CN102966591B - 一种轴流式流体驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体机械领域，涉及一种轴流式流体驱动装置，包括一起转动的轮毂、扇叶和整流罩，其中扇叶采用辐射状的叶片结构并布置在轮毂与整流罩之间，其特色在于设置有悬空叶片，所述悬空叶片的内端采用悬臂结构，悬空叶片的外端与整流罩紧固连接或者与整流罩为一体结构制作，由于采用悬空叶片结构，因此至少有部分扇叶与轮毂不连接而退让出一些轴向进口通道面积，故可以增加工质的通过流量，从而提高装置的输送效率；由于缩减了装置的质量和转动惯量，故减少了装置驱动轴疲劳破坏的几率；由于叶片的长短不一，故叶片对工质的作用规律或工质对于叶片的作用规律不再整齐划一，因此可以抑制共振现象而降低噪声并提高装置的工作可靠性。

Description

一种轴流式流体驱动装置

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，涉及一种流体驱动装置，具体地说涉及一种轴流式流体驱动装置，更具体地说涉及一种轴流式风扇和轴流式叶片泵的叶片结构及布局。 

背景技术

轴流式流体驱动装置包括轴流式风扇和轴流式叶片泵等，属于典型的流体机械。轴流式流体驱动装置的功用是通过扇叶的旋转来驱动流体工质，使之产生主要沿着驱动轴的轴向方向的流动。轴流式风扇输送的工质一般为气态状的流体，而轴流式叶片泵输送的工质则一般为液态状的流体。无论是轴流式风扇还是轴流式叶片泵，它们输送的工质不仅仅为单一种类物质和单一流态的流体，而且往往还包含有多种不同的物质以及不同形态的混合流体，因此它们输送的工质的流动性质常常包含有混合流和多相流。 

传统的轴流式驱动装置包括有轮毂、扇叶和整流罩，其中扇叶采用辐射状布置在轮毂与整流罩之间。轴流式驱动装置的一种经典布局是将轮毂、扇叶和整流罩做成一体结构并一起旋转，比如电脑芯片的冷却风扇和某些管道用叶片泵等就采用这类结构，此时扇叶的内端与轮毂相连接，扇叶的外端与整流罩相连接，扇叶为具有一定宽度的条片状叶片，扇叶与其旋转平面呈现有一定的偏倾角度以对流体工质产生轴向驱动力。显然，上述整体式轴流驱动装置的结构十分简单，非常适合布置在空间受到苛刻限制的工作场合。但是，上述整体式轴流驱动装置却存在有明显的缺陷，主要体现在三个方面：1）由于采用每一个叶片的根部均与轮毂连接的方案，使得靠近轮毂的轴向进口通道截面因叶片过 于密集而受到遮挡，结果妨碍了更多流体工质的通过，或者说降低了装置的输送效率，这一缺点在小型的轴流式风扇和轴流式叶片泵上表现尤为突出；2）由于采用每一个叶片的根部均与轮毂连接的方案，致使装置的总体质量较大尤其是致使整个装置的转动惯量较大，在相同的运行条件下使得装置的惯性力矩较大，结果增大了装置驱动轴的负担，这一点对于频繁启动-运转-停止等间歇式循环工作的某些风扇或泵来说极易造成驱动轴的疲劳断裂；3）由于采用每一个叶片的根部均与轮毂连接的方案，使得每一片叶片的结构要素如尺寸、形态以及布局等大体相同或者相似，以至于它们对工质的作用规律或者工质对于叶片的作用规律均极为相似，结果极易造成共振现象的发生，不仅会产生较大的运行噪声，而且还会危害装置的工作可靠性。 

发明内容

针对传统轴流式驱动装置存在的上述缺陷，本发明提出一种轴流式流体驱动装置，目的在于一方面有效增加轴流式驱动装置的轴向进口通道面积以提高装置的输送效率，另一方面有效减少轴流式驱动装置的质量及转动惯量以降低其驱动轴出现疲劳破坏的机会，此外还能有效抑制共振现象的发生以降低噪声并提高装置的工作可靠性。 

本发明的目的是这样实现的：一种轴流式流体驱动装置，包括轮毂、扇叶和整流罩，其中扇叶采用辐射状布置在轮毂与整流罩之间，其特征在于：设置有悬空叶片，所述悬空叶片的内端采用悬臂结构，悬空叶片的外端与整流罩紧固连接或者与整流罩为一体结构制作。 

上述的悬空叶片中包含有两种以上长度的规格。 

上述的轮毂与整流罩之间连接有驱动杆。 

上述的扇叶全部为悬空叶片。 

上述的扇叶或/和悬空叶片包含有曲线辐射状布局的叶片结构。 

上述的扇叶或/和悬空叶片沿圆周方向的分布为不等分角度的布局。 

上述的扇叶或/和悬空叶片沿轴向方向包含有不同的回转平面。 

上述的扇叶或/和悬空叶片包含有不同的入流攻角。 

上述的扇叶或/和悬空叶片包含有不同的出流攻角。 

上述轴流式流体驱动装置的用途为风扇或流体泵。 

本发明相比现有技术突出的优点是：采用悬空叶片结构，由于至少有部分叶片与轮毂不连接而退让出一些轴向进口通道面积，据此可有效增加流体工质的通过流量，从而提高装置的输送效率；另外，由于悬空叶片较之传统的扇叶要短许多，据此可以减轻装置的质量和降低装置的转动惯量，从而节约材料并降低装置驱动轴出现疲劳破坏的机会；还有，由于存在长短不一的叶片结构，使得叶片对工质的作用规律或者工质对于叶片的作用规律不再整齐划一，结果可以有效抑制共振现象从而降低噪声并提高装置的工作可靠性。 

附图说明

图1是本发明一种轴流式流体驱动装置的轴测示意图； 

图2是图1所示本发明一种轴流式流体驱动装置的轴向方向投影视图； 

图3是图2某叶片在圆周截面M-M处的叶片入流攻角与出流攻角的表征示意图； 

图4是本发明一种轴流式流体驱动装置包含有驱动杆的示意图； 

图5是本发明一种轴流式流体驱动装置全部扇叶均为悬空叶片的示意图。 

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1—5： 

一种轴流式流体驱动装置，它包括轮毂1、扇叶2和整流罩3，其中扇叶2采用辐射状布置在轮毂1与整流罩3之间，轮毂1、扇叶2和整流罩3一起同步旋转，所述扇叶2为具有一定宽度的条片状叶片，扇叶2与其旋转平面呈现有一定的偏倾角度以对流体工质产生轴向驱动力；本发明的特色在于：设置有悬空叶片4，所述悬空叶片4的内端采用悬臂结构，悬空叶片4的外端与整流罩3紧固连接或者与整流罩3为一体结构制作；整流罩3可以是闭环状结构（如图1和图2所示）也可以是开环状结构（图中未示出），其中以闭环状结构为最佳，整流罩3的横断面可以是各种形状，整流罩3可以起到增加刚性和传递动力的作用、必要时还可以对流体工质产生一定的引导作用；需要指出的是，本发明中所说的悬空叶片4和扇叶2均统称为叶片，其中所谓的扇叶2即为传统型的与轮毂1及整流罩3均发生连接的普通叶片，而所谓的悬空叶片4乃指与整流罩3连接但与轮毂1不发生直接连接的叶片，无论悬空叶片4还是扇叶2它们均具有相似的驱动流体工质的功用，悬空叶片4亦与其旋转平面呈现有一定的偏倾角度；本发明由于存在有悬空叶片4与轮毂1不发生连接关系，从而退让出一些轴向进口通道截面积A，因此可以有效增加流体工质的通过流量，从而可以提高装置的输送效率；另外，本发明由于采纳悬空叶片4的结构布局，因此与传统全部采用扇叶2的结构布局相比可以有效减轻装置的质量，特别是可以减少装置的转动惯量，故其对装置驱动轴（图中未示出）作用的扭转惯性力矩亦因此减少，结果有利于减少驱动轴出现疲劳破坏的机会，这一点对于频繁启动-运转-停止等间歇式循环工作的某些风扇或泵来说极为重要，毫无疑问采纳悬空叶片4结构还能节约材料；本发明由于存在有长短不一的叶片，从而使得 叶片对工质的作用规律或者工质对叶片的作用规律不再整齐划一，结果可以有效地抑制共振现象，并因此降低噪声和提高装置的工作可靠性。需要说明的是，可以采用不等长度规格的悬空叶片4，这样抑制共振的效果可以更好。另外需要说明的是，可以在轮毂1与整流罩3之间设置驱动杆5，所述驱动杆5呈杆柱状，此时来自于轮毂1的旋转动力或者独立经由驱动杆5传递给整流罩3、或者经由驱动杆5及扇叶2传递给整流罩3，最后由整流罩3再带动悬空叶片4转动。在设置有驱动杆5的前提下，可以将所有扇叶2全部设计为悬空叶片4结构，此时悬空叶片4退让出的轴向进口通道截面积A将更大，这意味着可以通过更大流量的流体工质。为了获得更好的流体动力学效果，可以将扇叶2或/和悬空叶片4部分或全部设计成曲线辐射状布局的叶片（图中未示出），亦即本发明叶片结构可以不局限在径向状的布局。另外，为了更好地抑制装置的共振现象，可以将叶片沿圆周方向的分布设置为不等分角度的布局（图中未示出）；将叶片沿轴向方向设置为不同一个回转平面的布局也可以抑制共振现象的发生，比如可以将悬空叶片4全部布置在一个回转平面上、而将其他扇叶2全部布置在另一个回转平面上（图中未示出），特别需要说明的是，本发明中所说的某叶片的回转平面乃是一个泛指，它的意思是该叶片在完成一个完整的回转工作后其所扫过的回转空间；众所周知，叶片的偏倾程度对流体工质的作用效果影响很大，反映到结构参数上就是叶片的入流攻角θ和出流攻角β对流体输送的效率关系密切，一般情况下对应每一个工作转速n存在着一定范围数值的入流攻角θ和出流攻角β使得装置的输送效率最佳，如果偏离最佳入流攻角θ和最佳出流攻角β较远则容易产生严重的涡流、喘振等现象而导致输送效率变差甚至损害装置；本发明中（参见图3），所谓的入流攻角θ是指叶片入口处叶片导流面B的 入流切线与该叶片入口处叶片旋旋速度方向形成的迎风夹角或称为入流夹角，所谓的出流攻角β是指叶片出口处叶片导流面B的出流切线与该叶片出口处叶片旋旋速度方向形成的送风夹角或称为出流夹角，入流夹角和出流夹角可以用图3来进行表征：图3所示为某个叶片沿某个圆周线L进行截断的M-M方向的剖面示意图（参见图2），其中圆周线L与装置的驱动轴的旋转轴线O为同轴布局，此时该叶片剖面上流体沿导流面B入口点为P点而出口点为Q点，显然叶片P点和Q点的速度均为v且与叶片的旋转方向一致（v即为理论力学中所说的牵连速度），P点的入流线指向并进入叶片而Q点的出流线脱离并流出叶片，一般地P点的入流攻角θ为锐角而Q点的出流攻角β为钝角，另外一般地入流线和出流线为空间直线换言之入流攻角θ和出流攻角β的度量通常为三维空间角度，显然为了减少共振发生的几率，可以将叶片的入流攻角θ设计成不同的数值，比如将同一叶片设计成包含有不同数值的入流攻角θ（图中未示出），或者同一叶片虽然有相同的入流攻角θ但不同的叶片之间可以有不同数值的入流攻角θ（图中未示出），与此相类似也可以将同一叶片设计成包含有不同数值的出流攻角β（图中未示出），或者同一叶片虽然有相同的出流攻角β但不同的叶片之间可以有不同数值的出流攻角β（图中未示出）。 

本发明一种轴流式流体驱动装置，其用途为风扇或者流体泵，所谓风扇是指其驱动的工质主要为空气或者其它气态状的物质，所谓流体泵是指其驱动的工质主要为水或者油等液态状的物质。 

本发明由于采用悬空叶片4结构，由于至少有部分叶片与轮毂1不连接而退让出一些轴向进口通道面积A，因此可以有效增加流体工质的通过流量，从而可以提高装置的输送效率；另外，由于悬空叶片4较之传统的叶片要短许多， 因此减轻了装置的质量并降低了装置的转动惯量，由此节约了装置的材料并降低了装置驱动轴出现疲劳破坏的机会；还有，由于存在长短不一的叶片，使得叶片对工质的作用规律或者工质对于叶片的作用规律不再整齐划一，结果可以有效抑制共振现象并因此降低噪声并提高装置的工作可靠性。 

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种轴流式流体驱动装置，它包括轮毂、扇叶和整流罩，其中扇叶采用辐射状布置在轮毂与整流罩之间，其特征在于所述扇叶全部为悬空叶片，悬空叶片的内端采用悬臂结构，悬空叶片的外端与整流罩紧固连接或者与整流罩为一体结构制作，所述悬空叶片中包含有两种以上长度的规格，所述轮毂与整流罩之间连接有驱动杆，所述悬空叶片包含有曲线辐射状布局的叶片结构，所述悬空叶片沿圆周方向的分布为不等分角度的布局，所述悬空叶片沿轴向方向包含有不同的回转平面，所述悬空叶片包含有不同的入流攻角，所述悬空叶片包含有不同的出流攻角。

2.根据权利要求1所述的一种轴流式流体驱动装置，其用途为风扇或流体泵。