CN108386382B - 一种单面进气双向多翼离心风机叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单面进气双向多翼离心风机叶轮，包括轮盘以及位于轮盘上的下层叶片、上层叶片、第一轮盖、第二轮盖及第三轮盖，其中，第一轮盖、下层叶片、第二轮盖、上层叶片及第三轮盖自上到下依次分布，且下层叶片内的各叶片沿周向布置，上层叶片内的各叶片沿周向布置，且上层叶片及下层叶片沿径向方向对称分布，且上层叶片的进口安装角β1为70°‑90°，下层叶片的出口安装角β2为150°‑180°；上层叶片中的各叶片均为前弯叶片，下层叶片中的各叶片均为后弯叶片，该叶轮能够有效的提高多翼离心风机的风量，降低叶片表面压力脉动及叶道的涡流噪声。

Description

一种单面进气双向多翼离心风机叶轮
技术领域
本发明属于卫浴换气技术领域，涉及一种单面进气双向多翼离心风机叶轮。
背景技术
目前嵌入在卫浴换气装置中的双向离心风机性能都普遍存在性能较低的问题，无法和单向风机相比。在取暖换气行业对产品越来越小型化的今天，已严重阻碍正反离心风机在换气装置中的应用与发展，提升其性能是必要的。目前风轮和风道体积相同的单向多翼离心风机性能比双向要大1倍以上。
鉴于多翼离心风机具有流量系数大、压力系数高和结构紧凑等特点，在工业产品中取得广泛应用，此外也被广泛地应用在家用换气装置等家电装置中。其结构包括电机、蜗壳以及叶轮。目前对于浴室内换气装置结构，如图1及图2所示，要求换气装置内部的多翼离心风机叶轮正转时通过右侧出口向室内吹气来循环浴室内的空气，称右侧出风口为换气口，反转时通过PTC加热器加热空气在左侧出口吹出暖风使室温升高，称左侧出风口为吹风口。因此，要求叶轮具有正反转的能力，同时尽可能的保证正转和反转的风量相等,这成为提升该双向换气装置气动性能的难点。目前这种双向多翼离心风机叶轮叶片大多采用径向叶片，即叶片中线与叶轮径向方向重合来保证正转和反转的风量相等。这种叶片叶轮的风量较小，压力系数较低，在相同条件下的压力采用高转速或者大叶轮直径才能实现，而增大叶轮直径受到了空间的限制，提高转速又增大了噪声，且在叶片的叶道内，由于流道阻塞严重，容易形成涡流，影响风机出风，并且由于漩涡的存在，增大了风机的涡流噪声。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种单面进气双向多翼离心风机叶轮，该叶轮能够有效的提高多翼离心风机的风量，降低叶片表面压力脉动及叶道的涡流噪声。
为达到上述目的，本发明所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮包括轮盘以及位于轮盘上的下层叶片、上层叶片、第一轮盖、第二轮盖及第三轮盖，其中，第一轮盖、下层叶片、第二轮盖、上层叶片及第三轮盖自上到下依次分布，且下层叶片内的各叶片沿周向布置，上层叶片内的各叶片沿周向布置，且上层叶片及下层叶片沿径向方向对称分布，且上层叶片的进口安装角β1为70°-90°，下层叶片的出口安装角β2为150°-180°；上层叶片中的各叶片均为前弯叶片，下层叶片中的各叶片均为后弯叶片。
上层叶片与下层叶片的高度比K为0.6-1。
上层叶片内叶片的数量为30-60片，下层叶片内叶片的数量为30-60片。
叶轮安装于单面进气双向多翼离心风机中风道的中间位置处。
上层叶片的轴向横截面轮廓线与下层叶片的轴向横截面轮廓线对称镜像分布，且对应的对称线为从叶轮轴向横截面的圆心到叶轮底部端点的连线。
设定：以右手定则为依据，将以叶轮轴向指向风机进口的方向记作叶轮正向旋转的方向，反之，则记作叶轮反向旋转的方向；其中，上层叶片在电机正转时能够呈现前弯叶片的性能，上层叶片在电机反转时能够呈现后弯叶片的性能；下层叶片在电机正转时能够呈现后弯叶片的性能，下层叶片在电机反转时能够呈现前弯叶片的性能。
β1为70°，β2为160°，上层叶片与下层叶片的高度比k＝0.85。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮包括上层叶片及下层叶片，其中，上层叶片中的各叶片采用前弯叶片，下层叶片中的各叶片采用后弯叶片，从而在电机正转及反转过程中能够充分发挥前弯叶片压力系数高、流量系数大的特点，以及后弯叶片效率高、压力系数低且噪声小的特点，使多翼离心风机气动性能得到提升，同时降低叶片表面的压力脉动及叶道涡流噪声，并且使得叶轮正反转具有几乎相同的气动性能，满足生活中的实际需求，结构简单，实用性极强。
附图说明
图1为现有卫浴换气装置的斜剖视图；
图2为现有卫浴换气装置多翼离心风机叶轮的示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明的侧视图；
图5为本发明上层叶片5与下层叶片4横截面轮廓的对比图；
图6为基于本发明的双向多翼离心风机的结构示意图；
图7为基于本发明的双向多翼离心风机的剖视图。
其中，1为第一轮盖、2为第二轮盖、3为第三轮盖、4为下层叶片、5为上层叶片、6为轮盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图3及图4，本发明所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮包括轮盘6以及位于轮盘6上的下层叶片4、上层叶片5、第一轮盖1、第二轮盖2及第三轮盖3，其中，第一轮盖1、下层叶片4、第二轮盖2、上层叶片5及第三轮盖3自上到下依次分布，且下层叶片4内的各叶片沿周向布置，上层叶片5内的各叶片沿周向布置，且上层叶片5及下层叶片4沿径向方向对称分布，且上层叶片5的进口安装角β1为70°-90°，下层叶片4的出口安装角β2为150°-180°；上层叶片5中的各叶片均为前弯叶片，下层叶片4中的各叶片均为后弯叶片。优选的，β1为70°，β2为160°，上层叶片5与下层叶片4的高度比k＝0.85。
上层叶片5与下层叶片4的高度比K为0.6-1；上层叶片5内叶片的数量为30-60片，下层叶片4内叶片的数量为30-60片；上层叶片5的轴向横截面轮廓线与下层叶片4的轴向横截面轮廓线对称镜像分布，且对应的对称线为从叶轮轴向横截面的圆心到叶轮底部端点的连线。
设定：以右手定则为依据，将以叶轮轴向指向风机进口的方向记作叶轮正向旋转的方向，反之，则记作叶轮反向旋转的方向；其中，上层叶片5在电机正转时能够呈现前弯叶片的性能，上层叶片5在电机反转时能够呈现后弯叶片的性能；下层叶片4在电机正转时能够呈现后弯叶片的性能，下层叶片4在电机反转时能够呈现前弯叶片的性能。
参考图3和图4，所述上层叶片5靠近集流器，下层叶片4靠近电机。
参考图6及图7，叶轮安装于单面进气双向多翼离心风机中风道的中间位置处，双向多翼离心风机的吹风口及换气口位于叶轮的前方，且吹风口与换气口与叶轮之间的间距相同。
仿真实验
利用ANSYS-FLUENT商业CFD软件，数值求解三维雷诺平均Navier-Stokes方程组，对比分析该单面进气双向多翼离心风机叶轮和径向叶轮的风量，模型来自家用换气装置多翼离心风机，叶片数为30片，叶轮内径为130mm，叶轮外径为165mm，考虑到风机内部流动马赫数小于0.3，将其视为不可压缩流动，湍流模型为k-ε模型。在方程离散中，对流项采用高分辨率格式；粘性项采用二阶中心格式；时间导数项采用二阶后向欧拉格式。该换气装置模型为单侧进气，同时为了方便设定边界条件，对风机的进出口段进行适当延长；进口给定总压为零和轴向进气条件，出口静压为零，壁面满足无滑移边界条件，动静交界面按照多重参考系(Multiple Reference Frame，MRF)方法处理，且进口流域及蜗壳流域均采用静止坐标系，叶轮流域采用旋转坐标系来描述。通过该数值计算模型，计算的多翼离心风机在出口静压为零时的最大风量，结果为采用本发明的单面进气双向多翼离心风机的风量为205m3/h，而采用径向叶片下的风量为170m3/h，本发明相比于传统的离心风机风量增加了35m3/h。

Claims (7)

1.一种单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，包括轮盘(6)以及位于轮盘(6)上的下层叶片(4)、上层叶片(5)、第一轮盖(1)、第二轮盖(2)及第三轮盖(3)，其中，第一轮盖(1)、下层叶片(4)、第二轮盖(2)、上层叶片(5)及第三轮盖(3)自上到下依次分布，且下层叶片(4)内的各叶片沿周向布置，上层叶片(5)内的各叶片沿周向布置，且上层叶片(5)及下层叶片(4)沿径向方向对称分布，且上层叶片(5)的进口安装角β1为70°-90°，下层叶片(4)的出口安装角β2为150°-180°；上层叶片(5)中的各叶片均为前弯叶片，下层叶片(4)中的各叶片均为后弯叶片。
2.根据权利要求1所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，上层叶片(5)与下层叶片(4)的高度比K为0.6-1。
3.根据权利要求1所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，上层叶片(5)内叶片的数量为30-60片，下层叶片(4)内叶片的数量为30-60片。
4.根据权利要求1所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，叶轮安装于单面进气双向多翼离心风机中风道的中间位置处。
5.根据权利要求1所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，上层叶片(5)的轴向横截面轮廓线与下层叶片(4)的轴向横截面轮廓线对称镜像分布，且对应的对称线为从叶轮轴向横截面的圆心到叶轮底部端点的连线。
6.根据权利要求1所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，设定：以右手定则为依据，将以叶轮轴向指向风机进口的方向记作叶轮正向旋转的方向，反之，则记作叶轮反向旋转的方向；其中，上层叶片(5)在电机正转时能够呈现前弯叶片的性能，上层叶片(5)在电机反转时能够呈现后弯叶片的性能；下层叶片(4)在电机正转时能够呈现后弯叶片的性能，下层叶片(4)在电机反转时能够呈现前弯叶片的性能。
7.根据权利要求1所述的单面进气双向多翼离心风机叶轮，其特征在于，β1为70°，β2为160°，上层叶片(5)与下层叶片(4)的高度比k＝0.85。
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