CN2349388Y - 离心风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离心风机,该风机改变了以往设计方法中认为空气在风机通道内的流动是一维或二维的无粘性理想流动的假设,提出流体是粘性的,且是三维复杂运动,并在对叶片流型和轮盖型线改进的基础上,通过优化设计获取无量纲轮盖型线和叶片型线,从而实现效率高,低噪比的新颖离心风机。

Description

离心风机

本实用新型涉及离心风机。

离心风机主要用于通风和引风因此，提高离心风机的效率是风机领域一直在为之努力的目标之一。离心风机的另一个一直在为之努力的目标是降低它的噪音，众所周知，离心风机在工作时将发出噪音。如果风机装在离居民不是太远的地方将会对他们产生严重的噪音扰民。在今天，随着城市文明建设的发展，对噪音扰民的限制将越来越高，因此，降低风机的噪音也提到议事日程上来。

传统的风机设计方法假设空气在风机通道内的流动是一种一维或二维的无粘性理想流动。实际上，风机内流动的流体是粘性的，且是三维的复杂运动。正是由于现行的风机基于前述一维或二维的理想流体的假设，它无法正确分析设计参数的选择对流体流动的影响，也无法正确预估风机的全压和效率，而只能最后靠风机的现场试验来验证设计方案的好坏。但是，基于这种假定的设计方法对今天要求风机能达到更高的效率和降低风机噪音而言，在实施上是存在着困难的。

在一定的设计方法假设之下，离心风机性能好坏决定于离心风机的气动设计形成的结构是否合理，尤其是决定于叶轮的结构，特别是叶片型线和轮盖型线，或者说是决定于叶片型线和轮盖型线所确定的通道。现行的轮盖型线较流行的是采用双园弧型线，这种型线有两种形式，一种是轮盖与集风器接触处的小园弧连接一个园弧再连接一条直线形成的双园弧直轮盖型线；另一种是由小园弧连接一个园弧然后再连接斜直线形成的双园弧锥形轮盖型线。但是，不论是哪一种双园弧轮盖型线都存在可调自由度少的缺点，从而影响着优化设计的范围，难于满足今天对风机需要有更高的效率和降低其噪音上的要求。

对于叶片型线的选择，现有的设计方法中或是采用等减速流型或等当量扩张角流型，由于只采用一种流型，因此，同样在整个风机结构的确定上进行优化选择受到限制，不利于在要求更高效率和更低噪音的风机设计。

因此，本实用新型的目的在于提供一种新颖的离心风机，具体的说，是一种具有新的叶片型线和轮盖型线的离心风机，它能在获得较高效率的同时能够降低噪音。

本实用新型的目的是通过附图所示的离心风机的实施例的详细说明来实现的，附图有：

图1是离心风机的结构示意图；

图2是说明叶片型线在座标系中的变化；

图3是说明轮盖型线与叶片型线半径和z方向的关系；

图4是按照本实用新型的离心风机的设计方法的流程图。

如图1所示，离心机包括一个螺旋状的蜗壳1，在其一侧有一个集风器2，一个与集风口2轴向塔接的叶轮3，叶轮3连接到包含电动机的传动装置4上，众所周知，叶轮3可以直接连接到电动机上，也可以通过其它装置，如联轴器，减速装置连接到电动机上。当电动机转动时，带动叶轮3工作，由于叶轮3上的叶片5对叶轮3中气体的作用，气体从集风器2被吸入，经叶轮3上的叶片通道压缩并获得能量，然后进入蜗壳1，部份动能在蜗壳1中转化成压力能，气体压力得到进一步提高后，从蜗壳1上的出风口(未示出)流出。

如前所述，本实用新型的离心风机在设计上首先改变了已有技术中把空气在风机通道内的流动是一种一维或二维的无粘性理想流体的假设，而是以三维粘性流动的观点替代之。按照这种设计方法，它是以工程设计为基础，采用现代流体力学的三维粘性流动数值方法，分析风机通道内部流场，改进工程设计并进行优化选择，最终由现场性能试验考核。该方法的关键在于开发结合风机实际的可预测风机全压和效率的三维粘性计算软件。众所周知，近十年来发展起来的三维粘性流动计算方法(patanker,S.V.著，郭良宽译；“传热和流体流动的数值方法”，安徽科学技术出版社，1984)可以用来计算风机内部复杂流场，但在网格生成，边界条件处理，湍流模式选取上将会遇到很大困难。按照本实用新型的设计人所提供的软件是以图中所示流程实现。

参见图4，在步骤S401，起动本流程，进行数据初始化，初始化读入工程设计得到的各种结构参数，一旦初始化结束，进入网格生成计算步骤S402，该步骤首先要生成和风机通道形状一致的贴体网格，合理地调节网格的形状和疏密程度，在靠近物面和叶片进出处必须加密，在保证计算收敛的条件下，使网格引起的计算误差最小。在完成网格生成计算步骤S402后，流程进入步骤S403，读入初场及控制变量，读入后，步骤进入S404，在该步骤实现边界条件处理，其中重要的是：第一，由于叶轮出口处有一段无叶扩压器，该处没有叶片，将出口条件由原来沿网格线相邻两点相对速度相等改为沿网格处相邻绝对速度相等；第二，给出了旋转一个角度的周期性条件，数据处理时，将原来只有周向一排对应网格上提周期性条件改为周向三排对应网格上提周期性条件，这样就使计算时确保满足周期性条件。在确定边界条件后，步骤进入到S405，对流场及全压和效率进行计算，计算采用的湍流模式采用湍流能和湍能耗散率的双方程标准模式，从计算全压和效率的结果看，效果均佳。然后步骤进入S406，对计算的结果进行检查，看误差是否小于给定值，如果误差小于给定值，步骤进入S407，进行后处理并输出计算结果，然后在步骤S408结束。如果计算误差大于给定值，程序回到S402重新计算，直到获得符合要求的结果。

按照上述软件所设计工况下的计算预测和风机现场实测结果的全压误差在1-2％以内，效率误差在2-3％之内，从而证明本实用新型的离心风机按该方法设计的效果是显著的。

按照本实用新型的离叶片型线采用新的减速流型，即 $W^a\frac{\mathrm{dW}}{\mathrm{dS}}=b-\mathrm{cr}$ 式中：w,s,r分别为叶片通道中的气流速度，弧长和径向距离；a,b,c为优化用可控常数。该流型既包括了已有技术中使用的等减速流型(当a=1.0,b=1,c=0)和等当量扩张角流型(当a=-1.5,b=o,c=o)，更包含了其它的流型(当选取不同a,b,c时)。采用上述流型的优点在于可以优化选择，以求最佳的结果。

对于本实用新型的离心风机的一个实施例，

       a=-1.55,b=2.5,c=0.05。

按照本实用新型的离心风机的轮盖型线是采用三园弧轮盖型线，这就是说在轮盖与集风器接触处的小园弧之后连接了一个第一园弧，而第一园弧之后又连接了一个第二园弧。与前述的双园弧轮盖型线比较，显然比它多了一个可供调节的园心位置和园弧半径，因此，增加了可调自由度。应该指出，由于小园弧不在叶片通道内，它的形状不影响风机性能，所以在下面给出的无量纲轮盖型线只需给出三园弧中的后两个园弧的园心位置和园弧半径尺寸和这两个园弧连接处的径向距离。

按照前述的设计方法，新的叶片型线的减速流型和三园弧轮盖型线经优化处理获得风机的无量纲轮盖型线(图2)，即：

(z-0.6815)²+(r-0.8394)²=0.1600    0.541≤r≤0.760；

(z-2.1017)²+(r-1.1268)²=0.3415    0.760≤r≤1.000；和风机的无量纲叶片型线(图3)，即：y=0.541092+0.622112x-0.04578x²-0.585638x³+3.32244x⁴-

2.56712x⁵       -0.03056≤x≤0.5478 3式中，x,y,z分别为笛卡尔直角座标系中的三个座标，其中， $r=\sqrt{x^2+y^2}$

按上述两个无量纲型线方程的无量纲化特征长度是叶轮半径。例如，对于7-35系列风机中的各个风机的轮盖型线和叶片型线坐标值就是上述相应的坐标乘以该风机的叶轮半径。

按照本实用新型的离心风机的一个优选实施例，上述无量纲轮盖型线和无量纲叶片型线尺寸的容差分别为±4％。

实验证明，按照本实用新型的离心风机与6-41风机相比，全压提高13％，比噪音降低3dB，效率提高2％，高效区性能线非常平坦，90％最高效率对应的最大风量与最小风量比值从6-41系列的1.8提高到2.6。

实验还证明，在原有的6-41风机的集风器配上按照本实用新型改进的蜗壳和改进的不开缝叶片叶轮，该风机的效率为85.58％，比噪音为6.4dB,90％最高效率对应的最大风量与最小风量比为2.59。上述测试结果由机械工业部风机产品质量监督检测中心提供。

申请人已经就本实用新型的离心风机及其实施例作出了详细说明，对于本专业的技术人员可以在此基础上作出各种变换和改进，但是，这些改进和变换都没有脱离本实用新型的精神，都在所附权利要求书的范围之内。

Claims (2)

1、一种离心风机，它由集风器，蜗壳和多个叶片的叶轮所组成，其特征在于所述风机的轮盖型线和叶片型线分别由下列的无量纲轮盖型线和无量纲叶片型线确定，其中：

风机的无量纲轮盖型线为：

(z-0.6815)²+(r-0.8394)²=0.1600    0.541≤r≤0.760；

(z-2.1017)²+(r-1.1268)²=0.3415    0.760≤r≤1.000；和风机的无量纲叶片型线为：y=0.541092+0.622112x-0.4578x²-0.585638x³+3.32244x⁴-2.56712x⁵           -0.03056≤x≤0.54782式中：x,y,z分别为笛卡尔直角座标系中的三个座标，其中： $r=\sqrt{x^2+y^2}$ 。

2、按照权利要求1所述的离心风机，其特征在于无量纲轮盖型线和无量纲叶片型线的尺寸容差分别为±4％。

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