CN106402001B - 一种风机动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风机动力系统，包括离心风机、轴流风机和蜗壳，轴流风机设置在离心风机的前侧，离心风机和轴流风机均设置在蜗壳内，离心风机包括同轴地前、后并列布置的第一离心风机和第二离心风机；第一离心风机包括第一叶片和用于布置第一叶片的第一底盘，第二离心风机包括第二叶片和用于布置第二叶片的第二底盘，轴流风机包括第三叶片和用于布置第三叶片的轮毂，轮毂的后端和第一底盘为一体或分体的结构，轮毂的后端和第一底盘之间无间隙，并且在风机动力系统的垂直轴向的投影上、第一叶片至少局部位于第三叶片的外侧；轮毂呈前、后端开口的中空状，蜗壳、轴流风机、第一离心风机和第二离心风机配合形成有分离的主气流通道和辅助气流通道。

Description

一种风机动力系统
技术领域
本发明涉及一种风机，尤其是一种风机动力系统。
背景技术
动力系统用于各种工业的场合，中间的核心部件即是风机，根据使用的管网的不同以选择不同的风机系统型式，当使用场合要求动力强劲，并且噪声较低，同时具有较高的效率，结构紧凑，单一的风机型式有很多时候很难达到使用的要求，因以可以通过一些新的设计型式，增加对气流的做功能力，改善内部流动情况。
如申请号为201410674277.2的中国专利公开的一种抽风装置，包括在进风方向上相联的离心风机和轴流风机，其中离心风机用于增加进入抽风装置的空气的风压，轴流风机用于增加进入抽风装置的空气的风量。这种抽风装置，轴流风机串联设置在离心风机的进风口的目的是弥补离心风机风量不足的问题，但是由于普通的轴流风机的特点是风量大、风压低，当进风口的阻力较大的时候，轴流风机会出现做功能力不足的情况，进而影响了后方离心风机的运行，使得整个系统都处于不良运行工况。
又如申请号为201410640563.7的中国专利公开的一种轨道车辆冷却系统用带分流叶片的离心风机叶轮，包括前盘、后盘以及夹设在前盘与后盘之间的主叶片和分流叶片，主叶片和分流叶片均呈圆周阵列排布，且相互间隔设置。这种离心风机，具有宽的主叶片和窄的分流叶片，分流叶片的作用是减小进口堵塞，降低损失，但是由于分流叶片是设置在主叶片的流道中间的，因此分流叶片的叶片数是由主叶片数来决定的，并且分流叶片和主叶片是共用一个进口的，因此分流叶片对加强整个风机系统的做功能力非常有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高做功能力的风机动力系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种风机动力系统，包括离心风机、轴流风机和蜗壳，所述轴流风机设置在离心风机的前侧，所述离心风机和轴流风机均设置在所述蜗壳内，其特征在于：所述离心风机包括同轴地前、后并列布置的第一离心风机和第二离心风机；所述第一离心风机包括第一叶片和用于布置所述第一叶片的第一底盘，所述第二离心风机包括第二叶片和用于布置所述第二叶片的第二底盘，所述轴流风机包括第三叶片和用于布置所述第三叶片的轮毂，所述轮毂的后端和第一底盘为一体或分体的结构，所述轮毂的后端和第一底盘之间无间隙，并且在风机动力系统的垂直轴向的投影上、所述第一叶片至少局部位于第三叶片的外侧；所述轮毂呈前、后端开口的中空状，所述轮毂的外周和蜗壳之间构成第一空间、所述第一离心风机的第一底盘前侧和蜗壳之间构成第二空间，所述第一空间和第二空间共同构成主气流通道，所述轮毂的内部构成第三空间、所述第一离心风机的第一底盘和第二离心风机的第二底盘之间的间隙构成第四空间，所述第三空间和第四空间共同构成辅助气流通道。
为了减少离心风机间隙泄漏损失，所述第三叶片设置在所述轮毂的外周，所述第一叶片周向、间隔地布置在靠近所述第一底盘边缘的位置，所述第二叶片周向、间隔地布置在靠近所述第二底盘边缘的位置、并且第二叶片位于第一底盘和第二底盘之间。
优选的，所述轮毂和第一底盘为一体结构，并且轴向截面呈“凸”字形。
根据本发明的一个方面，为了使得结构较为紧凑，所述第二离心风机的第二底盘的后侧设置有第一电机，所述第一离心风机的第一底盘与第二离心风机的第二叶片固定，使得所述第一电机同步驱动第一离心风机、第二离心风机和轴流风机。
根据本发明的另一个方面，为便于根据风量和风压得需求调整轴流风机和离心风机，所述第二离心风机的第二底盘的后侧设置有驱动第二离心风机的第一电机，所述第一离心风机的第一底盘与第二离心风机的第二叶片固定，所述轴流风机的轮毂内设置有驱动轴流风机的第二电机，所述第二电机与所述蜗壳固定，使得所述第一离心风机、第二离心风机由第一电机驱动，轴流风机独立地由第二电机驱动。
为加强轴流风机的做功能力，所述轮毂的第一部分的第一部分的前端部的直径逐渐向前增大，从而形成为喷管状。
为了对气流进行加速，进一步加强风机对气流的做功能力，所述轮毂的第一部分位于前端部后侧部分的周壁和蜗壳之间的间隙由前至后逐渐减小。
优选的，所述轮毂的第一部分位于前端部后侧部分的周壁倾斜延伸、或呈曲线状地延伸。为了有效的增加第一叶片的做功能力，同时减少内部流场的漩涡，所述第一叶片为三元叶片，所述第一叶片沿与第一底盘的轴向平行的方向呈现扭曲，所述第一叶片的扭曲角小于15°。
为了保证气流进入叶片之后气流速度比较均匀，所述第一叶片的进口倾斜角为40°～45°。
为了有效的增加第二叶片的做功能力，减少内部流场的漩涡，同时保证气流进入叶片之后气流速度比较均匀，所述第二叶片为三元叶片，所述第二叶片进口倾斜角为30～40°。
为了保证进入离心风机的蜗壳中的气流的均匀性和减小压力脉动，第二叶片的数量和第一叶片的数量相同。
为了有效的增加第三叶片的做功能力，减少内部流场的漩涡，所述第三叶片为三元叶片，所述第三叶片沿着轮毂的径向扭曲，所述第三叶片的扭曲角为25°～35°。
为避免前置的轴流风机的尾迹脉动的影响，所述第三叶片的数量与所述第一叶片的数量互质。
为了保证主通道气流的产生和压力和辅助通道气流产生的压力相同，所述第一叶轮的第一叶片的宽度为第二叶轮的第二叶片的宽度的3～4倍。
蜗壳优选的结构为，所述蜗壳包括前盖板和后盖板，所述前盖板上开设有进风口，所述前盖板的前侧、与进风口对应的位置设置有前、后端开口的集流器，所述轴流风机设置在所述集流器内，所述离心风机设置在所述前盖板和后盖板之间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将风机系统设置成具有主气流通道和辅助气流通道两个气流通道，可以有效利用大轮毂体形成的一个无用的气流的死区，提高风量和风压，利用最小的空间获得最大的空气输出；轴流风机串联在离心风机的前侧，离心风机和轴流风机共用一个轮毂，使得整个风机动力系统结构非常紧凑；主气流通道采用扭曲的三元叶轮，性能良好，可以实现大风量和高压力，并且在进口串联一个喷管状的轴流风机，使得空气具有一个和叶轮转向相一致的预旋，进一步加强离心叶轮的气动性能；整个风机系统符合空气动力学原理，因而内部流动状况好，因而损失小，效率高。
附图说明
图1为本发明的风机动力系统第一个实施例的示意图；
图2为本发明的风机动力系统的前视图；
图3为本发明的风机动力系统的剖视图；
图4为本发明的风机动力系统的分解结构示意图；
图5本发明的风机动力系统的轴流风机的叶片的示意图；
图6为本发明的风机动力系统的轴流风机的叶片的示意图；
图7为本发明的风机动力系统的离心风机的侧视图；
图8为本发明的风机动力系统的离心风机的前视图；
图9为本发明的风机动力系统的离心风机的第二叶片的示意图；
图10为本发明的风机动力系统的离心风机的第二叶片的示意图；
图11为本发明的风机动力系统的离心风机局部前视图；
图12为本发明的风机动力系统的离心风机的第三叶片的示意图；
图13为本发明的风机动力系统第二个实施例的轮毂的示意图；
图14为本发明的风机动力系统第三个实施例的轮毂的示意图；
图15为本发明的风机动力系统第四个实施例的分解结构示意图；
图16为本发明的风机动力系统第四个实施例的轴流风机和集流器的示意图；
图17为本发明的风机动力系统第四个实施例的轴流风机和集流器的分解结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
参见图1～图4，一种风机动力系统，包括离心风机、轴流风机3、第一电机41和蜗壳5，离心风机包括同轴地前、后并列布置的第一离心风机1和第二离心风机2，轴流风机3串联在第一离心风机1的前侧，由此使得风机动力系统形成两个气流通道：主气流通道，图3中箭头A所示，以及辅助气流通道，图3中箭头B所示。
上述的第一离心风机1、第二离心风机2和轴流风机3由同一个第一电机41驱动。蜗壳5包括前盖板51、后盖板52、以及位于前盖板51和后盖板52之间的中间盖板53，蜗壳5的前盖板51上形成有进风口511，前盖板51的前侧、与进风口511对应的位置设置有前后端开口的集流器54。第一电机41通过电机支架411与蜗壳5的后盖板52固定。
参见图3～图7，轴流风机3呈喷管状，设置在集流器54内，在本实施例中，轴流风机3包括筒状的轮毂31和第三叶片32，轮毂31的前、后两端开口，并且呈中空。喷管状的轴流风机3，即轮毂31呈喷管状，即轮毂31的前端部311的直径逐渐向前增大，而集流器54也同样的直径逐渐向前增大。轴流风机3的叶轮的第三叶片32间隔布置在轮毂31前部的周向上。第三叶片32为三元叶片，其前缘321(远离第一离心风机1的一侧为前侧)呈后弯的形式、并且叶顶322与轴流风机3的轴向呈倾斜。第三叶片32沿着轮毂31的径向扭曲，其扭曲角(第三叶片32根部弦长与顶部弦长的夹角)为α，优选的，α为25°～35°，更优选的，为30°左右，扭曲角α过大容易造成叶片表面附面层分离，而扭曲角α过小不符合变环量的设计原则，容易导致做功能力不足。第三叶片32的数量优选的为12～15片，更为优选的为15片，叶片数过多，容易噪声流道的堵塞，而叶片数过少，则会出现做功能力不足的情况。
采用上述这种喷管状的轴流风机3，可以加强做功能力，这种喷管状的轴流风机，其优点在于：①叶轮内气流偏转角较大，出口圆周速度的平均值也比进口的大，因此压力较高；②效率较高，效率曲线较平坦，由于叶轮出，进口相对速度的比值较大，叶轮内扩压效应较小，气流不易发生附面层分离，所以损失较小，效率高；③叶轮进口对气流流动条件不敏感。
离心风机设置在蜗壳5的前盖板51、后盖板52之间，位于前盖板51、后盖板52和中间盖板53构成的空间内。参见图6～图9，第一离心风机1为半开式，包括第一叶片11和圆盘状的第一底盘12，第一叶片11周向地、间隔布置在靠近第一底盘12边缘的位置。第一底盘12的中心开设有第一中心孔121，轴流风机3的轮毂31的后端部与第一中心孔121的周缘圆滑过渡，从而使得轮毂31和第一底盘12成为一体，轮毂31和第一底盘12轴向的截面呈“凸”字形。第一叶片11也为三元叶片，沿着与第二底盘12轴向平行的方向呈现扭曲的型式，其扭曲角β一般小于15°，这样可以保证加工性。第一叶片11进口为倾斜进口，进口倾斜角γ为40°～45°，这样可以保证气流进入叶片之后气流速度比较均匀。优选的，第一叶片11的数量优选的26～28左右，更为优选的为28片，与轴流风机3的第三叶片32的叶片数量互质，避免前置的轴流风机3的尾迹脉动的影响，此外叶片数过多，容易噪声流道的堵塞，而叶片数过少，则会出现做功能力不足的情况。为了保证结构紧凑，主气流通道A的第一离心风机1采用半开式叶轮的型式，即第一离心风机1的前端部为开放式，后端部则封闭。
参见图3、4、7、11和图12，第二离心风机2采用闭式叶轮，即第二离心风机2的前端部和后端部均为封闭。第二离心风机2包括第二叶片21和圆盘状的第二底盘22，第二底盘22的中心开设有第二中心孔221，第二中心孔221内设置有第一轮盘23，第一电机41的输出轴与第一轮盘23固定，由此第一电机41运转时，其输出轴可带动第一轮盘23带动，从而带动第二底盘22转动。第二离心风机2的前端部由第一离心风机1的第一底盘12封闭，后端部由第二底盘22封闭。第二叶片21周向地、间隔布置在靠近第二底盘22边缘的位置，并且朝向第二中心孔221延伸一定的距离，这样可以利用主气流通道A的第一离心风机1的第一底盘12作为第二叶片21的前盖，减小了间隙泄露损失。第二叶片21的径向长度大于第一叶片11，并且轴向的宽度小于第一叶片11，第二叶片21的端部比第一叶片11的端部更为靠近中心。同样地，为了有效的增加第二叶片21的做功能力，同时减少内部流场的漩涡，第二叶片21也为三元叶片，第二叶片21进口为倾斜进口，倾斜角δ为30～40°，此时，倾斜进口能有效地改善离心风机的过流通道通流品质，提高离心风机压力。同时为了保证进入蜗壳5当中的气流的均匀性和减小压力脉动，第二叶片21的数量和第一叶片11的数量相同。
轴流风机3的轮毂31的外周和蜗壳5的集流器54之间构成第一空间A1，第一离心风机1的第一底盘11的前侧和蜗壳5的前盖板51之间构成第二空间A2，上述第一空间A1和第二空间A2共同构成上述的主气流通道A。轴流风机3的轮毂31的内部构成第三空间B1，第一离心风机1的第一底盘12和第二离心风机2的第二底盘22之间的间隙构成第四空间B2，上述第三空间B1和第四空间B2共同构成上述的辅助气流通道B。
离心风机安装时，首先将第二离心风机2的第二叶片21焊接到第二底盘22上，然后再将第二叶片21与第一离心风机1的第一底盘12焊接，由此，第二离心风机2的第二底盘22转动时，可带动第一离心风机1的第一底盘12及轴流风机3的轮毂31转动，实现离心风机和轴流风机3同步转动。第一底盘12的外径大于轮毂31的外径，从而确保在风机动力系统的垂直轴向的投影上，第一叶片11至少局部位于第三叶片32的外侧，即第一叶片11和第三叶片32的投影有重叠或完全分离，以便形成主气流通道A。
为了保证主气流通道A的产生和压力和辅助气流通道B产生的压力相同，第一离心风机1的第一叶片11的宽度H1(轴向的尺寸)为第二离心风机2的第二叶片21的宽度H2(轴向的尺寸)的3～4倍。
采用上述双气流通道的风机动力系统，辅助气流通道B中的第二离心风机2具有和主气流通道A中的第一离心风机1相同的做功能力，可以达到和主气流通道A相同的压升，相对于传统的单气流通道的风机系统，其风量和风压都有大幅度的提升；同时相对于传统的离心风机系统，为了达到最小空间获得最大的做功能力，将轮毂31设置成前后两端开口的中空状，气流进入离心风机后，可从轮毂31里边通过，并且通过窄而长的第二叶片21，充分利用了因大轮毂带来的死区空间。
实施例二
参见图13，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，为了更好的匹配主气流通道A和辅气流通道B，进一步加强风机对气流的做功能力，轮毂31位于前端部311后侧部分的周壁倾斜延伸，使得轮毂31的形状为由前至后外径逐渐增大的锥形，由此使得主气流通道A的截面面积由前至后逐渐减小，从而气流进入后可以加速，最大限度地提升前置的轴流风机3的做功能力。
实施例三
参见图14，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，为了更好的匹配主气流通道A和辅气流通道B，进一步加强风机对气流的做功能力，轮毂31位于前端部311后侧部分的周壁曲线状地延伸，使得轮毂31的形状为由前至后外径逐渐增大的仿生曲线型，由此使得主气流通道A的截面面积由前至后逐渐减小，从而气流进入后可以加速，最大限度地提升前置的轴流风机3的做功能力。
实施例四
参见图15～图17，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，轴流风机3的轮毂31和第一离心风机1的第一底盘12不为一体结构，而是分体式的结构，第一底盘12的前端形成有与轮毂31的后端部紧密贴合、无间隙的连接部121。
轴流风机3可以通过第二电机42独立地驱动。第二电机42设置在轴流风机3的轮毂31内，轮毂31内还设置有第二轮盘33，第二轮盘33呈镂空状，固定在轮毂31的内部，第二电机42的输出轴与第二轮盘33的中心固定，由此第二电机42运转时，可带动第二轮盘33、由此带动轮毂31转动。
第二电机42可通过法兰34与蜗壳5的集流器54的后端部边缘固定，同样的，法兰34也呈镂空状。镂空状的第二轮盘33和法兰34上的开孔尽可能地大，以确保风机动力系统的风量较大。
通过将轴流风机3使用独立的第二电机42驱动(两个离心风机仍为焊接固定)，由此可以根据工况的场合选择性的使用，如当需要较大的风量和风压时，可以将轴流风机3连接使用，当不需要提高较大的风量和风压时可以选择不用轴流风机3，灵活多变。
可替代的，实施例一中，轴流风机3的轮毂31内也可以设置第二电机42，以驱动轴流风机3和第一离心风机1。而在本实施例中，也可以只设置一个第一电机41，将轴流风机3的轮毂31和第一离心风机1的第一底盘12紧密连接即可。

Claims (16)

1.一种风机动力系统，包括离心风机、轴流风机(3)和蜗壳(5)，所述轴流风机(3)设置在离心风机的前侧，所述离心风机和轴流风机(3)均设置在所述蜗壳(5)内，其特征在于：所述离心风机包括同轴地前、后并列布置的第一离心风机(1)和第二离心风机(2)；
所述第一离心风机(1)包括第一叶片(11)和用于布置所述第一叶片(11)的第一底盘(12)，所述第二离心风机(2)包括第二叶片(21)和用于布置所述第二叶片(21)的第二底盘(22)，所述轴流风机(3)包括第三叶片(32)和用于布置所述第三叶片(32)的轮毂(31)，所述轮毂(31)和第一底盘(12)为一体或分体的结构，所述轮毂(31)的后端和第一底盘(12)之间无间隙，并且在风机动力系统的垂直轴向的投影上、所述第一叶片(11)至少局部位于第三叶片(32)的外侧；
所述轮毂(31)呈前、后端开口的中空状，所述轮毂(31)的外周和蜗壳(5)之间构成第一空间(A1)、所述第一离心风机(1)的第一底盘(12 )前侧和蜗壳(5)之间构成第二空间(A2)，所述第一空间(A1)和第二空间(A2)共同构成主气流通道(A)，所述轮毂(31)的内部构成第三空间(B1)、所述第一离心风机(1)的第一底盘(12)和第二离心风机(2)的第二底盘(22)之间的间隙构成第四空间(B2)，所述第三空间(B1)和第四空间(B2)共同构成辅助气流通道(B)。
2.如权利要求1所述的风机动力系统，其特征在于：所述第三叶片(32)设置在所述轮毂(31)的外周，所述第一叶片(11)周向、间隔地布置在靠近所述第一底盘(12)边缘的位置，所述第二叶片(21)周向、间隔地布置在靠近所述第二底盘(22)边缘的位置、并且第二叶片(21)位于第一底盘(12)和第二底盘(22)之间。
3.如权利要求1所述的风机动力系统，其特征在于：所述轮毂(31)和第一底盘(12)为一体结构，并且轴向截面呈“凸”字形。
4.如权利要求3所述的风机动力系统，其特征在于：所述第二离心风机(2)的第二底盘(22)的后侧设置有第一电机(41)，所述第一离心风机(1)的第一底盘(12)与第二离心风机(2)的第二叶片(21)固定，使得所述第一电机(41)同步驱动第一离心风机(1)、第二离心风机(2)和轴流风机(3)。
5.如权利要求3所述的风机动力系统，其特征在于：所述第二离心风机(2)的第二底盘(22)的后侧设置有驱动第二离心风机(2)的第一电机(41)，所述第一离心风机(1)的第一底盘(12)与第二离心风机(2)的第二叶片(21)固定，所述轴流风机(3)的轮毂(31)内设置有驱动轴流风机(3)的第二电机(42)，所述第二电机(42)与所述蜗壳(5)固定，使得所述第一离心风机(1)、第二离心风机(2)由第一电机(41)驱动，轴流风机(3)独立地由第二电机(42)驱动。
6.如权利要求1所述的风机动力系统，其特征在于：所述轮毂(31)的前端部(311) 的直径逐渐向前增大，从而形成为喷管状。
7.如权利要求6所述的风机动力系统，其特征在于：所述轮毂(31)位于前端部(311)后侧部分的周壁和蜗壳(5)之间的间隙由前至后逐渐减小。
8.如权利要求7所述的风机动力系统，其特征在于：所述轮毂(31)位于前端部(311)后侧部分的周壁倾斜延伸、或呈曲线状地延伸。
9.如权利要求1～8中任一项所述的风机动力系统，其特征在于：所述第一叶片(11)为三元叶片，所述第一叶片(11)沿与第一底盘(12)的轴向平行的方向呈现扭曲，所述第一叶片(11)的扭曲角(β)小于15°。
10.如权利要求9所述的风机动力系统，其特征在于：所述第一叶片(11)的进口倾斜角(γ)为40°～45°。
11.如权利要求1～8中任一项所述的风机动力系统，其特征在于：所述第二叶片(21)为三元叶片，所述第二叶片(21)进口倾斜角(δ)为30～40°。
12.如权利要求11所述的风机动力系统，其特征在于：第二叶片(21)的数量和第一叶片(11)的数量相同。
13.如权利要求1～8中任一项所述的风机动力系统，其特征在于：所述第三叶片(32)为三元叶片，所述第三叶片(32)沿着轮毂(31)的径向扭曲，所述第三叶片(32)的扭曲角(α)为25°～35°。
14.如权利要求13所述的风机动力系统，其特征在于：所述第三叶片(32)的数量与所述第一叶片(11)的数量互质。
15.如权利要求1～8中任一项所述的风机动力系统，其特征在于：所述第一叶片(11)的高度(H1)为第二叶片(21)的高度(H2)的3～4倍。
16.如权利要求1～8中任一项所述的风机动力系统，其特征在于：所述蜗壳(5)包括前盖板(51)和后盖板(52)，所述前盖板(51)上开设有进风口(511)，所述前盖板(51)的前侧、与进风口(511)对应的位置设置有前、后端开口的集流器(54)，所述轴流风机(3)设置在所述集流器(54)内，所述离心风机设置在所述前盖板(51)和后盖板(52)之间。
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