CN114688047B - 一种高静压离心除尘风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风机技术领域，涉及一种高静压离心除尘风机，其包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，蜗壳包括围板和连接在围板的前后两侧的前板和后板，前板设置有进风口，围板的两端、部分前板和部分后板共同围成出风口，叶轮包括多片叶片和连接在多片叶片的前后两侧的前盘和后盘，前盘的中部设置有吸风口；围板包括依次连接的第一扩压段、第一圆弧段、第二圆弧段、第三圆弧段、第四圆弧段、蜗舌段和第二扩压段；前板与后板之间的距离为170‑190，叶片最高处的高度为110‑115，叶片最低处的高度为78‑82；叶片为后弯式，多片叶片的出风边的最外端围成叶片外周，叶片外周与蜗舌段的径向距离为30‑34。其具有静压高、吸尘效果好的优点。

Description

一种高静压离心除尘风机

技术领域

本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种高静压离心除尘风机。

背景技术

在工业生产或日常生活中，越来越多的场景会使用到除尘器，如工作岗位除尘、激光设备吸尘、家用除尘等，而在除尘器中，发挥主要作用的是其内部的离心除尘风机。

离心除尘风机在工作时是通过叶轮转动带动气流，气流带动灰尘进入除尘器。影响离心除尘风机的吸尘效果的性能参数主要有两个，一个为容积流量，另一个为静压；容积流量大时更多的空气被吸入，也即能把更多的灰尘吸入；静压高时吸力更大，也即能把更大颗的灰尘吸入。对于离心除尘风机而言，最好是容积流量大且静压高。

离心风机一般包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，在设计离心风机时，通过改变离心风机的结构参数（如改变蜗壳、叶轮的结构特点、尺寸参数或增加辅助部件等），便能改变离心风机的性能参数。而在理论上，容积流量与静压是成反比的，也即在同样的轴功率下，容积流量越大静压就越低，静压越高容积流量就越小。但是，在实践中发现，不同结构参数对性能参数的影响并非独立的，而是以有机结合的方式共同影响着性能参数，上述的有机结合使得容积流量与静压并非呈严格的线性反比关系，也即通过合理的结构设置，也能够实现在不影响其中一个性能参数的情况下优化另一个性能参数，目前已有大量针对这方面的研究并取得显著的成果。

但是，目前大多数的研究都是针对传统的离心风机，如鼓风机和通风机，且主要都是针对如何提高容积流量，而针对离心除尘风机的研究少之又少。随着对除尘器的使用要求不断提高，特别是随着使用场景的扩展，所要吸取的杂质的颗粒度越来越大，高静压逐渐成为除尘器中被重点关注的性能参数，目前市面上的离心除尘风机的静压一般较低，为此，有必要设计出一种高静压离心除尘风机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高静压离心除尘风机，旨在解决现有技术中的除尘风机静压不足的问题。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种高静压离心除尘风机，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，蜗壳包括围板和连接在围板的前后两侧的前板和后板，前板设置有进风口，围板的两端、部分前板和部分后板共同围成出风口，叶轮包括多片叶片和连接在多片叶片的前后两侧的前盘和后盘，前盘的中部设置有吸风口；围板包括依次连接的第一扩压段、第一圆弧段、第二圆弧段、第三圆弧段、第四圆弧段、蜗舌段和第二扩压段；以叶轮的圆心为坐标原点建立直角坐标系，第一扩压段位于第二象限且平行于X轴时，在无量纲计数下，第一圆弧段与第一扩压段相切，第一圆弧段的圆心O₁坐标为（-34，34），半径R₁为409，圆心角∠1为90-91度，第二圆弧段的圆心O₂坐标为（29，29），半径R₂为346，圆心角∠2为90-91度，第三圆弧段的圆心O₃坐标为（24，-24），半径R₃为294，圆心角∠3为90-91度，第四圆弧段的圆心O₄坐标为（-21，-21），半径R₄为249，圆心角∠4为31-32度；前板与后板之间的距离h₁为170-190，在叶片上靠近叶轮中心的一侧为内侧，在叶片上远离叶轮中心的一侧为外侧，叶片的高度从内往外逐渐降低，叶片最高处的高度h₂为110-115，叶片最低处的高度h₃为78-82；叶片为后弯式，多片叶片的出风边的最外端围成叶片外周，叶片外周与蜗舌段的径向距离d为30-34，叶片数量为12-16。

进一步地，以垂直于第一扩压段的平面为出风平面，第二扩压段与出风平面之间的夹角∠5为60-65度。

进一步地，蜗舌段为圆弧状且半径R₅为17-20。

进一步地，叶片外周的半径R₆为220-230，多片叶片的入风边的最内端围成叶片内周，叶片内周的半径R₇为105-115，叶片在后盘上的投影为圆弧状且半径R₈为325-335；叶片的入口角∠6为153-158度，叶片的出口角∠7为44-46度。

进一步地，叶片的入风边和出风边均垂直于后盘，叶片的入风边上远离后盘的转角设置为半径R₉为17-18的倒圆角。

进一步地，以经过叶轮的中轴线的平面对叶轮进行截取，在截面上前盘与后盘之间的夹角∠8为20度。

进一步地，进风口设置有进风圈，进风圈包括连接部和缩口部，连接部呈圆环状并与前板连接，缩口部连接在连接部的内周并往蜗壳内延伸，缩口部的直径Φ从300逐渐缩小至252；以经过进风圈的中轴线的平面对进风圈进行截取，在截面上连接部和缩口部之间的夹角∠9为117度；缩口部部分伸入前盘的吸风口内。

进一步地，叶片外周的半径R₆为220-230，多片叶片的入风边的最内端围成叶片内周，叶片内周的半径R₇为105-115，叶片在后盘上的投影包括从内往外依次连接的叶片直线段和叶片圆弧段，叶片圆弧段与叶片直线段相切，叶片圆弧段的半径R₁₀为叶片外周的半径R₆与叶片内周的半径R₇之差的1.4-1.5倍；叶片的入口角∠6为153-158度，叶片的出口角∠7为44-46度。

进一步地，在叶片上靠近叶轮中心的一侧为内侧，在叶片上远离叶轮中心的一侧为外侧，叶片的入风边向外倾斜且相对于后盘的角度∠11为75-80度，叶片的出风边向内倾斜且相对于后盘的角度∠12为43-47度。

进一步地，前板与后板之间的距离h₁为180，叶片最高处的高度h₂为112，叶片最低处的高度h₃为80，叶片外周与蜗舌段的径向距离d为32，叶片数量为14。

本发明所提供的一种高静压离心除尘风机，其通过对蜗壳和叶轮的结构参数进行配套改进，以实现在同样的轴功率且不影响容积流量的情况下提高静压，提高吸尘性能。

附图说明

图1是本发明的高静压离心除尘风机的局部剖视图；

图2是蜗壳与叶轮的结构示意图；

图3是蜗壳的左视图；

图4是围板的结构示意图；

图5是第一实施例的叶轮去除了部分前盘后的结构示意图；

图6是第一实施例的叶轮的侧视剖视图；

图7是进风圈的侧视剖视图；

图8是第二实施例的叶轮去除了前盘后的俯视图；

图9是第二实施例的叶片的平面展开图；

图10是对比例的性能曲线图；

图11是实施例一的性能曲线图；

图12是实施例二的性能曲线图。

附图标记说明：

1-蜗壳、11-围板、111-第一扩压段、112-第一圆弧段、113-第二圆弧段、114-第三圆弧段、115-第四圆弧段、116-蜗舌段、117-第二扩压段、12-前板、121-进风口、13-后板、14-出风口、141-出风平面；

2-叶轮、21-叶片、211-入风边、212-出风边、213-叶片直线段、214-叶片圆弧段、22-前盘、221-吸风口、23-后盘；

3-进风圈、31-连接部、32-缩口部。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

在本发明中，除另有明确规定和限定，当出现术语如“设置在”、“相连”、“连接”时，这些术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接或一体连接；可以是直接相连或通过一个或多个中间媒介相连。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。对于本发明中所出现的方向词，是为了能更好地对特征的特点及特征间的关系进行说明，应当理解的是，当本发明的摆放方向发生改变时，特征的特点及特征间的关系的方向也对应发生改变，因此方向词不构成对特征的特点及特征间的关系在空间内的绝对限定作用，仅起到相对限定作用。

本发明采用无量纲的方式对该高静压离心除尘风机的结构参数进行说明，也即基于该无量纲的基础结构，在实际生产时可进行等比例缩放，该等比例缩放也落入本发明的保护范围。

实施例一，请参照图1至图7。

本实施例提供了一种高静压离心除尘风机，其包括蜗壳1和设置在蜗壳1内的叶轮2，蜗壳1包括围板11和连接在围板11的前后两侧的前板12和后板13，前板12设置有进风口121，围板11的两端、部分前板12和部分后板13共同围成出风口14，叶轮2包括多片叶片21和连接在多片叶片21的前后两侧的前盘22和后盘23，前盘22的中部设置有吸风口221。工作时，叶轮2旋转，空气在叶轮2的做功下依次经过进风口121、吸风口221、蜗壳1内腔后从出风口14送出，除尘器的吸尘管与进风口121连通，使除尘器能够吸气。

为了优化该高静压离除尘风机的性能，本实施例同时对围板11的结构、蜗壳1的内腔厚度（也即前板12与后板13之间的距离）、叶轮2的厚度（也即叶片21的高度）、叶轮2的弯曲方式和叶轮2与蜗壳1间的径向距离进行了改进，上述结构参数共同作用，以相互配合的方式提高该高静压离除尘风机的性能。

在本实施例中，如图4所示，围板11包括依次连接的第一扩压段111、第一圆弧段112、第二圆弧段113、第三圆弧段114、第四圆弧段115、蜗舌段116和第二扩压段117；以叶轮2的圆心O为坐标原点建立直角坐标系，第一扩压段111位于第二象限且平行于X轴时，在无量纲计数下，第一圆弧段112与第一扩压段111相切，第一圆弧段112的圆心O₁坐标为（-34，34），半径R₁为409，圆心角∠1为90-91度，第二圆弧段113的圆心O₂坐标为（29，29），半径R₂为346，圆心角∠2为90-91度，第三圆弧段114的圆心O₃坐标为（24，-24），半径R₃为294，圆心角∠3为90-91度，第四圆弧段115的圆心O₄坐标为（-21，-21），半径R₄为249，圆心角∠4为31-32度。

在本实施例中，叶片21为后弯式，多片叶片21的出风边212的最外端围成叶片外周，叶片外周与蜗舌段116的径向距离d为30-34，优选地d为32。

在本实施例中，前板12与后板13之间的距离h₁为170-190，优选地h₁为180。在叶片21上靠近叶轮2中心的一侧为内侧，在叶片21上远离叶轮2中心的一侧为外侧，叶片21的高度从内往外逐渐降低，叶片21最高处的高度h₂为110-115，优选地h₂为112。叶片21最低处的高度h₃为78-82，优选地h₃为80。

研究发现，现有的除尘风机的叶片为直板形，这样的叶片不利于风的生成，气流容易在叶片的出风边处分离，导致现有的除尘风机流量低、功耗高且静压低。相比于传统的直板叶片，弧形叶片能够提供更高的静压。特别地，后弯式弧形叶片能够进一步减少气流在叶片的入风边和出风边处的流量损失，提高有效流量范围及风机效率。在蜗壳的最大直径一定的情况下，蜗壳的内腔厚度对风机的各项性能都有着较大的影响，本实施例所给定的内腔厚度为使用在离心除尘风机下静压较高的厚度范围。在蜗壳的内腔厚度一定的情况下，叶片的高度增高的话会提高容积流量和全压，但会降低风机效率和静压；而叶片的高度降低的话会是提高风机效率和静压，但会降低容积流量和全压，同时，入风边和出风边的高度也会同时影响容积流量、全压、风机效率和静压。经实验，本实施例所给定的叶片21的高度及渐变的尺寸参数能够使该高静压离心除尘风机的容积流量与现有技术的离心除尘风机基本一样，但静压大大提高。在选定了上述参数后，本实施例配套地对围板11的线形进行了改进，使气流对蜗壳1的冲击减少，运动更顺畅。并对叶片外周与蜗舌段116的径向距离进行了优化，这是因为蜗舌段与叶片外周的径向距离增加的话会降低风机内部流场的稳定性，但减少的话全压和风机效率会提高，不过噪声会升高，本实施例通过选定合适的叶片外周与蜗舌段116的径向距离来平衡上述问题，降低蜗壳1内部的气流相互冲击所造成的损失，在满足使用性能要求的情况下尽量减少噪声。

在本实施例中，以垂直于第一扩压段111的平面为出风平面141，第二扩压段117与出风平面141之间的夹角∠5为60-65度，优选地∠5为62度。蜗舌段116为圆弧状且半径R₅为17-20，优选地R₅为18。

在本实施例中，叶片外周的半径R₆为220-230，优选地R₆为225，多片叶片21的入风边211的最内端围成叶片内周，叶片内周的半径R₇为105-115，优选地R₇为110，叶片21在后盘23上的投影为圆弧状且半径R₈为325-335，优选地R₈为329。

在本实施中，叶片21的入口角∠6为153-158度，优选地为156度，叶片21的出口角∠7为44-46度，优选地为45度。

在本实施例中，叶片21的入风边211和出风边212均垂直于后盘23，叶片21的入风边211上远离后盘23的转角设置为半径R₉为17-18的倒圆角，优选地R₉为18。

在本实施例中，以经过叶轮2的中轴线的平面对叶轮2进行截取，在截面上前盘22与后盘23之间的夹角∠8为20度。

在本实施例中，进风口121设置有进风圈3，进风圈3包括连接部31和缩口部32，连接部31呈圆环状并与前板12连接，缩口部32连接在连接部31的内周并往蜗壳1内延伸，缩口部32的直径Φ从300逐渐缩小至252；以经过进风圈3的中轴线的平面对进风圈3进行截取，在截面上连接部31和缩口部32之间的夹角∠9为117度；缩口部32部分伸入前盘22的吸风口221内。

在本实施例中，叶片21的数量为12-16，优选地为14。

为了对本实施例进行验证，采用传统的型号为TB150-7.5的除尘风机作为对比例，叶轮2直径为450mm。同时，基于实施例一所提供的优选结构参数，并以叶轮2直径为450mm（也即叶片外周的半径R₆为225mm）制得一种高静压离心除尘风机，为实施例一。对对比例和实施例一进行性能测试，把测试结果换算成在大气压力为101325Pa，大气温度为20 ℃, 介质密度为1.2 kg/m³的测试条件，对比例得出如图10所示的性能曲线，实施例一得出如图11所示的性能曲线。

其中，对比例提供了叶轮功率（也即轴功率）在2.5-4.7kW的测试数据，而实施例提供了叶轮功率在3.7-5.2kW的测试数据。两组测试数据中存在叶轮功率在3.7-4.7kW的交集（也即在图10和图11中方框囊括的部分），可以在该区间内进行性能比较。

从性能曲线可看出，就对比例而言，整体的性能趋势是在叶轮功率提高的情况下，容积流量提高，全压和静压均下降；在叶轮功率为从3.7kW升至4.7kW的过程中，容积流量从约2550m³/h升至约3800m³/h，全压从约3500Pa降至约3000Pa，静压从约2570Pa降至约800Pa。就实施例一而言，整体的性能趋势也是在叶轮功率提高的情况下，容积流量提高，全压和静压均下降；在叶轮功率为从3.7kW升至4.7kW的过程中，容积流量从约2550m³/h升至约4000m³/h，稍好于对比例一，全压从约3500Pa降至约3000Pa，与对比例基本一致，但静压从约3400Pa降至约2800Pa，静压的绝对值明显优于对比例，而在下降趋势上降速也明显慢于对比例。就性能参数对比来看，实施例一相比于对比例，能够在不牺牲容积流量的情况下提高静压，具有高静压的优点。

此外，对于吸尘器而言，当静压低于1000Pa时吸力已经很小，实用性不高，因此在测试时当静压低于1000Pa是就没有继续加大叶轮功率的必要了，继续加大叶轮功率只能使容积流量更高，但静压继续降低，提供不了吸尘所需的吸力，这也是为什么在对比例的性能曲线中没有进行叶轮功率大于4.7kW的后续测试；因此，可以看出对比例的性能参数范围较小。而从实施例一与对比例的性能曲线对比可看出，实施例一的静压与全压之间的分离程度远小于对比例，实施例一的静压下降速度较慢，这就使得实施例一在容积流量达到约6800m³/h时静压才低于1000Pa（对比例在容积流量仅为约3700m³/h时静压就低于1000Pa），因此，实施例的性能参数范围更广，使用场景更宽。

综上可看出，实施例一的风机效率更高，且可供选择的工作范围更广，能使用在更多的使用场景。同时，基于对各结构参数的优化，虽然性能参数都得到了优化，但噪声并未明显提高。

实施例二，请参照图8和图9。

在本实施例中，除了叶片21在后盘23上的投影结构不同实施例一以外，其他同实施例一。

在本实施例中，叶片21在后盘23上的投影包括从内往外依次连接的叶片直线段213和叶片圆弧段214，叶片圆弧段214与叶片直线段213相切，叶片圆弧段214的半径R₁₀为叶片外周的半径R₆与叶片内周的半径R₇之差的1.4-1.5倍；叶片21的入口角∠6为153-158度，优选地∠6为156度，叶片21的出口角∠7为44-46度，优选地∠7为45度；在叶片21上靠近叶轮2中心的一侧为内侧，在叶片21上远离叶轮2中心的一侧为外侧，叶片21的入风边211向外倾斜且相对于后盘23的角度∠11为75-80度，叶片21的出风边212向内倾斜且相对于后盘23的角度∠12为43-47度。

在本实施例中，叶片21的投影结构包括叶片直线段213和叶片圆弧段214，配合特定范围的尺寸，该结构有别于传统叶片的纯直线段或者纯弧线段的结构，在软件模拟结果中可看到该结构能够减少流道内分离流的产生，极大地改善叶轮的尾迹-射流的产生，配合叶片21的出风边212向内倾斜的设置，倾斜设置的出风边212能够对射流进行抑制，使射流较传统的叶轮更为分散，减少射流与蜗舌段116的剧烈冲击；基于上述的结构能够起到降噪的目的，但对应地，由于射流相对分散了，性能参数会有所下降。

为了对本实施例进行验证，在实施例一的基础上，采用本实施例所提供的叶片21结构对叶轮2进行替换，制得一种高静压离心除尘风机，为实施例二。对实施例二进行性能测试，把测试结果换算成在大气压力为101325Pa，大气温度为20 ℃, 介质密度为1.2 kg/m³的测试条件，实施例二得出如图12所示的性能曲线。对比实施例一的性能曲线可看出，实施例二在容积流量、全压、静压和风机效率上都差于实施例一，但都明显优于对比例，而实施例二在A声级上较实施例一小5-10dB，这合适使用在对噪声要求比较高的使用场景，如家用吸尘器。

综上，本发明所提供的高静压离心除尘风机具有较高的静压，吸尘性能好。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高静压离心除尘风机，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，蜗壳包括围板和连接在围板的前后两侧的前板和后板，前板设置有进风口，围板的两端、部分前板和部分后板共同围成出风口，叶轮包括多片叶片和连接在多片叶片的前后两侧的前盘和后盘，前盘的中部设置有吸风口，其特征在于：

围板包括依次连接的第一扩压段、第一圆弧段、第二圆弧段、第三圆弧段、第四圆弧段、蜗舌段和第二扩压段；以叶轮的圆心为坐标原点O建立直角坐标系，第一扩压段位于第二象限且平行于X轴时，在无量纲计数下，第一圆弧段与第一扩压段相切，第一圆弧段的圆心O₁坐标为（-34，34），半径R₁为409，圆心角∠1为90-91度，第二圆弧段的圆心O₂坐标为（29，29），半径R₂为346，圆心角∠2为90-91度，第三圆弧段的圆心O₃坐标为（24，-24），半径R₃为294，圆心角∠3为90-91度，第四圆弧段的圆心O₄坐标为（-21，-21），半径R₄为249，圆心角∠4为31-32度；

前板与后板之间的距离h₁为170-190，在叶片上靠近叶轮中心的一侧为内侧，在叶片上远离叶轮中心的一侧为外侧，叶片的高度从内往外逐渐降低，叶片最高处的高度h₂为110-115，叶片最低处的高度h₃为78-82；

叶片为后弯式，多片叶片的出风边的最外端围成叶片外周，叶片外周与蜗舌段的径向距离d为30-34，叶片数量为12-16。

2.根据权利要求1所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：以垂直于第一扩压段的平面为出风平面，第二扩压段与出风平面之间的夹角∠5为60-65度。

3.根据权利要求1所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：蜗舌段为圆弧状且半径R₅为17-20。

4.根据权利要求1所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：叶片外周的半径R₆为220-230，多片叶片的入风边的最内端围成叶片内周，叶片内周的半径R₇为105-115，叶片在后盘上的投影为圆弧状且半径R₈为325-335；

叶片的入口角∠6为153-158度，叶片的出口角∠7为44-46度。

5.根据权利要求4所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：叶片的入风边和出风边均垂直于后盘，叶片的入风边上远离后盘的转角设置为半径R₉为17-18的倒圆角。

6.根据权利要求1所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：以经过叶轮的中轴线的平面对叶轮进行截取，在截面上前盘与后盘之间的夹角∠8为20度。

7.根据权利要求6所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：进风口设置有进风圈，进风圈包括连接部和缩口部，连接部呈圆环状并与前板连接，缩口部连接在连接部的内周并往蜗壳内延伸，缩口部的直径Φ从300逐渐缩小至252；

以经过进风圈的中轴线的平面对进风圈进行截取，在截面上连接部和缩口部之间的夹角∠9为117度；

缩口部部分伸入前盘的吸风口内。

8.根据权利要求1所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：叶片外周的半径R₆为220-230，多片叶片的入风边的最内端围成叶片内周，叶片内周的半径R₇为105-115，叶片在后盘上的投影包括从内往外依次连接的叶片直线段和叶片圆弧段，叶片圆弧段与叶片直线段相切，叶片圆弧段的半径R₁₀为叶片外周的半径R₆与叶片内周的半径R₇之差的1.4-1.5倍；

叶片的入口角∠6为153-158度，叶片的出口角∠7为44-46度。

9.根据权利要求8所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：在叶片上靠近叶轮中心的一侧为内侧，在叶片上远离叶轮中心的一侧为外侧，叶片的入风边向外倾斜且相对于后盘的角度∠11为75-80度，叶片的出风边向内倾斜且相对于后盘的角度∠12为43-47度。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的高静压离心除尘风机，其特征在于：前板与后板之间的距离h₁为180，叶片最高处的高度h₂为112，叶片最低处的高度h₃为80，叶片外周与蜗舌段的径向距离d为32，叶片数量为14。

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