CN103321923A - 混流风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通风设备领域，尤其涉及一种混流风机。混流风机，包括一风机主体，风机主体包括一轴向延伸的气流通道，气流通道包括一进风口、一出风口，进风口上设有进风锥，进风锥接收外部环境的空气，进风锥的下游设有一叶轮，叶轮包括一中心设置的轮盘，轮盘连接一电动机，用于通过电动机带动轮盘旋转；叶轮还包括复数个叶片，叶片自轮盘向外径向延伸，迫使空气沿着进风口至出风口的方向流动； 一锥形轮盖，固定连接并包围叶片。本发明提供了一种更加静音高效率的混流风机，并且与传统的风机相比，更易于安装和维护。

Description

混流风机

技术领域

本发明涉及通风设备领域，尤其涉及一种混流风机。

背景技术

风机一般依据叶轮的气流方向来分类，轴流风机的气流方向以基本平行于风机轴线方向流动，管道离心风机的气流从叶轮的轴向进入，经改变方向后从叶轮的径向排出，混流风机是介于轴流风机和离心风机之间的产品，它结合了轴流风机和离心风机的最佳特性，具有高的输送效率、宽的压力范围，混流风机的空气轴向进入叶轮，并通过叶轮叶片以一倾斜角偏转，使得从叶轮流出的气体既有轴向分量，也有径向分量。

风机的效率和工作过程中产生的噪音等级是风机选型时的两个非常重要的因素，用来衡量风机的性能，风机的效率和噪音等级的优化可以减少运行过程中的能量消耗，节约成本，进一步减少噪音污染，以便不会对常常在风机运行环境中的人的健康产生危害。同时，风机应当易于安装及维护，目前一些附加的零部件需要用于风机的安装，如为了减弱风机运行过程中振动的传递，需要采用角钢圈和柔性管道连接件；此外，维护传统的风机的内部构件常常会由于空间的限制不便于从风机的内部拆卸或更换零部件，而且，一些非组合式的移动部件需要重新安装至风机内部，对于具有相当狭小的内部空间的风机来说，非常的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混流风机，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

混流风机，包括一风机主体，其特征在于，所述风机主体包括一轴向延伸的气流通道，所述气流通道包括一进风口、一出风口，所述进风口上设有进风锥，所述进风锥接收外部环境的空气，所述进风锥的下游设有一叶轮，所述叶轮包括一中心设置的轮盘，所述轮盘连接一电动机，用于通过所述电动机带动所述轮盘旋转；所述叶轮还包括复数个叶片，所述叶片自所述轮盘向外径向延伸，迫使空气沿着进风口至出风口的方向流动； 一锥形轮盖，固定连接并包围所述叶片。

所述叶轮的下游设有一风室，所述风室包括复数个径向延伸的导流片，所述导流片接收来自叶轮的空气气流并转变为轴向气流从出风口排出，达到增加静压和减小能耗的效果。

所述进风锥采用一外侧直径大于内侧直径的环体，所述进风锥的内侧直径（也称为排出直径）为叶轮外径的0.68-0.83倍。进风锥的几何形状有助于增强风机的空气动力性能和声学性能，从而使得本发明与传统的风机相比，减少噪音等级，并提高运行效率。

所述进风锥的出口气流角在30-40°，与所述锥形轮盖的锥形角匹配；

所述导流片的曲面半径为叶轮外径的0.50-0.61倍。

每个所述导流片的前缘角为30-40°。

所述风机主体包括一在气流通道内延伸的轴承组件，所述轴承组件包括一主轴，所述主轴通过一电动机进行驱动，所述主轴依次驱动所述叶轮和安装在所述风室的第一支撑板、第二支撑板。所述轴承组件可以作为一个整体组件从所述气流通道拆卸。使得相比于传统风机进入风机内部驱动部件时相当受限制和难于处理的状况，方便了风机的维护。

所述进风口与所述出风口处分别设有一风管连接件，所述风管连接件与所述气流通道连接为一个整体；设置风管连接件是为了与建筑物内部的管道系统提供一种滑动配合式连接。使得风机可以安装在建筑物内，比现有的风机连接方式更加容易。使得进风口和出风口与外部的管道采用滑动配合式连接，减少了管道系统内的噪声传播，弹性连接允许有小范围的对准偏差，适用于冲击抑制应用，抵扣轴向推力负荷。

复数个所述叶片自所述轮盘向外径向延伸，所述叶片应设置成便于驱使空气沿着自进风口至出风口的方向流动。每个所述叶片设有前缘，所述前缘位于所述后缘的上游，每一所述叶片呈梯形并具有相同的厚度。每个所述叶片表面的曲率半径为叶轮外径的0.7-0.86倍。

所述轮盘在所述电动机的驱动下旋转，所述轮盘包括一球面部分，所述球面部分的半径为叶轮外径的0.37-0.45倍。

每个所述导流片上包括至少一个集成的凸片，所述凸片轴向向内延伸，与一穿过所述风室的细长插槽相接以便相对于风室定位所述导流片。

所述进风锥的喉管直径为叶轮外径的0.61-0.75倍。

所述叶片设有一前缘、一后缘，所述前缘、后缘自所述轮盘的边缘向外径向延伸，并连接于所述轮盖的轮盖边缘。

所述风机主体包括一构成筒状气流通道的风机壳体，所述风机壳体的表面设有粉末涂层，所述粉末涂层采用静电粉末喷涂而成，使得产品具有均匀、耐用和高质量的表面，粉末喷涂时一种在磷化预处理表面进行的单层涂层工艺，防腐性能达到或超过了同档次的湿涂层。涂层采用热硬化的聚酯型聚氨酯涂层。

所述风机壳体上设有矩形的检修门，便于通过检修门进入风机主体内部。所述检修门与所述风机壳体之间采用螺栓连接。

所述风机壳体上设有一电动机，所述电动机通过一安装支架安装在所述风机壳体的表面上方，所述电动机连接一传动机构，所述传动机构包括皮带及与皮带连接的皮带轮，所述电动机驱动皮带轮，通过皮带轮上的皮带传递能量驱动风机主体的内部部件实现动作。皮带传动相比直联传动，电机在气流外易于检修，并且电机尺寸可以依据一些应用场合做出调整，具有更高的运行效率。所述安装支架上设有导轨，可调节张紧皮带。

本发明的风机主体在静水压为1英寸、气流速度为4100CFM时噪音等级低于70dBA，本发明在静水压为1英寸、气流速度为4100CFM-6100CFM时，风机的工作效率可大于40%。本发明的风机主体在静水压为1英寸、气流速度为4100CFM-6100CFM时噪音等级低于70dBA，本发明在静水压为2英寸、气流速度为4100CFM-6100CFM时，风机的工作效率可大于60%。本发明的风机主体在静水压为3英寸、气流速度为4100CFM-20000CFM时噪音等级低于78dBA。本发明可以大大降低风机主体的噪音污染，并提高工作效率，节约运行成本。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明提供了一种更加静音高效率的混流风机，并且与传统的风机相比，更易于安装和维护。

附图说明

图1为本发明的风机主体的立体图，为了清楚显示导流片，立体图的局部设有剖视图；

图2为图1所示的风机主体的进风锥与叶轮的侧视图；

图3a为图2所示的轮盘和叶片的局部侧视图；

图3b为图3a所示的一个叶片的曲率半径的侧视图；

图3c为图3a和3b所示的轮盘和叶片的剖视图，显示了一个叶片的角度尺寸；

图4为图1所示的风机主体的侧视图；

图5为图1所示的风机主体的轴承组件装配图；

图6a为图1所示的导流片安装在风机主体的风室上的立体图；

图6b为图6a所示的导流片的局部放大剖视图；

图7a为图1所示的轮盘和叶片标柱有尺寸的局部侧视图；

图7b为用于加工图7a所示叶片的平面坯件的侧视图

图7c为采用图7b所示的平面坯件轧制而成的叶片的侧视图；

图8a为图1所示的风室和其他内部部件上标柱有尺寸的局部侧视图；

图8b为图8a所示的风室的8b-8b向局部后视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图4，风机主体20，包括一构成筒状气流通道22的风机壳体21，气流通道22包括一进风口24，进风口24用于接收外部空气进行循环，一位于进风口24下游的出风口26，出风口26使得风机主体20内部的空气以一设定的流速排出，上游和下游是相对于空气从进风口24至出风口26的气流流向来说的。电动机44通过一安装支架46安装在风机壳体21的表面上方。运行时，电动机44以预定的速度驱动一皮带轮45，位于皮带轮45上的皮带（或三角带）传递皮带轮45的能量驱动风机主体20内部的相应部件旋转，实现空气循环流动。不同的空气流速可以配备不同规格的电动机44及相配合的皮带轮45。

参照图4，风机主体20易于安装并容易拆卸，如用于建筑物的管道系统内，进风锥28包括一集成的管道衬圈23，管道衬圈23在进风锥28的轴向上游延伸并且管道衬圈23的外径与管道系统紧密配合，实现风机主体20与管道系统的配合式连接。气流通道22包括一相似的管道衬圈23，在出风口26的轴向下游延伸且管道衬圈23的外径与管道系统紧密配合。一对对应的径向延伸的连接边25轴向朝内相对于管道衬圈23设置，以便当安装风机主体20至管道系统时，提供止动。由于大多数的HVAC系统采用柔性管连接件以便减少振动的传递，本风机主体20提供给最终用户更为经济的设计，采用滑动配合式连接来代替传统的角钢圈。

参照图1，风机壳体21包括了内部风机活动部件，进风锥28位于进风口24处，与外界联通，接收外界空气进入风机主体20实现空气的循环流动，气流通道22中设有叶轮30，叶轮30设置于进风锥28的轴向下游，叶轮30包括一轮盘32，轮盘32在电动机44的作用下旋转，为便于空气流经风机主体20，轮盘32表面设有球面凸起，因为球面凸起的轮盘32相比圆锥形的轮盘更易于提高风机的效率。复数个叶片34径向朝外并从球形表面朝上游轴向延伸，叶片34与轮盘32焊接固定。叶片34也可以通过机械紧固件与轮盘32固定连接。叶片34的几何形状应设计为便于在风机运行过程中在气流通道内部产生一混合气流。叶片34的数量优选7至9个，7个叶片34时会使得给定工况点下的运行速度更低，9个叶片34时会使得具有较高的压力范围。

参照图2，一锥形轮盖36设置在进风锥28的下游并与进风锥28之间设有间隙，锥形轮盖36包括一整体地连接于锥形部40的轴向延伸的上游部分38，锥形部40 焊接于叶片34的径向外边缘，因此，运行时锥形轮盖36随同叶片34和轮盘32一起旋转，上游部分38构成了叶轮30的入口，叶轮30的入口容纳来自进风锥28的空气。循环空气通过进风口24进入进风锥28，再在叶片34旋转力的驱动下进入叶轮30，风机主体20内部的循环空气通过轴向和径向被引导至叶片34的下游。因为锥形轮盖36与进风锥28之间有足够的间隙，所以旋转时，锥形轮盖36与进风锥28不会相互干涉。

参照图6a、图6b 及图8b，气流通道22内设有筒状的风室48，风室48紧邻轮盘32并设置于轮盘32的下游，风室48与轮盘32分开为了相对旋转时不造成干涉，风室48的外部表面等间隔设有复数个导流片50，轴向向外延伸以便接收自叶轮30下游的空气。风机主体20中的循环空气在叶轮30中除了轴向风量和径向风量还存在切向风量，导流片50改变气体流向朝向轴向下游，以便增加出风口26的空气压力，导流片50的数量应能确保气流经导流片50后能基本上在轴向排出，而不会阻止气流通过导流片50。本技术方案设置11至13个导流片50，优选12个导流片50，本领域技术人员易于知道，在保证风机主体20的静压性能的前提下，导流片50的数目越少越好。每一导流片50设有一相对于轴向方向弯曲的前缘，角度呈35°，这个角度可以是30-40°之间的任一角度。导流片50的形状自前缘平滑过渡，使得后缘轴向延伸。导流片50的构造使得能够平滑的接收来自叶轮30的气流，使得对气流的扰动最小，因此，气流在导流片50的后缘被平滑转变为轴向气流并从出风口26排出。

每一导流片50上包括一对凸片52，凸片52轴向向内延伸，与一对穿过风室48的细长插槽54相接以便将导流片52定位。然后将导流片50焊接在该位置上，使得键槽54能精确定位导流片50的轴向间隔并控制导流片50的前缘和后缘的角度，确保合适的空气流穿过导流片50。假如导流片50没有被精确定位，空气穿过风室48时会产生紊流，会增大噪音并降低风机主体20的工作效率。这种通过凸片52与插槽54相组合的定位连接方式使得相比现有技术，导流片50易于制造并更为精准。

参照图5，传统的风机另一重要的缺点是在需要维护时很难拆除其内部部件，本技术方案通过提供一模块化的轴承组件56来克服这一缺陷，轴承组件56穿过风室56并传递电动机44传递过来的驱动力给叶轮30。很显然，轴承组件56易于从进风口24上拆卸，本技术方案极大的增加了风机主体20的可维护性，特别是，风室48包括一环状的法兰58、60，法兰58、60从风室48的内侧径向向内延伸并彼此偏移，一法兰58设置于另一法兰60的上游。法兰58、60上设有复数个孔，并分别与安装板66、68上的相应孔64对齐。上游法兰58与相应的上游安装板66紧固，下游法兰60与相应的下游安装板68紧固，法兰60的内径远小于法兰58的内径，相应的安装板68的内径也小于安装板66的内径。安装板66、68的直径大于相应的法兰58、60的直径。因此防止轴承组件56过分插入，通过提供足够的余量允许轴承组件56从进风口24插入或拆下。

安装板66、68旋转支撑一主轴70，主轴70轴向延伸并通过位于安装板66、68中心的孔72与气流通道22同心设置，第一轴承、第二轴承74被分别设置在安装板66轴向上游表面上及安装板68轴向下游表面上，轴承74旋转支撑穿过其中的轴，一从动皮带轮76安装在主轴70的下游末端，安装时，与从动轮45轴向对齐，一孔47（见图8a ）穿过风室48并与皮带轮45和76轴向对齐，使得电动机44驱动皮带带动皮带轮并驱动主轴70.皮带进一步穿过一孔49，该孔49穿过气流通道22，并与孔47径向对齐，使皮带能够畅通地通过皮带轮45与76之间。

参照图2，一轮毂33通过轮盘32的平面中间部分轴向延伸，并通过一位于轮盘32内部径向延伸的内部安装板35支撑，轮毂33采用环形的轮毂33，轮毂33的中心尺寸与主轴70匹配。一方形的键插入主轴70上游端部的键槽71及一位于轮毂33内部的键槽，使得叶轮30的径向运动相对于主轴70固定，因此，电动机44的驱动下使叶轮30旋转，在叶片34的作用下使得通过风机主体20的空气流通。

以上描述了风机主体20的部件，以下附加技术特征使得风机主体20的性能相比传统的风机主体20有了进一步提升。

风机主体20的空气动力学性能和声学性能的提升主要是通过对进风锥28和叶轮30的改进获得的，参照图2，进风锥28的内侧直径D1优选采用叶轮外径的0.75倍，以便使得在气流从进风锥28至锥形轮盖36之间的气流变化最小，进风锥28的喉管直径优选为叶轮外径的0.68倍。进风锥28的长度为叶轮外径的0.17倍-0.21倍，优选为0.19倍，进风锥28的长度应该尽可能小，以便风机主体20的尺寸更为紧凑。进风锥28的出口气流角在35°，与锥形轮盖36的锥形角(也称叶片安装角)β匹配。

参照图7b-7c，叶片34采用钢板焊接而成的叶片34，也可以采用铝镁合金制成的叶片34，叶片34的厚度均匀，叶片34采用梯形的叶片，有别于传统的机翼型叶片，每一叶片34设有一前缘37、一后缘39，和在前缘37和后缘39之间的径向外面的锥形轮盖边缘41，边缘41连接于锥形轮盖36。

参照图3a-3c，每一叶片34的后缘39相对轴向的角度优选为50°，前缘37相对轴向的角度优选为40°。叶片34表面的曲率半径R2为叶轮外径的0.78倍，R2越大，允许通过更多的气流，R2越小，能够提供较高的效率。

轮盘32包括一环绕中心轮毂平面径向延伸的外球面部分，外球面部分的曲面半径是0.39倍的叶轮外径（D），以便通过叶轮的空气具有相一致的加速度，并将空气通过风室48. 曲面半径可以是叶轮外径（D）0.37倍至0.45倍，根据另一实施例可以使0.43倍的叶轮外径（D），研究发现，曲面半径越小，静压更低，气流会更大。曲面半径越大，静压更高，气流会更小。

参照图7A，相比现有技术，本发明的风机主体20更为结构紧凑，叶轮30的宽度为13.63英寸，叶轮30的外径为33英寸，轮盘32的外径为22.84英寸，两个叶片后缘39径向内侧距离为20.78英寸，锥形轮盖36的上游部38直径为25.06英寸，大约是0.76倍的叶轮外径（D），锥形轮盖36的上游部38直径允许在叶轮外径（D），的0.7倍至0.8倍之间变动，只要进风锥28和轮盖36之间具有足够的空隙，不会扰乱气流即可，轮盖36的锥形面40具有与径向之间成55度的夹角。轮盘32的径向外侧相对于径向成 63度的夹角。

参照图8A，进风锥28的喉部直径为22.61英寸，风室48的直径为23.25英寸，大约是叶轮外径（D）的0.70倍，也可以是叶轮外径（D）的0.78倍，在0.67倍~0.82倍之间变化。这个直径应当与轮盘32的直径匹配，风机壳体21的内径为37.19英寸，大约是1.13倍的叶轮外径（D）。

在比较表2中本发明和表1中的现有技术比较后可以明显的看出本发明可以实现降低效率。如：改变有关尺寸或角度使得风机主体20的效率减少至40%，在1静水压为1英寸，气流速度在4100CFM至6100CFM之间时。

当静水压为2英寸时，气流速度在4100CFM至6100CFM之间时，风机主体20的效率会提升60%，这一点相对于现有技术是很大的改进。

此外，在静水压为1英寸时，风机主体20 的气流速度在4100CFM至6100CFM之间的任意速度产生的噪音小于70 dBA；在静水压为3英寸时，风机主体20 的气流速度在4100CFM至20000CFM之间的任意速度产生的噪音小于78 dBA，而现有技术的噪音等级一般大于80dBA，除了流速为13200CFM时的噪音等级为78dBA。

本发明进一步包括操作上述风机主体的方法，该方法包括提供风机主体，为风机主体提供电力及启动电动机以驱动叶轮，本方法实现了气流通过风机主体取得了上述的优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.混流风机，包括一风机主体，其特征在于，所述风机主体包括一轴向延伸的气流通道，所述气流通道包括一进风口、一出风口，所述进风口上设有进风锥，所述进风锥接收外部环境的空气，所述进风锥的下游设有一叶轮，所述叶轮包括一中心设置的轮盘，所述轮盘连接一电动机，用于通过所述电动机带动所述轮盘旋转；所述叶轮还包括复数个叶片，所述叶片自所述轮盘向外径向延伸，迫使空气沿着进风口至出风口的方向流动；一锥形轮盖，固定连接并包围所述叶片。 

2.根据权利要求1所述的混流风机，其特征在于，所述叶轮的下游设有一风室，所述风室包括复数个径向延伸的导流片，所述导流片接收来自叶轮的空气气流并转变为轴向气流从出风口排出。 

3.根据权利要求2所述的混流风机，其特征在于，所述进风锥采用一外侧直径大于内侧直径的环体，所述进风锥的排出直径为叶轮外径的0.68-0.83倍，所述进风锥的出口气流角在30-40°，与所述锥形轮盖的锥形角匹配。 

4.根据权利要求3所述的混流风机，其特征在于，所述导流片的曲面半径为叶轮外径的0.50-0.61倍，每个所述导流片的前缘角为30-40°。 

5.根据权利要求4所述的混流风机，其特征在于，所述进风口与所述出风口处分别设有一风管连接件，所述风管连接件与所述气流通道连接为一个整体；设置风管连接件是为了与建筑物内部的管道系统提供一种滑动配合式连接。 

6.根据权利要求5所述的混流风机，其特征在于，复数个所述叶片自所述轮盘向外径向延伸，所述叶片应设置成便于驱使空气沿着自进风口至出风口的方向流动。每个所述叶片设有前缘，所述前缘位于所述后缘的上游，每一所述叶片呈梯形并具有相同的厚度。 

7.根据权利要求6所述的混流风机，其特征在于，每个所述叶片表面的曲率半径为叶轮外径的0.7-0.86倍。 

8.根据权利要求7所述的混流风机，其特征在于，所述轮盘在所述电动机的驱动下旋转，所述轮盘包括一球面部分，所述球面部分的半径为叶轮外径的0.37-0.45倍。 

9.根据权利要求8所述的混流风机，其特征在于，每个所述导流片上包括至少一个集成的凸片，所述凸片轴向向内延伸，与一穿过所述风室的细长插槽相接以便相对于风室定位所述导流片。 

10.根据权利要求1至8任意一项所述的混流风机，其特征在于，所述风机主体包括一构成筒状气流通道的风机壳体，所述风机壳体的表面设有粉末涂层，所述粉末涂层采用静电粉末喷涂而成，涂层采用热硬化的聚酯型聚氨酯涂层。 

11.根据权利要求9所述的混流风机，其特征在于，所述风机壳体上设有一电动机，所述电动机通过一安装支架安装在所述风机壳体的表面上方，所述电动机连接一传动机构，所述传动机构包括皮带及与皮带连接的皮带轮，所述电动机驱动皮带轮，通过皮带轮上的皮带传递能量驱动风机主体的内部部件实现动作。 

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