一种叶片设计方法、叶片、叶轮及离心风机与流程

1.本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种叶片的设计方法、叶片、叶轮及离心风机。


背景技术：

2.离心风机是根据机械能转换为动能和压力能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，提高气体的动能和压力并能改变其运动方向，以实现向特定方向的气体高速抽排的作用的装置。离心风机是吸油烟机中的核心部件，其性能好坏决定吸油烟机的油烟抽排效果。
3.现有多翼离心风机基本采用单圆弧设计，其通常通过控制叶轮内径、叶轮外径、叶片进口安装角及叶片出口安装角设计出叶型。该种设计方法，由于设计参数较少，叶间流道的设计自由度较低，导致离心风机在运行过程中，叶片表面容易发生流动分离，其中表现最为明显的是叶片吸力面出现低速漩涡，堵塞叶间流道，从而导致离心风机运行效率降低，且运行噪音增大。
4.因此，亟需一种叶片设计方法、叶片、叶轮及离心风机，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种叶片设计方法、叶片、叶轮及离心风机，以提高叶片设计灵活性，从而改善叶片型线，提升叶轮和离心风机的运行性能。
6.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
7.一种叶片设计方法，包括：
8.s1、根据叶轮内径和叶片进口安装角βs确定叶片型线的首端点ps，根据叶轮外径和叶片出口安装角β
l
确定叶片型线的尾端点p
l
；
9.s2、定义由首端点ps至尾端点p
l
依次间隔分布的n个中间控制点pi，i＝1、2
……
n；
10.s3、确定每个中间控制点pi的取值范围；
11.s4、对每个中间控制点pi，在对应取值范围内，选取当前设计参数，并使首端点ps、尾端点p
l
及所有中间控制点pi形成当前控制点组合；
12.s5、根据当前控制点组合中的控制点数据，拟合形成当前设计型线。
13.作为叶片设计方案的可选技术方案，设ps所在叶轮内圆在ps点处的切线为pst1，pst1与经过ps的第一射线pst2之间的夹角为叶片进口安装角βs，则在步骤s3中，根据p1始终位于第一射线pst2的反向延长线上确定p1的取值范围；
14.和/或，设p
l
所在叶轮外圆在p
l
点处的外圆周切线为p
l
t3，p
l
t3与经过p
l
点的第二射线p
l
t4之间的夹角为叶片出口安装角β
l
，在步骤s3中，根据pn始终位于第二射线p
l
t4的反向延长线上确定pn的取值范围。
15.作为叶片设计方案的可选技术方案，设叶轮内圆的半径为r1，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p1的第一圆周的半径为r1，在步骤s3中，根据r1＝
1.23r1～1.44r1确定p1的取值范围；
16.或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p1与o点的连线op1与ps点与o点的连线ops之间具有夹角α1，在步骤s3中，根据3
°
≤α1≤7
°
确定p1的取值范围。
17.作为叶片设计方案的可选技术方案，设叶轮外圆的半径为r2，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过pn的第二圆周的半径为r2，在步骤s3中，根据r2＝0.83r2～0.91r2确定pn的取值范围；
18.或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，pn与o点的连线opn与p
l
点与o点的连线op
l
之间具有夹角α2，在步骤s3中，根据5
°
≤α2≤12
°
确定pn的取值范围。
19.作为叶片设计方案的可选技术方案，n＝4，四个中间控制点分别为p1、p2、p3和p4。
20.作为叶片设计方案的可选技术方案，设叶轮内圆的半径为r1，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p2的第三圆周的半径为r3，在步骤s3中，根据r3＝1.45r1～1.68r1确定p2的取值范围；
21.和/或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p2与o点的连线为op2，op1与op2之间的夹角为α3，在步骤s3中，根据5
°
≤α3≤12
°
确定p2的取值范围。
22.作为叶片设计方案的可选技术方案，设叶轮外圆的半径为r2，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p3的第四圆周的半径为r4，在步骤s3中，根据r4＝0.75r2～0.82r2确定p3的取值范围；
23.和/或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p3点与o点的连线为op3，p4点与o点的连线为op4，op3和op4之间的夹角为α4，在步骤s3中，根据3
°
≤α4≤7
°
确定p3的取值范围。
24.作为叶片设计方案的可选技术方案，在步骤s4中，通过调节p2和/或p3的当前设计参数，使设计型线的凸出顶点m在ps点和p
l
点之间偏移，并使凸起顶点m与ps点之间的间距小于凸出顶点m与p
l
点之间的间距。
25.作为叶片设计方案的可选技术方案，叶片设计方法还包括：
26.s6、根据当前设计型线建立叶片模型，并根据叶片模型建立风机模型；
27.s7、分析风机模型的流体力学特性，并获取当前分析结果；
28.s8、判断当前分析结果是否满足预设条件，若是，则当前设计型线为最终叶片型线，若否，则返回步骤s4。
29.作为叶片设计方案的可选技术方案，在步骤s7中，采用流体仿真软件分析风机模型的流体力学特性。
30.叶片，由如上述叶片设计方法设计形成，叶片为等厚叶片。
31.叶轮，包括如上的叶片，叶片绕设定轴线方向间隔设置有多个。
32.离心风机，包括如上的叶轮。
33.本发明的有益效果在于：
34.本发明提供的叶片设计方法，通过在首端点ps和尾端点p
l
之间设置多个中间控制点pi，可通过调节任一中间控制点pi的参数，调整拟合形成的设计型线，由此能够增加叶片型线的设置灵活性，且能够实现对非圆弧曲面的优化设计，；通过对每个中间控制点pi分别设置取值范围，能够限定每个中间控制点pi的调节范围，明确优化方向，节省设计时间，提高设计效率，降低设计成本；再者，首端点ps和尾端点p
l
以根据叶轮内径、叶轮外径、叶片进口安装角βs和叶片出口安装角β
l
进行确定，使得叶片设计方法能够较好地适用于叶轮外径、
内径、叶片进口安装角和叶片出口安装角已经确定的叶片型线针对性设计，减少设计参数，降低设计难度，提高设计针对性，更好满足实际叶轮使用需求。
35.本发明提供的叶片，通过采用上述叶片设计方法设计形成，能够实现对非圆弧叶片的设计，提升叶片的流动特性。
36.本发明提供的叶轮，通过采用上述的叶片，能够提升叶轮的运行性能。
37.本发明提供的离心风机，通过采用上述的叶轮，可以提升离心风机的运行特性。
附图说明
38.图1是本发明实施例一提供的叶片的结构示意图；
39.图2是本发明实施例一提供的叶片设计方法的流程图；
40.图3是本发明实施例一提供的设计型线与控制点的示意图一；
41.图4是本发明实施例一提供的设计型线与控制点的示意图二；
42.图5是现有技术提供的单圆弧叶片对应的风机模型的流体仿真结果图；
43.图6是图5中i处的局部放大图；
44.图7是本发明实施例一提供的最终叶片型线对应的风机模型的流体仿真结果图；
45.图8是图7中j处的局部放大图；
46.图9是本发明实施例二提供的叶轮的结构示意图；
47.图10是本发明实施例三提供的离心风机的结构示意图。
48.图中标记如下：
49.10、叶轮；101、叶轮内圆；102、叶轮外圆；20、蜗壳；201、进风口；202、出风口；
50.1、叶片；11、叶片主体；111、压力面；112、吸力面；12、安装板部；2、叶轮上盖；3、叶轮下盖；31、凸台部；32、固定环部。
具体实施方式
51.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
52.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
54.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示
的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
55.实施例一
56.本实施例提供了一种叶片设计方法，通过调节拟合所需的控制点的参数，形成不同的控制点组合，以拟合形成多条叶片设计型线，并基于叶片设计型线建立叶片模型和风机模型，以分析该叶片设计型线对应的风机模型的性能，获取优选设计方案，实现叶轮和风机流体性能的优化。
57.如图1所示，待设计的叶片1为等厚叶片，即叶片1的吸力面112和压力面111的型线相同。其中，叶片1的吸力面112指叶片1外凸的一面，叶片1的压力面111为叶片1内凹的一面。
58.值得说明的是，叶片1通常包括叶片主体11，叶片主体11为横截面处处相同的长条状结构，叶片主体11在厚度方向的相对两侧面分别为压力面111和吸力面112。叶片主体11沿长度方向的两端均延伸有安装板部12，安装板部12用于与叶轮的叶轮上盖和叶轮下盖连接，且安装板部12的宽度小于叶片主体11的宽度。叶片型线设计是指叶片主体11的型线设计，也即对叶片主体11的横截面轮廓进行设计。
59.具体地，如图1-图4所示，本实施例提供的叶片设计方法包括步骤：
60.s1、确定叶片型线的首端点ps和尾端点p
l
；
61.在具体设计过程中，根据叶轮内径和叶片进口安装角βs确定叶片型线的首端点ps，根据叶轮外径和叶片出口安装角β
l
确定叶片型线的尾端点p
l
。
62.即若叶轮内圆101的半径为r1，叶轮外圆102的半径为r2，则首端点ps位于半径为r1的叶轮内圆101上，尾端点p
l
在半径为r2所在的叶轮外圆102上。其中，r1和r2根据具体需求进行设计，本发明对此不做限制。
63.设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，o点与ps点的连线ops与o点与p
l
点的连线op
l
之间的夹角为φ，夹角φ可以由叶片1的进口安装角βs和出口安装角β
l
进行确定。
64.值得说明的是，设ps所在叶轮内圆101在ps点处的切线为pst1，pst1与经过ps的第一射线pst2之间的夹角为叶片进口安装角βs；设p
l
所在叶轮外圆102在p
l
点处的外圆周切线为p
l
t3，p
l
t3与经过p
l
点的第二射线p
l
t4之间的夹角为叶片出口安装角β
l
。叶片进口安装角βs和叶片出口安装角β
l
由叶轮的内径r1及r2等参数确定，非本实施例的叶片型线待设计参数，与叶片1的型线无关。即在叶轮其他参数不变的基础上，叶片进口安装角βs和叶片出口安装角β
l
固定，不受叶片型线改变的影响。
65.s2、定义由所述首端点ps至尾端点p
l
依次间隔分布的n个中间控制点pi，i＝1、2
……
n；
66.在拟合形成曲线的过程中，控制点的个数决定拟合方程的阶数，同时决定拟合曲线的平顺度和调节灵活性。中间控制点的数量越多，拟合方程的阶数越高，曲线的调节性能越强(可调节参数增多)，但拟合曲线的平顺度降低，当中间控制点数量过多时，会造成拟合曲线出现凹凸起伏的状况。相反，中间控制点的数量越少，曲线的调节性能变差(可调节参数减小)，但是拟合曲线的光顺度增加。
67.在本实施例中，中间控制点优选设置有四个，即n＝4，中间控制点p1、p2、p3及p4沿
首端点ps至尾端点p
l
间隔分布。设置四个中间控制点，能够较好地兼顾拟合曲线的可调节性和拟合曲线的光顺性，提高设计效果的同时，降低设计难度，且能够有效提高设计效率。在其他实施例中，n可以等于3、5或其他自然数。
68.s3、确定每个中间控制点pi的取值范围；
69.由于首端点ps和尾端点p
l
固定点，即拟合曲线由中间控制点的参数进行确定，当调节单个或多个中间控制点的参数时，可以生成新的拟合曲线，即生成新的叶片型线。
70.为提高调节效率，需要对每个中间控制点pi的取值范围进行限定，避免调节缺乏目的性，且通过确定中间控制点pi的取值范围，也能够更快地获取到优选的控制点组合，避免调节次数过多导致设计时间和设计成本增加的问题，提高设计效率，降低设计难度。
71.优选地，根据p1始终位于第一射线pst2的反向延长线上确定p1的取值范围，保证叶片型线的首端能够更好地与叶片进口安装角βs匹配。进一步地，根据pn始终位于第二射线p
l
t4的反向延长线上确定pn的取值范围，由此能够使得pn与尾端点p
l
之间的连线始终位于第二射线p
l
t4的反向延长线上，保证叶片型线的尾端能够更好地与叶片出口安装角β
l
匹配。
72.值得说明的是，pn即为n个中间控制点中最靠近p
l
的中间控制点。即，在本实施例中，p4在第二射线p
l
t4的反向延长线。可以理解的是，当n为其他自然数时，最靠近p
l
的中间控制点位于第二射线p
l
t4的反向延长线上。
73.在后文中，均以本实施例中的n＝4为例，确定pn的取值范围，在其他实施例中，当n为其他数值时，pn的取值范围可以参照本实施例进行设置。
74.值得说明的是，在曲线拟合的过程中，p1和ps点的连线通常控制该拟合曲线在ps点处的曲线切线，通过将p1设置在第一射线pst2的反向延长线上，能够保证拟合曲线在ps点的切线与第一射线pst2基本一致，提升叶片1首端处的流动特性。同理，将p4点设置在第二射线p
l
t4的反向延长线上，能够保证拟合曲线在p
l
点的切线与第二射线p
l
t4基本一致，提升叶片1尾端处的流动特性。
75.在本实施例中，p1在半径为r1且圆心为o的第一圆周上，r1＝1.23r1～1.44r1，即该步骤中，根据r1＝1.23r1～1.44r1确定p1的取值范围。通过限定p1所在第一圆周的半径r1与叶轮内圆101的r1关系，能够更好地限定p1的取值范围，使得p1的取值范围更加清楚。
76.在另一实施例中，设p1与o点的连线op1与ps点与o点的连线ops之间具有夹角α1，可以根据3
°
≤α1≤7
°
确定p1的取值范围。
77.进一步地，设以o点为圆心且经过p4的第二圆周的半径为r2，在本实施例中，可根据r2＝0.83r2～0.91r2确定p4的取值范围。通过限定p4所在第二圆周的半径r2与叶轮外圆102的半径r2关系，能够更好地限定p4的取值范围，使得p4的取值范围更加清楚明确。
78.在另一实施例中，p4与o点的连线op4与p
l
点与o点的连线op
l
之间具有夹角α2，可根据5
°
≤α2≤12
°
确定p4的取值范围。
79.即，在本实施例中，由p1在第一射线pst2的反向延伸线上及p1对应的第一圆周的半径r1与r1的比值范围共同定义p1点的取值范围；由p4在第二射线p
l
t4的反向延长线上及p4对应的第二圆周的半径r2与r2的比值范围共同定义p4点的取值范围。
80.在本实施例中，p2的取值范围由p1和p2之间的关系进行限定，p3的取值范围由p3和p4之间的关系进行限定，即p2随p1变化而变化，p3随p4变化而变化，避免各个中间控制点形成互不关联的点而导致调节后的曲线拟合效果差及调节难以达到目的的问题，保证各个中间
控制点之间的联动调节，避免拟合曲线出现过于尖锐的凸点而流体性能较差的问题。
81.进一步地，设叶轮内圆的半径为r1，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p2的第三圆周的半径为r3，在步骤s3中，根据r3＝1.45r1～1.68r1确定p2的取值范围；和/或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p2与o点的连线为op2，op1与op2之间的夹角为α3，在步骤s3中，根据5
°
≤α3≤12
°
确定p2的取值范围。
82.即在本实施例中，通过p2所在第三圆周的半径r3与r1的比值确定p2的半径范围，通过op1与op2之间的夹角为α3的夹角范围对p2的范围进行更为精准地限缩，提高p2取值范围的合适性和合理性。
83.设叶轮外圆的半径为r2，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p3的第四圆周的半径为r4，在步骤s3中，根据r4＝0.75r2～0.82r2确定p3的取值范围；和/或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p3点与o点的连线为op3，p4点与o点的连线为op4，op3和op4之间的夹角为α4，在步骤s3中，根据3
°
≤α4≤7
°
确定p3的取值范围。
84.即在本实施例中，通过p3所在第四圆周的半径r4与r2的比值确定p3的半径范围，通过op3与op4之间的夹角为α4的夹角范围对p3的范围进行更为精准地限缩，提高p3取值范围的合适性和合理性。
85.s4、对每个中间控制点pi，在对应取值范围内，选取当前设计参数，并使首端点ps、尾端点p
l
及所有中间控制点pi形成当前控制点组合；
86.在每一次曲线拟合之前，均先确定每个中间控制点pi的参数，单个中间控制点pi的参数变化，均会造成拟合曲线的变化，即会造成设计叶片型线的变化。
87.示例性地，在进行初次拟合之前，对每个中间控制点pi，选取其取值范围中的最小参数作为初始设计参数，如对于p1点，选取满足r1＝1.23r1的坐标为p1的初始设计参数；对于p2点，选取满足r3＝1.45r1的坐标为p2的初始设计参数，对于p3点，选取满足r4＝0.75r2的点为初始设计参数；对于p4点，选取满足r2＝0.83r2的坐标为p4的初始设计参数。
88.但可以理解的是，上述初始设计参数的选择仅为示例性设置，对于每个中间控制点pi，可以选择在取值范围内的任何值作为初始设计参数，本发明对此不做具体限制。
89.可以理解的是，在进行曲线拟合之前，应将所有控制点的坐标均转换为同一坐标系下的坐标，坐标系以线型设计平面为xy平面，且优选以o点为坐标原点。但在其他实施例中，也可以以ps点或p
l
点为坐标原点。
90.在每一次重新构建控制点组合时，可仅改变一个中间控制点的参数，也可以同时调节多个中间控制点的参数，本发明对此不做限制。
91.优选地，在每一次重新构建控制点组合时，优选通过调节p2和/或p3的当前设计参数，使设计型线的凸出顶点m在ps点和p
l
点之间偏移，并使凸起顶点m与ps点之间的间距小于凸出顶点m与p
l
点之间的间距。
92.由于在叶轮旋转时，气流经过叶片前缘；受叶片前缘攻角的影响，气流可能出现流动分离并产生失速团，使得在叶片的前缘容易形成失速团，失速团在叶道内逐渐传播与扩大会造成能量损失增加，造成叶轮运行性能降低。在本实施例中，通过在靠近叶片前缘的位置设置凸起，能够阻挡失速团在叶道内的传播，减少能量在叶道内的损耗。从而上述调节方式，能够更快地获取动力性能优越的叶片型线，增加调节的效率，节省设计成本。
93.s5、根据当前控制点组合中的控制点数据，拟合形成当前设计型线；
94.确定好当前控制点组合中的ps、p1……
pn及p
l
后，通过选择合适的拟合方程即可生成拟合曲线。
95.在本实施例中，中间控制点有四个，即控制点总共有六个，根据五阶贝塞尔曲线方向即可拟合形成五阶曲线，生成当前设计型线。
96.以中间控制点的数量为四个为例，具体拟合过程如下：
97.假设从起点ps出发到终点p
l
的一条线段，其中p1、p2、p3和p4为中间控制点，分别组成psp1、p1p2、p2p3、p3p4及p4p
l
五条线段，在五条线段上分别存在五个运动的点，分为pa、pb、pc、pd、pe，且在各自线段上的运动时间为1s，五个运动点的位置分别为：
98.pa＝(1-t)ps+p1t
99.pb＝(1-t)p1+p2t
100.pc＝(1-t)p2+p3t
101.pd＝(1-t)p3+p4t
102.pe＝(1-t)p4+p
l
t
103.q(t)＝(1-t)4pa+(1-t)3pb+(1-t)2pc+(1-t)pd+pe104.将pa、pb、pc、pd、pe,带入q(t)中，得到叶型的曲线控制方程：
105.q(t)＝ps(1-t)5+5p1(1-t)4t+10p2(1-t)3t2+10p3(1-t)2t3106.+5p4(1-t)t4+p
l
t5107.通过节点ps、p1、p2、p3、p4及p
l
确定曲线，ps为起始点，p
l
为终止点。
108.曲线拟合限定条件：
109.第一轮计算，根据psp1、p1p2、p2p3、p3p4及p4p
l
计算出控制点pa、pb、pc、pd、pe，
110.第二轮计算，根据上轮计算出来的控制点pa、pb、pc、pd、pe组成线段papb、pbpc、pcpd、pdpe，计算出控制点pf、pg、ph、pi，其中，pf位于papb上，pg位于pbpc上，ph位于pcpd上，pi位于pepf上；
111.第三轮计算，根据计算出来的控制点pf、pg、ph、pi组成线段pfpg、pgph、phpi，计算出控制点pj、pk、pm，其中，pj位于pfpg上，pk位于pgph上，pm位于phpi上；
112.第四轮计算，根据上轮计算出来的控制点pj、pk、pm；组成线段pjpk及pkpm，计算得出控制点po及pq，其中，po位于pjpk上，pq位于pkpm上；
113.第五轮计算，根据上轮计算出来的控制点po及pq组成线段popq计算出唯一的控制点pr，该点的运动轨迹，设计出叶片型线。
114.可以理解的是，n为自然数时，拟合过程与上述拟合过程基本类似，仅拟合所需计算的轮数不同，曲线控制方程的阶数不同。当n越大时，曲线控制方程的阶数越大，拟合步数越多。
115.可以理解的是，在其他实施例中，也可以采用其他方程拟合得到当前设计型线。
116.上述步骤s1至步骤s5可以通过中间控制点的参数选择，获取非单圆弧型线，相对于现有的单圆弧叶片型线，其能够具备更好的流动性能，减少失速现象的产生，提升叶轮的运行效率。
117.即，本实施例提供的叶片设计方法，通过在首端点ps和尾端点p
l
之间设置多个中间控制点pi，可通过调节任一中间控制点pi的参数，调整拟合形成的设计型线，由此能够增加叶片型线的设置灵活性；通过对每个中间控制点pi分别设置取值范围，能够限定每个中间
控制点pi的调节范围，明确优化方向，节省设计时间，提高设计效率，降低设计成本；且由于在设计初始阶段，首端点ps和尾端点p
l
以根据叶轮内径、叶轮外径、叶片进口安装角βs和叶片出口安装角β
l
进行确定，使得叶片设计方法能够较好地适用于叶轮外径、内径、叶片进口安装角和叶片出口安装角已经确定的叶片型线针对性设计，减少设计参数，降低设计难度，提高设计针对性，更好满足实际叶轮使用需求。
118.为进一步对叶片设计方法进行优化，获得动力性能更好的叶片型线，在本实施例中，叶片设计方法还包括如下步骤：
119.s6、根据当前设计型线建立叶片模型，并根据叶片模型建立风机模型；
120.在由当前控制点组合拟合得到当前设计型线后，可根据叶片1的设计厚度及设计长度，建立叶片模型。由于对单个叶片1模型进行仿真分析无法获取相邻叶片1间的叶间流道之间的流场特性，因此需要基于叶片模型，建立叶轮模型，并基于叶轮模型，建立风机模型。
121.图1即为根据当前设计型线构建的叶片模型的示意图，其基于当前设计型线，沿厚度方向偏移设计厚度后，连接偏移前和偏移后的型线的对应端，形成叶片横截面轮廓线。将叶片横截面沿与该横截面垂直的方向拉伸设计长度后，形成叶片本体11。优选地，在连接偏移前和偏移后的型线时，采用圆弧光滑过度连接，避免叶片横截面轮廓线出现锐利的棱角。
122.在生成叶片本体11后，在叶片本体11的两端沿上述拉伸方向延伸形成两个安装板部12，即可形成叶片模型。
123.在建立叶片模型后，根据叶轮内圆半径、叶轮外圆半径、叶片进口安装角、叶片出口安装角及叶片数量等参数，建立叶轮模型。叶轮模型包括叶轮上盖、叶片和叶轮下盖，叶轮上盖和叶轮下盖相对且间隔设置，且叶轮上盖呈环形结构，其沿周向均匀间隔设置有多个上安装孔，叶轮下盖沿周向间隔开设有多个下安装孔；叶片本体沿叶轮的周向间隔设置有多个，且两端分别抵接于叶轮上盖和叶轮下盖，叶片两端的两个安装板部分别插设于上安装孔和下安装孔中，并在插设后弯折以与对应的叶轮上盖表面或叶轮下盖表面贴合。
124.风机模型包括蜗壳和上述叶轮模型，蜗壳具有进风口和出风口，叶轮安装于蜗壳内部，且叶轮上盖正对蜗壳设置。在建立风机模型时，可以仅对蜗壳和叶轮进行建模，省略叶轮驱动电机的建模，以简化模型，提高建模效率和后续的分析效率。
125.叶轮模型的建立及基于叶轮模型建立风机模型的建立方法均可以参照现有技术，此非本发明的重点，此次不再赘述。
126.值得说明的是，在每次建立叶轮模型和风机模型时，除叶片的型线外，叶轮模型和风机模型的其余参数在建模时均保持一致。
127.s7、分析风机模型的流体力学特性，并获取当前分析结果；
128.在风机模型构建完毕后，需要分析风机模型的特性，以判断基于当前设计型线的风机模型的特性是否相对现有技术存在优化。
129.在本实施例中，优选在流体仿真软件中导入风机模型，并进行流体力学特性的流体仿真分析。在仿真过程中，根据离心风机的实际运行工况，设定流体仿真参数，以使得仿真环境与风机的实际运行环境尽可能贴合。
130.在其他实施例中，也可以编制仿真分析的程序，对风机模型的流体力学特征进行分析。
131.可以理解的是，风机的实际运行环境较为复杂，若在流体仿真软件中对各中环境因素均考虑到位，则成本较高，仿真效率较低，因此在流体仿真过程中，可以仅考虑与流体仿真结果相关性较高的参数。
132.采用流体仿真软件或编制分析程序对叶轮进行流体力学特征分析为本领域的常规设置，本实施例对如何具体实现流体力学特征分析不做赘述和限定。
133.s8、判断分析结果是否满足预设条件，若是，则当前设计型线为最终叶轮型线，若否，则返回步骤s4。
134.在对生成的当前设计型线建立的风机模型进行仿真后，提取仿真结果并对仿真结果进行分析，仿真结果主要包括叶片1及叶间流道处的压力分布情况、流速分布情况和/或风机的运行效率等。
135.预设条件可以根据要优化的最终性能参数进行具体设定，在本实施例中，优化设计的目的是为了减少叶间流道处的流动分离，可以将预设条件设定为：在叶片任一横截面上，叶片吸力面形成的涡流团的面积/单个叶间流道面积＜1/3，或叶片吸力面形成的涡流团在叶轮周向上的宽度/单个叶间流道宽度＜1/3。即在叶轮各个叶片处形成的涡流团的面积均较小时，认定满足预设条件。其中，单个叶间流道面积为在该截面上，相邻两个叶片之间的流道之间的面积。
136.在其他实施例中，若优化设计的目的是风机运行的功率系数，可以将预设条件设定为：风机的功率系数大于预设值；若是为了增大风机在设定转速下的风量，则可以将预设条件设定为：在设定转速下，风机的出口流量大于预设流量值。
137.若当前仿真结果满足预设条件，则停止设计过程，并将当前叶片型线作为最终叶片型线，以避免设计次数过大导致的设计时间增加、设计成本增大的问题。若当前仿真结果不满足预设条件，则返回步骤s4，重新对中间控制点进行参数选取。
138.图5和图6为对单圆弧叶片建模形成的风机模型进行流体仿真获得的叶轮处的速度分布图，图7和图8为基于最终叶片型线生成的风机模型进行流体仿真获得的叶轮处的速度分布图，由图6和图8可知，相对于单圆弧叶片，采用上述叶片设计方法设计出的叶片型线对应的风机模型，其在叶间流道处的流动相对较为均匀，涡流团的数量和覆盖面积较小，即设计出的叶片型线能够明显减弱吸力面上流动微团在叶片边界层上的流动，减弱了二次流强度，降低了叶片吸力面上所发生的流动分离，改善了叶间流道内气体流动的稳定性，降低了流动损失，从而提升了风机的效率；同时，由于叶片吸力面的低速涡流团范围明显减小，风机的涡流噪音也会相应的下降，从而整个风机的运行噪音将降低。
139.即，本实施例提供的叶片设计方法，在当前设计型线生成完毕后，通过风机建模和流体特性分析，能够直观展现当前设计结果的优劣，为型线设计的结果评判提供准确依据，提高设计准确性，更好地满足叶片设计需求。当预设条件是为了优化叶间流道的流动特性而设定时，采用上述叶片设计方法，可以获得流动分离范围较小或甚至没有流动分离的叶片线性。
140.本实施例还提供了一种叶片，其包括叶片本体11和设置于叶片本体11两端的安装板部12，叶片本体11的吸力面112和压力面111型线均为最终叶片型线。本实施例提供的叶片，通过采用上述的叶片设计方法设计形成，能够提升叶片的性能。
141.在本实施例中，叶片1的厚度为0.25mm～0.6mm，最优为0.4mm左右。
142.实施例二
143.如图9所示，本实施例提供了一种叶轮，其可应用于离心风机中，作为离心风机的核心旋转部件。其中，叶轮包括叶轮上盖2、叶片1及叶轮下盖3，叶轮上盖2和叶轮下盖3在第一方向上相对且间隔设置，叶片1固定安装于叶轮上盖2和叶轮下盖3之间，叶片1环绕叶轮的转动轴线间隔设置有多个，其中，第一方向为叶轮的转动轴线延伸方向。
144.本发明提供的叶轮，通过采用上述的叶片，能够提升叶轮的运行性能，降低叶轮在运行过程中流动分离的现象产生，提升叶轮的运行特性。
145.叶轮上盖2呈环形结构，其沿周向均匀间隔设置有多个上安装孔，叶轮下盖3沿周向间隔开设有多个下安装孔；叶片本体11沿叶轮的周向间隔设置有多个，且两端分别抵接于叶轮上盖2和叶轮下盖3，叶片两端的两个安装板部12分别插设于上安装孔和下安装孔中，并在插设后弯折以与对应的叶轮上盖2表面或叶轮下盖表面贴合。
146.叶轮下盖3沿朝向叶轮上盖2的方向凸设有凸台部31，叶轮下盖3未设置凸台部31的部分形成固定环部32，固定环部32上开设有下安装孔。凸台部31位于所有叶片1围设形成的内圈内侧。凸台部31为圆锥台结构，其小端朝向叶轮上盖2。凸台部31的设置，可以为叶轮驱动电机的安装提供空间，即叶轮驱动电机安装于凸台部31围设形成的空间内。凸台部31的小端端面开设有电机轴孔，凸台部31的下端端面上还可拆卸安装有法兰盘，叶轮驱动电机的驱动轴固定穿过电机轴孔并与安装盘连接。
147.叶轮的叶轮上盖2和叶轮下盖3的具体结构可以参照现有技术进行设置，此非本发明的重点，此次不再赘述。
148.实施例三
149.如图10所示，本实施例提供了一种离心风机，其可应用于吸油烟机中，以实现对油烟的抽排，且能够在油烟抽排过程中，更好地实现油烟分离和废油清理及回收，提高风机组件的使用性能。
150.具体地，离心风机包括蜗壳20、叶轮10及叶轮驱动电机(未示出)。其中，蜗壳1具有进风口201、出风口202及安装腔，进风口201和出风口202均与安腔连通；叶轮10采安装于安装腔中，叶轮上盖2正对进风口201设置；叶轮驱动电机装安装于安装腔，且叶轮驱动电机的驱动轴与叶轮10连接，叶轮驱动电机驱动叶轮10绕其转动轴线转动，从而促使油烟由进风口201经叶轮流向出风口202。
151.叶轮采用实施例二中的叶轮结构，离心风机的其他结构可以参照现有技术进行设置，此非本发明的重点，此次不再赘述。
152.本实施例提供的离心风机，通过采用上述叶轮，能够提高离心风机的性能，提升风机的运行效率，降低离心风机运行时的噪音。
153.且可以理解的是，本实施例提供的离心风机，可以为单侧进风式结构，也可以为双侧进风式结构。
154.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种叶片设计方法，其特征在于，包括：s1、根据叶轮内径和叶片进口安装角β
s
确定叶片型线的首端点p
s
，根据叶轮外径和叶片出口安装角β
l
确定叶片型线的尾端点p
l
；s2、定义由所述首端点p
s
至所述尾端点p
l
依次间隔分布的n个中间控制点p
i
，i＝1、2
……
n；s3、确定每个所述中间控制点p
i
的取值范围；s4、对每个所述中间控制点p
i
，在对应所述取值范围内，选取当前设计参数，并使所述首端点p
s
、所述尾端点p
l
及所有所述中间控制点p
i
形成当前控制点组合；s5、根据所述当前控制点组合中的控制点数据，拟合形成当前设计型线。2.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，设p
s
所在叶轮内圆在p
s
点处的切线为p
s
t1，p
s
t1与经过p
s
的第一射线p
s
t2之间的夹角为所述叶片进口安装角β
s
，则在步骤s3中，根据p1始终位于所述第一射线p
s
t2的反向延长线上确定所述p1的取值范围；和/或，设p
l
所在叶轮外圆在p
l
点处的外圆周切线为p
l
t3，p
l
t3与经过p
l
点的第二射线p
l
t4之间的夹角为所述叶片出口安装角β
l
，在步骤s3中，根据p
n
始终位于所述第二射线p
l
t4的反向延长线上确定所述p
n
的取值范围。3.根据权利要求2所述的叶片设计方法，其特征在于，设所述叶轮内圆的半径为r1，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p1的第一圆周的半径为r1，在步骤s3中，根据r1＝1.23r1～1.44r1确定所述p1的取值范围；或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p1与o点的连线op1与p
s
点与o点的连线op
s
之间具有夹角α1，在步骤s3中，根据3
°
≤α1≤7
°
确定所述p1的取值范围。4.根据权利要求2所述的叶片设计方法，其特征在于，设所述叶轮外圆的半径为r2，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p
n
的第二圆周的半径为r2，在步骤s3中，根据r2＝0.83r2～0.91r2确定所述p
n
的取值范围；或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p
n
与o点的连线op
n
与p
l
点与o点的连线op
l
之间具有夹角α2，在步骤s3中，根据5
°
≤α2≤12
°
确定所述p
n
的取值范围。5.根据权利要求2所述的叶片设计方法，其特征在于，n＝4，四个所述中间控制点分别为所述p1、p2、p3和p4。6.根据权利要求5所述的叶片设计方法，其特征在于，设所述叶轮内圆的半径为r1，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p2的第三圆周的半径为r3，在步骤s3中，根据r3＝1.45r1～1.68r1确定所述p2的取值范围；和/或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p2与o点的连线为op2，op1与op2之间的夹角为α3，在步骤s3中，根据5
°
≤α3≤12
°
确定所述p2的取值范围。7.根据权利要求5所述的叶片设计方法，其特征在于，设所述叶轮外圆的半径为r2，叶轮在型线设计平面内的圆心为o，且设以o点为圆心且经过p3的第四圆周的半径为r4，在步骤s3中，根据r4＝0.75r2～0.82r2确定所述p3的取值范围；和/或，设叶轮在型线设计平面内的圆心为o，p3点与o点的连线为op3，p4点与o点的连线为op4，op3和op4之间的夹角为α4，在步骤s3中，根据3
°
≤α4≤7
°
确定所述p3的取值范围。8.根据权利要求5所述的叶片设计方法，其特征在于，在步骤s4中，通过调节p2和/或p3的所述当前设计参数，使所述设计型线的凸出顶点m在所述p
s
点和所述p
l
点之间偏移，并使
所述凸起顶点m与所述p
s
点之间的间距小于所述凸出顶点m与所述pl点之间的间距。9.根据权利要求1-8任一项所述的叶片设计方法，其特征在于，所述叶片设计方法还包括：s6、根据所述当前设计型线建立叶片模型，并根据所述叶片模型建立风机模型；s7、分析所述风机模型的流体力学特性，并获取当前分析结果；s8、判断当前分析结果是否满足预设条件，若是，则所述当前设计型线为最终叶片型线，若否，则返回步骤s4。10.根据权利要求9所述的叶片设计方法，其特征在于，在步骤s7中，采用流体仿真软件分析所述风机模型的流体力学特性。11.一种叶片，其特征在于，由如权利要求1至10任一项所述的叶片设计方法设计形成，所述叶片为等厚叶片。12.一种叶轮，其特征在于，包括如权利要求11所述的叶片，所述叶片绕设定轴线方向间隔设置有多个。13.一种离心风机，其特征在于，包括如权利要求12所述的叶轮。

技术总结
本发明属于风机技术领域，具体公开了一种叶片设计方法、叶片、叶轮及离心风机。风机设计方法包括：根据叶轮内径和叶片进口安装角β


技术研发人员：任富佳 刘正锋 鲍明 郑桐福 姚家前
受保护的技术使用者：杭州老板电器股份有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/22