CN205638972U - 微小型高效出口流场无畸变离心风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微小型高效出口流场无畸变离心风机，这种微小型高效出口流场无畸变离心风机包括叶片（1）、轮盘（2）、蜗壳（3）、电机（4）、蜗壳畸变矫正延长段（5）、流动掺混段（6）、弧形导流板（7）；叶片（1）均匀地固定在轮盘（2）的周向上，在电机（4）的带动下旋转，将外界空气吸入到叶轮内。气体受离心力作用在蜗壳（3）内流动，通过蜗壳畸变矫正延长段（5），在流动掺混段（6）内，空气进行适当的掺混，然后在弧形导流板（7）的引导下流出风机。本实用新型的有益效果：消除了微小型离心风机出口速度的不均性,为散热器工作提供更高效的环境，在保证流量和效率的前提下，减小了风机的厚度，有利于贴体或近体的应用场合。

Description

微小型高效出口流场无畸变离心风机

技术领域

本实用新型涉及通风、散热及制冷领域，尤其涉及的是一种微型温度控制通风***。

背景技术

图2为常规离心风机简图，离心风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速改变流向，使动能转换为势能(压力)。在单级离心风机中，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器。在扩压器中，气体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。离心风机装置应用于散热制冷领域已经很多，相关技术与专利文献表明，对于离心风机出口流动畸变还没有很好的解决方案。

现有离心风机存在的缺点如下：

1.风机内气流速度在出口截面存在畸变；

2.三维叶型过于简单，存在流动损失；

3.离心风机多用于服务器、空调座椅等空间狭小的电子设备中，普通离心风机的厚度较大，所占空间较多。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种微小型高效出口流场无畸变离心风机。

本实用新型的技术方案如下：

一种微小型高效出口流场无畸变离心风机，包括蜗壳、位于蜗壳中心的电机、安装在电机输出轴的轮盘、沿周向均匀分布在轮盘上的叶片；其特征在于：

上述叶片为斜切叶片，所述斜切叶片是指叶片的叶顶前缘被斜切，叶顶切除叶片总长度的1/4～1，叶片前缘切除叶片总高度的1/8～1/2；

上述蜗壳出口通过相切平滑过渡方式连接蜗壳畸变矫正延长段；蜗壳畸变矫正延长段通过相切平滑过渡方式连接流动掺混段，蜗壳畸变矫正延长段出口截面与蜗壳出口截面所呈角度为75-85°，流动掺混段与蜗壳出口截面所呈角度为100-110°；

上述流动掺混段的出口均匀布置有2-3个弧形导流板；所述弧形导流板的弧度与所述流动掺混段对应位置的外侧壁面弧度保持一致；定义弧形导流板前端及后端：按照气流流动方向定义，气流先经过的端面为前端，后经过的端面为后端；上述弧形导流板沿对应位置的外侧壁面弧度方向均匀分布后，位于最内侧的弧形导流板保持后端位置不变，前端再向内侧偏转10-14°。

所述的微小型高效出口流场无畸变离心风机的运行原理与普通风机类似，在电机的带动下，轮盘与分布在其上的叶片一同高速旋转，在叶片与轮盘中部的空间中形成低气压，离心风机外部的气压较高，因此空气被压入轮盘中部的空间并受到向心力的作用一同旋转，经过叶片进入蜗壳，在旋转的作用下获得速度达到通风的目的。

所述的斜切叶片，在叶片没有斜切的蜗壳内，静压在蜗壳与延长段连接的位置处有大面积的低压区，有大量气流绕过这片区域流向出口，只有少部分流体流经此处，使这片区域的压力梯度不均匀容易形成涡流，降低出口的静压。叶片被斜切后，由于叶道长度变短了，气流所受的摩擦损失下降，使得气流获得的较高的静压能在叶道中维持一段距离，安装斜切叶片的离心风机高压区域更大，因此斜切叶片提高了离心风机的静压，改善了离心风机的性能。

所述的畸变矫正延长段和流动掺混段，主要的作用是仅有蜗壳畸变矫正延长段的蜗壳虽然对外侧气流的畸变改善起到了一定的作用，但是对于内侧流体来说，依然比外侧大很多，这一段蜗壳型线的添加，改变了其出口的方向，因此流体在这段型线蜗壳内将会进行一定程度的掺混，减小速度梯度，达到均匀速度大小的目的；另外，流动掺混段改变了流体流出离心风机的方向，没有出现流动拥挤的现象，所以出口方向的选取有利于流线均匀性的实现。流体在进入新添加的型线蜗壳内之后，靠近蜗壳外侧的流体和靠 近蜗舌侧的流体之间相互挤压，原本能量较高的内侧流体将能量传递给外侧能量较低的流体，内侧流体速度降低，外侧流体速度上升，实现了速度大小的均匀性。同时，流线由于流道从原来出口端的转弯流动变为沿直线流动，流动受蜗壳形状的影响趋于稳定，所以流线之间相互挤压的现象也消失了，实现了流体速度方向的均匀性。

所述的弧形导流板，设置在内流场中具有引导流体流动的功能。流体流经导流板时，受到导流板形状的作用强迫流动，导流板的设置在符合流场内部流体流动规律的前提下，可以增强内部流动的稳定性，不符合流场内部流动规律时会打破流动的稳定性，起到扰流的作用。外侧导流板弧线的形状与外壳比较接近，弧线形状与流线的方向基本保持一致，因此与外壳保持相同的偏转方向对流动不会造成太大的影响；内侧导流板的位置则需要按照流动状态来确定的。弧形导流板前端速度增大，后端速度减小，使各部分流体之间的状态参数更加均匀。

本实用新型的有益效果：

1.设计了新型的风机蜗壳，并在风机蜗壳内设置导流板，改变流动出口的方向并到达消除流体在风机出口处产生的速度畸变，为散热器工作提供更高效的环境；

2.将叶片进行了切削处理，使其叶型在流场内更符合流体流动的规律，相较于原风机，流量提高了2％，极大减小流动损失；

3.对风机的型线和叶片进行了三维设计，在保证流量和效率的前提下，减小了风机的厚度，使其能够在更为广泛地领域使用，有利于贴体或近体的应用场合。

所述的叶片叶顶前缘被斜切，从叶顶尾端开始向下朝叶片前缘，切至叶片前缘的1/8能使这种效果达到最优。

所述的蜗壳畸变矫正延长段出口截面与蜗壳出口截面所呈角度为80°，流动掺混段与蜗壳出口截面所呈角度为105°能使这种效果达到最优。

附图说明

图1为本实用新型微小型高效出口流场无畸变离心风机示意图；

图2为常规离心风机示意图；

图3斜切形式一叶片示意图；

图4斜切形式二叶片示意图；

图5斜切形式三叶片示意图；

图6普通离心风机出口速度分布图；

图7微小型高效出口流场无畸变离心风机出口截面速度分布；

图8出口流场无畸变离心风机回转面；

图9导流板设置位置无偏转时的流线图；

图10导流板设置位置偏转14°时的流线图；

图11三种斜切叶片主要参数计算结果对比图；

图中标号名称：1.叶片；2.轮盘；3.蜗壳；4.电机；5.蜗壳畸变矫正延长段；6.流动掺混段；7弧形导流板。

具体实施方式

主体方案：

一种微小型高效出口流场无畸变离心风机，包括蜗壳3、位于蜗壳3中心的电机4、安装在电机4输出轴的轮盘2、沿周向均匀分布在轮盘2上的叶片1；其特征在于：

上述叶片1为斜切叶片，所述斜切叶片是指叶片的叶顶前缘被斜切，叶顶切除叶片总长度的1/4～1，叶片前缘切除叶片总高度的1/8～1/2；

上述蜗壳3出口通过相切平滑过渡方式连接蜗壳畸变矫正延长段5；蜗壳畸变矫正延长段5通过相切平滑过渡方式连接流动掺混段6，蜗壳畸变矫正延长段5出口截面与蜗壳3出口截面所呈角度为75-85°，流动掺混段6与蜗壳3出口截面所呈角度为100-110°；

上述流动掺混段6的出口均匀布置有2-3个弧形导流板7；所述弧形导流板7的弧度与所述流动掺混段6对应位置的外侧壁面弧度保持一致；定义弧形导流板7前端及后端：按照气流流动方向定义，气流先经过的端面为前端，后经过的端面为后端；上述弧形导流板7沿对应位置的外侧壁面弧度方向均匀分布后，位于最内侧的弧形导流板保持后端位置不变，前端再向内侧偏转10-14°。

优选方案一：

主体方案所述的微小型高效出口流场无畸变离心风机，其中叶片1叶顶前缘被斜切，从叶顶尾端开始向下朝叶片前缘，切至叶片前缘的1/8。

优选方案二：

主体方案所述的微小型高效出口流场无畸变离心风机，其蜗壳畸变矫正延长段5出口截面与蜗壳3出口截面所呈角度为80°，流动掺混段6与蜗壳3出口截面所呈角度为105°。

实施例1

参考图1，微小型高效出口流场无畸变离心风机包括叶片1、轮盘2、蜗壳3、电机4、蜗壳畸变矫正延长段5、流动掺混段6、弧形导流板7；叶片1均匀地固定在轮盘2的周向上，在电机4的带动下旋转，将外界空气吸入到叶轮内。气体受离心力作用在蜗壳3内流动，通过蜗壳畸变矫正延长段5，在流动掺混段6内，空气进行适当的掺混，均匀速度流场，然后在弧形导流板7的引导下流出风机。

在离心风机中，叶片进口边与轴平行，但进口气流速度沿叶高方向是不均匀的，对叶片进行适当的切削处理可以有效改善这种不均匀性对叶片效率的影响。对于离心风机来说，由于其主要的流动影响来自于进口气流产生的堆积，因此切削主要集中在叶片前缘。针对上述“主体方案”，对于外径为90mm，内径为70mm，开度40mm，宽度20mm，转速6000r/min的离心风机，在斜切量相同的情况下，进行了三种斜切形式的验证计算。计算结果表明，在叶顶切除叶片总长度的1/4～1，叶片前缘切除叶片总高度的1/8～1/2范围内，斜切叶片的流量都高于原来未斜切的叶片，其中斜切形式一对提高风机流量有较好的效果，符合上述“优选方案一”所述的内容。叶片斜切减少了进口气流的偏斜程度，使得进口冲击损失减少，并由此降低过流通道前端进口处沿程摩擦损失和叶道进口阻塞，同时进口过流断面上气流速度梯度分布均匀，并且气流速度在转弯过程中适应从叶片顶端到底部的快速变化，并由此可以降低叶道弯曲形成的分离损失，在一定程度上也减少了叶轮顶端出口涡流及二次流。

在流道掺混段的出口端，靠近蜗壳外侧的流体和靠近蜗舌侧的流体之间相互挤压，原本能量较高的内侧流体将能量传递给外侧能量较低的流体，内侧流体速度降低，外侧 流体速度上升，靠近蜗壳外侧的流体和靠近蜗舌侧的流体速度大小都均匀为中间主流区的速度大小，实现了速度大小的均匀性。

当流动掺混段所处位置小于100°时，出口速度的畸变与上述“主体方案”所述的流动掺混段6存在一定的差异，为了更好地说明速度畸变矫正的结果，本文定义了畸变方差(distortion variance)的概念，用来衡量速度畸变的程度：

$D=\frac{1}{n}\[{(V_1-\stackrel{\‾}{V})}^2+{(V_2-\stackrel{\‾}{V})}^2+...+{(V_n-\stackrel{\‾}{V})}^2\]$

$\stackrel{\‾}{V}=\frac{1}{n}(V_1+V_2+...+V_n)$

式中：D_v表示畸变方差(Distortion Variance)，

表示截面处根据各点求出的平均速度，

V₁，V₂，…，V_n表示截面处所取的各点处的速度。

根据公式可知，畸变方差越大表明畸变越强，均匀性越不好。分别计算了两种不同的流动掺混段位置的出口速度畸变方差，D₁表示在上述“主体方案”所规定的流动掺混段6范围，D₂表示不在上述“主体方案”所规定的流动掺混段6范围。

${\stackrel{\‾}{V}}_1=\frac{1}{35}(15.36+16.35+...+16.62)=17.86m/s$

$D_1=\frac{1}{35}\[{(15.36-17.86)}^2+{(16.35-17.86)}^2+...+{(16.62-17.86)}^2\]=1.142$

${\stackrel{\‾}{V}}_2=\frac{1}{35}(18.93+21.43+...+18.49)=24.94m/s$

${\stackrel{\‾}{D}}_2=\frac{1}{35}\[{(18.93-24.94)}^2+{(21.43-24.94)}^2+...+{(18.49-24.94)}^2\]=6.845$

计算结果表明了在100-110°范围内出口速度畸变得到了很好的矫正，而小于这个范围时，出口速度畸变的矫正效果未达到理想状况。

弧形导流板7的设置是根据内部流动的情况而确定的。导流板的数目不宜太多，过多的导流板会造成导流板之间的流道过于狭小，引起速度梯度和压力梯度的突然，出现 旋涡和回流等不利于流动的状况，因此一般弧形导流板7的个数在2-3个左右。对于靠近外侧的弧形导流板7来说，由于其弧线的形状与外壳比较接近，弧线形状与流线的方向基本保持一致，因此与外壳保持相同的偏转方向对流动不会造成太大的影响。对于靠近内侧的弧形导流板7来说，因为远离外壳的外侧，流体的流动轨迹受自身速度和外侧流体的影响有一些改变，保持相同的偏转方向就会对本身比较稳定的流场产生扰动，产生不必要的旋涡和回流，如图7所示。因此根据实际流线的轨迹，确定了内侧弧形导流板7向内侧偏转的角度为10-14°。

Claims (3)

1.一种微小型高效出口流场无畸变离心风机，包括蜗壳（3）、位于蜗壳（3）中心的电机（4）、安装在电机（4）输出轴的轮盘（2）、沿周向均匀分布在轮盘（2）上的叶片（1）；其特征在于：

上述叶片（1）为斜切叶片，所述斜切叶片是指叶片的叶顶前缘被斜切，叶顶切除叶片总长度的1/4～1，叶片前缘切除叶片总高度的1/8～1/2；

上述蜗壳（3）出口通过相切平滑过渡方式连接蜗壳畸变矫正延长段（5）；蜗壳畸变矫正延长段（5）通过相切平滑过渡方式连接流动掺混段（6），蜗壳畸变矫正延长段（5）出口截面与蜗壳（3）出口截面所呈角度为75-85°，流动掺混段（6）与蜗壳（3）出口截面所呈角度为100-110°；

上述流动掺混段（6）的出口均匀布置有2-3个弧形导流板（7）；所述弧形导流板（7）的弧度与所述流动掺混段（6）对应位置的外侧壁面弧度保持一致；定义弧形导流板（7）前端及后端：按照气流流动方向定义，气流先经过的端面为前端，后经过的端面为后端；上述弧形导流板（7）沿对应位置的外侧壁面弧度方向均匀分布后，位于最内侧的弧形导流板保持后端位置不变，前端再向内侧偏转10-14°。

2.根据权利要求1所述的微小型高效出口流场无畸变离心风机，其特征在于：叶片（1）叶顶前缘被斜切，从叶顶尾端开始向下朝叶片前缘，切至叶片前缘的1/8。

3.根据权利要求1所述的微小型高效出口流场无畸变离心风机，其特征在于：所述的蜗壳畸变矫正延长段（5）出口截面与蜗壳（3）出口截面所呈角度为80°，流动掺混段（6）与蜗壳（3）出口截面所呈角度为105°。