離心式加壓葉輪結構的製作方法
2023-05-30 21:29:56 1
專利名稱：離心式加壓葉輪結構的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種離心式加壓葉輪結構，特別是關於一種運用在離心式旋轉加壓機械裝置中的低噪音離心式加壓葉輪結構。
背景技術：
對於例如離心式壓縮機或離心式風機等現有離心式旋轉加壓機械裝置，它是藉由該機械裝置的離心式葉輪結構的高速旋轉，對所吸入的流體(例如冷媒、空氣、水等)作功，達到加壓與輸送流體的功能，進而獲得所需的壓力與吐出流量，發揮設計的功效。
圖1是現有離心式旋轉加壓機械裝置通常的結構，該加壓機械裝置1包括一流體吸入口11、離心葉輪12、擴壓器組合13(Diffuser)、渦殼14(Volute Casing)與葉輪軸15等組件，操作時一加壓流體由該流體吸入口11進入該加壓機械裝置1中，並驅動該葉輪軸15帶動該離心葉輪12快速旋轉，提升該流體的動能，加速後的流體可經該擴壓器13與渦殼14的減速暨擴壓作用，使其動能轉換成壓力能，進而使該加壓狀態的流體從該加壓機械裝置1的出口吐出。
對於此類機械裝置1，該高速流動的流體及高速旋轉的葉片因壓力的變動，使該旋轉加壓機械裝置在運轉時出現較大的噪音，通常此一噪音成份中包括過高的單調(頻)噪音存在，這是影響使用者聽覺感受的重要噪音因素。因上述離心葉輪12是如圖2A和圖2B所示，在其葉輪本體122上設置有多個葉片121，該多個葉片121是圍繞該離心葉輪本體122的外周圍，且葉片的分布是以相對於本體軸孔123(供葉輪軸15穿設)軸向上以等角度A1、呈點對稱般的結構形態分布；因此，當流體由入口處經流道(Passage)流至該葉輪12的出口處時，由於此過程屬於複雜的三元流動，加上葉輪12旋轉效應與葉片122幾何影響，使得該出口處的流體在圓周外圍的壓力與速度產生極大變化，再流經到該擴壓器13或渦殼14時，會產生因周期性壓力與速度脈衝所產生的噪音，此一噪音頻譜表現約略呈分布於離心葉輪的葉片通過頻率(葉輪轉速與葉片數目的乘積)的主頻及其倍頻上，如圖3的噪音頻譜圖所示，通常葉輪的葉片通過頻率處存在著相當大的單一噪音能量，這是常用離心式葉輪及其加壓機械裝置操作時通常伴隨過高噪音的重要因素。
該加壓機械產生的噪音，主要是由寬帶噪音與離散單調噪音(Discrete Tones Noise)所組成，該寬帶噪音是因紊流邊界層的剝離引起的壓力脈衝所造成，該離散單調噪音則是該角度排列的葉片周期性振動所造成，它與葉片轉動的葉片通過頻率(Blade Passing Frequency)有關(葉片數量與轉速的乘積)。
因此，現有技術是藉由分別降低該寬帶噪音與離散單調噪音的方式，解決此類加壓機械裝置的噪音問題。例如通過改變流力元件的流力設計，以獲得較佳的流場設計與機組效率，減少寬帶噪音的產生；此一方式在實際設計上有很多困難，因為對需要大範圍運轉調控的加壓機械裝置，要獲得廣域且高效率操作的參數組合併不容易，形成了設計上的瓶頸。
目前也有用其它方法來降低離散單調噪音，例如圖4所示的美國專利第3,635,579號案，即是在其渦輪殼外另加設一隔音殼體20，以降低該離心式旋轉加壓機械裝置葉輪運轉的噪音，此一方式具有結構複雜與成本高的缺點，難以大規模推廣。
如圖5所示的美國專利第4,411,592號案，它是在葉輪出口與擴壓器的直璧流道上額外設置一多孔質的吸音材料25(Absorber Materiel)，達到降低噪音的效果，或如美國專利第4,504,188號案與第5,249,919號案，也均有類似的設計；此類設計雖然可降低流體噪音，但卻增加了流道阻抗，並降低運轉效率，也難解決實際的問題。
因此，如何設計一種離心式加壓葉輪結構，運用在現有離心式旋轉加壓機械裝置，進而解決運轉噪音的問題，同時還兼顧設計成本與流道阻抗等要求，確成為此研發領域迫切待解的課題。
發明內容
為解決上述現有技術的問題，本發明的主要目的在於提供一種可降低運轉噪音的離心式加壓葉輪結構。
本發明的再一目的在於提供一種可降低單調噪音的聲壓級別的離心式加壓葉輪結構。
本發明的另一目的在於提供一種可兼顧結構設計成本的離心式加壓葉輪結構。
本發明的又一目的在於提供一種可提高旋轉平衡性的離心式加壓葉輪結構。
為達上述及其它目的，本發明提出的離心式加壓葉輪結構用於一離心式旋轉加壓裝置，該離心式加壓葉輪結構包括本體，該本體略呈圓錐弧形、且中央處具有一軸孔；以及多組葉片組，繞該軸孔而等分，並依序配置在該輪軸周圍，且每一葉片組均具有多個葉片，其中，每一葉片組內的相鄰葉片均是間隔不同的角度，且不同葉片組內的葉片數量與對應間隔角度均相同。
本發明還涉及一種離心式加壓葉輪結構，用於一離心式旋轉加壓裝置，該離心式加壓葉輪結構包括本體，該本體中央具有一軸孔；多個葉片，繞該軸孔依序配置在該輪軸周圍，且相鄰葉片均是間隔不同的角度；以及重心調整單元，設置在該本體上，調配該離心式加壓葉輪結構的重心，使其位於該葉輪的旋轉軸心線上。
因此，本發明的離心式加壓葉輪結構在於該輪軸周圍的葉片位置與間隔設計，將該本體等分成多等份，並配置對應的多組葉片組，且每一葉片組中相鄰的葉片間隔角度均不同，同時，使不同葉片組內的葉片數量與對應間隔角度相同。
上述每一葉片組內的相鄰葉片均間隔不同的角度，可設計成相鄰葉片間的間隔角度分別相差一固定的增幅角。
此外，上述重心調整單元可以是一重量塊，它是設置在該本體的邊緣，且位於該本體上未設有葉片的表面。
因此，本發明的離心式加壓葉輪結構是具有規律性周期變化、不等間距葉片的葉輪結構，可將高速旋轉葉輪產生的葉片離散單調噪音的集中能量有效分散，散布分配於該葉片通過頻率的邊帶頻率(Sideband Frequency)與其它諧波頻率的側頻(Harmonic Frequency)上，進而降低離散單調噪音的聲壓級別(Sound Pressure Level)，並減少離心式旋轉加壓機械裝置的運轉噪音，同時本發明具有結構簡單、成本低的特點，提高了裝置旋轉的平衡性，解決現有結構性的問題。
圖1是現有離心式旋轉加壓機械裝置的剖視圖；圖2A及圖2 B是圖1所示的加壓機械裝置離心式加壓葉輪的結構示意圖；圖3是圖1所示的加壓機械裝置的噪音頻譜圖；圖4是美國第3,635,579號專利案所示的離心式旋轉加壓機械裝置剖視圖；圖5是美國第4,411,592號專利案所示的離心式旋轉加壓機械裝置剖視圖；圖6A及圖6B是本發明離心式加壓葉輪結構實施例的示意圖；圖7是運用圖6A及圖6B所示的加壓機械裝置的噪音頻譜圖；圖8是本發明離心式加壓葉輪結構實施例2的示意圖；圖9是本發明離心式加壓葉輪結構實施例3的示意圖；以及圖10A及圖10B是本發明離心式加壓葉輪結構實施例4的示意圖。
具體實施例方式
實施例1本發明提出的離心式加壓葉輪結構30，是運用在上述現有離心式旋轉加壓裝置上，該葉輪結構是如圖6A和圖6B所示，該葉輪結構包括一圓弧錐形的葉輪本體31，該本體31中央具有一軸孔32，一輪軸33可穿設其中並與該本體31的平面垂直；同時，本發明將該圓弧錐形本體31等分成多等份，如圖所示的實施例1等分成兩等份，並設置兩組葉片組35，該兩組葉片組35中均具有多個葉片36，以繞該輪軸33依序配置在該輪軸33周圍；其中，每一葉片組35內的相鄰葉片36均間隔不同的角度，如圖示，相鄰葉片36間的間隔角度是分別相差一固定的增幅角α(也可設計成每一增幅角均不同)，且兩個葉片組35內的葉片36數量與對應間隔角度均相同，也就是該兩組葉片組35內的葉片36是相互呈180度對稱。
因此，本發明的特點在於該輪軸33周圍的葉片36位置與間隔設計，它將該本體31等分成多等份，且每一等份中相鄰的葉片36間隔角度均不同，同時，使不同等份內的葉片36數量與對應間隔角度相同。
通過上述設計，該葉輪結構是一具有規則周期變化、不等間距葉片36的葉輪結構，進而可將葉輪高速旋轉時產生的葉片36離散單調噪音的集中能量有效地分散，散布分配在該葉片36葉片通過頻率的邊帶頻率(Sideband Frequency)與其它諧波頻率的側頻率(HarmonicFrequency)上，進而降低離散單調噪音的聲壓級(Sound Pressure Level)，並減降離心式旋轉加壓機械裝置的運轉噪音。
圖7是利用本發明的設計結構的加壓機械裝置噪音頻譜圖，與現有裝置的頻譜圖(圖3)相比，可大幅降低單一頻率的聲壓級別，充分發揮本發明的設計功效。
實施例2本發明的設計除上述實施例1外，也可改變葉片組的數目，也就是將該本體等份成其它數量，如圖8所示的實施例2是將該本體31等份成三等份，並設計三組葉片組35，使相鄰葉片36間的間隔角度分別相差一固定的增幅角α，且每一葉片組35內的葉片36數量與對應間隔角度均相同，也就是該三組葉片組35內的葉片36是相互呈120度對稱。
實施例3圖9是本發明的實施例3，它將該本體31等份成四等份，並設計四組葉片組35，使相鄰葉片36間的間隔角度分別相差一固定的增幅角α，且每一葉片組35內的葉片36數量與對應間隔角度均相同，也就是該四組葉片組35內的葉片36是相互呈90度對稱。
因此，本發明的葉片組35數量並無一定的限制，該本體31也可等份成其它數量並設計對應的葉片組35數量，僅需形成一具有規律的周期變化、不等間距葉片36的葉輪結構即可；此外，同一組葉片組35中相鄰葉片36的間隔角度也不一定需要相差一固定的增幅角α，也可分別呈任意不同的間隔角度，僅需不同葉片組35間的葉片36對應間隔角度相同即可。
實施例4本發明也可設計成如圖10A、圖10B所示的結構，它是不等份該本體31，直接在該圓弧錐形本體31周圍設置多個葉片36，且相鄰葉片36均間隔不同的角度(例如分別相差一固定的增幅角或增幅角均不相同)，此結構中由於並未有呈點對稱的多組葉片組平衡重心，因此需要額外增設一例如重量塊的重心調整單元40，經過重心調整單元40的調配，該離心式加壓葉輪結構30的重心位於該輪軸33上；其中，該重心調整單元40是約略設置在該本體31的邊緣處附近，且位於該本體31上未設有葉片36的表面，其位置是與葉片36的配置與該重心調整單元40本身的重量有關。其中每一葉片36均是與該本體31的平面呈約略垂直的配置，該本體31是呈圓形。
權利要求
1.一種離心式加壓葉輪結構，用於一離心式旋轉加壓裝置，其特徵在於，該離心式加壓葉輪結構包括本體，該本體略呈圓錐弧形、且中央處具有一軸孔；以及多組葉片組，繞該軸孔而等分，並依序配置在該輪軸周圍，且每一葉片組均具有多個葉片，其中，每一葉片組內的相鄰葉片均是間隔不同的角度。
2.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，不同葉片組內的葉片數量均相同。
3.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，不同葉片組內葉片的對應間隔角度均是相同。
4.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該離心式加壓葉輪結構是葉片間隔角度不等、但具有規律性周期變化的葉片結構。
5.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，每一葉片組內的相鄰葉片均是間隔不同的角度是指相鄰葉片間的間隔角度分別相差一固定的增幅角。
6.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，每一葉片組內的相鄰葉片均是間隔不同的角度是指相鄰葉片間的間隔角度的增幅角均不相同。
7.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該離心式加壓葉輪結構具有兩組葉片組，且該兩組葉片組內的葉片是相互呈180度對稱。
8.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該離心式加壓葉輪結構具有三組葉片組，且該三組葉片組內的葉片是相互呈120度對稱。
9.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該離心式加壓葉輪結構具有四組葉片組，且該四組葉片組內的葉片是相互呈90度對稱。
10.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，每一葉片均是與該本體的平面呈約略垂直的配置。
11.如權利要求1所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該本體是呈圓形。
12.一種離心式加壓葉輪結構，用於一離心式旋轉加壓裝置，其特徵在於，該離心式加壓葉輪結構包括本體，該本體中央具有一軸孔；多個葉片，繞該軸孔依序配置在該輪軸周圍，且相鄰葉片均是間隔不同的角度；以及重心調整單元，設置在該本體上，調配該離心式加壓葉輪結構的重心，使其位於該葉輪的旋轉軸心線上。
13.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，相鄰葉片均是間隔不同的角度是指相鄰葉片間的間隔角度分別相差一固定的增幅角。
14.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，相鄰葉片均是間隔不同的角度是指相鄰葉片間的間隔角度的增幅角均不相同。
15.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該重心調整單元是一重量塊。
16.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該重心調整單元設置在該本體上未設有葉片的表面。
17.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該重心調整單元設置在該本體的邊緣。
18.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，每一葉片均是與該本體的平面呈約略垂直的配置。
19.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該本體是呈圓形。
20.如權利要求12所述的離心式加壓葉輪結構，其特徵在於，該重心調整單元的位置與葉片的配置與該重心調整單元本身的重量有關。
全文摘要
本發明公開一種離心式加壓葉輪結構，用於一離心旋轉加壓機械裝置，該離心式加壓葉輪結構包括本體，該本體略呈圓錐弧形、且中央處具有一軸孔；以及多組葉片組，繞該軸孔而等分，並依序配置在該輪軸周圍，且每一葉片組均具有多個葉片，其中，每一葉片組內的相鄰葉片均是間隔不同的角度。本發明的離心式加壓葉輪結構是具有規律性周期變化、不等間距葉片的葉輪結構，將高速旋轉葉輪產生的葉片離散單調噪音的集中能量有效分散，散布分配於該葉片通過頻率的邊帶頻率與其它諧波頻率的側頻上，降低離散單調噪音的聲壓級別，減少離心式旋轉加壓機械裝置的運轉噪音，同時具有結構簡單、成本低的特點，提高了裝置旋轉的平衡性，解決現有結構性的問題。
文檔編號F04D29/66GK1987117SQ20051013513
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者強忠萍, 陳景富, 周永樂, 嚴正忠 申請人:財團法人工業技術研究院