[发明专利]无蜗壳离心风轮的设计方法

说明书

本发明公开了一种无蜗壳离心风轮的设计方法，包括风轮的外径设计和风轮叶片的叶型设计。由于本发明的离心风轮是通过在高速气流的集中区域通过减小叶片的外径来降低叶片的绝对速度v_绝＝ω·R_fan·cosα₂，从而消除高速气流的自损耗区域，达到降噪的目的。本发明通过气动力学仿真确定无蜗壳风轮风道系统的高速气流自损耗区域，并针对性地提出两级外径式的风轮设计。本发明引入系数ξ的二级外径设计，消除吸风口附近高速气流的自损耗，在不降低风量的前提下可以降低噪音。本发明通过对气动公式理论的数学推导，计算出最佳气动性能的出风角α₂以及进风角α₁的组合，在最小的全压损失范围内，实现最大的风量输出。

技术领域

本发明涉及一种空气净化器，特别是涉及一种无蜗壳离心风轮的设计方法。

背景技术

如图1所示，目前大部分家用空气净化器的动力机构普遍采用无蜗壳离心风轮风道系统，该系统包括风道外壳1’和风轮2’，该风轮风道系统的特点是能够实现相对均匀的出风以及直线型的进出风方向，这种结构方式符合大部分家用空气净化器的设计需求。当前大多数的风轮设计都是凭经验进行开发，缺少科学理论的指导设计。几乎所有的常规离心风轮的外径设计都是采用单级外径设计，通过气动力学的仿真分析可以发现，对于无蜗壳的风轮风道系统，风轮的高速气流在出风截面上的分布是不均匀的，气流在靠近吸风口的附近会出现自损耗的高速气流，形成主要的噪音源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于科学理论设计的低噪音的无蜗壳离心风轮的设计方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种无蜗壳离心风轮的设计方法，包括风轮的外径设计和风轮叶片的叶型设计；

所述的风轮的外径设计包括以下步骤：

(1)计算风轮的一级外径尺寸：R fan 1＝δ*Rad；式中：δ为无量纲系数，0.72＜δ＜0.75，Rad为风道的最大内径，R fan 1为风轮的一级外径；

(2)计算风轮的二级外径尺寸：R fan 2＝ξ*R fan 1；式中：R fan 1为风轮的一级外径，ξ为无量纲系数，0.89＜ξ＜0.92，R fan 2为风轮的二级外径；

所述的风轮叶片的叶型设计包括以下步骤：

式中：P为风轮的功率，ω为风轮的角速度，ρ为空气的密度，为风叶的外径矢量，为风叶的绝对速度矢量，ν_n为风叶的相对速度，A为出风的面积；

将公式2-1进行推导可以得到：

式中：ν₂为风叶外径的绝对速度，ν₁为风轮内径的绝对速度；r₂为风叶的外径，r₁为风叶的内径；ν_2n为风叶外径的相对速度，v_1n为风叶内径的相对速度；A₂为风叶外径的出风面积，A₁为风叶内径的出风面积；α₂为风叶的出风角，α₁为风叶的进风角，q_v为风叶产生的风量；

将公式2-2进行拆分可以归纳出如下方程组：

将公式2-2进行数学变换：

sinα₂·cosα₂(1-cos²α₂) (2-4)