本發(fā)明涉及一種準分子激光器的風機葉輪，尤其是涉及一種有效降低噪聲的準分子激光器貫流式風機葉輪。

背景技術：

貫流式風機是準分子激光器的重要組成部分，是準分子激光器的放電腔內氣體循環(huán)的動力源。風機葉輪的轉動帶動放電腔內氣體的高速循環(huán)運轉，及時帶走放電后的廢氣，為放電區(qū)提供新鮮工作氣體，為下次放電提供保障。

目前在專利文獻中，例如，美國專利US006061376A、US6765946B、US8814522B2及中國專利CN 102777416B等也都公開了常用的準分子激光器用貫流式風機葉輪，如圖1所示為典型貫流式風機葉輪結構示意圖，其中，風機葉輪由若干片葉片按照一定規(guī)律呈圓周分布構成，所有葉片通過中間支撐盤或中盤固定連接。每個葉片根部和尖部具有相同的厚度，并且葉片整體厚度較薄，該種組成葉輪的所有葉片厚度基本一致的設計有利于葉片結構的加工和裝配。但是在貫流式風機葉輪高速轉動時，如2000轉/分以上，薄葉片發(fā)生不規(guī)則形變的可能性大大增加，局部的彎曲將影響葉片的結構強度，導致形變部位局部流場的紊亂，進而影響放電區(qū)流場的流速及其均勻性，對激光器放電產生不利影響。另外，風機葉輪也是放電腔內噪聲的主要來源，葉輪產生的聲波噪聲在放電腔內壁會發(fā)生多次反射、散射，到達放電區(qū)的部分聲波將對放電區(qū)的高壓放電產生不利影響，影響放電區(qū)內氣壓梯度的變化，降低流場的均勻性，最終降低激光輸出能量的穩(wěn)定性。而傳統(tǒng)的準分子激光器放電腔中消減噪聲的方法通常是在放電腔內壁上貼附吸聲材料，通過在聲波傳遞過程中做出的衰減措施，來達到后續(xù)消噪聲的目的。

因此，實現(xiàn)在放電區(qū)高速、均勻的流場是貫流式風機的最重要要求。為了獲得更高的放電重復頻率，放電腔的流速也需要相應提高，從而需要更高轉速的風機。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明的目的是提供一種適用于準分子激光器等氣體放電激光器的新型貫流式風機葉輪結構，尤其適用于需要高速均勻流場的高重頻氣體放電激光器。在能夠滿足傳統(tǒng)貫流式風機葉輪實現(xiàn)高速、均勻氣體流場應用的基礎上，通過對葉片基本結構的進一步優(yōu)化改動，有效提高葉片自身結構強度，同時在葉片上采用降噪措施，實現(xiàn)高轉速情況下防止葉片發(fā)生形變、以及在噪源處降低噪聲的目的，對提高放電區(qū)氣流速度、改善放電區(qū)流場均勻性具有有利影響。

本發(fā)明提出了一種有效降低噪聲的準分子激光器貫流式風機葉輪，所述貫流式風機葉輪包括若干節(jié)葉輪單元，所述若干節(jié)葉輪單元中的每個葉輪單元包含有若干葉片，所述葉片按照圓周方式分布，葉片兩端面固定在兩側中盤上，所述葉片具有非均勻的厚度；

其中，所述葉輪單元的數(shù)量在兩個以上；

其中，所述葉片的數(shù)量在兩個以上；

其中，所述若干節(jié)葉輪單元沿軸向依次排布構成葉輪；

其中，所述葉片具有迎風面和背風面；

其中，每節(jié)葉輪單元內所有葉片按照直齒方式圓周分布；

其中，每節(jié)葉輪單元內所有葉片按照斜齒方式圓周分布；

所述葉片迎風面和背風面具有不同的曲率半徑，葉片根部厚度大于葉片尖部厚度；

所述葉片在背風面上具有垂直于葉片尖部的若干凹槽；

所述凹槽截面形狀為矩形；

所述凹槽截面形狀還可以為梯形、三角形、燕尾形；

所述葉片在背風面上具有平行于葉片尖部的若干凹槽；

所述葉片在葉片尖部具有波浪狀或鋸齒狀邊緣；

所述葉片上降低措施可以采用兩種結構方案組合應用；

所述貫流式風機葉輪包含若干節(jié)葉輪單元，每節(jié)葉輪單元包含數(shù)量相同的葉片。

傳統(tǒng)的準分子激光器放電腔中消減噪聲的方法通常是在放電腔內壁上貼附吸聲材料、或加工成特定形狀的槽/孔等微結構，通過對放電腔內噪聲進行散射和/或吸收等方式，達到衰減噪聲的目的。簡而言之，是在噪聲產生之后，通過在聲波傳遞過程中(如在放電腔內壁上)做出的衰減措施，來達到后續(xù)消噪聲的目的。

本發(fā)明中從產生噪聲的源頭，即風機葉輪上著手，實現(xiàn)源頭上消減噪聲的目的。本發(fā)明中提出的貫流式風機葉輪，在能夠滿足傳統(tǒng)貫流式風機葉輪實現(xiàn)高速、均勻氣體流場應用的基礎上，通過葉片結構進行改進優(yōu)化、并且在葉片表面增加多種消減噪聲措施，降低風機高速轉動情況下葉片發(fā)生局部形變的可能性，有利于保持葉片結構的穩(wěn)定性，達到有效降低噪聲、以及保證放電區(qū)流場均勻性的目的，有利于獲得更大流速。本發(fā)明提出的結構形式尤其適用于高速氣體循環(huán)所需的高風機轉速環(huán)境中。本發(fā)明提出的在貫流式風機葉片上進行消除噪聲的方法，如結合放電腔內壁上消除噪聲的方法同時使用，可起到更為有益的效果。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了傳統(tǒng)的準分子激光器貫流式風機葉輪結構示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的貫流式風機葉輪結構示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的包含降低噪聲措施的葉片結構示意圖；

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的葉片的水平凹槽降噪結構；

圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的葉片的波浪或鋸齒邊緣降噪結構；

圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的葉片的垂直凹槽與波浪邊緣組合形式降噪結構。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本發(fā)明公開的示例性實施方式，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本發(fā)明公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本發(fā)明公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

圖2為本發(fā)明提出的貫流式風機葉輪的結構示意圖。所述貫流式風機葉輪包括若干節(jié)葉輪單元，優(yōu)選所述若干節(jié)為兩個以上的節(jié)數(shù)，所述若干節(jié)的具體數(shù)值本領域技術人員可以根據(jù)需要進行設置，針對于某些特殊情況，所述若干節(jié)也包括只含有一節(jié)葉輪的單元的情況。所述若干節(jié)葉輪單元中的每個葉輪單元包含數(shù)量相同的葉片1，每節(jié)葉輪單元又包含若干片葉片1，所述若干片葉片的數(shù)量為2片以上，所有葉片1按照圓周方式順序均勻分布，葉片1兩端面通過如焊接等方式固定在兩側中盤2上。

如圖2所示，若干節(jié)葉輪單元沿軸向依次排布構成葉輪整體，所述若干節(jié)葉輪單元所組成的葉輪整體通過兩端的法蘭等裝置安裝在貫流式風機中(未圖示)。圖2中所示的箭頭方向即為軸線方向，通過將若干節(jié)葉輪單元沿軸線安裝以保證在貫流式風機中形成實現(xiàn)高速、均勻氣體流場。其中，所述若干節(jié)葉輪單元所組成的葉輪整體的內部為中空結構，當風機帶動葉輪沿環(huán)形箭頭所示方向繞軸線高速轉動時，氣流從葉輪一側葉片吸入，通過葉輪內部中空區(qū)域，從葉輪另一側葉片流出。通過葉輪的旋轉帶動氣流的轉動，實現(xiàn)氣體在放電腔內的高速循環(huán)。

圖3所示為本發(fā)明的包含降低噪聲措施的新型葉片結構示意圖。圖3所示的葉片為圖2的葉輪中單個葉片的放大結構，其中，葉片包括迎風面3和背風面4，所述迎風面3和背風面4為曲面。當葉片按照一定的方向旋轉時，例如圖2中設定的順時針方向，旋轉方向與葉片彎曲方向相同，迎風的一面定義為迎風面3，另外一面定義為背風面4。

所述葉片由于葉片厚度的變化，葉片迎風面3和背風面4具有不同的曲率，在同一截面上圓心不在一處，有利于葉片厚度的逐漸收斂，區(qū)別于傳統(tǒng)葉片中背風面和迎風面具有相同的圓弧半徑R，即迎風面和背風面平行，整片葉片厚度一致的情況。

所述葉片厚度較大的一端定義為葉片根部5，葉片厚度較小的一端定義為葉片尖部6。整個葉片在沿軸線方向上，各截面迎風面3和背風面4的曲率不變，迎風面3和背風面4都為圓柱面。在風機超過2000轉/分的高轉速運轉時，為降低風機葉片發(fā)生形變彎曲的可能性，可根據(jù)具體試驗條件，增加即葉片根部的厚度，起到加強葉片結構強度的作用；隨著向外側延展，葉片厚度逐漸降低，葉片尖部厚度最小。本發(fā)明中通過增加葉片根部厚度、并向葉片尖部延展的過程中采用厚度逐漸遞減的方式，與傳統(tǒng)厚度一致的“薄”葉片結構相比較，在風機轉速提高時可以有效降低葉片發(fā)生形變彎曲的可能性，有利于獲得更高、更穩(wěn)定的流速，并可保證高轉速時的流場均勻性。

作為進一步的改進，本發(fā)明中迎風面和背風面不局限于圖3中所示的圓柱面，也可以設計成球面、非球面等不同曲面類型。

對于葉片在葉輪中的排布方式來說，本發(fā)明的葉輪的所有葉片可采用直齒分布方式，即葉片尖部垂直于中盤表面；實際應用中還可以采用葉片斜齒分布方式，即所有葉片尖部與中盤表面成一相同的特殊角度，而非垂直分布方式，即葉片整體相對于中盤成傾斜分布，對于不同結構形式的葉片，可采用不同的排布方式以保證葉輪的高速旋轉的穩(wěn)定性。

作為本發(fā)明的進一步的改進，為了降低葉輪轉動過程中的噪聲，對本發(fā)明的葉片結構進行了進一步的優(yōu)化和改進，如圖3所示，在葉片迎風面3可采用光滑曲面，有利于產生大風速或大流速。葉片背風面4上設置有規(guī)則的周期性加工出的若干個凹槽7，所述若干個凹槽7的分布沿著垂直葉片尖部的方向(定義為垂直型凹槽)，凹槽7之間平行排列。背風面上加工出的凹槽結構可以起到擾亂葉片的背風面4的表面壓力，對表面層流場進行干擾，從而減少其產生的聲波噪聲。同時，在背風面4上均勻分布的凹槽結構加上寬闊的葉片表面能分散聲波，阻止它們累積在一起產生噪聲。凹槽7的截面形狀不局限于圖3中所示的矩形，根據(jù)使用環(huán)境的不同還可以采用不同的形狀，如三角形、梯形、燕尾形等其它凹槽結構。此外，凹槽分布方向不局限于圖3中所示的與葉片尖部垂直的凹槽分布方式，還可以采用如凹槽與葉片尖部走向非垂直分布，而為一特殊角度，或者凹槽之間呈一定角度交錯排列等方式。

圖3中所示的降低噪聲措施為垂直型凹槽結構，還可以擴展為其他結構形式。圖4a－圖4c中列出其他的降低噪聲處理措施，圖4a為在葉片背風面上加工出水平狀凹槽，其凹槽方向與葉片尖部平行，凹槽之間平行排列，與圖3中所示凹槽分布方向垂直。凹槽截面形狀不局限于圖4a中所示的矩形，根據(jù)使用環(huán)境的不同還可以采用不同的形狀，如三角形、梯形、燕尾形等其它凹槽結構。圖4a中水平狀凹槽與圖3中垂直型凹槽作用類似，同樣為起到擾亂葉片背風面的表面壓力，干擾表面層流場，從而減少其產生的聲波噪聲作用。

圖4b所示降噪措施為采用波浪狀或鋸齒狀葉片邊緣。對葉片尖部進行處理，將傳統(tǒng)葉片結構中平直分布的葉片尖部優(yōu)化為波浪狀或鋸齒狀結構，分布整個葉片尖部。在波浪狀或鋸齒狀結構所有轉折處采用圓角平滑處理，避免尖銳拐角或者棱的存在，從而有效減小風阻。葉片邊緣尖部的波浪狀或鋸齒狀微結構，可以產生很多小的渦流，使后面的氣流變得很平穩(wěn)，從而消除的產生噪聲的渦流，減少了高速轉動的葉輪產生的噪聲。

圖4c中所示降噪措施為垂直型凹槽與波浪狀葉片邊緣兩種結構的組合應用。在實際應用中，根據(jù)具體使用環(huán)境，可以采用一種降噪結構方案，還可以采用兩種結構的組合應用，如圖4c所示組合方案、或水平狀凹槽與波浪狀葉片邊緣等組合應用等，不局限于圖4a－圖4c中所示結構形式。

本發(fā)明的葉片上加工出的凹槽的具體結構參數(shù)，如凹槽寬度、深度、間隔、角度等參數(shù)不局限在特定數(shù)值，根據(jù)所需流速等不同使用條件，結合葉片形狀特征需要進行統(tǒng)一建模仿真過程來綜合確定，以達到最好的消減噪聲效果。如結合在放電腔內壁上消除噪聲的方法同時使用，可起到更為有益的效果。

本發(fā)明提出的包含降噪措施的新型葉片組成的風機葉輪，在能夠滿足傳統(tǒng)貫流式風機葉輪實現(xiàn)高速、均勻氣體流場應用的基礎上，通過對葉輪葉片的優(yōu)化進一步提高了結構強度，降低風機高速轉動情況下葉片發(fā)生局部形變的可能性，有利于保持葉片結構的穩(wěn)定性，使之更適用于高轉速環(huán)境中；同時，在葉片上增加的一系列降噪處理方式，通過對表面層流場的干擾，實現(xiàn)從噪聲源頭上降低噪聲的目的。通過對葉片結構的優(yōu)化以及葉片表面進行的降噪處理，使本發(fā)明提出的新型貫流式風機葉輪更適用于高轉速應用中，在獲得大風速的同時能夠保證流場的均勻性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。