離心式風機及其結(jié)構(gòu)的研究綜述

許凡

摘? ?要：離心式風機發(fā)展歷史悠久，廣泛應(yīng)用于石油、化工等領(lǐng)域，是我國工業(yè)領(lǐng)域中重要的通用設(shè)備。文章首先分析離心式風機的發(fā)展歷史，然后分析其3個核心部件：蝸殼、葉輪以及集流器的發(fā)展現(xiàn)狀，最后分析其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：離心式風機;結(jié)構(gòu);葉輪

離心式風機主要由蝸殼、葉輪、集流器、軸承、支板等結(jié)構(gòu)組成，其中最為關(guān)鍵的是蝸殼、葉輪和集流器。其工作原理是：離心式風機的葉輪在電機帶動下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，葉輪中的空氣被甩出并匯聚在蝸殼中，由于此時的空氣流速低、壓力高，空氣通過排風口進入管道。當葉輪中所有的空氣被排完后，形成了負壓，因此，在大氣壓的作用下，外面的空氣從吸氣口被吸入，進一步帶動葉輪旋轉(zhuǎn)。周而復(fù)始，離心式風機不斷旋轉(zhuǎn)，空氣不斷流通。離心式風機結(jié)構(gòu)相對簡單、制造方便、應(yīng)用廣泛，為我國經(jīng)濟社會的發(fā)展作出重要貢獻。

1? ? 離心式風機的發(fā)展歷史

離心式風機歷史悠久，早在公元前就已經(jīng)制造出與離心式風機工作原理類似的礱谷風車。第一臺真正意義上的離心式風機是由英國的科學(xué)家圭貝爾在1862年發(fā)明的，剛開始用于礦山通風，但其效率較低。隨后各國科學(xué)家在此基礎(chǔ)上進行不斷的創(chuàng)新和完善，尤其是1898年由愛爾蘭科學(xué)家設(shè)計的離心式風機，得到世界各國的推廣和應(yīng)用。

我國關(guān)于離心式風機的研究和制造開始于20世紀50年代，在此之前，我國的風機幾乎是靠從國外引進。經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和積累，到了20世紀80年代，我國關(guān)于離心式風機的研究和制造進入了新的階段，并具備一定的生產(chǎn)能力。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，進入21世紀之后，我國的離心式風機研究和制造技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍。

2? ? 離心式風機發(fā)展現(xiàn)狀

雖然離心式風機經(jīng)歷了一代又一代的創(chuàng)新和完善，但目前仍然存在一些問題，如風機噪聲大、能耗高、效率低、容量小。為了充分優(yōu)化離心式風機的綜合性能，國內(nèi)外專家和學(xué)者展開了大量的研究。本文將對離心式風機結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析。

2.1? 蝸殼的發(fā)展現(xiàn)狀

蝸殼的型線形狀對離心式風機的內(nèi)部空氣流場有重要影響。蝸殼的結(jié)構(gòu)主要包含蝸殼橫截面形狀、面積的圓周變化、橫截面的徑向位置以及蝸口的入口位置，其中蝸殼的入口位置、結(jié)構(gòu)形狀對減小沖擊和噪音有重要影響。

蝸殼的線型對離心式風機的效率有很大影響，當前離心式風機蝸殼的繪制方法主要是等邊基元法和不等邊基元法，這兩種方法都是在建立在阿基米德螺旋線的基礎(chǔ)上進行，而在實際設(shè)計過程中，常用4段圓弧來替代阿基米德螺旋線。上海理工大學(xué)的葉增明在不等邊基元法的基礎(chǔ)上，對蝸殼型線研究出一種新的繪制方法，此種繪制方法更接近阿基米德螺旋線，因此受到大力推廣。在2015年，Beena.D.B研究指出，當蝸殼寬度為葉輪寬度的1.5倍、蝸口角為24°、蝸殼徑向位置減小10%時，能顯著提高離心式風機的流量和效率，為離心式風機蝸殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考。

2.2? 葉輪的發(fā)展現(xiàn)狀

葉輪在離心式風機中的作用是通過旋轉(zhuǎn)傳遞能量，對離心式風機效率、壓力系數(shù)、流量系數(shù)和噪聲大小具有決定性作用。目前，離心式風機中葉輪的葉片形狀可分為直線型、弧線形以及機翼型，為了降低風機的噪聲并提高風機的效率，國內(nèi)外專家對葉輪展開大量研究，取得明顯成效。

黃東濤等通過利用葉柵技術(shù)，對葉輪進行優(yōu)化設(shè)計，提高風機的設(shè)計和運行效率。李景銀等則通過在離心式風機輪蓋靠近葉片吸立面開孔的方式，使蝸殼內(nèi)的高壓氣體產(chǎn)生射流，為分離的流體提供能量，這種方法也能有效提高風機的效率。此外，Seung.H通過將葉片的線型后緣優(yōu)化成S型后緣，使風機的噪聲減小了2.2 dB。由此可知，通過對風機葉輪形狀及其相互之間的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可以有效提高離心式風機的運行效率，并降低噪聲，對離心式風機技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2.3? 集流器的發(fā)展現(xiàn)狀

集流器主要的作用是保證外界的空氣能夠均勻地進入葉輪的吸氣口，降低流動損失，它的結(jié)構(gòu)形式對葉輪氣流利用率有重要影響，其位置形式對風機的內(nèi)流特定有重要影響。當前，離心式風機的集流器結(jié)構(gòu)形式主要有圓筒形、圓錐形、錐弧形以及噴嘴型，以圓筒形為最常見。溫選峰等首先研究出了一種橢圓形的集流器，通過實驗得出，橢圓形的集流器有利于離心式風機氣動性能的提高和噪聲的減小。楊昕對集流器的安裝位置展開了研究，通過實驗得出了最佳的偏心比和偏心角。此外，莊鎮(zhèn)榮等提出，當集流器和葉輪之間的軸向間隙為葉輪外徑的0.020～0.025倍的時候，離心式風機具有最佳的工作性能。

3? ? 離心式風機發(fā)展趨勢

離心式風機未來的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面：（1）智能化調(diào)節(jié)。隨著物聯(lián)網(wǎng)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，未來的離心式風機將會越來越智能化，例如可以根據(jù)周圍環(huán)境的變化，自動啟停，從而節(jié)約能量，同時還能對周圍環(huán)境中的溫度、空氣壓力等參數(shù)進行檢測和控制。（2）高可靠性。離心式風機廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、化工等領(lǐng)域，工作環(huán)境惡劣，一旦風機發(fā)生故障會造成嚴重的損失，因此未來離心式風機在提高容量和效率的同時，將會注重風機可靠性的提高。（3）離心式風機在優(yōu)化設(shè)計過程中充分利用軟件進行模擬仿真。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，通過仿真軟件的應(yīng)用，不但可以縮短研制周期，還可以節(jié)約成本，降低風險。

4? ? 結(jié)語

離心式風機具有悠久的歷史，經(jīng)過大批專家學(xué)者對其結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化。如今，無論是制造工藝還是風機的使用性能，都取得了重大突破。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的離心式風機一定會有更加先進的技術(shù)。

[參考文獻]

[1]張磊，黃康，黃國興，等.離心風機蝸殼出口結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].流體機械，2019（6）：47-51.

[2]馮培軍.離心式通風機結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].機械管理開發(fā)，2018（11）：101-102，167.