CN1869449B - 鼓风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡流鼓风机，通过提高鼓风机的压力、提高冷却性能等实现高效率化，以及简化密封结构。所述鼓风机包括：涡流鼓风机的叶轮(4)和壳体(5)，所述叶轮具有以转动轴(11)为中心的环状槽的叶片盒(4a)以及在该叶片盒的环状槽内横穿该环状槽、在圆周方向分成区段的多个叶片；所述壳体设置有面对所述环状槽的静止流路，在该鼓风机中，多个所述叶轮(4)和静止流路(3)的组合进行连接，其结构是通过引导流路(9)，将设置在各级的静止流路(3)上的流出侧和吸入侧进行连接来引导气流；各叶轮(4)为一个进行二级升压，而且是叶片盒(4a)的截面形状做成是半圆形或者半椭圆形的杯型的叶轮。

Description

鼓风机

技术领域

本发明涉及提供鼓风机的技术。

背景技术

在专利文献1～3中揭示有多级涡流鼓风机，作为鼓风机的结构，在专利文献1中采用的是以单个叶轮进行一级升压，并以叶轮的数量决定级数的构造，而在专利文献2中是通过对叶轮的构造进行研究改良，来减少相对于级数的叶片个数。此外，在专利文献3中揭示有一种三维形状的叶轮。

专利文献1：日本特公昭46-33856号公报

专利文献2：日本专利第2084917号公报

专利文献3：日本专利第2680136号公报

图1表示的是涡流鼓风机的构造例，其中，标号1代表感应电动机；标号2代表感应电动机的转动轴；标号3代表壳体的静止流路；标号4代表涡流鼓风机的叶轮，其由叶轮的叶片盒(标号为4a)和叶轮的叶片(标号为4b)所构成；标号5代表壳体；标号6代表涡流鼓风机的侧盖；标号7代表消音器。

对于涡流鼓风机来说，其特征是作为表示每单位叶轮外径的功的无量纲量的压力系数比离心式鼓风机的高，因此，能够在相同的转数条件下以较小的叶轮外径、或者在相同的叶轮外径条件下以较低的转数来提供高压的鼓风，所以一直被广泛地使用。对该涡流鼓风机要求能够得到更高的压力，作为与其相应的构造，有在同一根转动轴上串联安装多个叶轮，可以反复多次进行升压工序阶段的多级构造。

通过将叶轮多级化，使得不需要增加叶轮的外径或者提高转数便可以提高压力，所以能够使鼓风机小型化，并延长鼓风机的寿命。此外，在相似条件下，若增加叶轮外径，则风量会以叶轮外径3次方的比例增加，所以，通过多级结构实现的高压化可以不增加风量而仅提高压力。

为了提高叶轮的效率和小型化而提出提高静压的方案，作为其形状，有三维形状的叶轮，将叶轮的叶片盒的截面形状做成半圆形或者半椭圆形的杯型，或者叶片盒的截面形状为杯型，从以转动轴为中心的放射状方向倾斜规定角度来安装叶片，进一步将叶片本身做成曲线，以提高压力系数等(专利文献3)。

通过使叶片的形状从以转动轴为中心的放射方向倾斜规定的角度，来使作为表示每单位叶轮外径、转数的压力的无量纲量的压力系数提高，与一般不带角度的直线放射状的杯型叶轮的压力系数为5～11相对，所述三维形状叶轮的压力系数为10～20。

此外，对于图7所示的专利文献2所揭示的鼓风机的叶轮形状来说，由于用各叶片所升压的气流向着离心方向流出，所以需要在叶轮外周侧在与静止流路之间构成流路，使鼓风机壳体的最大外径变大，因此，为了实现小型化和高效率化，需要对叶片形状进行改进。

而对于在一个叶轮的表面和背面构成二级叶片和叶片盒进行二级升压的叶轮来说，必须对第一级和第二级的气流进行密封，由于专利文献2中的叶轮外周向离心方向开放，所以在叶轮叶片盒外周的第一级和第二级之间，必须设置突出部分，以确保密封结构的长度，需要构成至少三个面的密封结构10，要求需要高精度机械加工的部位和较高的组装精度。因此，如上述所揭示的那样，通过将叶片盒截面做成杯型，在一个叶轮的表面和背面构成二级叶片和叶片盒，使得如图6所示那样，可以使密封结构加长，很容易形成在叶轮外周和静止环状流路之间的面状的密封结构。

为了使叶轮提高压力，在专利文献3中揭示的三维形状叶轮的压力系数高，适于提高压力，但是，由于叶片以盖上叶片盒的方式而弯曲，因此难以利用铝压铸等进行整体成型，此外，为了在一个叶轮的表面和背面构成二级叶片和叶片盒，而需要分成几个不同的部分进行制作，因此叶轮的制作成本变高。用三维叶轮来提高压力，是通过使流体流入叶片的入口角度为图9所示流入角度进行整流，以及利用出口形状相对于轴向弯曲使流体的出口速度的圆周方向分量增加来实现的。因此，为了形成可以整体成型的形状，可以成为图8、图10所示的叶片的入口角β1和轴向的入口角γ与气流相适应、没有弯曲的直线放射状的杯型的叶轮和专利文献3的三维形状叶轮的中间的压力系数为11～16。

此外，作为在实现多级涡流鼓风机中的问题，由于各级的压缩是绝热压缩，所以压缩比受吸入侧温度的影响，存在若温度高则降低的问题。

每一级绝热压缩的情况的压力用下式(1)表示：

$\frac{P_2}{P_1}={\{\frac{\mathrm{\κ}-1}{\mathrm{\κR}{T}_1}\·\mathrm{\ηad}\·g\·H_{\mathrm{th}}+1\}}^{^(\mathrm{\κ}/\mathrm{\κ}-1)}\·\·\·\left(1\right)$

P：绝对压力

T：绝对温度

H_th：理论压力头

ηad：绝热效率

R：气体常数

κ：比热容比

g：重力加速度

下标1：升压前(吸入一侧)

下标2：升压后(流出一侧)

根据以上的情况，即使是可以为理论上的H_th的功的叶轮，与升压前绝对温度T₁成反比，若温度高，则压力比降低。

此外，在多级绝热压缩的周期中，若冷却各级间的引导流路内的流体，使流入各级的升压前温度T₁降低，则提高容积效率，作为整体接近等温压缩，也可以使所需动力比用一级压缩小。

所以，冷却各级引导流路内的流体对于提高压力和提高效率是重要的。作为冷却方法，一般是采用通过设置冷却风扇冷却引导流路外侧，来冷却在中间流动的流体的方法。可是，若采用此方法，则由于流体以较高的速度通过引导流路内，所以冷却风扇冷却引导流路外侧，引导流路冷却流路内的流体的时间短，温差不大，冷却流体不太有效。

所以，可以考虑利用流体的绝热膨胀冷却的方法。

利用绝热条件PV^κ＝常数…(2)

气体的状态方程式PV＝nRT…(3)

利用(2)、(3)式，TV^κ-1＝常数…(4)

V：体积

n：莫尔(Mohr)常数

用所述(4)式，膨胀时温度降低，例如设膨胀率为1.5，

V_a/V_b＝1.5

用(3)式，T_b＝T_a·(V_a/V_b)^κ-1＝0.85·T_a  下标a：绝热膨胀前(引导流路入口侧)下标b：绝热膨胀后(引导流路出口侧)，绝热膨胀后温度降低。此外，通过膨胀流速降低，提高了在引导流路内的热传递效率。

最后，在用专利文献1的一个叶轮进行一级升压的情况下，若使叶轮的吸入方向相同，则因外面大气与叶轮内的压力的压差产生的推力为相同方向，升压部分的压力通过叶轮作用到转动轴上，所以必须是可以承受推力的轴承结构。为了解决此问题，改变作用在各级叶轮上的压力方向，总体上抵消在驱动轴上因压差产生的推力。在一个叶轮的表面和背面构成二级叶片和叶片盒、进行二级升压的叶轮中，可以使二级升压时产生的推力减少一半，在多级升压的情况下，如图13所示，通过考虑推力的施加方向来配置引导流路，而可以如图14所示，将推力抵消为0。

发明内容

对于以上说明的问题点等，其目的在于提供一种通过比现有技术高的压力、提高冷却性能来实现高效率化的鼓风机。

为了解决上述课题而采用以下方法。其中，可以将它们两个以上进行组合。

(1)用一个叶轮实现二级的叶轮，将叶轮的叶片盒截面形状做成半圆形或者半椭圆形的杯型，在叶轮上构成的叶片形状相对于转动方向向后方弯曲。

(2)在鼓风机中，为连接各级而设置了引导流路，在从各级的静止流路上的流出口到下一级的吸入口的引导流路中，相对于静止流路截面面积和流出口面积，使引导流路截面面积扩大。

(3)在鼓风机中，作用在鼓风机轴上的推力是作用在各级叶轮上的推力的总和，其减少一半或者为0。

(4)在所述(1)的鼓风机中，叶片盒做成半圆形或者半椭圆形的杯型的叶轮，构成该叶轮的叶片的形状相对轴呈放射状配置，构成直线。

(5)在电动机等产生转动力的机械和鼓风机部分的连接中，将鼓风机部分的最终升压侧连接在所述电动机等产生转动力的驱动机械上，成为驱动机械的冷却风接触到鼓风机部分的最终升压一侧和轴承部分的结构。

(6)在设置上述电动机等产生转动力的驱动机械、以及有鼓风机部分的机械的情况下，其构成为：在上述电动机等产生转动力的驱动机械和设置部的空间部，设置消音器，以降低在所述鼓风机部产生的噪音。

采用这些上述结构，是着眼于实现包括提高鼓风机的压力、提高冷却性能等的高效率化，以及简化密封结构等的优点。

按照本发明，由于构成等的改进等，而可以提供经济性更好的鼓风机。

附图说明

图1是表示单级涡流鼓风机的构造的说明图。

图2是作为实施例的多级涡流鼓风机构造一个例子的说明图。

图3是从图2所示实施例的多级涡流鼓风机的A方向观察的鼓风机部分的截面图，是叶轮、以及静止流路和引导流路9构成的壳体的截面的说明图。

图4是使用在实施例的多级涡流鼓风机中使用的叶轮和在叶轮上的气流的动态的说明图。

图5是从图4所示的叶轮的C方向观察的截面图，在相反面也构成叶片盒和叶片的说明图。

图6是从图4的C方向观察在实施例的多级涡流鼓风机中使用的叶轮，示意表示其截面模型的说明图。

图7是从与图6相同方向观察在多级涡流鼓风机中使用的叶轮，用于表示与图6的形状不同的示意表示其的截面模型。

图8是从D方向观察图4所示叶轮的叶片部分的放大图。

图9是从物理上说明图8所示叶片形状的图。

图10是从物理上说明从图8的E方向观察的叶片形状的图。

图11是从图2所示实施例的多级涡流鼓风机的B方向观察的鼓风机部分的截面图，是叶轮、以及静止流路和引导流路9构成的壳体的截面的说明图。

图12是在实施例的说明中使用的图，从图2所示实施例的多级涡流鼓风机的A方向观察的鼓风机部分的截面图，是叶轮、以及静止流路和引导流路构成的壳体的截面的说明图。

图13是从图4的C方向观察在实施例的多级涡流鼓风机中使用的叶轮，示意表示其截面模型的说明图。

图14是在物理上说明图13的图。

图15是在本发明的实施例的说明中使用的图，是从图4的C方向观察在实施例的多级涡流鼓风机中使用的叶轮，示意表示其截面模型的说明图。

图16是在实施例的说明中使用的图，叶片盒做成半圆形或者半椭圆形的杯型，构成其叶轮的叶片的形状相对轴呈放射状配置的说明图。

图17在电动机一侧构成最终升压级和流出口的情况下的实施例的截面图。

图18是表示在图2的情况下配置消音器情况的截面图。

具体实施方式

对用于实施本发明的最佳方式进行说明。

下面，利用附图对本发明实施例的鼓风机构造进行详细说明。

说明实施例1。图2表示通过本实施例的多级涡流鼓风机构造的两个叶轮进行4级升压情况下的一个例子。图3是从图2的A方向观察的鼓风机部分的截面图，表示由叶片4b和叶片盒4a构成的叶轮、静止流路3和引导流路9的截面。在图2表示的实施例中，因多个叶轮的多级化而使转动轴11变长，形成为由联轴器等动力传递部连接作为动力源的电动机1和鼓风机的转动轴11的结构。只要轴的强度足够，也可以与电动机轴直接连接而被驱动。此外，驱动部不仅是电动机1，也可以与发动机等其他的转动机械组合。而如图3所示的叶轮，在一个叶轮的表面和背面构成二级的叶片4b和叶片盒4a，进行二级升压，用叶轮的外周和壳体构成一个面的密封结构。在各级升压后的流体通过引导流路9而被引导到下一级，进一步被升压。对于这种多级构成来说，在从一级至四级为止顺序地被引导流路9连接的情况下，一个叶轮的表面和背面构成第一级和第二级，由于与外面大气的压差产生的推力的力的方向相反而减少一半，所以作用在转动轴11上的推力的总和变成因鼓风机升压的压力而产生的力的一半。

图4是在实施例的多级涡流鼓风机中使用的叶轮，图5是从图4所示的叶轮的C方向观察的截面图。图6是从图4的C方向观察的放大图，图10是示意表示从图8的E方向观察的叶片4b形状。如图4所示，叶轮的叶片盒4a做成半圆形或者半椭圆形的杯型，如图5所示，采用了在一个叶轮的表面和背面构成二级的叶片4b和叶片盒4a，进行二级升压的结构。此时，第一级、第二级的叶片4b的配置，形成将通过入口和出口间的间隔错开的相位，用于降低叶片4b通过静止流路入口13(吸入口)13和出口(流出口)14之间压力差最大部分时产生的压力干涉和降低声音。如图8所示，叶轮的叶片4b相对于转动方向向后弯曲，入口角β1为相对于转动轴11的垂直面适合流体流入的规定的角度。如图10所示，叶片4b的入口形状也以相对于轴向适合在轴向上流入角度的方式而倾斜。

图11是从图2所示实施例的多级涡流鼓风机的B方向观察的鼓风机部分的截面图，图12是从图2所示实施例的多级涡流鼓风机的A方向观察的鼓风机部分的截面图，是叶轮、以及静止流路和引导流路9构成的壳体截面，还表示设置在第二级和第三级之间的冷却风扇的截面。图11表示在一个叶轮的表面和背面的二级构造中，将在第一级升压后的流体引导到第二级的引导流路9的形状，图12表示从第二级引导到在另一叶轮上构成的第三级的引导流路9的形状。双方的引导流路9均构成为：引导流路9的截面面积都比静止流路截面面积和连接在引导流路9上的流出口面积大，如在上述“发明内容”中所说明的那样，相对于前后的静止流路，将连接各级的引导流路9的截面扩大，利用绝热膨胀，使通过引导流路9后的流体温度降低，防止在下一级的压力比降低。此外，通过因膨胀造成流体的减速，使得在引导流路9中的热传递时间变长，从而可以用冷却风扇更有效地进行冷却。因此可以提高冷却效果。

图13、14是表示使作用在鼓风机转动轴11上的推力的总和为0的结构的另外的实施例。在图13中，在两个叶轮中间配置电动机1，利用引导流路9的配置，使推力为0。此外，在该实施例中，由于转动轴11变短，所以很容易构成直接连接在电动机轴上的多级涡流鼓风机。在图14中与图2的实施例相同，将电动机1配置在多级鼓风机部的相反一侧，利用引导流路9的配置，使推力为0。

图16表示改变叶轮形状的情况下的另一实施例。在图16中，将构成叶片盒4a为杯型的叶轮的叶片4b的形状，排列成相对轴呈放射状。

通过以上实施例进行了说明，而本发明的其他实施方式1的鼓风机，包括涡流鼓风机的叶轮和壳体，其中，所述叶轮包括：具有以转动轴为中心的环状槽的叶片盒以及在该叶片盒的环状槽内横穿该环状槽、在圆周方向分成区段的多个叶片，所述壳体设置有面对所述环状槽的静止流路，在这样构成的鼓风机中，对多个所述叶轮和静止流路的组合进行连接，通过引导流路将设置在各级静止流路上的流出口和吸入口进行连接来引导气流；各叶轮以一个进行二级升压，而且，是叶片盒的截面形状做成半圆形或者半椭圆形的杯型的叶轮。

本发明的其他实施方式2的鼓风机，对于所述叶轮来说，构成该叶轮的叶片形状相对于转动方向向后方弯曲。

本发明的其他实施方式3的鼓风机，对于所述叶轮来说，构成该叶轮的叶片形状相对于转动轴呈放射状排列，而且是直线。

本发明的其他实施方式4的鼓风机，上述叶片配置成将通过入口和出口之间的各级间隔错开的相位。

本发明的其他实施方式5的鼓风机，包括涡流鼓风机的叶轮和壳体，其中，所述叶轮包括：具有以转动轴为中心的环状槽的叶片盒以及在该叶片盒的环状槽内横穿该环状槽、在圆周方向分成区段的多个叶片，所述壳体设置有面对所述环状槽的静止流路，在这样构成的鼓风机中，用于级的连接而设置的引导流路从各级静止流路上的流出口到下一级的吸入口，相对于静止流路截面面积和流出口面积，将引导流路截面面积扩大。

本发明的其他实施方式6的鼓风机，上述叶片配置成将通过入口和出口之间的各级间隔错开的相位。

本发明的其他实施方式7的鼓风机，包括涡流鼓风机的叶轮和壳体，其中，所述叶轮包括：具有以转动轴为中心的环状槽的叶片盒以及在该叶片盒的环状槽内横穿该环状槽、在圆周方向分成区段的多个叶片，所述壳体设置有面对所述环状槽的静止流路，同时，对多个所述叶轮和静止流路的组合进行连接，通过引导流路将设置在各级的静止流路上的流出口和吸入口进行连接来引导气流的结构，其中，在进行四级以上的升压的鼓风机中，作用于鼓风机转动轴上的推力是作用在各级叶轮上的推力的总和，其变成一半以下。

本发明的其他实施方式8的鼓风机，作用于鼓风机转动轴上的推力是作用在各级的叶轮上的推力的总和，其减少一半。

本发明的其他实施方式9的鼓风机，作用于鼓风机转动轴上的推力是作用在各级的叶轮上的推力的总和，其不起作用。

此外，图17表示本发明其他实施例。

图17是用两个叶轮进行四级升压的情况下的例子，是说明本实施例的多级涡流鼓风机的构造的截面构成的图，图18是表示在图2的情况下截面的构成。

在图17中，来自电动机1的转动力，通过动力传递部12而传递到鼓风机部15。与图18的不同点在于：在图17中，在电动机1和鼓风机15的连接部一侧，配置有鼓风机部15的最终升压级53，以通过鼓风机部内的流体58从流出口向电动机1一侧流出的方式构成。鼓风机部15的吸入口55和第一级的升压级设置在与电动机1和鼓风机部15的动力传递部12相反一侧。

如图17所示，在电动机1的驱动轴的相反一侧，设置有电动机1的冷却用风扇51，其构成为来自风扇51的冷却风57不仅能够到达电动机1的外壳，而且能够达到动力传递部12、负荷侧轴承部、鼓风机部15的最终升压级53、流出口52，因此可以通过冷却风57的空冷进行冷却。

利用电动机1的转动力，通过鼓风机部15转动，从鼓风机部的吸入口55吸入气体，经过叶轮4、静止引导流路9，在每个升压级进行升压，从流出口52输出。

在此过程中，由于涡流鼓风机利用流体的摩擦力，进行在叶轮4内旋转的升压，所以在鼓风机内部的流体58的温度大幅度升高，最终升压级的温度和负荷侧轴承54的温度大幅度升高，轴承54的润滑脂寿命变短，因壳体5的高温导致材料强度降低。

此外，在多级连接叶轮和静止流路的组合的情况下，由于支撑并使多个叶轮转动的鼓风机的转动轴变长，因此，有时可以通过联轴器等的动力传递部，与电动机等的驱动机械的驱动轴连接。

在这种情况下，以壳体5为主的鼓风机部变成高温，如鼓风机部的转动轴、驱动机械的驱动轴、连接两者的动力传递部等相对温度的膨胀率产生差别，就有可能成为问题。为了避免此问题，可以设想对设计时要求各部分的尺寸精度、配置、连接机构、构成等的复杂性。

与此相反，通过采用图17的结构，鼓风机部15的最终升压级53、流出口52和负荷侧轴承54的周围通过风扇51而被冷却，可以提高最终升压级53和负荷侧轴承54的冷却性能，可以解决所述问题点等。按照此结构，可以不用另外设置专用的冷却风扇而利用电动机1的冷却风57。

此外，本实施例的温度降低，由于所述式(1)的T1降低，所以压力比P2/P1增加。换句话说，与现有技术的构成相比，因采用本实施例的构成带来的温度降低，改善了压力比。

消音器56使在鼓风机部15产生从流出口52发出的噪音降低，在设置消音器56时，可以将其设置在图17所示的电动机1和设置部之间的空间部。在该空间部是称为所谓的静区(dead space)的空的不需要的空间的情况下，在构成具有电动机1、鼓风机部15的机械时，与图18相比，可以提供实现更有效考虑配置的布置的小型化、紧凑的设计、结构的机械。

此外，在图17的结构中，由于与现有的相比，可以使鼓风机部15的流出口52和消音器56的位置更接近，所以与现有的相比，连接鼓风机部15的流出口52和消音器56的配管长度可以缩短。如该配管的长度变短，与现有的相比，可以降低在配管内壁产生的阻力损失，更有利于提高机械的效率。

但是，在将消音器56设置在吸入口55的情况下，也可以在图17所示的电动机1和设置部之间的空间部设置消音器。

如上述那样把消音器56设置在电动机1和设置部的空间部，用来自风扇51的冷却风通过空气冷却，可以冷却消音器56，如可以使消音器56的温度在某个规定的温度范围，有时可以有效地实施降低所述鼓风机部产生的噪音。由具有叶轮的鼓风机产生的声音中占很大权重的是由叶轮4的叶片数和转数相乘的频率产生的压力干扰音，要消除此特定频率音，利用波长的长度的共振型消音器是有效的。可是如前所述，涡流鼓风机的情况下温度大幅度上升，此外因使用的压力不同，波长的长度改变，共振型消音器的效果降低。如前所述，如可以把消音器56冷却道规定温度的范围内，可以使所述波长的长度变化为某个范围内，可以把共振型消音器的降低噪音效果保持一定。

在上述图17的实施例中，用图表示并说明了鼓风机部15是连接多个叶轮和静止流路的组合，即使是一级结构，在本发明的实施中当然是可以的。

按照以本发明为基础的实施例，在具有用一个叶轮进行二级升压的叶轮的多级涡流鼓风机中，可以提供通过提高鼓风机的压力、提高冷却性能等实现高效率化，以及简化密封结构的多级涡流鼓风机。

Claims (5)

1.一种鼓风机，其特征在于，包括：

鼓风机部和驱动机械，

其中，所述鼓风机部包括：

以转动轴为中心转动的涡流鼓风机的叶轮；

将由流体流动的静止流路和所述叶轮的组合进行多级连接构成的多级升压机构，

将各级所述静止流路相互连接来引导流体的引导流路；

吸入由所述多级升压机构中的第一升压级升压的流体的吸入口；和

流出由所述多级升压机构中的最终升压级升压后的流体的流出口，

而所述驱动机械产生使所述转动轴旋转驱动的驱动力，

在这样构成的鼓风机中，

将所述最终升压级设置成面对所述驱动机械一侧，

在所述驱动轴上相对所述驱动机械与所述最终升压级相反的一侧设置风扇，生成对所述驱动机械和所述最终升压级进行空冷的风。

2.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于：

用动力传递部连接所述叶轮的所述转动轴和所述驱动机械的驱动轴。

3.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于：

所述流出口设置成面对所述驱动机械一侧，并连接在消音器上。

4.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于：

所述驱动机械被设置在设置台上，

所述吸入口连接在降低噪音的消音器上。

5.如权利要求3或4所述的鼓风机，其特征在于：

所述消音器为共振型消音器。

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