CN112228397A - 集流器及包括该集流器的通风机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及通风机用集流器，包括筒体收缩段，所述筒体收缩段的截面为1/4椭圆弧线；所述椭圆的长轴与集流器中心轴线平行；所述1/4椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段，筒体收缩段自进风口到出风口呈逐渐收缩状。本申请还涉及包括该通风机用集流器的轴流通风机。本申请还涉及扩张型通风机用集流器以及包括该扩张型通风机用集流器的离心通风机。本申请的目的在于在目前广泛使用的弧形或锥弧形集流器基础上，通过优化集流器的收缩段截面形状，即采用合适尺寸的椭圆形截面，进一步优化集流器内的气体流动状态，减小气流的流动损失，为叶轮内的流动提供均匀对称性好、无涡流不紊乱及充满的入口气流，以提高叶轮对气体做功效率进而提高通风机性能和效率。

Description

集流器及包括该集流器的通风机

技术领域

本发明涉及通风机技术领域，特别是涉及集流器及包括该集流器的通风机。

背景技术

轴流通风机、混流通风机和离心通风机都是广泛使用的通风机，通常都包含集流器，相对于运行时的旋转叶轮，集流器作为固定部件，其作用是将进气侧的气体均匀平滑地导入通风机叶轮，保证叶轮进口速度场均匀以降低流动损失和提高叶轮的效率，保证较低的噪声。随着越来越多的学者对通风机性能和效率及噪声的研究逐步深入，人们认识到通风机叶轮入口前的流动均匀一致性和对称性的好坏对气体进入叶轮之后的流动状态有明显的影响，即流入叶轮之前的进气状态均匀、无涡流、不紊乱及对称性好，是设计优良的叶轮其内部流动良好和通风机整机取得优越性能的前提保证。目前广泛采用的集流器为筒形，其入口侧直径大于出口侧直径，中间部分常采用锥弧形收缩段或圆弧形收缩段，锥弧形收缩段的集流器常用于大中型风机，圆弧形收缩段的集流器常用于小型风机，如图1所示，锥弧形收缩段10包括锥筒形段和圆弧形段，其截面为锥形弧11和圆弧12，圆弧形收缩段20包括圆弧形段和平直段，其截面为圆弧21和平直线22。如何在同等条件下通过对集流器进行改进，从而提升通风机的静压值和静压效率，对于扩大通风机的使用范围，降低通风机能耗和噪声有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于通过优化集流器的收缩段截面形状，即采用合适尺寸的椭圆形截面，进一步优化集流器内的气体流动状态，减小气流的流动损失，为叶轮内的流动提供均匀对称性好、无涡流不紊乱及充满的入口气流，以提高叶轮对气体做功效率进而提高通风机性能和效率，本发明提供了一种集流器及包括该集流器的通风机。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：本申请提出了一种通风机用集流器，包括筒体收缩段和筒体平直段，所述筒体收缩段的截面为1/4椭圆弧线；所述椭圆的长轴与集流器中心轴线平行；所述1/4椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段，简体收缩段自进风口到出风口呈逐渐收缩状；所述筒体收缩段后端与所述筒体平直段平滑连接，1/4椭圆弧线与所述筒体平直段截面相切。

进一步地，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.6-0.68。

进一步地，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.62-0.63。

进一步地，所述椭圆的长轴的一半b与所述集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.75-0.85。

本申请还提出了一种轴流通风机，包括通风机用集流器和法兰，所述法兰设置在所述集流器的进风口处，与所述集流器筒体收缩段前端相切。

本申请还提出了一种扩张型通风机用集流器，包括筒体收缩段和筒体扩张段，所述筒体收缩段的截面弧线为1/4椭圆弧线；所述椭圆的长轴与集流器中心轴线平行；所述1/4椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段；所述筒体收缩段后端与所述扩张段平滑过渡连接；所述筒体收缩段后端与所述扩张段相接处为所述集流器通流直径最小处。

进一步地，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.6-0.68。

进一步地，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.62-0.63。

进一步地，所述椭圆的长轴的一半b与所述集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.75-0.85。

本申请还提出了一种离心通风机，包括扩张型通风机用集流器和法兰，所述法兰设置在所述集流器的进风口处，与所述集流器筒体收缩段前端相切。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本申请结构简单、加工方便，在不改变集流器主要特征尺寸和安装尺寸，不增加其材料和加工成本的前提下，通过其截面弧线形状的优化，使得气体进入集流器不容易产生涡流，顺滑均匀加速再适当减速后，进入叶轮内部，从而改善了进入叶片通道之前的流场条件，提高了通风机的性能和效率、降低了能耗和噪声，并且最高效率点往大流量区偏移，尤其是整个大流量使用区间的静压及静压效率均有一定提高，扩大了通风机的使用范围，而且本发明的改进方案适应性广泛--适用于轴流通风机、混流通风机和离心通风机，具有明显的经济和社会价值。

附图说明

图1为三种不同收缩段的截面图；

图2为实施例一示意图；

图3为图2沿轴向的剖面图；

图4为实施例二沿轴向的剖面图；

图5为对比组一的静压对比曲线图；

图6为对比组一的静压效率对比曲线图；

图7为对比组二的静压对比曲线图；

图8为对比组二的静压效率对比曲线图；

图9为采用三种不同收缩段集流器离心通风机的轴向平均速度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例一：

一种轴流通风机，如图2和图3所示，包括通风机用集流器和法兰110。通风机用集流器，包括筒体收缩段120和筒体平直段130。筒体收缩段120的截面为椭圆弧线，椭圆的长轴与集流器中心轴线平行，椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段，筒体收缩段120自进风口到出风口呈逐渐收缩状。筒体收缩段120后端与所述筒体平直段130平滑连接，椭圆弧线与所述筒体平直段截面相切。法兰110设置在所述通风机用集流器的进风口处，与集流器筒体收缩段120前端相切。

集流器截面弧线中椭圆形收缩段的前端与法兰面相切，保证了集流器前端外周的入口气流顺滑进入集流器，不会在集流器入口处产生冲击并产生涡流；椭圆形收缩加速段接近于喷嘴状，气流在该段的加速过程相比于圆弧形集流器和锥弧形集流器，更加平缓，不容易产生涡流，因而进气损失更小、进入叶轮前的气流更加均匀，尤其是当通风机运行在中间偏大的流量区间时(通常为用户使用的流量区间)，其流动改善的效果更显著。

椭圆的短轴与椭圆的长轴的长度比值为a/b＝0.62-0.63。

椭圆的长轴之半b与集流器的轴向长度L之比为b/L＝0.75-0.85；优选地，b/L＝0.78-0.82。

集流器可以由金属板材模具加工而成、由塑料等非金属材料制成、金属材料整体铸造或铸造后机械加工而成。

实施例二：

一种离心通风机，如图4所示，包括扩张型通风机用集流器和法兰210，法兰设置在扩张型通风机用集流器的进风口处，与扩张型通风机用集流器筒体收缩段前端相切。扩张型通风机用集流器包括筒体收缩段220和筒体扩张段230，筒体收缩段220的截面弧线为1/4椭圆弧线；椭圆的长轴与集流器中心轴线平行。1/4椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段。筒体收缩段220后端与所述筒体扩张段230平滑过渡连接，筒体收缩段220后端与筒体扩张段230相接处为所述集流器通流直径最小处。

椭圆的短轴与椭圆的长轴的长度比值为：a/b＝0.624。

椭圆的长轴之半b与集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.809。

一般地，b/L＝0.75-0.85；优选地，b/L＝0.78-0.82。

为说明采用截面为椭圆弧线的筒体收缩段的改进效果，采用对比样机一和对比样机二作为对比项。对比样机一与实施例二(1)唯一不同的是对比样机一的集流器的收缩段为圆弧形收缩段，如图1中圆弧形收缩段20与椭圆弧线状收缩段30所示(图中o21对应圆弧21的圆心，o30对应椭圆弧线30的圆心，o12对应圆弧12的圆心)，对比样机一其余部分与实施例二(1)均完全相同，配用的电机及运行转速也相同。

对比组一：实施例二(1)和对比样机一，二者集流器主要尺寸如下：

D_in＝412.8mm

D_h＝337mm

D_OUT＝345mm

L＝75mm

a＝(D_in-D_h)/2＝37.9mm

b＝60.7mm

实施例二椭圆的短轴与椭圆的长轴的长度比值为：a/b＝0.624。

椭圆的长轴之半b与集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.809。

对比样机一圆弧21段半径为37.9mm，平直线22长度为22.8mm。

对比组一的性能曲线对比见图5-图6；相同风量工况点性能参数对比见表1。

表1

	转速(r/min)	风量(m<sup>3</sup>/h)	静压(Pa)	静压效率(％)
					对比样机一	1780	8820	776.4	73.2
实施例二(1)	1780	8820	789.4	73.9

相同风量的工况下，实施例二(1)与对比样机一相比，静压提高了23Pa，静压效率提高了0.7％。

对比样机二与实施例二(2)唯一不同的是对比样机二的集流器的收缩段为锥弧形收缩段，如图1中锥弧形收缩段(10)与椭圆弧线状收缩段(30)所示，对比样机二其余部分与实施例二(2)均完全相同，配用的电机及运行转速也相同。

对比组二：实施例二(2)和对比样机二的集流器主要尺寸如下：

D_in＝524.6mm

D_h＝427mm

D_OUT＝434.9mm

L＝92.6mm

a＝(D_in-D_h)/2＝48.8mm

b＝78mm

实施例二(2)椭圆的短轴与椭圆的长轴的长度比值为：a/b＝0.626。

实施例二(2)椭圆的长轴之半b与集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.792。

对比样机二的锥形弧11为69.15mm和圆弧12半径为37mm。

对比组二的性能曲线对比见图7-图8；相同风量工况点性能参数对比见表2。

表2

	转速(r/min)	风量(m<sup>3</sup>/h)	静压(Pa)	静压效率(％)
					对比样机二	1450	15336	940.9	73.7
实施例二(2)	1450	15336	961.4	74.5

相同风量的工况下，实施例二(2)与对比样机二相比，静压提高了20.5Pa，静压效率提高了0.8％。

由图9可见，在同一风量15333m³/h工况点下，实施例二与采用圆弧形收缩段、锥弧形收缩段集流器的对比样机相比，轴向长度在0-78mm的范围内，实施例二(采用椭圆弧线状收缩段集流器的离心通风机)的轴向平均速度的变化更加平稳。

由此可见，相比于锥弧形收缩段或圆弧形收缩段集流器的通风机，仅仅是改变集流器收缩段的截面弧线形状，改为1/4椭圆弧线，气体进入集流器时产生涡流的可能性就能进一步降低，气体经1/4椭圆弧线截面的筒体收缩段顺滑均匀加速再适当减速后，进入叶轮内部(参见图8)，改善了进入叶片通道之前的流场条件，提高了通风机的性能和效率(主要是静压和静压效率)、降低了能耗和噪声，并且最高效率点往大流量区偏移，尤其是整个大流量使用区间的静压及静压效率均有一定提高，扩大了通风机的使用范围。本申请的改进方案适应性广泛，不仅适用于轴流通风机和离心通风机，还适用于混流通风机，具有明显的经济和社会价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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。

Claims (10)

1.一种通风机用集流器，其特征在于，包括筒体收缩段和筒体平直段，所述筒体收缩段的截面为1/4椭圆弧线；所述椭圆的长轴与集流器中心轴线平行；所述1/4椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段，筒体收缩段自进风口到出风口呈逐渐收缩状；所述筒体收缩段后端与所述筒体平直段平滑连接，1/4椭圆弧线与所述筒体平直段截面相切。

2.根据权利要求1所述的一种通风机用集流器，其特征在于，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.6-0.68。

3.根据权利要求1所述的一种通风机用集流器，其特征在于，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.62-0.63。

4.根据权利要求1所述的一种通风机用集流器，其特征在于，所述椭圆的长轴的一半b与所述集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.75-0.85。

5.一种轴流通风机，其特征在于，包括如权利要求1-4任一所述的通风机用集流器，还包括法兰，所述法兰设置在所述集流器的进风口处，与所述集流器筒体收缩段前端相切。

6.一种扩张型通风机用集流器，其特征在于，包括筒体收缩段和筒体扩张段，所述筒体收缩段的截面弧线为1/4椭圆弧线；所述椭圆的长轴与集流器中心轴线平行；所述1/4椭圆弧线绕所述中心轴线旋转一周形成喷嘴状筒体收缩段；所述筒体收缩段后端与所述扩张段平滑过渡连接；所述筒体收缩段后端与所述扩张段相接处为所述集流器通流直径最小处。

7.根据权利要求6所述的一种扩张型通风机用集流器，其特征在于，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.6-0.68。

8.根据权利要求6所述的一种扩张型通风机用集流器，其特征在于，所述椭圆短轴与长轴的长度比为0.62-0.63。

9.根据权利要求8所述的一种扩张型通风机用集流器，其特征在于，所述椭圆的长轴的一半b与所述集流器的轴向长度L之比为：b/L＝0.75-0.85。

10.一种离心通风机，其特征在于，包括如权利要求6-9任一所述的扩张型通风机用集流器，还包括法兰，所述法兰设置在所述集流器的进风口处，与所述集流器筒体收缩段前端相切。

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