CN102588347A - 离心通风机及包含该离心通风机的空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离心通风机及包含该离心通风机的空调器。该离心通风机包括：蜗壳(2)，具有进气口(21)；风机叶轮(1)，设置在蜗壳(2)内；以及导流圈(3)，设置在蜗壳(2)的进气口(21)上，用于进气口导流，还包括：导流格栅(4)，设置在导流圈(3)外侧，具有均匀周向进气气流的结构。根据本发明的离心通风机能够有效避免离心通风机叶片和导流器区域旋转失速，改善导流圈出口气流周向均匀性，使得离心风机进出风均匀稳定，降低风机噪声，改善音质，提高性能和可靠性，降低成本，同时也保证在较宽流量范围内高效可靠。根据本发明的空调器包含上述离心通风机。

Description

离心通风机及包含该离心通风机的空调器

技术领域

本发明涉及气体输送机械领域，具体而言，涉及一种离心通风机及包含该离心通风机的空调器。

背景技术

离心式通风机是一种应用广泛的气体输送机械，广泛应用于工业通风、除尘、化工、暖通等领域。多翼离心风机因结构紧凑、压力系数高、噪音低而被广泛应用于空调器中。多翼风机独特的结构特点、叶轮的高速旋转以及流道复杂的、非对称性的几何形状，再加上实际流体具有粘性，都使风机内部流动呈现出很复杂的三维特性。多翼离心风机内部的压力脉动、尾流、边界层分离和漩涡脱落对离心风机的气动特性和噪音特性有很大影响。

在实际运行中离心通风机的内部流动情况非常复杂，目前纯理论的方法还很难精确地计算出其各流通部分的流动情况以及流动损失。特别是当离心通风机在流道阻力增大或部分负荷下运行时，流道内会出现非稳态流，伴随着非稳态流的发生过程，风机性能显著降低，流道内的气流压力脉冲幅值明显增加，频率减小，且脉动频率为低频。而叶片、风机的固定装置的固有频率有倍数关系，非稳态流会对风机叶轮、叶片、风机固定装置以及系统管道产生非稳态空气动力激振，对叶片机械的性能和寿命造成极为严重的影响，引起整机振动大，导致异常噪声。通常离心风机的非稳态流源有进口涡流、旋转失速、喘振，旋转失速产生的振动比喘振小，但远比非稳态进口涡流要强烈，而旋转失速与风机的内流特性密切相关。

通风机的工作状态是由进口压力、进气温度、转速和流量决定的，设计工况下，通风机内部气体流向合理，流速稳定。在机器运行中，如果离心通风机进口导流板开度调节不当或叶轮流道、气流流道、过滤网等阻塞，将会导致实际流量小于设计流量。这时进入叶轮的气流方向会发生改变，在叶片的非工作面附近形成气流漩涡和脱体团，气流漩涡的存在及其对流道进气流的挤压，使得相邻流道叶片的气流冲角交替增大和减小，气流脱体团依次循环发生，此时叶轮完全处于失速状态，其运动方向与叶轮旋转方向相反。研究和实验表明，由于离心风机固有的入口流速分布不均现象，旋转失速会优先出现在靠近出口的叶片流道中。旋转失速引起流道和风机整体振动的主要原因，是因为叶轮旋转失速内部流动状态，导致叶轮做负功，叶片流道出口压力达不到压力要求，在叶轮出口和管道处产生压力脉动。通过对离心风机振动信号的小波包解调分解等振动信号处理技术，可以对旋转失速产生的频率进行识别。研究表明，旋转失速产生的基频，叶轮失速在0.5～0.8旋转频率范围内，导流器失速在0.1～0.25转频范围内。在振动频率上，不同于低频喘振，也不同于高频带的非稳定进口涡流。旋转失速是涡轮流体机械叶轮导流器区域的一种非稳态流动，因此可以通过对导流器的优化设计，避免叶轮进入旋转失速。

通常导流器的调节量不会使旋转失速的频率产生明显变化，在一定开度下，失速频率与流量成斜率极小的线性关系；在小流量的情况下，失速频率会出现频率阶跃现象。如图1和图2所示，离心通风机包括叶轮叶片1’，蜗壳2’，还可以包括导流器3’。在采用进口导流器3’调节的离心通风机中，随着导流器3’调节量的增大，进口涡流频率明显增大，对旋转失速的延缓作用明显加强。因此，如何设计离心通风机的进口导流器结构，对离心风机的性能和噪声有着很大的影响。目前离心风机的进气口一般有圆筒形、圆锥形、弧形、锥弧形、弧简形和锥弧形等几种结构型式，进口导叶的形状通常为轴向或径向叶片状，主要在压缩机中使用，在单级通风机中，几乎是不用导叶的。在工程实际中，许多单级离心通风机，由于特殊的流道结构和阻力，也会发生旋转失速，对于有特殊振动和噪声要求的工业通风或空调暖通设备来讲，就会降低风机的性能。

在前向多翼离心风机进口导流圈的出口会产生涡流，其背面也有大量的回流涡流，同时由于叶轮内部的周向静压分布不均，导致进口气流分布不均，气流经过导流圈后，通常会产生大尺度涡流涌入叶轮叶片前缘。在上述因素的综合作用下，叶轮沿周向的叶片进口气流冲角大小存在巨大差异，特别是靠近蜗壳出口区域，气流冲角紊乱，导致了叶片因冲角变化而引起的渐次失速扰动。当叶片进口角设计不够合理或进出风口阻力过大时，叶轮产生严重的旋转失速现象，叶轮出口和风道内产生非稳态流，噪声、振动增大，音质恶化。

发明内容

本发明旨在提供一种离心通风机，能够有效避免离心通风机叶片和导流器区域旋转失速，改善导流圈出口气流周向均匀性，使得离心风机进出风均匀稳定，降低风机噪声，改善音质，提高性能和可靠性，降低成本，同时也保证在较宽流量范围内高效可靠。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种离心通风机，包括：蜗壳，具有进气口；风机叶轮，设置在蜗壳内；以及导流圈，设置在蜗壳的进气口上，用于进气口导流，还包括：导流格栅，设置在导流圈外侧，具有均匀周向进气气流的结构。

进一步地，导流格栅包括导流叶以及连接各导流叶的骨架。

进一步地，导流格栅通过骨架设置在导流圈上，且导流格栅与导流圈的相对端面之间具有间隙。

进一步地，导流叶为多个呈同心圆排列的圆圈形导流叶。

进一步地，圆圈形导流叶的最大直径小于导流圈的内径，圆圈形导流叶的最大直径与导流圈的内径之间具有间隙。

进一步地，各圆圈形导流叶的截面为矩形或机翼形状。

进一步地，各圆圈形导流叶之间的间距相同。

进一步地，各圆圈形导流叶的截面高度相同。

进一步地，导流叶部分或者整体地沿叶轮轴向凸起或者凹陷。

进一步地，导流格栅的安装平面相对导流圈的安装平面倾斜设置。

进一步地，导流格栅的安装平面与导流圈的安装平面形成的开口朝向蜗壳的出口方向。

进一步地，导流格栅为多个矩形或者多个菱形导流叶与骨架形成的网格状结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，包括上述的离心通风机。

根据本发明的技术方案，离心通风机包括导流格栅，能够有效改善导流圈出口气流周向均匀性，使得离心风机进出风均匀稳定，降低风机噪声，改善音质，提高性能和可靠性。导流格栅与叶片顶端和导流圈进口平面的距离经过合理设计，避免了导流格栅导叶的尾迹对叶轮动叶的动静干涉现象，破碎入口大尺度涡流至小于叶轮叶道的尺度，降低了格栅和导流圈出口涡流在叶片背压面导致气流分离的程度，同时在气流经过导流格栅时被迫获得小角度预旋作用，周向进气均匀，有效避免了叶轮和导流圈的旋转失速，使得出风均匀稳定，在噪声降低、音质改善的同时，小幅度的提高了风量，提升风机性能和可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的主视图；

图2是现有技术的剖视图；

图3是根据本发明的离心通风机的第一实施例的主视图；

图4是根据本发明的离心通风机的第一实施例的剖视图；

图5是根据本发明的离心通风机的立体图之一；

图6是根据本发明的离心通风机的分解示意图；

图7为根据本发明的离心通风机的导流格栅和导流圈的主视图；

图8为根据本发明的离心通风机的导流格栅和导流圈的左视剖视结构示意图；

图9为根据本发明的离心通风机的导流格栅和导流圈的俯视图；

图10为根据本发明的离心通风机的剖视图尺寸示意图；

图11为根据本发明的离心通风机的导流格栅、导流圈与风轮、蜗壳的装配条件下的尺寸示意图；

图12是根据本发明的离心通风机的第二实施例的主视图；

图13是根据本发明的离心通风机的第二实施例的左视剖视结构示意图；

图14是根据本发明的离心通风机的第二实施例的俯视图；

图15是根据本发明的离心通风机的第三实施例的主视图；

图16是根据本发明的离心通风机的第三实施例的左视剖视结构示意图；

图17是根据本发明的离心通风机的第三实施例的俯视图；

图18是根据本发明的离心通风机与现有技术的离心通风机的A声级对比图；

图19是根据本发明的离心通风机与现有技术的离心通风机的风量对比图；

图20是根据本发明的离心通风机与现有技术的离心通风机的风量对比数据表格；以及

图21是根据本发明的离心通风机与现有技术的离心通风机的噪声对比数据表格。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图3与图4所示，根据本发明的第一实施例的离心通风机，包括：蜗壳2，具有进气口21；风机叶轮1，设置在蜗壳2内，利用离心力对空气做功；以及导流圈3，设置在蜗壳2的进气口21上，用于进气口导流，该离心通风机还包括导流格栅4，设置在导流圈3外侧，具有均匀周向进气气流的作用。具体而言，本离心通风机为一种前向多翼离心风机，风机叶轮1为前向多翼叶轮，而蜗壳2将离开叶轮的气体集中、导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。导流圈3可以对蜗壳2进气口21处的气流进行调节，使进口涡流频率增大，从而加强对旋转时速的延缓作用。而具有均匀周向进气气流作用的导流格栅4设置在导流圈3上，与导流圈3相配合使用，能够有效改善导流圈出口气流周向均匀性，使得离心风机进出风均匀稳定，降低风机噪声，改善音质，提高性能和可靠性。

在一个未示出的实施例中，导流格栅4为整体式结构，具有多个均匀分布的网状结构，使得通过其的气流进入蜗壳2之前能够被分成多个均匀的周向流动气流，对导流圈3形成优化，避免叶轮进入旋转失速。

在本实施例中，导流格栅4为组合式结构，包括导流叶41以及连接各导流叶41的骨架42。多个导流叶41与骨架42组合，形成各种具有不同效果的导流格栅4。由于导流叶可以单独加工，最后通过骨架42进行连接，因此结构上具有更多可选择性，使得导流格栅4也具有更强的适应性。

如图3和图4所示，导流格栅4通过骨架42设置在导流圈3上，在导流格栅4与导流圈3的相对端面之间具有间隙。导流格栅4与导流圈3的进口平面之间的间隙的合理设置，能够有效避免导流格栅4的导流叶41的尾迹对叶轮动叶的动静干涉现象，破碎入口大尺度涡流至小于叶轮叶道的尺度，降低格栅和导流圈出口涡流在叶片背压面导致气流分离的程度。

图5为本实施例的离心通风机的立体结构示意图，图6为本实施例的离心通风机的分解图，由图中可以看出，导流格栅4先通过骨架42设置在导流圈3上，并与导流圈3形成一体，然后通过导流圈3设置在蜗壳2的进风口21处，当离心通风机工作时，导流格栅4与导流圈3配合，对导流圈3形成优化，能够调整进入蜗壳2中的气流的流动状况，减少气流脱体团的产生，降低气流入口处流速分布不均的现象，从而减少非稳态流动的发生，避免风机叶轮1进入旋转失速状态。

如图7、图8和图9所示，为根据本发明的离心通风机的导流格栅4与导流圈3的第一实施例的结构示意图，从图中可以看出，本实施例的导流叶41为多个呈同心圆排列的圆圈形导流叶，这些圆圈形导流叶通过设置在它们之间的骨架42连接在一起。在本实施例中，骨架42为垂直交叉设置的两条直板形骨架，将多个圆圈形导流叶连接在一起，并固定设置在导流圈3上。优选地，在圆圈形导流叶的最大直径与导流圈3的内径之间具有间隙。在本实施例中，各导流叶41均位于同一个平面上，而且导流叶41的安装平面平行于导流圈3的进口平面，导流叶41与导流圈3同心设置。

下面具体对第一实施例的导流格栅4和导流圈3的结构以及设置加以说明。

从图10和图11中可以看出，导流格栅4距离进气口导流圈3具有特征高度H，使得进入气流可以从导流格栅4的边缘进入导流圈3内，对进入的气流形成适度冲击，改变蜗壳2内的气流的流动角度；导流格栅4距离风机叶轮1叶片顶端距离T，使通过导流格栅4进入的气流不会对风机叶轮1的动片形成动静干涉；导流叶41截面具有叶轮轴向方向的特征高度D，排列的导流叶41之间具有间距L，可以调整进入气流的气团的大小，避免形成大的涡旋；导流圈3和导流格栅4共同起到均匀周向进气气流的作用，使气流进入叶轮1之前产生小角度预旋，减小气流冲角和涡流尺度，避免叶轮1处于旋转失速状态。

如图11所示，圆圈形导流叶截面可以是矩形、机翼形状或其它由各种弧线、直线和曲线构成的形状，为了尽量避免导流叶片尾迹对旋转叶轮的动静干涉影响，导流格栅4距离叶轮1叶片顶端的距离2D≤T≤10D，导流格栅4最大直径与导流圈3内径之间间隙A范围为±L。

导流圈3上的导流格栅4各同心圆圈形导流叶截面高度D高度可以是不同或相同的，同心圆排列的导流叶之间的间距L可以是等距或不等距的；导流叶间距L与D具有以下关系：L＝(0.5～1.5)D。

在本实施例中，作为优选，圆圈形导流叶的截面为一两头小、中间大的机翼形状，各导流叶的截面高度相同，而且各导流叶之间的间距也相同。例如，前向多翼离心叶轮的每相邻两个导流叶之间的间距L＝12mm，导流叶截面高度D＝12mm，最大外径与导流圈出口内径之间间隙A＝2mm，导流叶底部距离导流圈进口端面H＝2mm。

根据本发明的离心通风机的第一实施例，导流格栅4与导流圈3相互配合，合理设计，有效增加了导流圈3的气流调节量，减少了大尺度涡流的产生，使得风机叶轮1内部的周向静压分布均匀，避免了进口气流的冲角紊乱，降低了渐次失速扰动的影响，从而避免了导流格栅导叶的尾迹对叶轮动叶的动静干涉现象；将入口大尺度涡流破碎至小于叶轮叶道的尺度，降低了格栅和导流圈出口涡流在叶片背压面导致气流分离的程度；同时在气流经过导流格栅时被迫获得小角度预旋作用，周向进气均匀，有效避免了叶轮和导流圈的旋转失速，使得出风均匀稳定，在噪声降低、音质改善的同时，小幅度的提高了风量，提升风机性能和可靠性。

如图12、13和14所示，为根据本发明的离心通风机的第二实施例，在该实施例中，导流圈3和导流格栅4之间的设置关系与第一实施例不同，导流格栅4也可以部分或者整体的导流叶41安装平面相对导流圈3的安装平面倾斜设置，导流格栅与导流圈平面呈一定夹角的关系。优选地，导流格栅4的安装平面与导流圈3的安装平面形成的开口朝向蜗壳2的出口方向，可以降低进风阻力，改善叶轮出口区域的进气条件。本实施例中的导流格栅4安装平面与导流圈3进口平面呈一夹角θ，θ的范围为0°～30°。

如图15、图16和图17所示，为根据本发明的离心通风机的第三实施例，在该实施例中，导流圈3和导流格栅4之间的设置关系与第一、第二实施例不同，导流格栅4的部分或者整体导流叶41沿叶轮轴向凸起或者凹陷。从图中可以看出，本实施例中的导流格栅4从外圈到内圈沿叶轮轴向方向渐次向外凸起，形成以叶轮轴为中心的中间高四周低的结构。

在一个未示出的实施例中，导流格栅4的各导流叶41也可以进行不同心排列，其排列的结构和样式不受限制，以能够实现导流圈出口气流轴向均匀性为宜。

导流格栅4的导流叶41也可以由若干直线或曲线形状构成，各导流叶41为矩形或菱形等形状，多个矩形或者多个菱形导流叶与骨架42形成网格状结构。导流叶也可以单独成为一个组件，与导流圈3或蜗壳2通过一定的结构连接在一起构成进风整流结构。

如图18和图20所示，由图中可以看出，使用本发明的第一实施例的离心通风机，与现有技术相比，在风量进入方面，当处于超高档状态时，圆格栅的风量增加20m³/h，横格栅的风量增加25m³/h。综合图20中的各项数据可知，横格栅的效果较好，任一档转速均有增加，对于进风量有明显提高。

图19、图20和图21示出了根据本发明的第一实施例的离心通风机与现有技术的离心通风机的风量对比图、风量对比数据表和噪声对比数据表。与现有技术相比，在噪声控制方面，由图中可以明显看出，使用了圆格栅的离心通风机，在各档转速下的噪声均降低了1dB(A)，因此，根据本发明的导流格栅，在噪声控制方面具有良好效果。

根据本发明的空调器，包括上述的离心通风机。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：离心通风机包括导流格栅，能够有效改善导流圈出口气流周向均匀性，使得离心风机进出风均匀稳定，降低风机噪声，改善音质，提高性能和可靠性。导流格栅与叶片顶端和导流圈进口平面的距离经过合理设计，避免了导流格栅导叶的尾迹对叶轮动叶的动静干涉现象，破碎入口大尺度涡流至小于叶轮叶道的尺度，降低了格栅和导流圈出口涡流在叶片背压面导致气流分离的程度，同时在气流经过导流格栅时被迫获得小角度预旋作用，周向进气均匀，有效避免了叶轮和导流圈的旋转失速，使得出风均匀稳定，在噪声降低、音质改善的同时，小幅度的提高了风量，提升风机性能和可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种离心通风机，包括：

蜗壳(2)，具有进气口(21)；

风机叶轮(1)，设置在所述蜗壳(2)内；以及

导流圈(3)，设置在所述蜗壳(2)的进气口(21)上，用于进气口导流，其特征在于，还包括：

导流格栅(4)，设置在所述导流圈(3)外侧，具有均匀周向进气气流的结构。

2.根据权利要求1所述的离心通风机，其特征在于，所述导流格栅(4)包括：导流叶(41)以及连接各所述导流叶(41)的骨架(42)。

3.根据权利要求2所述的离心通风机，其特征在于，所述导流格栅(4)通过所述骨架(42)设置在所述导流圈(3)上，且所述导流格栅(4)与所述导流圈(3)的相对端面之间具有间隙。

4.根据权利要求3所述的离心通风机，其特征在于，所述导流叶(41)为多个呈同心圆排列的圆圈形导流叶。

5.根据权利要求4所述的离心通风机，其特征在于，所述圆圈形导流叶的最大直径小于所述导流圈(3)的内径，所述圆圈形导流叶的最大直径与所述导流圈(3)的内径之间具有间隙。

6.根据权利要求4所述的离心通风机，其特征在于，所述各圆圈形导流叶的截面为矩形或机翼形状。

7.根据权利要求4所述的离心通风机，其特征在于，所述各圆圈形导流叶之间的间距相同。

8.根据权利要求4所述的离心通风机，其特征在于，所述各圆圈形导流叶的截面高度相同。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的离心通风机，其特征在于，所述导流叶(41)部分或者整体地沿叶轮轴向凸起或者凹陷。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的离心通风机，其特征在于，所述导流格栅(4)的安装平面相对所述导流圈(3)的安装平面倾斜设置。

11.根据权利要求10所述的离心通风机，其特征在于，所述导流格栅(4)的安装平面与所述导流圈(3)的安装平面形成的开口朝向所述蜗壳(2)的出口方向。

12.根据权利要求3所述的离心通风机，其特征在于，所述导流格栅(4)为多个矩形或者多个菱形导流叶与所述骨架(42)形成的网格状结构。

13.一种空调器，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的离心通风机。

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