CN102230480B - 紧凑型单吸式离心通风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型单吸式离心通风机，风机结构采用单吸式离心叶轮、半蜗壳加装特殊导叶，并将叶轮放置在尺寸狭窄的三角形腔体内，四段不同长度的半蜗壳绕叶轮的旋转中心依次分布，半蜗壳的型线均为对数螺旋线；根据风机功能要求，在叶轮排风端加装多个特殊的导流叶片，特殊导叶的形状、相对位置和结构尺寸按流道中流速均匀性、阻损小和转向渐扩特征组织气流而确定，通过导叶分配各排风口流量，在三角形腔体空间内进行流量的有效控制，并实现转向导流和速度的稳态渐变，减少脱流和分离，有效降低流阻。本发明尤其适用于安装空间狭窄、安装条件苛刻的场合。

Description

紧凑型单吸式离心通风机

技术领域

本发明涉及一种紧凑型单吸式离心通风机，尤其涉及一种适合于安装条件苛刻、安装空间狭窄如三角形腔体的紧凑型单吸式离心通风机。属流体工程技术领域。

背景技术

在国内特大型电机结构定型设计前，要求先完成冷却系统设计验证，作为电机设计的依据，而风机是关键设备。目前广泛采用的离心通风机是全蜗壳的离心风机，风机机壳尺寸较大，为确保风机较高的运行效率，保证风机进出口流场的均匀性，要求必须有足够宽裕的安装空间。而实际工程中，需要在某些狭窄如三角形空间内安装风机，如高铁、风电、军用船舶等。这些狭小的有限空间，无法按常规使用安装全蜗壳风机，即使勉强安装，置于狭窄空间内的风机会导致流场的恶化和系统效应的增加，都将会严重影响风机的运行效率。

目前风机行业中有一种无蜗壳离心通风机，但它要求叶轮外有足够宽阔的空间，其线性尺寸相对较大，要求达叶轮外径的1.5倍，否则会严重影响风机的气动性能。对此类风机，无法满足狭窄空间的安装要求。

对于这些要求风量大，而安装条件苛刻的冷却系统，风机设计的技术难点是：

1、风机的吸入口和排出口需要结合换热器结构实际，组织实现配风的均匀性和流阻的最小化。

2、按系统要求的风量确定叶轮直径值后，计算叶轮的宽度要比通常叶轮宽度增大80％，会使叶片弯曲应力增大到3.24倍，导致优质碳钢也难以满足要求，且机壳轴向尺寸会严重超标。

因此，对于安装条件苛刻的特殊场合，为确保风机具有较高的运行效率，在对风机运动的流通部件进行创新优化设计的同时，也需要对风机固定的通流部件进行结构优化设计，以提高风机运行效率的高效化和提高换热元件段气流速度的均匀性。

发明内容

本发明的目的在于针对实际需求和现有技术的不足，设计提供一种紧凑型单吸式离心通风机，能够安装在狭窄空间，保证风机在苛刻的腔体中，仍具有较高的运行效率，满足功能要求和改善流场。

为实现这一目的，本发明的风机结构采用单吸式离心叶轮、半蜗壳加装特殊导叶，并将叶轮放置在尺寸狭窄的三角形腔体内，四段不同长度的半蜗壳绕叶轮的旋转中心依次分布，半蜗壳的型线均为对数螺旋线；根据风机功能要求，在叶轮排风端加装多个特殊的导流叶片，特殊导叶的形状、相对位置和结构尺寸按流道中流速均匀性、阻损小和渐扩特征组织气流而确定，通过导叶分配各排风口流量，在三角形腔体空间内能进行流量的有效控制，并实现转向导流和速度的稳态渐变，减少脱流和分离，有效降低流阻。

本发明紧凑型单吸式离心通风机的具体结构特征为：机壳呈三角形腔体，在三角形腔体中内置逆时针转向的单吸式离心叶轮，叶轮的垂直中心线向右偏移，离三角形腔体的垂直中心线的距离为0.18-0.22R；绕叶轮的旋转中心依次分布四段不同长度的半蜗壳，四段半蜗壳型线均为对数螺旋线；其中，第一半蜗壳蜗舌起点从叶轮旋转中心水平线0°开始，第二半蜗壳蜗舌起点从叶轮旋转中心水平线180°开始，第三半蜗壳蜗舌起点与第一半蜗壳的起点相差270-280°，终点距叶轮中心距离为1.3-1.4R；第四半蜗壳蜗舌起点与半蜗壳10的起点相差40-50°，终点距叶轮中心距离为1.05-1.1R。

在叶轮左侧的排风口前，左一导叶与三角形腔体倾斜内壁相切，左三导叶起始于第二半蜗壳的蜗舌起点，左三导叶的终点距叶轮中心水平距离为1.1-1.2R；在左一导叶与左三导叶之间设置左二导叶，左二导叶与左一导叶之间的距离及左二导叶与左三导叶之间的距离根据通流面积接近原则确定。

在叶轮右侧的排风口前，设置四个特殊导叶，其中右一导叶外切于第三半蜗壳蜗舌起点，用于阻止左侧排出的气流冲向右侧通道；右二导叶起点与第三半蜗壳的终点相切，右二导叶终点距叶轮中心距离为1.3-1.35R，右二导叶为空心导叶，由下平面和上弧面构成，右二导叶上弧面的圆弧半径为0.35R；右四导叶的起点与第一半蜗壳蜗舌起点相同，以曲率半径为0.6-0.7R的弧线与三角形腔体相切后以光滑曲线延伸至排风口；在右二导叶与右四导叶之间设置右三导叶，右三导叶是由上下弧线构成的空心导叶，上弧线曲率半径为0.39-0.4R，下弧线曲率半径为0.42-0.43R，右三导叶与右二导叶之间的距离及右三导叶与右四导叶之间的距离根据通流面积接近原则确定；右二导叶、右三导叶及右四导叶构成气流转向渐变渐扩流道。

以上参数均以叶轮半径为参照，其中R为叶轮半径。

本发明中，所述右二导叶和右三导叶为空心导叶，其表面由微穿孔板制成，导叶内腔填充吸声材料，用以有效降低风机噪声。

本发明根据风机各排出口的风量，设计各片导叶的形状、相对位置和结构尺寸。本发明中各导叶形状相对间距按流道中流速的一致性和渐扩特性，以及流体缓慢地改变流动方向为原则，组织流道时可按流动规律先确定相邻导叶中其中一个导叶的形状，然后按流道面积渐扩过渡的要求，再确定同一流道中另一个导叶的形状，按此规则确定的流道，具有流速变化缓慢，阻损小的特点。对构成封闭状的空心导流叶片，可将内腔制成微穿孔消声器，使其具有降噪的特性。

本发明针对安装在狭窄空间(如三角形腔体)内的离心风机，采用独特的半蜗壳结构替代常规的全蜗壳，并加装多个特殊的导流叶片，结构紧凑独特，导叶的设置结合风机功能要求，通过导叶分配排风口流量，使在狭窄呈三角形腔体空间内进行流量的有效控制，利用弧形导叶和直导叶实现转向导流和速度的稳态渐变，能有效地降低流阻，改善流场，提高风机的运行效率。

附图说明

图1为本发明风机的结构示意图。

图1中，1为三角形腔体，2为第一半蜗壳，3为左一导叶，4为左二导叶，5为排风口，6为左三导叶，7为第二半蜗壳，8为叶轮，9为右一导叶，10为第三半蜗壳，11为第四半蜗壳，12为右二导叶，13为右三导叶，14为右四导叶，R为叶轮的半径。

图2为本发明风机的装配示意图。

图2中，1为三角形腔体，2为第一半蜗壳，8为叶轮，16为电动机，17为集流器。

图3为本发明风机的三维示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

图1为本发明离心式通风机实施例的结构示意图。如图1所示，通风机的外壳按现场条件，只能设计成三角形，在三角形腔体1中内置离心式叶轮8，叶轮8的垂直中心线向右偏移，离三角形腔体1的垂直中心线(对称平面)的距离为L，L取值0.18-0.22R，其中R为叶轮的半径。

绕叶轮8的旋转中心依次分布四段不同长度的半蜗壳，四段不同长度的半蜗壳型线均为对数螺旋线。其中，第一半蜗壳2蜗舌的起点从叶轮旋转中心水平线0°开始；第二半蜗壳7蜗舌起点从叶轮旋转中心水平线180°开始；第三半蜗壳10蜗舌的起点与第一半蜗壳2的起点相差270-280°，终点距叶轮中心距离为1.3-1.4R；第四半蜗壳11的蜗舌起点与第三半蜗壳10的起点相差40-45°，终点距叶轮中心距离为1.05-1.1R。其中，R为叶轮的半径。

根据风机排风口导流和扩压的要求，在叶轮左右两侧的风机排风口前设置了多个特殊导叶。其中：

在叶轮左侧的排风口前设置三个特殊导叶，分别为左一导叶3、左二导叶4和左三导叶6。左一导叶3与三角形腔体1倾斜内壁相切，左三导叶6起始于第二半蜗壳7的蜗舌起点，左三导叶6的终点距叶轮中心水平距离为1.1-1.2R，疏导45-55％的风量。在左一导叶3与左三导叶6之间设置左二导叶4，左二导叶4与左一导叶3及左三导叶6之间的距离根据通流面积接近原则确定。

在叶轮右侧的排风口前设置四个特殊导叶，分别为右一导叶9、右二导叶12、右三导叶13和右四导叶14。其中，右一导叶9外切于第三半蜗壳10的蜗舌起点，用于控制气流场，阻止左侧排出的气流冲向右侧通道。右二导叶12起点与第三半蜗壳10的终点相切，右二导叶12终点距叶轮中心距离为1.3-1.35R，右二导叶12为空心导叶，由下平面和上弧面构成，右二导叶12上弧面的圆弧半径为0.35R。右四导叶14的起点与第一半蜗壳2蜗舌起点相同，以曲率半径为0.55-0.6R的弧线与三角形腔体相切后以光滑曲线延伸至排风口。在右二导叶12与右四导叶14之间设置右三导叶13，右三导叶13是由上下弧线构成的空心导叶，上弧线曲率半径为0.39-0.4R，下弧线曲率半径为0.42-0.43R。右三导叶13与右二导叶12及右四导叶14之间的距离根据通流面积接近的原则确定。右二导叶12、右三导叶13及右四导叶14构成气流转向渐扩流道，疏导了25-35％的风量，从第二半蜗壳7右侧始到该气流转向渐扩流道共疏导了45-55％的风量。

以上参数均以叶轮半径为参照，所述R为叶轮半径。

所述右二导叶12和右三导叶13的表面由微穿孔板制成，导叶内填充吸声材料，可以有效降低噪声。

左一导叶3与左二导叶4组成的流道、左二导叶4与左三导叶6组成的流道合为左流道，沿流速方向的截面是逐渐变大，两流道汇集了1/2叶轮排出流量。第二半蜗壳7与右一导叶9组成中间流道，汇集了1/4叶轮排出流量。右二导叶12与右三导叶13组成的流道汇集了1/8叶轮排出流量，右三导叶13与右四导叶14组成的流道汇集了1/8叶轮排出流量，两流道同样沿流速方向的截面是逐渐变大，合为右流道。

图2为本发明风机的装配示意图。

图3为本发明风机的三维示意图。

如图2、图3所示，在通风机的三角形腔体1中内置单吸式离心叶轮8，绕叶轮8的旋转中心依次分布四段不同长度的半蜗壳，图中显示了第一半蜗壳2。三相交流电动机16置于三角形腔体1外，进风口安置集流器17。

当叶轮8转动后，经热交换器冷却后的空气从集流器17吸入，流入叶轮8的叶片流道中，旋转叶片对空气做功，从而提高空气的能量(增加压力)，空气经叶轮8后流入三角形腔体的蜗壳中，经导叶后从机壳底部矩形出风口排出，流经电动机16，经电动机16吸收热量后进入水气换热器再降温，如此周而复始，使空气循环流动。

本发明中，各个排出流道扩压部分分为前后二段，接近叶轮排出口的蜗壳部分，控制当量扩压角在8°以内，后面部分(流道长度的50％)可适当放大扩角，以利减小全流道的流动损失。对不同位置用独特导叶组成的右流道，从叶轮排出的气流要求有不同的转向，为缩小导叶出口处的静压差值，本发明还采用不同弯曲半径的导向叶片和不同的流道截面积来弥补调整各流道中的流速值，从而实现减少各流道流阻的差异值，实现流阻的等量化，即对不同位置转向的流道，按转向激烈程度作不同处理，对转向激烈的流道相应增加其流通面积，减少流速，使在(0.8～0.9)V范围内变动，通过减低流速，实现减少流阻，使相邻导叶出口端维持较为接近的静压值。

本发明实施例中的风机，采用三角形腔体加装导流片的新结构，实现超高比转数，高流量系数，满足了特大型高效电机散热器空冷系统送风要求，外形体积只有0.39m³，相比常规结构风机外形体积达0.759m³，体积减小了46.9％。

Claims (2)

1.一种紧凑型单吸式离心通风机，其特征在于，机壳呈三角形腔体(1)，在三角形腔体(1)中内置逆时针转向的单吸式离心叶轮(8)，叶轮(8)的垂直中心线向右偏移，离三角形腔体(1)的垂直中心线，即对称平面的距离为0.18-0.22R；绕叶轮(8)的旋转中心依次分布四段不同长度的半蜗壳，四段半蜗壳型线均为对数螺旋线；其中，第一半蜗壳(2)蜗舌起点从叶轮旋转中心水平线0°开始；第二半蜗壳(7)蜗舌起点从叶轮旋转中心水平线180°开始；第三半蜗壳(10)蜗舌起点与第一半蜗壳(2)的蜗舌起点在逆时针方向上相差270°-280°，终点距叶轮中心距离为1.3-1.4R；第四半蜗壳(11)蜗舌起点与第三半蜗壳(10)的蜗舌起点在逆时针方向上相差40°-50°，终点距叶轮中心距离为1.05-1.1R；

在叶轮左侧的排风口前，左一导叶(3)与三角形腔体(1)倾斜内壁相切，左三导叶(6)起始于第二半蜗壳(7)的蜗舌起点，左三导叶(6)的终点距叶轮中心水平距离为1.1-1.2R；

在左一导叶(3)与左三导叶(6)之间设置左二导叶(4)，左二导叶(4)与左一导叶(3)之间的距离及左二导叶(4)与左三导叶(6)之间的距离根据通流面积接近的原则确定，左一导叶（3）与左二导叶（4）组成的流道、左二导叶（4）与左三导叶（6）组成的流道合为左流道，两流道汇集了1/2叶轮排出流量；第二半蜗壳(7)与右一导叶(9)组成中间流道，汇集了1/4叶轮排出流量；

在叶轮右侧的排风口前，设置四个导叶，其中右一导叶(9)外切于第三半蜗壳(10)蜗舌起点，用于阻止左侧排出的气流冲向右侧通道；右二导叶(12)起点与第三半蜗壳(10)的终点相切，右二导叶(12)终点距叶轮中心距离为1.3-1.35R，右二导叶(12)为空心导叶，由下平面和上弧面构成，右二导叶(12)上弧面的圆弧半径为0.35R；右四导叶(14)的起点与第一半蜗壳(2)蜗舌起点相同，以曲率半径为0.6-0.7R的弧线与三角形腔体相切后以光滑曲线延伸至叶轮右侧的排风口；在右二导叶(12)与右四导叶(14)之间设置右三导叶(13)，右三导叶(13)是由上下弧线构成的空心导叶，上弧线曲率半径为0.39-0.4R，下弧线曲率半径为0.42-0.43R，右三导叶(13)与右二导叶(12)之间的距离及右三导叶(13)与右四导叶(14)之间的距离根据通流面积接近的原则确定；右二导叶(12)、右三导叶(13)及右四导叶(14)构成气流转向渐变渐扩流道，右二导叶(12)与右三导叶(13)组成的流道汇集了1/8叶轮排出的流量，右三导叶(13)和右四导叶(14)组成的流道汇集了1/8叶轮排出的流量；

以上所述R为叶轮半径。

2.根据权利要求l的紧凑型单吸式离心通风机，其特征在于，所述右二导叶(12)和右三导叶(13)的表面由微穿孔板制成，该右二导叶(12)和右三导叶(13)内腔填充吸声材料。

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