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

背景技術(shù)：

貫流式風(fēng)機(jī)是準(zhǔn)分子激光器的重要組成部分，是準(zhǔn)分子激光器的放電腔內(nèi)氣體循環(huán)的動(dòng)力源。風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)放電腔內(nèi)氣體的高速循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)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(xiàn)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(zhǔn)分子激光器用貫流式風(fēng)機(jī)葉輪，如圖1所示為典型貫流式風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)示意圖，其中，風(fēng)機(jī)葉輪由若干片葉片按照一定規(guī)律呈圓周分布構(gòu)成，所有葉片通過中間支撐盤或中盤固定連接。每個(gè)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(shè)計(jì)有利于葉片結(jié)構(gòu)的加工和裝配。但是在貫流式風(fēng)機(jī)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如2000轉(zhuǎn)/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(jié)構(gòu)強(qiáng)度，導(dǎo)致形變部位局部流場(chǎng)的紊亂，進(jìn)而影響放電區(qū)流場(chǎng)的流速及其均勻性，對(duì)激光器放電產(chǎn)生不利影響。另外，風(fēng)機(jī)葉輪也是放電腔內(nèi)噪聲的主要來源，葉輪產(chǎn)生的聲波噪聲在放電腔內(nèi)壁會(huì)發(fā)生多次反射、散射，到達(dá)放電區(qū)的部分聲波將對(duì)放電區(qū)的高壓放電產(chǎn)生不利影響，影響放電區(qū)內(nèi)氣壓梯度的變化，降低流場(chǎng)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(zhǔn)分子激光器放電腔中消減噪聲的方法通常是在放電腔內(nèi)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(dá)到后續(xù)消噪聲的目的。

因此，實(shí)現(xiàn)在放電區(qū)高速、均勻的流場(chǎng)是貫流式風(fēng)機(jī)的最重要要求。為了獲得更高的放電重復(fù)頻率，放電腔的流速也需要相應(yīng)提高，從而需要更高轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的目的是提供一種適用于準(zhǔn)分子激光器等氣體放電激光器的新型貫流式風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)，尤其適用于需要高速均勻流場(chǎng)的高重頻氣體放電激光器。在能夠滿足傳統(tǒng)貫流式風(fēng)機(jī)葉輪實(shí)現(xiàn)高速、均勻氣體流場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過對(duì)葉片基本結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化改動(dòng)，有效提高葉片自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)在葉片上采用降噪措施，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)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(duì)提高放電區(qū)氣流速度、改善放電區(qū)流場(chǎng)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(zhǔn)分子激光器貫流式風(fēng)機(jī)葉輪，所述貫流式風(fēng)機(jī)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(gè)葉輪單元包含有若干葉片，所述葉片按照?qǐng)A周方式分布，葉片兩端面固定在兩側(cè)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(gè)以上；

其中，所述葉片的數(shù)量在兩個(gè)以上；

其中，所述若干節(jié)葉輪單元沿軸向依次排布構(gòu)成葉輪；

其中，所述葉片具有迎風(fēng)面和背風(fēng)面；

其中，每節(jié)葉輪單元內(nèi)所有葉片按照直齒方式圓周分布；

其中，每節(jié)葉輪單元內(nèi)所有葉片按照斜齒方式圓周分布；

所述葉片迎風(fēng)面和背風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jié)構(gòu)方案組合應(yīng)用；

所述貫流式風(fēng)機(jī)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(zhǔn)分子激光器放電腔中消減噪聲的方法通常是在放電腔內(nèi)壁上貼附吸聲材料、或加工成特定形狀的槽/孔等微結(jié)構(gòu)，通過對(duì)放電腔內(nèi)噪聲進(jìn)行散射和/或吸收等方式，達(dá)到衰減噪聲的目的。簡(jiǎn)而言之，是在噪聲產(chǎn)生之后，通過在聲波傳遞過程中(如在放電腔內(nèi)壁上)做出的衰減措施，來達(dá)到后續(xù)消噪聲的目的。

本發(fā)明中從產(chǎn)生噪聲的源頭，即風(fēng)機(jī)葉輪上著手，實(shí)現(xiàn)源頭上消減噪聲的目的。本發(fā)明中提出的貫流式風(fēng)機(jī)葉輪，在能夠滿足傳統(tǒng)貫流式風(fēng)機(jī)葉輪實(shí)現(xiàn)高速、均勻氣體流場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化、并且在葉片表面增加多種消減噪聲措施，降低風(fēng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片發(fā)生局部形變的可能性，有利于保持葉片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，達(dá)到有效降低噪聲、以及保證放電區(qū)流場(chǎng)均勻性的目的，有利于獲得更大流速。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)形式尤其適用于高速氣體循環(huán)所需的高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速環(huán)境中。本發(fā)明提出的在貫流式風(fēng)機(jī)葉片上進(jìn)行消除噪聲的方法，如結(jié)合放電腔內(nèi)壁上消除噪聲的方法同時(shí)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(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光器貫流式風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的貫流式風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；

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

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的葉片的水平凹槽降噪結(jié)構(gòu)；

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

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

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明公開的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本發(fā)明公開的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明公開的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

圖2為本發(fā)明提出的貫流式風(fēng)機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖。所述貫流式風(fēng)機(jī)葉輪包括若干節(jié)葉輪單元，優(yōu)選所述若干節(jié)為兩個(gè)以上的節(jié)數(shù)，所述若干節(jié)的具體數(shù)值本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，針對(duì)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(gè)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?qǐng)A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(cè)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(gòu)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)中形成實(shí)現(xiàn)高速、均勻氣體流場(chǎng)。其中，所述若干節(jié)葉輪單元所組成的葉輪整體的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)機(jī)帶動(dòng)葉輪沿環(huán)形箭頭所示方向繞軸線高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣流從葉輪一側(cè)葉片吸入，通過葉輪內(nèi)部中空區(qū)域，從葉輪另一側(cè)葉片流出。通過葉輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣流的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣體在放電腔內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示的葉片為圖2的葉輪中單個(gè)葉片的放大結(jié)構(gòu)，其中，葉片包括迎風(fēng)面3和背風(fēng)面4，所述迎風(fēng)面3和背風(fēng)面4為曲面。當(dāng)葉片按照一定的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，例如圖2中設(shè)定的順時(shí)針方向，旋轉(zhuǎn)方向與葉片彎曲方向相同，迎風(fēng)的一面定義為迎風(fēng)面3，另外一面定義為背風(fēng)面4。

所述葉片由于葉片厚度的變化，葉片迎風(fēng)面3和背風(fēng)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(fēng)面和迎風(fēng)面具有相同的圓弧半徑R，即迎風(fēng)面和背風(fēng)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(gè)葉片在沿軸線方向上，各截面迎風(fēng)面3和背風(fēng)面4的曲率不變，迎風(fēng)面3和背風(fēng)面4都為圓柱面。在風(fēng)機(jī)超過2000轉(zhuǎn)/分的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為降低風(fēng)機(jī)葉片發(fā)生形變彎曲的可能性，可根據(jù)具體試驗(yàn)條件，增加即葉片根部的厚度，起到加強(qiáng)葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的作用；隨著向外側(cè)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(jié)構(gòu)相比較，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)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(zhuǎn)速時(shí)的流場(chǎng)均勻性。

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

對(duì)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(shí)際應(yīng)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(duì)于中盤成傾斜分布，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)，為了降低葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的噪聲，對(duì)本發(fā)明的葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，如圖3所示，在葉片迎風(fēng)面3可采用光滑曲面，有利于產(chǎn)生大風(fēng)速或大流速。葉片背風(fēng)面4上設(shè)置有規(guī)則的周期性加工出的若干個(gè)凹槽7，所述若干個(gè)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(fēng)面上加工出的凹槽結(jié)構(gòu)可以起到擾亂葉片的背風(fēng)面4的表面壓力，對(duì)表面層流場(chǎng)進(jìn)行干擾，從而減少其產(chǎn)生的聲波噪聲。同時(shí)，在背風(fēng)面4上均勻分布的凹槽結(jié)構(gòu)加上寬闊的葉片表面能分散聲波，阻止它們累積在一起產(chǎn)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(jié)構(gòu)。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(cuò)排列等方式。

圖3中所示的降低噪聲措施為垂直型凹槽結(jié)構(gòu)，還可以擴(kuò)展為其他結(jié)構(gòu)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(fēng)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(jié)構(gòu)。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(fēng)面的表面壓力，干擾表面層流場(chǎng)，從而減少其產(chǎn)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(duì)葉片尖部進(jìn)行處理，將傳統(tǒng)葉片結(jié)構(gòu)中平直分布的葉片尖部?jī)?yōu)化為波浪狀或鋸齒狀結(jié)構(gòu)，分布整個(gè)葉片尖部。在波浪狀或鋸齒狀結(jié)構(gòu)所有轉(zhuǎn)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(fēng)阻。葉片邊緣尖部的波浪狀或鋸齒狀微結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)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(chǎn)生噪聲的渦流，減少了高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪產(chǎn)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(jié)構(gòu)的組合應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體使用環(huán)境，可以采用一種降噪結(jié)構(gòu)方案，還可以采用兩種結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)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(yīng)用等，不局限于圖4a－圖4c中所示結(jié)構(gòu)形式。

本發(fā)明的葉片上加工出的凹槽的具體結(jié)構(gòu)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(jié)合葉片形狀特征需要進(jìn)行統(tǒng)一建模仿真過程來綜合確定，以達(dá)到最好的消減噪聲效果。如結(jié)合在放電腔內(nèi)壁上消除噪聲的方法同時(shí)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(fēng)機(jī)葉輪，在能夠滿足傳統(tǒng)貫流式風(fēng)機(jī)葉輪實(shí)現(xiàn)高速、均勻氣體流場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過對(duì)葉輪葉片的優(yōu)化進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低風(fēng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片發(fā)生局部形變的可能性，有利于保持葉片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使之更適用于高轉(zhuǎn)速環(huán)境中；同時(shí)，在葉片上增加的一系列降噪處理方式，通過對(duì)表面層流場(chǎng)的干擾，實(shí)現(xiàn)從噪聲源頭上降低噪聲的目的。通過對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及葉片表面進(jìn)行的降噪處理，使本發(fā)明提出的新型貫流式風(fēng)機(jī)葉輪更適用于高轉(zhuǎn)速應(yīng)用中，在獲得大風(fēng)速的同時(shí)能夠保證流場(chǎng)的均勻性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。