CN105090122A - 一种离心式风机及其无叶扩压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了离心式风机及其无叶扩压器，该无叶扩压器为离心式风机的叶轮出口和蜗壳进口的气流通道，在离心式风机的叶轮的轴向截面内，沿垂直于气流流向，无叶扩压器的宽度A小于叶轮出口的宽度B，以便气流在无叶扩压器入口处形成顺压梯度。气流在无叶扩压器入口处局部形成顺压梯度，可使气流顺畅地流入无叶扩压器，同时还可降低因无叶扩压器逆压梯度过大，而发生气流分离形成漩涡等不稳定流动的风险，从而降低了不稳定流动引起的能量损失，提高了离心式风机的气动效率，并减少了因此而引起的振动和产生的噪音。

Description

一种离心式风机及其无叶扩压器

技术领域

本发明涉及离心式风机技术领域，特别涉及一种离心式风机及其无叶扩压器。

背景技术

离心式风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。

如图1所示，离心式风机包括壳体，叶轮3′、转轴4′和轴承5′，其中，壳体由蜗壳1′和形环2′通过螺栓组件固连形成，蜗壳1′开设有轴承孔和排风口O′_out，形环2′开设有进风口O′_in，且，该进风口O′_in与轴承孔同轴设置。

转轴4′通过轴承5′可转动且密封安装于蜗壳1′的轴承孔内，转轴4′伸入腔体内的伸入端与叶轮3′过盈配合同轴连接，其伸出于腔体的伸出端与驱动电机或者其他驱动装置连接，以使转轴4′在驱动装置作用下带动叶轮3′相对于壳体转动。

叶轮3′将腔体分割为进风腔和排风腔，其中，进风腔位于叶轮3′的入口侧并与进风口O′_in连通，排风腔位于叶轮3′的出口侧并与排风口O′_out连通，而根据功能，该排风腔再次被划分为沿气流流向依次设置的无叶扩压器S′和集流器。

启动驱动电机，转轴4′带动叶轮3′在腔体高速转动，叶道(叶片构成的流道)内的空气，受到离心力作用而向外运动，在叶轮3′中央产生真空度，因而从进风口O′_in轴向吸入空气。吸入的空气再叶轮3′入口处折转90°后进入叶道，在叶片作用下获得动能和压力能后，进入无叶扩压器S′减速增压，再经集流器后由排风口O′_out排出。

如前所述，叶轮3′可转动地安装于离心式风机的壳体内，而壳体又是由形环2′和蜗壳1′通过螺栓组件拼装而成。因此，为了保证叶轮3′相对于壳体的正常转动，叶轮3′与形环2′和蜗壳1′的内壁间必然具有适当的间隙。也就是说，在叶轮出口M′和无叶扩压器S′进口间势必存在一段过渡流道O′。

在叶轮3′轴向截面内，沿垂直于气流流向方向上，由于叶轮出口M′的宽度B等于无叶扩压器S′的宽度A，因此，过渡流道O′的最大宽度必然会大于叶轮出口M′的宽度B和无叶扩压器S′的宽度A，如图2所示，在叶轮3′的径向截面内，过渡流道O′和无叶扩压器S′的截面面积呈阶梯状变化。

当气流流经渡流道O′时，有一个急剧的扩压，形成一个较大的逆压梯度，不利于气流顺畅进入无叶扩压器S′，这样无叶扩压器S′内往往会因气流的分离形成较大的漩涡流动(如图3所示)。

这种漩涡流动将通过无谓的动能方式将能量耗散，引起较大的流动损失，导致离心式风机的气动效率的下降和能耗的提高，同时这种不稳定流动的存在也对机器的振动噪声等带来负面的影响。

有鉴于此，本领域技术人员亟需改进无叶扩压器结构，以规避气流在无叶扩压器内的漩涡流动等不稳定流动。

发明内容

为了解决上述缺陷，本发明提供一种离心式风机及其无叶扩压器。

这种无叶扩压器，位于所述离心式风机的叶轮出口和蜗壳进口的气流通道，在所述离心式风机的叶轮的轴向截面内，沿垂直于气流流向，所述无叶扩压器的宽度A小于所述叶轮出口的宽度B，以便气流在无叶扩压器入口处形成顺压梯度。

可选地，所述无叶扩压器的宽度A和所述叶轮出口的宽度B比例小于或等于1:10。

可选地，在叶轮轴向截面内，无叶扩压器和叶轮出口两者的中心线重合。

可选地，所述无叶扩压器包括平行设置的两个流道壁，每个所述流道壁环绕所述叶轮的轴线并沿所述叶轮的径向延伸。

可选地，两个所述流道壁中一者为所述离心式风机的形环的内壁，另一者为所述离心式风机的蜗壳的内壁。

这种离心式风机的无叶扩压器，位于所述离心式风机的叶轮出口和蜗壳进口的气流通道，在离心式风机的叶轮的轴向截面内，沿垂直于气流流向，无叶扩压器的宽度A小于叶轮出口的宽度B，以便气流在无叶扩压器入口处形成顺压梯度。

当气流流经转动地叶轮3时获得压力能和动能后，再在离心力作用下由叶轮3的叶道甩出，由于无叶扩压器S相对于叶轮出口M收缩，气流在无叶扩压器S入口处局部将会形成顺压梯度。

如此，可使气流比较顺畅地流入无叶扩压器S，同时还可降低因无叶扩压器S后部逆压梯度过大，而发生气流分离形成漩涡等不稳定流动的风险，从而降低了不稳定流动引起的能量损失，提高了离心式风机的气动效率，并减少了因此而引起的振动和产生的噪音。

除上述无叶扩压器外，本发明还提供一种离心式风机，包括壳体和叶轮，所述壳体开设有进风口和排风口，所述叶轮可转动地安装于所述壳体内，并，位于所述进风口和所述排风口之间，还包括如上所述的无叶扩压器。

由于上述无叶扩压器具有上述技术效果，因此包括该无叶扩压器的离心式风机同样也具有上述技术效果，故而本文在此不再赘述。

可选地，所述叶轮出口和所述无叶扩压器间具有过渡流道，沿气流流向上，所述过渡流道的径向截面面积递减。

可选地，所述过渡流道包括两个流道壁，每个流道壁环绕所述叶轮的轴线且沿气流流向延伸的平滑曲面。

可选地，两个所述流道壁中一者为所述离心式风机的形环的内壁，另一者为所述离心式风机的蜗壳的内壁。

附图说明

图1示出了现有离心式风机轴向剖视结构示意图；

图2示出了图1中Ⅰ处局部放大结构示意图；

图3示出了图1中离心式风机内的叶轮至无叶扩压器气流云图；

图4示出了本发明所提供的离心式风机的轴向剖视结构示意图；

图5示出了图1中Ⅱ处局部放大结构示意图；

图6示出了示出了图4中离心式风机内的叶轮至无叶扩压器气流云图。

图1和图2中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1′蜗壳、2′形环、3′叶轮、4′转轴、5′轴承；

O′_in进风口、O′_out排风口、S′无叶扩压器、Q′过渡流道、M′叶轮出口。

图4和图5中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1蜗壳、2形环、3叶轮、4转轴、5轴承；

O_in进风口、O_out排风口、S无叶扩压器、Q过渡流道、M叶轮出口。

具体实施方式

本发明的核心目的在于，提供一种离心式风机的无叶扩压器，以有效改进气流在无叶扩压器内部的流道，最大限度地去除无叶扩压器内部的流动损失，继而得到最高的气动效率。在此基础上，本发明还提供包括该无叶扩压器的离心式风机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参见图2，该图示出了发明所提供的离心式风机的轴向剖视结构示意图。

由图可知，这种离心式风机包括壳体、叶轮3、转轴4和轴承5，其中，壳体由蜗壳1和形环2通过螺栓组件固连形成。蜗壳1开设有轴承孔和排风口O_out，形环2开设有进风口O_in，且，该进风口O_in与轴承孔同轴设置。

转轴4通过轴承5可转动且密封安装于蜗壳1的轴承孔内，其伸入腔体内的伸入端通过连接装置与叶轮3同轴连接，其伸出于腔体的伸出端与驱动电机或者其他驱动装置连接，以使转轴4在驱动装置作用下带动叶轮3相对于壳体转动。

叶轮3将腔体分割为进风腔和排风腔，其中，进风腔位于叶轮3的入口侧并与进风口O_in连通，排风腔位于叶轮3的出口侧并与排风口O_out连通。根据功能该排风腔再次被划分为沿气流流向依次设置的无叶扩压器S和集流器。

启动驱动电机，转轴4带动叶轮3在蜗壳腔体高速转动，叶道(叶片构成的流道)内的空气，受到离心力作用而向外运动，在叶轮3中央产生真空度，因而从进风口O_in轴向吸入空气。吸入的空气再叶轮3入口处折转90°后进入叶道，在叶片作用下获得动能和压力能后，进入无叶扩压器S减速增压，再经集流器后由排风口O_out排出。

需要说明的是，上述离心式风机的蜗壳1、形环2、叶轮3及转轴4的具体结构基本与现有技术相同，本领域技术人员基于现有技术完全可以实施，故而本文在此仅对本发明的发明点-无叶扩压器结构加以详述。

离心式风机的无叶扩压器S是介于叶轮出口M和蜗壳进口之间的气流流道，无叶扩压器S是由蜗壳1和形环2的内壁围合而成。

详细地，无叶扩压器S由两个平行直流道壁形成，且每个直流道壁为环绕叶轮3的轴线且沿叶轮3径向延伸的环形结构，这两个平行直流道壁中一者为离心式风机的形环2的内壁，另一者为蜗壳1的内壁。为了便于更好地理解无叶扩压器S的具体结构，请一并参见图5。

在叶轮3轴向截面内，沿垂直于气流流向方向上，无叶扩压器S的宽度A小于叶轮出口M的宽度B。

当气流流经转动地叶轮3时获得压力能和动能后，再在离心力作用下由叶轮3的叶道甩出，由于无叶扩压器S相对于叶轮出口M收缩，气流在无叶扩压器S入口处局部将会形成顺压梯度。

如此，可使气流比较顺畅地流入无叶扩压器S，同时还可降低因无叶扩压器S后部逆压梯度过大，而发生气流分离形成漩涡等不稳定流动的风险，从而降低了不稳定流动引起的能量损失，提高了离心式风机的气动效率，并减少了因此而引起的振动和产生的噪音。

与传统无叶扩压器S结构相比，采用本方案中无叶扩压器S后离心式风机内气流流动顺畅，气动效率提高了2％左右。为了便于更好地理解离心式风机的叶轮出口M至无叶扩压器S出口间气流流动情况，请一并参见图5。

进一步，当无叶扩压器S的宽度A和叶轮出口M的宽度B的比例小于或等于1:10时，基本上可以完全规避气流在无叶扩压器S内的漩涡等不稳定流动问题，从而可极大地提高离心式风机的气动效率。

例如，当叶轮出口M的宽度B为14.5mm时，无叶扩压器S的宽度A度为1.4mm。

当然，上述具体数值仅是对叶轮出口M和无叶扩压器S两者间宽度尺寸关系作出的示例性说明。可以理解，当两者间宽度关系符合气流在无叶扩压器S入口处形成顺压梯度要求时，对两者间尺寸做出的任何改进方案均落入本发明的保护范围内。

继续参见图4可知，在叶轮3轴向截面内，无叶扩压器S的中心线和叶轮出口M的中心线重合。其中，在叶轮3轴向截面内，无叶扩压器S的投影为两条平行设置的线段，其中心线为与这两条平行线段平行且距离相等的直线；叶轮出口M的投影为一条线段，其中心线为垂直于该线段的直线。

据此，在叶轮3轴向截面内，沿垂直于气流流向方向上，无叶扩压器S的两个平行直流道壁与叶轮出口M上对应侧宽度相等，也就是说，无叶扩压器S的两个平行直流道壁相对于叶轮出口M单边收缩量N相等。

也就是说，如果以前述的示例来说，无叶扩压器S的单边直流道壁相对于叶轮出口M对应侧的收缩量N为0.7mm。

如此设置，叶轮出口M甩出的气流流入无叶扩压器S减速增压过程中，气流的流向将保持一致，从而可避免因气流转向而引起的能量损失、造成的振动和产生的噪音，进而进一步提高了离心式风机的气动效率。

另外，如前所述，叶轮3可转动地安装于离心式风机的壳体内，而壳体又是由形环2和蜗壳1通过螺栓组件拼装而成，因此，为了保证叶轮3相对于壳体的正常转动，叶轮3与形环2和蜗壳1的内壁间必然具有适当的间隙。

也就是说，在叶轮出口M和无叶扩压器S进口间势必存在一段过渡流道Q，在叶轮3轴向截面内，沿垂直于气流流向方向上，由于无叶扩压器S的宽度A小于叶轮出口M的宽度B，因此，这段过渡流道Q的最大宽度必然会大于叶轮出口M的宽度B和无叶扩压器S的宽度A。

当气流流经过渡流道Q时，将会形成一个逆压梯度，进而会造成能量损失。

为了减小气流在过渡流道Q形成逆压梯度，本具体实施方式中对其具体结构进行了限定—沿气流流向上，过渡流道Q的径向截面面积递减。，过渡流道Q的径向截面与叶轮3的径向截面一致。

详细地，过渡流道Q由两个流道壁形成，且每个流道壁为环绕叶轮3的轴线且沿叶轮3气流流向延伸的平滑曲面，这两个流道壁中一者为离心式风机的形环2的内壁，另一者为蜗壳1的内壁。

形环2上过渡流道Q的流道壁为弧形段，蜗壳1上的过渡流道Q的流道壁包括连续的倾斜直线段和弧形段。

与现有技术中阶梯状结构的过渡流道相比，这种结构的过渡流道Q一方面可减小过渡流道Q在叶轮3径向截面的截面面积，继而减小气流流经过渡流道Q时形成的逆压梯度，改善离心式风机的气动效率；另一方面，气流可随平滑曲面爬升顺畅进入无叶扩压器S内，规避了气流直接与过渡流道Q撞击而造成的能量损失，以及由此而引起的振动和噪音。

需要说明的是，过渡流道Q的具体结构并不仅限于上述具体实施方式，也就是说，在满足沿气流流向上，过渡流道Q的径向截面面积递减要求的基础上，对过渡流道Q具体尺寸和结构的变型形式均落入本发明的保护范围内。

此外，本具体实施方式中，无叶扩压器S和过渡流道Q均由蜗壳1和形环2围合形成，使得离心式风机整体结构简单、紧凑。当然，无叶扩压器S和/或过渡流道Q也可以由其他组件形成后再与离心式风机的壳体拼装。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.离心式风机的无叶扩压器，位于所述离心式风机的叶轮出口(M)和蜗壳进口的气流通道，其特征在于，在所述离心式风机的叶轮(3)的轴向截面内，沿垂直于气流流向，所述无叶扩压器(S)的宽度A小于所述叶轮出口(M)的宽度B，以便气流在无叶扩压器(S)入口处形成顺压梯度。

2.如权利要求1所述的无叶扩压器，其特征在于，所述无叶扩压器(S)的宽度A和所述叶轮出口(M)的宽度B的比例小于或等于1:10。

3.如权利要求1或2所述的无叶扩压器，其特征在于，在叶轮(3)轴向截面内，无叶扩压器(S)和叶轮出口(M)两者的中心线重合。

4.如权利要求3所述的无叶扩压器，其特征在于，所述无叶扩压器(S)包括平行设置的两个流道壁，每个所述流道壁环绕所述叶轮(3)的轴线并沿所述叶轮(3)的径向延伸。

5.如权利要求4所述的无叶扩压器，其特征在于，两个所述流道壁中一者为所述离心式风机的形环(2)的内壁，另一者为所述离心式风机的蜗壳(1)的内壁。

6.离心式风机，包括壳体和叶轮(3)，所述壳体开设有进风口(O_in)和排风口(O_out)，所述叶轮(3)可转动地安装于所述壳体内，并，位于所述进风口(O_in)和所述排风口(O_out)之间，其特征在于，还包括如权利要求1至5任一项所述的无叶扩压器(S)。

7.如权利要求6所述的离心式风机，其特征在于，所述叶轮出口(M)和所述无叶扩压器(S)间具有过渡流道(Q)，沿气流流向上，所述过渡流道(Q)的径向截面面积递减。

8.如权利要求7所述的离心式风机，其特征在于，所述过渡流道(Q)包括两个流道壁，每个所述流道壁为环绕所述叶轮(3)的轴线且沿气流流向延伸的平滑曲面。

9.如权利要求8所述的离心式风机，其特征在于，两个所述流道壁中一者为所述离心式风机的形环(2)的内壁，另一者为所述离心式风机的蜗壳(1)的内壁。