离心式风机的研究现状及发展趋势

离心式风机的研究现状及发展趋势风机是一种通用机械，在民用，工业，农业，制造业，军事，航空等领域中有着十分广泛的应用。比如工厂、矿井、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和清选；风洞风源和气垫船的充气和推进等。以气体为介质，能将机械能传递给气体，提高气体的压力并抽吸或压送气体的机械称为风机。按照风机的出口气体压力来分，风机包括通风机、鼓风机、压缩机。按照风机的工作原理来分，风机有叶轮式和容积式两种，其中叶轮式风机又可以分为离心式、轴流式和混流式。一、离心式风机的结构形式及主要部件离心式风机的结构较为简单，制造方便，其中叶轮和蜗壳常采用钢板制成，一般采用焊接和铆接。离心式风机的进气方式有单侧进气和双侧进气两种。根据使用情况的不同，离心式风机的传动方式也有很多种：如果风机的转速与电动机的转速相同，可以直接将风机与电动机轴相连接，如果风机的转速和电动机不同，可以采用带传动，从而实现变速。离心式风机主要由叶轮、机壳、进气箱、前导器、扩散器等构成。叶轮是风机的心脏部分，它的尺寸、几何形状、叶片数目和制造精度对离心风机的性能有着重大的影响。叶轮上的主要零件是叶片，离心式风机叶轮的叶片个数一般为6~64片。根据叶片出口角的不同，可以分为前向叶片、径向叶片和后向叶片三种。离心式风机的机壳通常由蜗壳、进风口和风舌等零件组成。其中蜗壳的作用是收集从叶轮出来的气体，并将其引到蜗壳的出口。蜗壳的蜗板是一条对数螺旋线，为了制造方便，一般将蜗壳设计成等宽矩型断面。二、我国离心式风机的发展历程我国的离心式风机的制造与发展从20世纪50年代开始的，在那个时期，我国的风机需求主要依靠国外进口。到了20世纪80年代的引进吸收和创新阶段，我国离心风机工业发生了深刻的变化，国外的先进技术在风机制造业得到了消化，形成了一定的生产能力。进入21世纪以来，随着我国的风机制造业不断发展壮大，其担负着为石油、化工、农业、煤炭、冶金、电力、矿山、纺织及环保等工程提供配套离心风机的任务，基本上可以满足我国重大装备配套的需求。三、国内外研究现状为了改善离心式风机的性能，国内外许多专家学者对其做了大量的研究与实验。1、通过优化离心风机蜗壳的结构来提高风机的效率或者减少风机的噪音。南京理工大学赵德印等人以某款空调里的离心风机为优化对象，介绍了如何利用蜗壳型线简单原理判断蜗壳好坏，并利用CFD方法对其流场进行分析，结合实验找出此离心风机存在的不足。他们根据改进后的等边基方法重新绘制了蜗壳的型线，并对新风机做了流场分析，与原风机进行了对比，实验结果表明：改进的等边基方法设计蜗壳型线从产品设计实际出发，由空调的结构尺寸快速确定蜗壳界面张开度，从而得到实际条件下的最优蜗壳型线，减少了离心风机内部的气流损耗及气流涡流，使出风流线更加顺畅。由于优化了蜗壳内部流场，整机出风沙沙声消失，音质体验合格。但是蜗壳改进前后电机的消耗功率无变化，这是因为风叶叶型并未改变，风叶实际做功未增加。西安交通大学刘晓良,祁大同等提出寻求蜗壳的最佳宽度是提高离心风机的气动性能并降低风机气动噪声的方法之一，作者以数值分析为指导,在改变蜗壳宽度的情况下对某型号离心风机的动性能和噪声特性进行了试验测量。试验结果表明:在整个变工况范围内,随着蜗壳宽度的增加,离心风机的气动性能有所提高,基频噪声有着不同程度的降低,而涡流噪声有所增大,但在常用的大流量和中流量工况范围内,风机的噪声特性有所改善。2、通过改进离心风机叶轮的结构或者叶片的造型等来改善风机的性能。离心风机的叶片对叶轮内部流动起主要作用，合理的叶轮型式和叶片型线能有效提高离心风机的性能。西北农林科技大学李燕平建立了以风机在设计流量下的流力损失最小为目标函数，叶轮部分结构参数为变量的优化数学模型，借助MATLAB软件对叶轮的结构参数进行了优化，减少了风机设计流量下的流力损失，流力损失由110.13Pa减少为75.51Pa，降低了31.38%。实验表明在离心风机设计过程中，优化叶轮的结构参数可以有效的提高风机的性能。吴让利等对某采用双圆弧叶片的离心风机进行实验对比，并在叶轮前盘形状、轮盖和叶片进出口安装角都相同的情况下，分析了采用双圆弧叶片和等减速叶型的模型风机的性能变化。实验结果表明采用等减速叶轮时在设计流量附近和小流量下能够很好改善流场流动的均匀程度，减轻流道内部的流动分离现象，提高了风机效率。美国Kirkhopeh和Wislon运用有限元法计算了叶片轮盘振动特性，采用二节点单元来计算轮盘，采用梁单元计算叶片，得到了叶片的低阶振型，但却无法计算得到其高阶振型。美国Kwang等人在利用FLUENT软件数值模拟计算离心风机整机流场的基础上，优化设计了一种前向叶片，较大程度提高了风机的效率。四、离心式风机的发展趋势1、多翼式离心风机的应用会越来越广。多翼式离心风机凭借其尺寸小、压力系数高、流量系数大以及噪声低等独特优势，在空调、换气扇和抽油烟机等民用产品领域中得到了广泛应用，以后多翼式离心风机会朝着微型化、智能化发展。2、离心风机的研制过程与流体分析软件联系的越来越紧密，利用CFD技术对离心风机进行优化设计，很大程度上减少了实验次数，降低了研发成本，缩小了研制时间。3、离心风机的自动化调节。随着科学技术的发展，自动检测技术、自动控制技术和电子计算机已经逐步应用于风机的设计、制造过程中，而且还日益广泛的应用在风机的运行上，例如：风机实验装置的自动化；风机的自动启停；压力、流量、温度等参数的自动检测、预示和控制等。4、风机的高可靠性。随着风机朝向大容量、高转速的方向发展，对可靠性的要求越来越高。因为只追求高效率而忽略可靠性，在进行中的节能费用远远抵消不了风机事故停机所造成的经济损失。因此，在提高效率的同时，可靠性应放在首要位置。