離心葉輪的製作方法

2023-09-20 05:05:10 2

專利名稱：離心葉輪的製作方法
離心葉輪
本發明涉及一種旋轉葉輪，其應用於諸如風機、鼓風機、推進器、泵和 壓縮機之類的用於移動和/或壓縮氣體、液體或其它流動物質的流體動力機 械裝置，且尤其涉及通過這類裝置生產的低噪音級產品。大多數這類機械裝 置屬於兩種主要類型之一，即軸流風機，其中經過葉輪的液流總流向與其轉 軸大致平行，以及離心機，其中經過葉輪的液流總流向大致與其轉軸成徑向。 本發明是針對後一類的。
葉輪是這類機械裝置的主要噪聲源，來自葉輪的噪聲是由流體連續從單 獨葉片的液流重複流出(窄頻噪聲(tonalnoise))以及流^本在葉片上的渦 流通道(寬頻噪聲)引起的。除了現行規定對低噪聲機械裝置的要求，市場 也有對低噪聲機械裝置的明確需求。比如，對於其中的噪聲主要來源於氣動 源的真空吸塵器、電吹風、抽油煙機、空調機以及其它家用電器來說，低噪 聲級被用作積極賣點。同樣，緊湊電子設備，特別是電腦需要比較安靜的冷 卻風扇，市場上已經存在低噪聲級的替換風扇和噪聲吸收套件。另外，市場 上還存在用於水陸兩棲車輛(air and water vehicles)的低噪聲推進裝置。根 據本發明的葉輪在市場上可有各種應用，或者更普遍地應用在離心機中，其 中都期望實現低噪聲運轉。
在傳統葉片式葉輪中各單獨葉片壓縮大量流體，這促進了經過機械裝置 的總流。存在於葉輪附近的靜態部件(static parts),如離心構造中的機殼 出口埠，引起了加壓工作流體的紊亂，並且由於流體本身或者來自機體的 噪聲，產生的壓力波很明顯。由這種方式產生的噪聲頻率稱為葉片通過頻率 (blade passing frequency)，其取決於葉4侖中的葉片數目以及在葉專&出口處的主 要靜態部件的數目。預計本發明使用多單元結構形式替換傳統的葉片式葉輪，其中葉輪包括 相對於葉輪轉軸布置在周向及縱向陣列中的多個單獨徑流通道。這顯箸增加 了相當於穿過靜態部件的"葉片"數量，並且相應地增加了產生的窄頻噪聲的 頻率。在給定的輸出流量下，更高頻率具有更低能量，因此產生的噪聲的總 振幅將減小。
US2004/0184914中揭示並以示意性方式闡述了具有上述構造(以下稱為 "所述類型的葉輪")的離心葉輪。然而，本發明試圖為所述類型葉輪提供增 強的流體動力性能。在這方面，動力有效傳遞到旋轉葉輪中的流體需要增加 沿流道長度的有效流通面積。在US2004/0184814中的離心葉輪中，通過通 道的周向寬度隨著轉軸的徑向距離的增加而增加，各通道的有效流通面積可 以獲得一定增加。然而，就本發明一方面而言，有效流通面積通過配置流道 獲得進一步地增加，從而提供與圓周方向正交的尺寸的增加。
就一方面而言，本發明相應地在於所述類型的葉輪，其中至少多個所述 通道被配置為從各自通道入口延伸至各自在縱向上從各自入口偏移的通道
同樣被配置為它們的入口共同限定圍繞轉軸的盤狀的入口陣列，其陣列的半 徑隨著在葉輪的縱向上從主入口到葉輪在其一端的距離的增加而減小。
根據本發明，葉輪中的流道陣列優選為沿葉輪設置的這種通道的連續周
移。此周向偏移減少了在任何情況下通過靜態部件的通道數目，並進一步打 亂流體流動，其減小了離散音的產生並將噪聲分布在更寬的頻率範圍內。
在本發明的一個優選實施例中，流道以格狀在一起，橫截面形狀都基於 六邊形(或對葉輪各末端的通道行而言為斜截六邊形)。這就為流體流動4是 供了具有髙面積效率的固有牢固結構形式，允許鄰接行中的通道自然偏移， 為工作流體提供"平坦"的徑向面，並且比圓形或橢圓通道在結構重量和流通
5面積方面更有效率。然而，這並不是本發明的必要特徵，如果需要，可以採 用其它截面形式。例如，基於四邊形的通道形式將憑藉給定的管壁厚度的一 定結構強度提供稍高的面積效率，並因此可以更適於低負載應用。
在各周向行的流道的數目優選為相同，並且優選為素數，從而減少在噪 聲頻語中的葉片通過頻率的諧波形成。
現在參照附圖，以舉例的方式詳細描述本發明的這些及其它特徵，其中


圖1是根據本發明的離心風機葉輪的優選實施例的示意圖； 圖2是經過圖1的葉輪的軸斷面；
圖3是示出了在圖1和圖2的葉輪中的流道的"軸向厚度"增大的簡化示 意圖；以及
圖4示出了常規真空吸塵器在裝配其原來的葉輪和裝配根據本發明的 葉輪時所測量的對比噪聲頻譜。
參照圖1和圖2,所示的葉4侖用於離心風扇或離心鼓風機，比如，可以 裝入真空吸塵器、電吹風或者其它類似應用。該葉輪包括大致為環形的結構， 其由具有中心孔2的圓盤1限定於軸向末端處，該中心孔構成至裝置的主進 氣口，並且該環形結構由圓盤3封閉在另一端，該圓盤以流線體4的形式向 內延伸，該流線體適用於安裝在相關馬達(未示出)的心軸上，用以旋轉使 用中的葉輪。許多徑向氣流通道5延伸通過葉輪，當葉輪轉動時，這些氣流 通道引導氣流通過孔2流入並沿通道5進入相聯的傳統蝸形機殼(未示出) 中，氣流根據需要從那裡導出。
更具體來說，在列舉的實施例中，共有44條通道5設置在4個周向行 的陣列中，各行包括11個沿葉輪設置的通道。單獨通道具有大致六邊形的 橫截面，末端行被斜截成由圓盤2和圓盤3限定的5面，並且如圖所示結合 成格狀，以便各行中的通道中心在周向上從(多個)鄰接行偏移半個通道寬度。
此外，通道5的中心線不是每個都處於單個徑向平面中，而是，尤其如
圖2所示，通道在葉輪遠離入口端的縱向上凹入，因此它們各自的出口中心
在該方向上從各自入口中心偏移。通過這種方法，可用於流過各通道的橫截 面積的有效增大能沿通道長度方向實現，其大於並超過隨著通道從葉輪軸向 外延伸的通道周向增寬而自然出現的增大值，從而有助於當空氣流經通道時
對其進行減速和壓縮。這種通道幾何特徵可以通過圖3的簡化表4正更好地理 解，可以看出，各通道5在平行於葉輪轉軸的方向上的尺寸，即圖3中典型 的通道入口和出口處以尺寸a和b為例的"軸向厚度"沿各通道長度方向增加。
同樣如圖1和2所示，通道5的入口端凹入主入口 2，在各周向4亍中通 道入口環的半徑沿遠離主入口 2方向逐行減小，因此通道入口共同限定圍繞 主體4的盤狀陣列。結合輪廓中心體4，這種幾何結構有助於使得氣流從進 入入口 2的軸向方向到穿過通道5的徑向方向的過渡變得流暢，而保持期望 的流通面積比不變。在極限情況下，各通道可以凹陷使得它們各自的入口位 於孔2的平面內，從而形成在入口端充當軸流式葉孝侖並進一步沿通道過渡到 離心葉輪的混合式裝置。
通道5在圓周方向上還具有曲率分量，用以改進空氣壓縮。
圖4是由實線表示從傳統的真空吸塵器獲得的噪聲頻譜曲線圖，此時真 空吸塵器安裝有原來的離心葉輪(具有七個葉片和90mm直徑的常規設計)， 以及由虛線表示從同樣的電器設備獲得的噪聲頻譜曲線，而此時葉輪被替換 為基本按照圖1和圖2所示的設計、具有相同直徑的葉輪。在每種情況下， 通過位於真空吸塵器上面lm、前面lm的聲級計對運行中並位於地板上的 真空吸塵器進行測量。通過比較結果可以發現，根據本發明的葉輪消除了常 規頻譜中的許多分立峰，實現了實際上嚢括了人類耳朵最為敏感的所有頻率範圍的振幅的減小。
儘管旋轉葉輪的優選實施例在上文中已經闡述，並通過附圖加以闡明， 但本領域的普通技術人員將理解，在不脫離本發明範圍的情況下可對所闡述 的設計作出許多變動，例如流道的數量、尺寸和流體動力形式，以滿足具體 需求和應用。
權利要求
1. 一種離心葉輪，包括相對於葉輪的轉軸設置在周向和縱向陣列中的多個單獨徑流通道，其中至少多個所述通道被配置為從各自通道入口延伸到在葉輪的縱向上從各自入口偏移的各自通道出口，並且包括在平行於葉輪的轉軸方向上各自通道的內部尺寸的增加。
2. 根據權利要求l所述的葉輪，其中流道被配置為它們的入口共同限定 圍繞轉軸的盤狀入口陣列，其陣列的半徑隨著在葉輪的縱向上從主入口到葉 輪在其一端的距離的增加而減小。
3. 根據權利要求2所述的葉輪，還包括在所述盤狀入口陣列內圍繞轉軸 定位的輪廓體，該輪廓體的半徑隨著在葉輪的縱向上與所述主入口的距離的 增力o而增加。
4. 根據權利要求l所述的葉輪，其中該流道被配置為它們的入口共同限 定處於相對於轉軸的一大致徑向平面中的入口陣列。
5. 根據前述權利要求任一項所述的葉輪，其中，至少多個所述流道具 有大致六邊形的橫截面。
6. 根據權利要求1至4中的任一項所述的葉輪，其中，至少多個所述流道 具有大致四邊形的橫截面。
7. 根據前述權利要求任一項所述的葉輪，其中流道陣列是為沿葉輪設 置的這種通道的連續周向行的形式，在每個這種行中的通道在周向上從鄰接 的這種行中的通道偏移。
8. 根據附加到權利要求5的權利要求7所述的葉輪，其中，存在至少三個 這種行以及不在陣列的縱向末端處的至少那個或那些行中的流道具有大致 六邊形的4黃截面。
9. 根據前述權利要求任一項所述的葉輪，其中流道陣列是為沿葉輪設置的這種通道的連續周向行的形式，在每個這種行中具有相同的通道數目。
10. 根據權利要求9所述的葉輪，其中所述通道數目是素數。
11. 一種流體動力裝置，其結合有根據前述權利要求任一項所述的葉輪。
全文摘要
一種低噪聲離心風機葉輪，其具有包括多個相對於轉軸布置在周向或縱向陣列中的單獨徑流通道(5)的多單元形式構造。與常規葉輪相比這增加了「葉片通過頻率」，由於在給定的輸出流量下，較高的頻率具有較低的能量，因此能降低產生的噪聲總振幅。各個通道(5)從各自通道入口延伸到各自在葉輪的縱向上從各自入口偏移的通道出口，且平行於葉輪轉軸方向上各個通道的內部尺寸增加，從而當輸送的空氣或其它介質流經通道時有助於對其進行減速和壓縮。
文檔編號F04D29/28GK101484707SQ200780024733
公開日2009年7月15日 申請日期2007年4月26日 優先權日2006年6月30日
發明者J·W·泰勒 申請人:秦內蒂克有限公司