CN115523161B - 一种低压轴流风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种低压轴流风机，其包括风筒和设置在风筒的内腔的叶轮，叶轮包括多个环周分布的叶片，在风筒的轴向方向上，以风筒的进风口所在的方向为前且出风口所在的方向为后，在内腔中形成有收缩段和位于收缩段后方的扩压段；沿所述轴向方向从前往后，收缩段的直径为先缩小后增大，叶片前缘的最外端O₁和叶片后缘的最外端O₂均位于收缩段内；扩压段的直径为逐渐增大，扩压段的内表面设置有螺旋式的脊状凸条；叶片的叶顶轮廓线的各个位置与收缩段的内表面之间的间距相等。该种低压轴流风机具有全压效率高和运行噪声低的优点。

Description

一种低压轴流风机

技术领域

本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种低压轴流风机。

背景技术

轴流风机因其结构简单、流量大、体积小等特点，在通风机械中占有十分重要的位置。传统的轴流风机不仅可用于冶金、化工、轻工、食品等传统行业，而且随着城市发展，高层建筑对轴流风机的需求也不断增加，尤其随着新行业、新领域的出现，对轴流风机的性能提出了更高的要求。

目前，大多数轴流风机的机壳都是采用圆筒状结构，其内腔也是等直径的圆筒状内腔，经研究发现，等直径的圆筒状内腔会使得轴流风机在运行的过程中叶轮叶顶处的流动损失较大，影响了轴流风机的全压效率，而且损失的流动能量也有一部分转化为轴流风机的气动噪声，提高了轴流风机运行时的噪声。

因此，传统的等直径的圆筒状内腔使轴流风机存在全压效率低和运行噪声大的问题，该问题急需解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压轴流风机，旨在解决现有技术的等直径的圆筒状内腔使轴流风机存在全压效率低和运行噪声大的问题。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种低压轴流风机，包括风筒和设置在风筒的内腔的叶轮，叶轮包括多个环周分布的叶片，在风筒的轴向方向上，以风筒的进风口所在的方向为前且出风口所在的方向为后，在内腔中形成有收缩段和位于收缩段后方的扩压段；沿所述轴向方向从前往后，收缩段的直径为先缩小后增大，叶片前缘的最外端O₁和叶片后缘的最外端O₂均位于收缩段内；扩压段的直径为逐渐增大，扩压段的内表面设置有螺旋式的脊状凸条；叶片的叶顶轮廓线的各个位置与收缩段的内表面之间的间距相等。

进一步地，收缩段的起始处为X₁，在风筒的轴向方向上，X₁与O₁的距离d₁为叶片的弦长的20%-50%。

进一步地，收缩段的直径最小处为X_b，在风筒的径向方向上，X_b与X₁之间的距离d₃为3-8mm。

进一步地，收缩段的终止处为X₂，在风筒的轴向方向上，X₂与O₂的距离d₂为叶片的弦长的5%-10%。

进一步地，收缩段的直径最小处为X_b，在风筒的轴向方向上，X_b与O₁的距离d₄为叶片的弦长的0%-5%。

进一步地，所述螺旋式的脊状凸条的螺旋线螺距L为4-8mm。

进一步地，脊状凸条的凸起高度δ为2-5mm，脊状凸条的轮廓线为正弦曲线。

进一步地，以风筒的子午面对风筒进行截取，在所截取的截面中，收缩段和扩压段的内表面轮廓线构成三次B样条曲线。

进一步地，该低压轴流风机还包括安装在内腔的支架和安装在支架的电机，电机的输出轴与叶轮固定连接；在收缩段的前方还设置有等直径段，至少部分支架和电机位于等直径段；叶片为翼型叶片。

进一步地，叶片的叶顶设置有齿状结构，齿状结构的齿距与螺旋式的脊状凸条的螺旋线螺距相等。

本发明所提供的一种低压轴流风机，工作时气流先经过收缩段后再经扩压段，收缩段的形状特点使其能够更好地适应叶轮内部流动情况，结合叶片的前缘和后缘的特定位置设置，能够提高轴流风机的全压效率；扩压段内的螺旋式的脊状凸条能够对进入扩压段中的空气进行螺旋导流，让气流与扩压段接触的部分直接沿着脊状凸条所构成的螺旋通道流动，减小了气流与扩压段的内表面之间的摩擦，进而减少气流的流动损失和噪声的产生；上述因素使得该种低压轴流风机具有全压效率高和运行噪声低的优点。

附图说明

图1是本发明的低压轴流风机的立体结构图；

图2是本发明的低压轴流风机的主视图；

图3是图2中的A-A截面图；

图4是图3中D处的局部放大图；

图5是图3中E处的局部放大图；

图6是图5中F处的局部放大图

图7是图2中的B-B截面图；

图8是图7中G处的局部放大图；

图9是图2中的C-C的截面图；

图10是图9中H处的局部放大图；

图11是原型机和改型机的流量-全压曲线图；

图12是原型机和改型机的流量-全压效率曲线图；

图13是原型机和改型机的流量-A声级曲线图。

附图标记说明：

1、风筒；11、进风口；12、出风口；13、收缩段；14、扩压段；15、内表面；16、脊状凸条；17、等直径段；

2、叶轮；21、叶片；22、叶顶；23、前缘；24、后缘；

3、电机。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

在本发明中，除另有明确规定和限定，当出现术语如“设置在”、“相连”、“连接”时，这些术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接或一体连接；可以是直接相连或通过一个或多个中间媒介相连。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。对于本发明中所出现的方向词，是为了能更好地对特征的特点及特征间的关系进行说明，应当理解的是，当本发明的摆放方向发生改变时，特征的特点及特征间的关系的方向也对应发生改变，因此方向词不构成对特征的特点及特征间的关系在空间内的绝对限定作用，仅起到相对限定作用。

实施例一

本发明提供了一种低压轴流风机，如图1和图2所示，其包括风筒1和设置在风筒1的内腔的叶轮2，叶轮2包括多个环周分布的叶片21。

在本实施例中，如图3所示，在风筒1的轴向方向上，以风筒1的进风口11所在的方向为前且出风口12所在的方向为后，在内腔中形成有收缩段13和位于收缩段13后方的扩压段14；优选地，扩压段14与收缩段13是紧密相连的，并且收缩段13和扩压段14的内表面轮廓线构成三次B样条曲线，构成流线型，这是最优方案；当然，除此之外，也可以在扩压段14与收缩段13之间增设过渡段，例如过渡段为等直径的，只要是设置了收缩段13且收缩段13后方设置了扩压段14，其他的例如增设过渡段的方案也落入本发明的保护范围内。

在本实施例中，如图3至图5所示，沿所述轴向方向从前往后（也即轴流风机运行时气流的方向），收缩段13的直径为先缩小后增大，叶片21前缘23的最外端O₁和叶片21后缘24的最外端O₂均位于收缩段13内，其中，这里的最外端指的是沿叶轮2的径向方向向外的最外端。扩压段14的直径为逐渐增大，扩压段14的内表面15设置有螺旋式的脊状凸条16。

在本实施例中，叶片21的叶顶22的各个位置与收缩段13的内表面15之间的间距相等。基于上述的收缩段13是先缩小后增大的设置，也即收缩段13的内表面15的不同位置处与风筒1的轴线之间的距离是不相等的，采用传统的叶片21的话将会出现叶片21的叶顶22处部分位置距离风筒1的内表面15较近，而部分位置距离风筒1的内表面15较远，这会影响轴流风机的性能。为此，本方案设置叶片21的叶顶22的各个位置与收缩段13的内表面15之间的间距相等，该间距相等的情况请结合图2和图7至图10所示理解。在图2中，以两个不同角度的子午面（B-B和C-C）对轴流风机进行截取，截得如图7和图9所示的截面，图7和图9显示出不同角度的截面，但该两个截面均经过叶片21的叶顶22。在图8中，距离d₅为图7的截面中叶片21的叶顶22与收缩段13的内表面15之间的距离；在图10中，距离d₆为图9的截面中叶片21的叶顶22与收缩段13的内表面15之间的距离；在本实施例中，d₅与d₆相等。当然，除了图7和图9所显示截面，还有无数个子午面能够截出无数个截面，但在各个截面中，对应的叶片21的叶顶22与收缩段13的内表面15之间的距离均与上述的d₅和d₆相等，也即本实施例中的叶片21的叶顶22的各个位置与收缩段13的内表面15之间的间距相等。

基于上述的结构设置，本发明的低压轴流风机工作时气流先经过收缩段13后再经扩压段14，收缩段13的形状特点使其能够更好地适应叶轮2内部流动情况，结合叶片21的前缘23和后缘24的特定位置设置，能够提高轴流风机的全压效率；扩压段14内的螺旋式的脊状凸条16能够对进入扩压段14中的空气进行螺旋导流，让气流与扩压段14接触的部分直接沿着脊状凸条16所构成的螺旋通道流动，减小了气流与扩压段14的内表面15之间的摩擦，进而减少气流的流动损失和减少噪声的产生。

在本实施例中，如图3至图6所示，收缩段13的起始处为X₁，在风筒1的轴向方向上，X₁与O₁的距离d₁为叶片21的弦长的20%-50%，优选地d₁为叶片21的弦长的50%。收缩段13的终止处为X₂，在风筒1的轴向方向上，X₂与O₂的距离d₂为叶片21的弦长的5%-10%，优选地d₂为叶片21的弦长的7%。收缩段13的直径最小处为X_b，在风筒1的径向方向上，X_b与X₁之间的距离d₃为3-8mm，优选地d₃为3mm。收缩段13的直径最小处为X_b，在风筒1的轴向方向上，X_b与O₁的距离d₄为叶片21的弦长的0%-5%，优选地d₄为叶片21的弦长的2%。在本实施例中，螺旋式的脊状凸条16的螺旋线螺距L为4-8mm，优选地L为4mm。在本实施例中，脊状凸条16的凸起高度δ为2-5mm，优选地δ为2mm，脊状凸条16的轮廓线为正弦曲线。

其中，本申请所提及的叶片21的弦长，也即前缘23与后缘24之间的距离；同时，也是指在叶片的扫略截面（扫掠截面扫掠形成叶片）中，扫略截面的前点（前点扫掠形成前缘23）到后点（前点扫掠形成后缘24）之间的距离。

经过模拟计算，上述所提供的距离数据、螺旋线螺距和脊状凸条16的凸起高度范围为较佳的数值范围，其中优选的数值为最佳数值组合。

在本实施例中，该低压轴流风机还包括安装在内腔的支架（图中未示出）和安装在支架的电机3，电机3的输出轴与叶轮2固定连接；在收缩段13的前方还设置有等直径段17，至少部分支架和电机3位于等直径段17。等直径段17的设置使得该低压轴流风机的前半部分有更多的位置用于安装支架和电机3，使叶轮2能够安装在收缩段13的最理想位置，而且等直径段17的设置仅用于自然吸风，等直径段17的设置不影响低压轴流风机的正常工作，也不会破坏后方的各特殊结构发挥其作用。优选地，叶片21为翼型叶片，当然，除了采用翼型叶片以外，采用其他类型的叶片如板金式叶片也是可以的。

为了对本实施例进行验证，选用传统的型号为POG-6O1消防轴流风机作为原型机，基于本实施例所提供的结构对风筒1的内表面15、叶轮2叶顶22的结构和叶轮2的放置位置进行改进得到改型机，其中，所选用的数值为上述的最佳数值组合，对原型机和改型机进行性能测试，得到如图11至13的性能曲线图。从图11中可看出，随着流量的增大，改型机在全压上表现明显好于原型机，从图12中可看出，改型机的全压效率最高可达62.7%，比原型机提高4.4%。同时，从图13中可以看出，在各流量条件下，改型机的噪声比原型机低约2dB。

实施例二

实施例二除了叶片的叶顶处的结构不同实施例一，其他同实施例一。在本实施例中，叶片的叶顶设置有齿状结构，齿状结构的齿距与螺旋式的脊状凸条的螺旋线螺距相等。本实施例通过在叶顶设置齿状结构，齿状结构能够对叶片所产生的朝向风筒的内表面的射流进行切割，使射流分散，以降低因射流冲击风筒的内表面而产生的噪声，经测试，在其他结构特点相同且工况相同的情况下，实施例二所对应的轴流风机较实施例一所对应的轴流风机的噪声低3-5dB。虽然该种改进方式由于使射流分散了会降低全压效率，但在部分使用场合中，例如对噪声要求较高的使用场合中，本实施例的低压轴流风机与传统的轴流风机对比可以在不降低全压效率的情况下降低噪声。

综上，该种低压轴流风机具有全压效率高和运行噪声低的优点。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种低压轴流风机，包括风筒和设置在风筒的内腔的叶轮，叶轮包括多个环周分布的叶片，其特征在于：

在风筒的轴向方向上，以风筒的进风口所在的方向为前且出风口所在的方向为后，在内腔中形成有收缩段和位于收缩段后方的扩压段；以风筒的子午面对风筒进行截取，在所截取的截面中，收缩段和扩压段的内表面轮廓线构成三次B样条曲线；

沿所述轴向方向从前往后，收缩段的直径为先缩小后增大，叶片前缘的最外端O₁和叶片后缘的最外端O₂均位于收缩段内；扩压段的直径为逐渐增大，扩压段的内表面设置有螺旋式的脊状凸条；

叶片的叶顶轮廓线的各个位置与收缩段的内表面之间的间距相等；

收缩段的起始处为X₁，在风筒的轴向方向上，X₁与O₁的距离d₁为叶片的弦长的20%-50%；收缩段的直径最小处为X_b，在风筒的径向方向上，X_b与X₁之间的距离d₃为3-8mm；收缩段的终止处为X₂，在风筒的轴向方向上，X₂与O₂的距离d₂为叶片的弦长的5%-10%；收缩段的直径最小处为X_b，在风筒的轴向方向上，X_b与O₁的距离d₄为叶片的弦长的0%-5%。

2.根据权利要求1所述的低压轴流风机，其特征在于：所述螺旋式的脊状凸条的螺旋线螺距L为4-8mm。

3.根据权利要求1所述的低压轴流风机，其特征在于：脊状凸条的凸起高度δ为2-5mm，脊状凸条的轮廓线为正弦曲线。

4.根据权利要求1所述的低压轴流风机，其特征在于：该低压轴流风机还包括安装在内腔的支架和安装在支架的电机，电机的输出轴与叶轮固定连接；

在收缩段的前方还设置有等直径段，至少部分支架和电机位于等直径段；

叶片为翼型叶片。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的低压轴流风机，其特征在于：叶片的叶顶设置有齿状结构，齿状结构的齿距与螺旋式的脊状凸条的螺旋线螺距相等。

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