CN114165465B - 一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，包括顶部弧形板、底部弧形板，顶部弧形板位于底部弧形板的上方，顶部弧形板的两侧均向下设置有连接侧板，连接侧板将顶部弧形板与底部弧形板相连接，顶部弧形板、底部弧形板以及两个连接侧板组成的结构为蜗壳，蜗壳的中部开设有贯通的圆孔，圆孔的顶部连接有第一法兰，圆孔的底部连接有第二法兰，第一法兰与第二法兰均用于连接叶轮，蜗壳的两端向下弯曲分别形成第一出风口和第二出风口，第一出风口和第二出风口内均设置有可调节多孔栅板机构，第一出风口内和第二出风口内形成两个风道。本发明能够解决现有离心式风机蜗壳存在出风口风道贴外壁风速过大、出口风速不均匀的问题。

Description

一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机
技术领域
本发明实施例涉及风机技术领域，具体涉及一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机。
背景技术
随着时代进步，科技迅速发展，真空热处理技术被广泛应用于航空航天、航海、石油化工、核电、国防等领域。真空热处理炉的风冷系统主要依靠离心式风机推动内部气流循环，并与换热器进行换热。
离心式风机是风冷系统中的核心，蜗壳是离心风机的关键部件，其作用主要是将气体导向蜗壳出口，并将气体的部分动压转变为静压。现有用于真空热处理炉的离心式风机蜗壳通常存在出风口风道贴外壁风速过大、出口风速不够均匀的缺点，进而使得炉膛内部的气流分布不均匀。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，以解决现有用于真空热处理炉的离心式风机蜗壳通常存在出风口风道贴外壁风速过大、出口风速不均匀的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，包括顶部弧形板、底部弧形板，所述顶部弧形板位于底部弧形板的上方，所述顶部弧形板的两侧均向下设置有连接侧板，所述连接侧板将顶部弧形板与底部弧形板相连接，所述顶部弧形板、底部弧形板以及两个连接侧板组成的结构为蜗壳，所述蜗壳的中部开设有贯通的圆孔，所述圆孔的顶部连接有第一法兰，所述圆孔的底部连接有第二法兰，所述第一法兰与第二法兰均用于连接叶轮，所述蜗壳的两端向下弯曲分别形成第一出风口和第二出风口，所述第一出风口和第二出风口内均设置有可调节多孔栅板机构，所述第一出风口内和第二出风口内形成两个风道。
优选地，所述连接侧板为组合板结构，所述连接侧板两端均设置有封板，所述连接侧板中部依次设置有斜封板、第一弧板、第二弧板，所述第一弧板与第二弧板的连接段为蜗舌段，所述第一弧板与第二弧板的连接点和第一弧板圆心的连线与水平方向具有的夹角为α，夹角α为16～20°。
优选地，所述可调节多孔栅板机构包括多孔板、电动推拉杆、多孔板收纳盒以及若干风速传感器，所述多孔板数量若干，若干多孔板平行叠放布置，每个多孔板上均开设有若干通孔，每个多孔板开设的通孔孔隙率均不相同，所述电动推拉杆的数量若干且与多孔板数量相同，所述电动推拉杆位于多孔板收纳盒内，所述电动推拉杆与多孔板相连，在多孔板的外周边沿嵌装有密封条；若干风速传感器设置于可调节多孔栅板机构在风道内截面多点处，且风速传感器均匀排列分布。
进一步优选地，所述可调节多孔栅板机构内的多孔板采用与风道截面相同形状，所述多孔板中心呈全缕空状，在多孔板靠外侧开设有若干圆孔，若干圆孔成圆弧线状排列分布，所述多孔板中部的圆孔较大，所述多孔板两端的圆孔较小，且由中部到两端圆孔孔径逐渐减小。
进一步优选地，所述可调节多孔栅板机构安装在蜗壳中心与风道连接的位置处，所述多孔板根据计算机反馈可自动调节孔隙率。
优选地，两个连接侧板以圆孔的中心为对称中心成中心对称。
优选地，所述第一法兰与第二法兰之间设置有若干加强柱。
优选地，所述第一出风口和第二出风口内还设置有导流板，使得风道形成渐缩口结构。
进一步优选地，所述可调节多孔栅板机构内共设置有五个多孔板，且这五个多孔板的孔隙率均不相同，具体为最上方的第一个多孔板的孔隙率为5％～15％，中间的第二个多孔板的孔隙率为15％～25％，第三个多孔板的孔隙率为25％～35％，第四个多孔板的孔隙率为35％～45％，最下方的第五个多孔板的孔隙率为45％～55％。
进一步优选地，所述多孔板的平行叠放数量为3～10个，所述多孔板的孔隙率为1％～50％。
本发明至少具有如下优点：
1.本发明在离心式风机的蜗壳风道内设置有可调节式多孔栅板，对进入的风起导流和均流作用，特别是减少了离心式风机叶轮将气流甩出后引起的风道外壁面风速大，内壁面风速小的现象，相比传统多孔板风阻过大，设计了特别适用于风机风道的中心镂空多孔板，解决贴壁面风速过大问题并减小了风道风阻；相比于传统没有多孔栅板的蜗壳，有效保证了增加风道出风均匀性，并可调节出风量，同时在蜗壳中心对称两侧设置了双出风口，相比于传统单出风口的蜗壳，有效地使得叶轮产生的风量充分利用，或可使出风位置进行改变；
2.在蜗壳风道内设置了可调节多孔栅板机构，相比传统多孔板风阻过大，设计了特别适用于风机风道，解决贴壁面风速过大问题并减小了风道风阻的中心镂空多孔板，相比于传统没有多孔栅板的蜗壳，可达到增加风道出风均匀性的同时，调节出风量的目的；
3.导流板形成的渐缩口结构，可使出风量有所提升、风速有所上升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
图1为本发明一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机一种实施例的结构示意图；
图2为图1另一视角的结构示意图；
图3为图1中可调节多孔栅板机构的结构示意图；
图4为图3中多孔板另一视角的结构示意图；
图5为采用不同蜗舌起始角α蜗壳时蜗舌起始角变化对风道出口截面风速影响的折线图；
图6为采用不同蜗舌起始角α蜗壳时蜗舌起始角变化对风道出口截面风量均匀性影响的折线图；
图7为采用不同蜗舌起始角α蜗壳时蜗舌起始角变化对风道出口截面风压提升影响的折线图；
其中：1-顶部弧形板；2-底部弧形板；3-连接侧板；301-封板；302-斜封板；303-第一弧板；304-第二弧板；4-圆孔；5-第一法兰；6-第二法兰；7-第一出风口；8-第二出风口；9-可调节多孔栅板机构；901-多孔板；902-电动推拉杆；903-多孔板收纳盒；10-加强柱；11-导流板。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1～7，本发明提出一种技术方案：一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，包括顶部弧形板1、底部弧形板2，顶部弧形板1位于底部弧形板2的上方，顶部弧形板1的两侧均向下设置有连接侧板3，连接侧板3将顶部弧形板1与底部弧形板2相连接，顶部弧形板1、底部弧形板2以及两个连接侧板3组成的结构为蜗壳，蜗壳的中部开设有贯通的圆孔4，圆孔4的顶部连接有第一法兰5，圆孔4的底部连接有第二法兰6，第一法兰5与第二法兰6均用于连接叶轮，蜗壳的两端向下弯曲分别形成第一出风口7和第二出风口8，第一出风口7和第二出风口8内均设置有可调节多孔栅板机构9，第一出风口7内和第二出风口8内形成两个风道；
连接侧板3为组合板结构，连接侧板3两端均设置有封板301，连接侧板3中部依次设置有斜封板302、第一弧板303、第二弧板304，第一弧板303与第二弧板304的连接段为蜗舌段，第一弧板303与第二弧板304的连接点和第一弧板303圆心的连线与水平方向具有的夹角为α，夹角α为16～20°；
可调节多孔栅板机构9包括多孔板901、电动推拉杆902、多孔板收纳盒903以及若干风速传感器，多孔板901数量若干，若干多孔板901平行叠放布置，每个多孔板901上均开设有若干通孔，每个多孔板901开设的通孔孔隙率均不相同，电动推拉杆902的数量若干且与多孔板901数量相同，电动推拉杆902位于多孔板收纳盒903内，电动推拉杆902与多孔板901相连，当电动推拉杆902处于回缩状态时，多孔板901位于多孔板收纳盒903内；当电动推拉杆902处于伸出状态时，多孔板901位于风道内；在多孔板901的外周边沿嵌装有密封条；若干风速传感器设置于可调节多孔栅板机构9在风道内截面多点处，且风速传感器均匀排列分布；
可调节多孔栅板机构9内的多孔板901采用与风道截面相同形状，多孔板901中心呈全缕空状，在多孔板901靠外侧开设有若干圆孔，若干圆孔成圆弧线状排列分布，多孔板901中部的圆孔较大，多孔板901两端的圆孔较小，且由中部到两端圆孔孔径逐渐减小；
可调节多孔栅板机构9安装在蜗壳中心与风道连接的位置处，多孔板901根据计算机反馈可自动调节孔隙率；
两个连接侧板3以圆孔4的中心为对称中心成中心对称；
第一法兰5与第二法兰6之间设置有若干加强柱10，主要起到稳固加强的作用；
第一出风口7和第二出风口8内还设置有导流板11，使得风道形成渐缩口结构；
为了保证本发明所设计的蜗壳风道内部流场的均匀性，在设计过程中，具体采用相应的计算流体力学方法对其流场进行计算，尤其是对在离心式风机叶轮安装后，风机运行条件下的流场进行相应计算，根据连续性方程和动量方程，可对本发明所涉及蜗壳的内部流场模型进行流体力学分析和计算，得出不同位置的风度、压力、均匀性等参数，同时，还通过一系列测试实验验证了仿真的准确性，将测试结果与预计算结果进行拟合修正，修正后得到的结果更准确；
在传统无可调节多孔栅板机构9的风机蜗壳仿真过程中发现，在风道中贴外壁风速较大的现象，为解决该存在现象，在蜗壳风道内加入了特别用于蜗壳风道的可调节多孔栅板机构9进行风量均匀性的调节，同时可根据孔隙率调节风速；
与此同时，考虑到风机风道内部风速较大，基于其他专利中可调节栅板的基础上，会产生较大风阻，因此对应用于真空炉的风机蜗壳中，加入了优化后的多孔板结构，使得多孔板中心大部分呈缕空状，相比传统多孔板极大的减小了风阻；考虑到风道内贴外壁风速较大的情况，多孔板开孔均在风道内外壁侧，达到风道内部分风量均匀性提升，使得总体风量均匀性提升的目的；
为了进一步说明特别应用于蜗壳风道的多孔板对风道内气流状态的影响，本实施例进行了对照实验仿真，以证明本发明的优越性，对比仿真情况如下表所示：
表1.使用多孔板前后性能影响因素对比
多孔板使用 平均风速(m/s) 标准差 压差
否 45.39 22.10 1452.33
是 45.83 12.91 1475.07
根据仿真结果可知，使用特别用于蜗壳风道的多孔板后，平均风速及可提供的风压均有少许上升，有一定优化效果，与此同时，标准差数据大幅下降，说明均匀性指标迅速升高，相比原始无多孔板风道，有了大幅均匀性优化提升，具体提升约为40％。因此，从以上三项指标来看均有提升；
在设计过程中，对蜗壳内不同蜗舌起始角α进行了建模仿真。对相同工况下不同蜗舌起始角进行对照模拟，得出不同蜗壳结构下的流场状况，并根据计算公式得出不同结构下的出口风速、出风均匀性以及风压提升数据，以作为重要判别指标，将其存储入计算机的数据库中。
本发明特别研究了在蜗舌起始角α在9～24°范围内不同蜗舌起始角对出口风速、出风均匀性以及风压提升的影响。根据图5可知，出风口平均风速在该范围内随蜗壳起始角的增大，呈现先增大后减小的趋势；根据图6可知，出风口风量均匀性在该范围内随蜗壳起始角的增大，呈现逐渐变差的趋势；根据图7可知，所提供压力提升在该范围内随蜗壳起始角的增大，呈现先增大后减小的趋势，综合上述出口风速、出风均匀性以及风压提升的仿真结果处理数据，可知蜗舌起始角α约在16～20°时，可使平均风速及均匀性较好的同时，也能提供较大的压升；
在本发明所使用的双出口风机蜗壳中，双出口各连接一组蜗舌，因此蜗舌的角度影响了两个风道出风的性能，相比常规单出风口受影响更大。使用16～20°的蜗舌时，对双出口风机出风性能有明显提升，有效提高了出风风速和均匀性的同时，也减少了损失，提高了风压；
由于在风机运行过程中，随着叶轮的旋转，流场并非稳态，其气流状态随时间变化而不断变化，因此为保持流场在不同时刻的均匀性，控制出风口的出风量，需要通过相应策略控制可调节多孔板的孔隙率，使得出风口的风速以及均匀性维持在一个比较稳定的数值。本发明根据传感器所得到的参数，将优化策略和参数计算结果共同集成入计算机的数据库中，使得可调节多孔栅板机构9受到的有效控制，具体的控制策略为：启动风机后，获取风道内风栅截面处的速度数据，将数据统一反馈到计算机中，计算机再调用内部数据库与反馈的数据进行对比，并计算出实时的平均风速以及均匀性，然后传感器反馈结果，计算机对可调节多孔栅板机构9进行自动调节，主要是对可调节多孔栅板机构9内的多孔板901组合形式进行调节，如想要较大风速，可通过电动推拉杆902将孔隙率较大的多孔板901推至风道内；如想要风道内均匀性较好，可通过电动推拉杆902将将孔隙率较小的多孔板901推至风道内。
在一些实施例中，可调节多孔栅板机构9内共设置有五个多孔板901，且这五个多孔板901的孔隙率均不相同。具体的，最上方的第一个多孔板901的孔隙率为5％～15％，中间的第二个多孔板901的孔隙率为15％～25％，第三个多孔板901的孔隙率为25％～35％，第四个多孔板901的孔隙率为35％～45％，最下方的第五个多孔板901的孔隙率为45％～55％。另外，风道的密封性直接通过密封条进行保障。当只需使用最上方的第一个多孔板901时，其下面两个多孔板901需要通过电动推拉杆902拉回到多孔板收纳盒903中，风道的气流仅通过第一个多孔板901排出出风口；
通过对多个多孔板901的组合控制，便可以实现对风道风速的有效控制，同时提高均匀性；
根据实验测量及模拟计算的结论，确定了多孔板901的平行叠放数量优选3～10个，多孔板901的孔隙率优选1％～50％，根据实际需要，可以自由选择不同孔隙率的多孔板901进行组合。以多孔板901的平行叠放数量为三个为例，三个多孔板901由上自下的板孔隙率依次为10％、30％、45％；以多孔板901的平行叠放数量为五个为例，五个多孔板901由上自下的板孔隙率依次为10％、20％、30％、40％、50％。在风道内风速较低的时候，采取15％～30％区间范围内的孔隙率，即可以维持风速的稳定；流场乱流度控制的灵敏度与多孔板901的层数有关，多孔板901的层数越多，多孔板901的可调性就越灵活，控制精度也越高，只需根据所需风速和均匀性调节不同孔隙率的多孔板901即可。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，包括顶部弧形板(1)、底部弧形板(2)，所述顶部弧形板(1)位于底部弧形板(2)的上方，所述顶部弧形板(1)的两侧均向下设置有连接侧板(3)，所述连接侧板(3)将顶部弧形板(1)与底部弧形板(2)相连接，所述顶部弧形板(1)、底部弧形板(2)以及两个连接侧板(3)组成的结构为蜗壳，所述蜗壳的中部开设有贯通的圆孔(4)，所述圆孔(4)的顶部连接有第一法兰(5)，所述圆孔(4)的底部连接有第二法兰(6)，所述第一法兰(5)与第二法兰(6)均用于连接叶轮，所述蜗壳的两端向下弯曲分别形成第一出风口(7)和第二出风口(8)，所述第一出风口(7)和第二出风口(8)内均设置有可调节多孔栅板机构(9)，所述第一出风口(7)内和第二出风口(8)内形成两个风道；所述可调节多孔栅板机构(9)包括多孔板(901)、电动推拉杆(902)、多孔板收纳盒(903)以及若干风速传感器，所述多孔板(901)数量若干，若干多孔板(901)平行叠放布置，每个多孔板(901)上均开设有若干通孔，每个多孔板(901)开设的通孔孔隙率均不相同，所述电动推拉杆(902)的数量若干且与多孔板(901)数量相同，所述电动推拉杆(902)位于多孔板收纳盒(903)内，所述电动推拉杆(902)与多孔板(901)相连，在多孔板(901)的外周边沿嵌装有密封条；若干风速传感器设置于可调节多孔栅板机构(9)在风道内截面多点处，且风速传感器均匀排列分布；所述可调节多孔栅板机构(9)内的多孔板(901)采用与风道截面相同形状，所述多孔板(901)中心呈全缕空状，在多孔板(901)靠外侧开设有若干圆孔，若干圆孔成圆弧线状排列分布，所述多孔板(901)中部的圆孔较大，所述多孔板(901)两端的圆孔较小，且由中部到两端圆孔孔径逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，所述连接侧板(3)为组合板结构，所述连接侧板(3)两端均设置有封板(301)，所述连接侧板(3)中部依次设置有斜封板(302)、第一弧板(303)、第二弧板(304)，所述第一弧板(303)与第二弧板(304)的连接段为蜗舌段，所述第一弧板(303)与第二弧板(304)的连接点和第一弧板(303)圆心的连线与水平方向具有的夹角为α，夹角α为16～20°。
3.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，所述可调节多孔栅板机构(9)安装在蜗壳中心与风道连接的位置处，所述多孔板(901)根据计算机反馈可自动调节孔隙率。
4.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，两个连接侧板(3)以圆孔(4)的中心为对称中心成中心对称。
5.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，所述第一法兰(5)与第二法兰(6)之间设置有若干加强柱(10)。
6.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，所述第一出风口(7)和第二出风口(8)内还设置有导流板(11)，使得风道形成渐缩口结构。
7.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，所述可调节多孔栅板机构(9)内共设置有五个多孔板(901)，且这五个多孔板(901)的孔隙率均不相同，具体为最上方的第一个多孔板(901)的孔隙率为5％～15％，中间的第二个多孔板(901)的孔隙率为15％～25％，第三个多孔板(901)的孔隙率为25％～35％，第四个多孔板(901)的孔隙率为35％～45％，最下方的第五个多孔板(901)的孔隙率为45％～55％。
8.根据权利要求1所述的一种具有双出口可调节结构蜗壳的离心式风机，其特征在于，所述多孔板(901)的平行叠放数量为3～10个，所述多孔板(901)的孔隙率为1％～50％。
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