项所述的吸油烟机用仿生叶轮，其特征在于：所述的叶片前缘、尾缘，设计参数组合为S≈0.14R，H≈0.75S，B≈0.87H，a=0.05R，b≈12.9/R。
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