CN110529414A - 一种离心式管道风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心式管道风机，包括同轴设置的离心风轮、外壳、导风圈和导流体，所述外壳包括渐扩管段和直管段，所述导风圈设置于渐扩管段的小径端且在形状及大小上与离心风轮的前轮盘匹配设置，使得导风圈和前轮盘间形成均匀的环向间隙，所述直管段连接渐扩管段的大径端，所述离心风轮通过电机底座安装支架与外壳直管段固定连接，所述导流体位于离心风轮的出风口且固定设置在电机底座安装支架上，离心风轮的电机容纳于所述导流体内部，所述导流体的外表面为收敛的弧面并与风道内壁构成渐扩型风道。本发明通过独特的导风圈结构改善导流效果、减少漏风损失，并配合碗状导流体及具有渐扩管段的外壳，在紧凑结构的同时改善风机性能、提高风机效率。

Description

一种离心式管道风机

技术领域

本发明涉及空气处理技术领域，特别地，涉及一种可嵌入安装在风道中的离心式管道风机。

背景技术

在现代通风系统或其他领域气体输送设备技术的发展中，常需要一种能够直接嵌入风道或其他气体输送管道内，同时又具有便于安装、风量大、压头高、噪音低、能效高等特点的风机。目前管道式风机的核心部件大多采用轴流风叶，但轴流风叶的缺点是风压低、噪声大，不能满足某些特定场合的应用需求。

为了解决上述问题，业内通常采用离心风轮代替轴流风轮的方式；但在现有以离心风轮为核心部件的管道风机中，大多数风轮轴采用与管道轴线成直角或较大夹角的设计方案，造成风道过于迂回曲折，导致流动断面积剧烈变化且次生漩涡多、局部阻力大，进而降低了风机效率，同时也会提高噪声。

除此之外，发明人调查后还发现，管道风机作为通风系统或其他气体输送设备的核心部件，在结构设计上还存在较大的优化空间，比如现有管道风机在其进风口和出风口位置处的结构设计粗糙、细节把控不严，导致风机效率一直难以突破瓶颈。

发明人通过上述问题进行针对性研究，设计出一种新的管道风机技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高风压、大风量、高效率、低噪音优点且结构紧凑、便于安装的管道风机，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种离心式管道风机，包括离心风轮、外壳和导风圈；所述外壳套设在离心风轮的外部且包括渐扩管段，所述渐扩管段的横截面积沿气体流动方向逐渐增大，所述渐扩管段的小径端为进风端且在该端设有用于安装离心风轮进风口的进风孔，所述导风圈设置在离心风轮的进风口处且在二者间设置环向间隙。

优选地，所述离心风轮包括前轮盘、后轮盘、离心风叶和电机，所述前轮盘、离心风叶和后轮盘沿气体流动方向依次设置且三者在电机驱动下旋转；

所述导风圈为环状结构且同轴套设在所述前轮盘外部，所述导风圈包括喇叭状的导风段，所述导风段的弧面形状与前轮盘渐扩部分的弧面形状相匹配且在二者间形成环向间隙，在所述导风段的小径端设有断面为U形的第一环形弯边，所述第一环形弯边向导风段的径向内侧折弯并使其折弯部分位于前轮盘进风口的径向内侧，可起到改善进风口导流效果和风机空气动力学特性的效果，且在所述第一环形弯边和前轮盘之间留有防止风机运行时发生碰撞和擦伤的保护间隙。

优选地，所述外壳还包括直管段，所述直管段与渐扩管段的大径端连接，所述直管段的横截面积恒定并与渐扩管段的最大横截面积相等，在所述渐扩管段的小径端设有隔板，所述进风孔设置在所述隔板的中心位置，所述导风圈上导风段的大径端通过径向向外延伸的第一环形平板固定连接在所述隔板上。

优选地，所述管道风机与风道内壁间采用嵌入式安装；在所述直管段上设有便于风机嵌入安装的挂耳、卡口、预留孔和插槽，通过上述结构可实现外壳固定连接在风道内壁上并起到支撑、契合和隔断作用。

在本发明中，导风圈的导风段和离心风轮的前轮盘均为渐扩型的曲面圆环，且导风段的渐扩线与前轮盘的渐扩线间为几何相似关系(按照几何相似原理)，几何相似比误差不超过10％，并且前者曲率半径介于后者对应点曲率半径的75～100％之间。

优选地，所述导风段与前轮盘之间的间隙厚度不超过离心风轮直径的15％，且间隙不均匀性误差不超过一倍。该间隙的存在可有效防止运行过程中二者发生碰撞和擦伤，对间隙厚度的限制既可以在风机运行过程中提高间隙中气体的流动阻力，又可以使间隙中的气体随风轮前盘一起高速旋转产生离心力，两种作用均可阻止或减小风轮出风口处的高压气体通过该间隙再回流至风轮进风口处，减少漏风损失(类似于泵气损失)，进一步改善风机性能。

优选地，还包括设置在离心风轮出风口处的导流体，所述导流体与导风圈同轴设置且位于后轮盘在气体流动方向上的后侧，所述导流体包括导流段，所述导流段的内部中空并用于容纳所述电机及其附件，所述导流段的横截面积沿气体流动方向逐渐减小，所述导流段的小径端封闭或开口，在所述导流段的大径端设有第二环形弯边，所述第二环形弯边向导流段的径向内侧折弯直至与后轮盘的内表面高度平齐，用于提高风机排风口处的空气动力学特性，所述后轮盘嵌入导流体的第二环形弯边内且二者间留有防止风机运行时发生碰撞和擦伤的保护间隙。

在本发明中，电机底座完全置于导流体的内部，来自离心风轮出风口处的气体通过由导流体表面与风道内壁构成的渐扩型风道，既消除了电机底座对下游排风气流的扰动，又可减少突扩阻力损失，改善风机性能，同时通过后轮盘带动导流体内部的气体流动，实现对电机的冷却散热。

优选地，所述导流段的小径端开口，在所述导流段的小径端设有径向向内延伸的第二环形平板，所述第二环形平板的内径允许电机的底座穿过。

优选地，还包括电机底座安装支架，所述电机底座安装支架为U型结构且包括主支撑板以及位于主支撑板两端的连接板，所述连接板的一端与主支撑板固定连接而另一端与所述外壳固定连接，所述离心风轮的电机以及导流体均固定设置在主支撑板上，在所述主支撑板上的非安装区域开孔或镂空，用于减轻自重并扩大排风流通断面。

优选地，所述渐扩管段的断面为圆形或方形。

优选地，在所述第二环形平板和电机底座之间留有径向调整间隙，用于调整前轮盘与导风圈之间或者后轮盘与导流体之间的同轴度。

优选地，在所述第一环形平板和隔板之间设有垫片A，用于实现密封并调整导风圈与前轮盘之间的间隙大小和同轴度。

优选地，在所述电机的底座与电机底座安装支架之间设有垫片B，用于调整电机的安装高度及形位。

优选地，在所述第二环形平板与电机底座安装支架之间设有垫片C，用于调整导流体的安装高度及形位。

优选地，所述垫片B和垫片C之间留有间隙，以便于在湿工况下自动排出导流体内的积水。

本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、本发明提供的管道风机通过对外壳、导风圈和导流体的结构进行优化设计改善风机的空气动力学性能，不仅充分发挥了离心风轮的高风压特性，同时还有效地减小了因气流路线迂回曲折和流动断面积剧烈变化对风机性能带来的影响，本发明风机具备了风量大、风压高、效率高和噪音低的优点，还在结构紧凑性方面表现优异，便于安装，风机整体占用空间小，因而可被直接嵌入风道内，不需要额外增加风道断面积，整个风机的高度也仅仅是离心风轮的高度，适合于在狭窄短小的风道内安装，能满足特定场合的应用需求。

2、本发明对于导风圈在进风口处的结构进行优化，并对于导风圈和离心风轮前轮盘间的间隙厚度进行严格把控，在风机运行过程中，既有效避免了碰撞和擦伤情况的发生，又可以起到良好的进风口导流作用、改善风机空气动力学特性，并且还可以阻止或减小风轮出风口处的高压气体通过该间隙再回流至风轮进风口处，减少漏风损失(类似于泵气损失)，改善风机性能。

3、本发明通过设置导流体，不仅消除了电机底座对下游排风气流的扰动，还配合风道内壁形成的渐扩型风道，减少次生漩涡，减少突扩阻力损失，进一步改善风机空气动力学性能，提高风机效率，降低风机噪声，同时通过后轮盘带动导流体内部的气体流动，实现对电机的冷却散热。

4、本发明还对针对管道风机的多处结构细节进行优化：①在电机底座安装支架的主支撑板上的非安装区域开孔或镂空，用于实现减轻自重并扩大排风流通断面；②在第二环形平板和电机底座之间留有径向调整间隙，用于调整前轮盘与导风圈之间或者后轮盘与导流体之间的同轴度；③在所述第一环形平板和隔板之间设有垫片A，用于实现密封并调整导风圈与前轮盘之间的间隙大小和同轴度；④在所述电机的底座与电机底座安装支架之间设有垫片B，用于调整电机的安装高度及形位；⑤在所述第二环形平板与电机底座安装支架之间设有垫片C，用于调整导流体的安装高度及形位；⑥所述垫片B和垫片C之间留有间隙，以便于在湿工况下自动排出导流体内的积水；通过上述细节优化再进一步优化风机的空气动力学性能、提高本发明管道风机的适用性，有利于目标送风效果的实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明实施例1中的离心式管道风机的结构示意图；

图2是图1中管道风机的底部结构示意图；

图3是图1中管道风机的内部结构示意图；

图4是图1中管道风机的轴向剖视图；

图5是图1中离心风轮的结构示意图；

图6是图5中离心风轮的底部结构示意图；

图7是图1中外壳的结构示意图；

图8是图1中导风圈的结构示意图；

图9是图8中导风圈的内部结构示意图；

图10是图1中导流体的结构示意图；

图11是图10中导流体的内部结构示意图；

图12是图11中圈出部分C处的结构放大图；

图13是图1中电机底座安装支架的结构示意图；

图14是图13中主支撑板的结构示意图；

图15是本发明实施例2中的离心式管道风机的内部结构示意图；

图16是图15中外壳的结构示意图；

图17是图1或图15中圈出部分A处的结构放大图；

图18是图1或图15中圈出部分B处的结构放大图；

图中：1离心风轮，11前轮盘，12后轮盘，13离心风叶，14电机；

2外壳，21渐扩管段，22隔板，23进风孔，24直管段；

3导风圈，31第一环形弯边，32导风段，33第一环形平板；

4导流体，41第二环形弯边，42导流段，43第二环形平板；

5电机底座安装支架，51主支撑板，52连接板，53通风孔；

61垫片A，62垫片B，63垫片C。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1-4，一种离心式管道风机，包括同轴安装的离心风轮1、外壳2、导风圈3、导流体4和电机底座安装支架5。所述导风圈3和导流体4分别位于离心风轮1的进风口和出风口处，所述外壳2套设在离心风轮1的外部，且离心风轮1通过电机底座安装支架5固定连接在外壳2上。

参见图5和图6，所述离心风轮1为单侧进风的后倾式离心风轮且包括前轮盘11、后轮盘12、离心风叶13和电机14，所述前轮盘11、离心风叶13和后轮盘12沿气体流动方向依次设置且三者在电机14驱动下一起旋转，所述电机14为外转子电机，所述外转子电机可以是无刷电机，以利于实现变频调速和变风量控制。

参见图7，所述外壳2套设在离心风轮1外部且包括连接的渐扩管段21和直管段24，所述渐扩管段21的横截面积沿气体流动方向逐渐增大，所述渐扩管段的21的小径端为进风端并设有隔板22，在所述隔板22上设有用于安装离心风轮进风口的进风孔23，所述渐扩管段21的大径端连接直管段24，所述直管段24的横截面积恒定并与渐扩管段21的最大横截面积相等。

在本实施例中，所述渐扩管段21和直管段24的断面均为方形。

在本实施例中，所述管道风机与风道内壁间采用嵌入式安装方法，因此，在所述直管段24上设有便于风机嵌入安装的挂耳、卡口、预留孔和插槽，通过上述结构可实现外壳2固定连接在风道内壁上并起到支撑、契合和隔断作用。

参见图8、图9和图17，所述导风圈3为环状结构且套设在所述前轮盘11外部，所述导风圈3包括第一环形弯边31、导风段32以及第一环形平板33。

所述导风段32为喇叭状结构且其弧面形状与前轮盘11渐扩部分的弧面形状相匹配，在导风段32和前轮盘11之间形成环向间隙，所述间隙的厚度不超过离心风轮直径的15％，且间隙不均匀性误差不超过一倍。这样既可以在风机运行过程中提高间隙中气体的流动阻力，又可以使间隙中的气体随前轮盘一起高速旋转产生离心力，两种作用均可以阻止或减小风轮出风口的高压气体通过间隙再回流至风轮进风口，减少漏风损失，改善风机性能。

所述第一环形平板33设置于导风段32的大径端且沿径向向外延伸，通过螺丝将第一环形平板33固定连接在隔板22上进而实现导风段32与外壳2之间的固连，在第一环形平板33和隔板22之间还设有垫片A 61，用于实现密封并调整导风圈3与前轮盘11之间的间隙大小和同轴度。

所述第一环形弯边31的断面为U形且设置在导风段32的小径端，所述第一环形弯边31向导风段的径向内侧折弯并使其折弯部分位于前轮盘11进风口的径向内侧，所述第一环形弯边31的折弯部分的末端与前轮盘11进风口的端口平齐，在所述第一环形弯边31和前轮盘11之间留有防止风机运行时发生碰撞和擦伤的保护间隙。

参见图10、图11、图12和图18，所述导流体4为碗状结构且包括第二环形弯边41、导流段42和第二环形平板43。

所述导流段42的内部中空且两端开口，所述电机14及其附件容纳于导流段42的内部空间内，所述导流段42的横截面积沿气体流动方向逐渐减小，所述导流段42的外表面为收敛的弧面并与风道内壁间构成渐扩型风道。

所述第二环形弯边41设置于导流段42的大径端，所述第二环形弯边41向导流段的径向内侧折弯直至与后轮盘12的内表面高度平齐，这样既可保障排风畅通，又可避免或减缓衔接处的次生气流旋涡。所述后轮盘12可嵌入导流体4的第二环形弯边41内且在二者间留有防止风机运行时发生碰撞和擦伤的保护间隙。

所述第二环形平板43设置于导流段42的小径端且沿径向向内延伸，所述第二环形平板43的内径允许电机14的底座穿过，实际上，在所述第二环形平板43和电机14底座之间留有一定的径向调整间隙，用于调整前轮盘11与导风圈3之间或者后轮盘12与导流体4之间的同轴度。

参见图13和图14，所述电机底座安装支架5为U型结构且包括主支撑板51以及位于主支撑板两端的连接板52，所述连接板52的一端与主支撑板51固定连接而另一端与所述外壳2的直管段22固定连接，在所述连接板52上设有便于安装的预留孔和插销，通过连接板、预留孔及插销与直管段22连接并通过螺丝紧固；所述离心风轮1的电机14以及导流体4均固定设置在主支撑板51上，在所述主支撑板51上两侧的非安装区域开设通风孔53，在减轻自重的同时扩大排风流通断面。

在本实施例中，在所述电机14的底座与电机底座安装支架5之间设有垫片B 62，用于调整电机的安装高度及形位；在所述第二环形平板43与电机底座安装支架5之间设有垫片C 63，用于调整导流体的安装高度及形位。同时，所述垫片B和垫片C之间留有间隙，以便于在湿工况下自动排出导流体内的积水。

在本实施例中，在两个环形平板上还分别还设有用于定位垫片的定位结构。

在本实施例中，所述外壳2、导风圈3、导流4和电机底座安装支架5等部件均可以是由冲压、钣金加工、注塑成型、3D打印或其它方法加工制成的，各部件在拼接时均采用螺丝紧固，在契合面处均采用密封贴条实现密封，确保与所嵌入的风道内壁之间实现无缝连接，防止漏风。

实施例2：

参见图4-6以及图8-18，一种离心式管道风机，其结构以及各结构间的连接关系基本与实施例1相同，不同之处仅在于本实施例中采用了断面为圆形的外壳2。

本实施例中外壳2的变化并不会对管道风机的实际安装和使用造成影响，反而为本发明技术方案在不同环境下的应用提供了更多的选择，除此之外，本发明管道风机外壳的断面还可以采用其他不同的形状或是不同形状的组合，基于此，凡仅针对外壳断面形状做出改进的技术方案均视为与本发明技术方案实质性等同，此处以实施例2为例，其余变形方案不再做过多赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，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。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种离心式管道风机，其特征在于，包括离心风轮(1)、外壳(2)和导风圈(3)；所述外壳(2)套设在离心风轮(1)的外部且包括渐扩管段(21)，所述渐扩管段(21)的横截面积沿气体流动方向逐渐增大，所述渐扩管段(21)的小径端为进风端且在该端设有用于安装离心风轮进风口的进风孔(23)，所述导风圈(3)设置在离心风轮(1)的进风口处且在二者间设置环向间隙。

2.根据权利要求1所述的离心式管道风机，其特征在于，所述离心风轮(1)包括前轮盘(11)、后轮盘(12)、离心风叶(13)和电机(14)，所述前轮盘(11)、离心风叶(13)和后轮盘(12)沿气体流动方向依次设置且三者在电机(14)驱动下旋转；

所述导风圈(3)为环状结构且同轴套设在所述前轮盘(11)外部，所述导风圈(3)包括喇叭状的导风段(32)，所述导风段(32)的弧面形状与前轮盘(11)渐扩部分的弧面形状相匹配且在二者间形成环向间隙，在所述导风段(32)的小径端设有断面为U形的第一环形弯边(31)，所述第一环形弯边(31)向导风段的径向内侧折弯并使其折弯部分位于前轮盘(11)进风口的径向内侧，在所述第一环形弯边(31)和前轮盘(11)之间留有防止风机运行时发生碰撞和擦伤的保护间隙。

3.根据权利要求2所述的离心式管道风机，其特征在于，所述外壳(2)还包括直管段(24)，所述直管段(24)与渐扩管段(21)的大径端连接，所述直管段(24)的横截面积恒定并与渐扩管段(21)的最大横截面积相等，在所述渐扩管段(21)的小径端设有隔板(22)，所述进风孔(23)设置在所述隔板(22)的中心位置，所述导风圈(3)上导风段(32)的大径端通过径向向外延伸的第一环形平板(33)固定连接在所述隔板(22)上。

4.根据权利要求2或3所述的离心式管道风机，其特征在于，所述导风段(32)与前轮盘(11)之间的间隙厚度不超过离心风轮直径的15％，且间隙不均匀性误差不超过一倍。

5.根据权利要求4所述的离心式管道风机，其特征在于，在所述第一环形平板(33)和隔板(22)之间设有垫片A(61)，用于实现密封并调整导风圈(3)与前轮盘(11)之间的间隙大小和同轴度。

6.根据权利要求2或3所述的离心式管道风机，其特征在于，还包括设置在离心风轮(1)出风口处的导流体(4)，所述导流体(4)与导风圈(3)同轴设置且位于后轮盘(12)在气体流动方向上的后侧，所述导流体(4)包括导流段(42)，所述导流段(42)的内部中空并用于容纳所述电机(14)及其附件，所述导流段(42)的横截面积沿气体流动方向逐渐减小，所述导流段(42)的小径端封闭或开口，在所述导流段(42)的大径端设有第二环形弯边(41)，所述第二环形弯边(41)向导流段的径向内侧折弯直至与后轮盘(12)的内表面高度平齐，所述后轮盘(12)嵌入导流体(4)的第二环形弯边(41)内且二者间留有防止风机运行时发生碰撞和擦伤的保护间隙。

7.根据权利要求6所述的离心式管道风机，其特征在于，所述导流段(42)的小径端开口，在所述导流段(42)的小径端设有径向向内延伸的第二环形平板(43)，所述第二环形平板(43)的内径允许电机(14)的底座穿过。

8.根据权利要求7所述的离心式管道风机，其特征在于，还包括电机底座安装支架(5)，所述电机底座安装支架(5)为U型结构且包括主支撑板(51)以及位于主支撑板两端的连接板(52)，所述连接板(52)的一端与主支撑板(51)固定连接而另一端与所述外壳(2)固定连接，所述离心风轮(1)的电机(14)以及导流体(4)均固定设置在主支撑板(51)上，在所述主支撑板(51)上的非安装区域开孔或镂空，用于减轻自重并扩大排风流通断面。

9.根据权利要求8所述的离心式管道风机，其特征在于，在所述第二环形平板(43)和电机(14)底座之间留有径向调整间隙，用于调整前轮盘(11)与导风圈(3)之间或者后轮盘(12)与导流体(4)之间的同轴度；

在所述电机(14)的底座与电机底座安装支架(5)之间设有垫片B(62)，用于调整电机的安装高度及形位；

在所述第二环形平板(43)与电机底座安装支架(5)之间设有垫片C(63)，用于调整导流体的安装高度及形位。

10.根据权利要求9所述的离心式管道风机，其特征在于，所述垫片B和垫片C之间留有间隙，以便于在湿工况下自动排出导流体内的积水。