一种具有高效气动效率的离心鼓风机的制作方法

本发明属于离心鼓风机产品制造领域，具体涉及了一种具有高效气动效率的离心鼓风机。

背景技术：

离心式鼓风机的工作原理主要是利用若干旋转叶轮对气体做功，增加气体的动能，再通过离心作用和扩压过程，提高气体的压力，以达到一定的风量和风压，进而达到大流量高压送风的技术效果。离心式鼓风机因其具有较好的大流量高压送风效果，因而在污水处理、电厂脱硫以及其它工业领域得到广泛应用。

离心式鼓风机主要包括设有进气口的进气壳体、旋转驱动单元、采用旋转叶轮构成的气体压缩单元以及设有排气口的排气机壳等核心组件，其中，进气壳体、叶轮以及排气机壳的结构和形状设置都会直接影响离心鼓风机的气动效率。

具体来说，其一、在现有技术的离心式鼓风机中，通常会在进气壳体的进气流道内设置多条筋板，设计筋板的功能均是作为结构性加固的加强筋作用，因此都是采用具有一定厚度的直面平板筋片结构设计，未具体分析研究其对进气时气体分流所带来的影响。

其二、在现有技术的离心鼓风机中，其叶轮上叶片的形状、数量以及叶片盘的形状是决定离心鼓风机气动效率的核心因素。为了满足其应用于各类领域的性能需要，人们通常将叶轮叶片设计成后向式、前向式以及径向式三种，其中，后向式叶片的弯曲方向与气体的运动轨迹相同，气动效率高且噪音小，但气动载荷低；前向式叶片的弯曲方向与气体的运动轨迹相反，气动载荷高，但由于气体被叶片强行改变方向，因此，气动效率较低且噪音较大；径向式叶片的弯曲方向与气体的运动轨迹垂直，其相关性能介于后向式叶片与前向式叶片之间；通过以上可以看出，现有的叶轮叶片各自具有优缺点，无法同时具有高气动效率和高气动载荷的性能。

本申请发明人基于在风机产品领域的多年开发经验以及具有对流体流动机理的理论知识，希望通过对相关结构进行创新结构设计实现对离心式鼓风机更高的气动效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有高效气动效率的离心鼓风机，通过对进气壳体以及叶轮叶片进行特别结构设计，使得离心鼓风机同时具有高进气效率、高气动效率、高气动载荷以及气动噪音小的多重技术效果，最终得到了具有高效气动效率的离心鼓风机。

本发明在发现现有离心式鼓风机存在如上背景技术所述的技术问题后，凭借多年开发经验、通过对进气壳体流道和叶轮三维气体动力学进行CFD计算，同时对其进行深入分析，对进气流道以及叶轮的结构形状进行优化，减少进气流道的流动边界层分离、内部涡团的产生和迁移，提高离心鼓风机的气动效率的同时实现更优的气动载荷分布控制，基于此，本申请人最终提出了如下技术方案：

一种具有高效气动效率的离心鼓风机，包括与旋转驱动单元传动连接的旋转主轴、与所述旋转主轴安装连接为一体的进气壳体、安装在中部壳体内的多级叶轮以及排气壳体，其中，所述进气壳体设有位于上方的进气口和进气流道，所述进气口通过所述进气流道与所述叶轮相连通；所述进气流道内分别设有对称曲面主导叶组和对称曲面副导叶组，且所述对称曲面主导叶组相对于所述对称曲面副导叶组靠近所述进气口；所述对称曲面主导叶组和对称曲面副导叶组的两侧导叶边分别与所述进气壳体前后内壳壁形状对应并延伸；

所述叶轮包括叶轮盘和位于所述叶轮盘上的若干叶片，每个所述叶片均布在所述叶轮盘的内周，所述叶轮盘上设有与所述旋转主轴固定安装连接的旋转轴孔、与进气流道连通的轴向进气口以及与出气流道连通的径向排气口；每个所述叶片包括位于靠近所述轴向进气口一端的前向式叶片段以及位于靠近所述径向排气口一端的后向式叶片段，所述前向式叶片段与所述后向式叶片段采用径向式叶片段连接。

优选地，所述对称曲面主导叶组的根部与所述对称曲面副导叶组的根部分布在同一与所述轴承座轴孔同心的圆周面上，所述圆周面的直径小于所述进气口的口径；且所述对称曲面主导叶组的根部间距小于所述对称曲面副导叶组的根部间距；所述对称曲面主导叶组长度大于所述对称曲面副导叶组长度。

优选地，所述进气流道呈弧面状，其内径沿所述进气口向下至所述主轴方向变大，同时所述进气壳体底部包括呈对称分布且相交的左圆弧面壳壁和右圆弧面壳壁，其中，所述左圆弧面壳壁和右圆弧面壳壁之间的相交部与所述对称曲面主导叶组的根部以及所述对称曲面副导叶组的根部均分布在同一所述圆周面上。

优选地，所述对称曲面主导叶组包括呈形状对称分布的左曲面主导叶和右曲面主导叶，所述左曲面主导叶的曲率从其根部到端部方向变小；所述对称曲面副导叶组包括呈形状对称分布的左曲面副导叶和右曲面副导叶，所述左曲面副导叶的曲率从其根部到端部方向变大。

优选地，所述左曲面主导叶位于根部的曲率大于所述左曲面副导叶位于根部的曲率，且所述左曲面主导叶位于端部的曲率小于所述左曲面副导叶位于端部的曲率。

优选地，所述左曲面主导叶和右曲面主导叶之间的根部间距小于所述左曲面副导叶和右曲面副导叶之间的根部间距；同时所述左曲面主导叶和右曲面主导叶之间的端部间距小于所述进气口的口径，所述左曲面副导叶和右曲面副导叶之间的端部间距大于所述进气口的口径。

优选地，所述叶片的数量为8-16个；所述前向式叶片段的进气角度范围在35-75°；所述后向式叶片段的出气角度范围在25-65°。

需要说明的是，本发明所述的进气角度和出气角度是指相应叶片段和叶轮径向的偏离角度。

优选地，所述旋转主轴两端分别设有螺向相反的进气侧螺纹槽和排气侧螺纹槽，所述进气侧螺纹槽位于靠近进气壳体侧的一端，所述排气侧螺纹槽位于靠近排气壳体侧的一端，且所述进气侧螺纹槽和排气侧螺纹槽呈对称状分布。

优选地，所述离心鼓风机还设有轴向推力控制装置，所述轴向推力控制装置包括平衡盘，所述平衡盘套设在所述旋转主轴末端气封件与末级叶轮之间的旋转主轴上，且在所述平衡盘外周与所述排气壳体之间安装平衡盘密封圈。

优选地，位于所述平衡盘与所述旋转主轴末端气封件之间的排气壳体上设有抽气接管，所述抽气接管另一端接入所述进气壳体的进气口。

本发明通过在进气壳体的进气流道内设计对称曲面主导叶组和对称曲面副导叶组，该对称曲面主导叶组和对称曲面副导叶组相互配合，可以较好地实现对进气流道吸入气体时的导流性与流线性，有效对进气流道吸入的气体进行梳理与引导，使其均匀并顺畅地流入气体压缩单元中的叶轮，还可以有效减少进气流道中流动边界层分离以及内部涡团的产生，显著降低了吸气噪音，且有效提高了本发明离心鼓风机的进气效率，同时，本发明申请人创造性地对目前叶轮叶片形状进行改变，首次提出采用前向式叶片段作为进口，后向式叶片段作为出口的叶轮结构，该结构同时采用位于中部的径向式叶片段来实现对前向式和后向式的双弯叶片段的连接，该结构既保留了传统后向式叶轮具有的气动效率高且噪音小的优点，同时其前向式叶片段使得本发明的气动载荷得到明显提高；

因此，应用本发明提供的进气壳体以及叶轮结构在确保与现有叶轮盘尺寸标准不变的前提下，通过对进气壳体以及叶轮叶片进行特别结构设计，使得离心鼓风机同时具有高进气效率、高气动效率、高气动载荷以及气动噪音小的多重技术效果，最终得到了具有高效气动效率的离心鼓风机。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式下具有高效气动效率的离心鼓风机10的结构示意图；

附图2是本发明具体实施方式下具有更高进气效率的进气壳体100的正面剖视图；

附图3是本发明具体实施方式下具有更高进气效率的进气壳体100的侧面剖视图；

附图4是本发明具体实施方式下对称曲面主导叶组200的正面结构示意图；

附图5是本发明具体实施方式下对称曲面主导叶组200的侧面结构示意图；

附图6是本发明具体实施方式下对称曲面副导叶组300的正面结构示意图；

附图7是本发明具体实施方式下对称曲面副导叶组300的侧面结构示意图；

附图8是本发明实施例1中叶轮30的正面剖视图；

附图9是本发明实施例1中叶轮30的侧面剖视图；

附图10是本发明实施例1中叶片32的正面结构示意图；

附图11是本发明实施例1中叶片32的侧面结构示意图；

附图12是本发明实施例2中叶轮30’的正面剖视图；

附图13是本发明实施例2中叶轮30’的侧面剖视图；

附图14是本发明实施例2中叶片32’的正面结构示意图；

附图15是本发明实施例2中叶片32’的侧面结构示意图；

附图16是本发明具体实施方式下旋转主轴50的结构示意图；

附图17是图16中A处结构放大示意图；

附图18是图16中B处结构放大示意图；

附图19是本发明具体实施方式下轴向推力控制装置60安装结构的局部剖面示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种具有高效气动效率的离心鼓风机，包括与旋转驱动单元传动连接的旋转主轴、与旋转主轴安装连接为一体的进气壳体、安装在中部壳体内的多级叶轮以及排气壳体，其中，进气壳体设有位于上方的进气口和进气流道，进气口通过进气流道与叶轮相连通；进气流道内分别设有对称曲面主导叶组和对称曲面副导叶组，且对称曲面主导叶组相对于对称曲面副导叶组靠近进气口；对称曲面主导叶组和对称曲面副导叶组的两侧导叶边分别与进气壳体前后内壳壁形状对应并延伸；叶轮包括叶轮盘和位于叶轮盘上的若干叶片，每个叶片均布在叶轮盘的内周，叶轮盘上设有与旋转主轴固定安装连接的旋转轴孔、与进气流道连通的轴向进气口以及与出气流道连通的径向排气口；每个叶片包括位于靠近轴向进气口一端的前向式叶片段以及位于靠近径向排气口一端的后向式叶片段，前向式叶片段与后向式叶片段采用径向式叶片段连接。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参见图1所示的一种具有高效气动效率的离心鼓风机10，包括与旋转驱动单元(图未示出)传动连接的旋转主轴50、与旋转主轴安装连接为一体的进气壳体100、安装在中部壳体20内的多级叶轮30(图1未示出叶轮)以及排气壳体40；

请进一步参见图2和图3所示的进气壳体100，通过安装有轴承(图未示出)的轴承座110与离心鼓风机的主轴(图未示出)安装连接，进气壳体100 设有位于上方的进气口120和进气流道130，进气口120通过进气流道130与离心鼓风机的气体压缩单元相连通；进气流道130内分别设有对称曲面主导叶组200和对称曲面副导叶组300，且对称曲面主导叶组200相对于对称曲面副导叶组300靠近进气口120；对称曲面主导叶组200和对称曲面副导叶组 300的两侧导叶边分别与进气壳体100前后内壳壁140形状对应并延伸；

优选地，在本实施方式中，对称曲面主导叶组200和对称曲面副导叶组 300与进气壳体100采用一体铸造成型；

优选地，在本实施方式中，对称曲面主导叶组200的根部与对称曲面副导叶组300的根部分布在同一与轴承座轴孔111同心的圆周面150上，圆周面150的直径小于进气口120的口径；且对称曲面主导叶组200的根部间距 D210小于对称曲面副导叶组300的根部间距D310；

优选地，请进一步参见图4和图5所示，在本实施方式中，对称曲面主导叶组200包括呈形状对称分布的左曲面主导叶210和右曲面主导叶220，左曲面主导叶210的曲率从其根部到端部方向变小；请进一步参见图6和图7 所示，对称曲面副导叶组300包括呈形状对称分布的左曲面副导叶310和右曲面副导叶320，左曲面副导叶210的曲率从其根部到端部方向变大；

进一步优选地，在本实施方式中，进气流道120呈弧面状，其内径沿进气口110向下至主轴方向变大，同时进气壳体100底部包括呈对称分布且相交的左圆弧面壳壁160a和右圆弧面壳壁160b，其中，左圆弧面壳壁160a和右圆弧面壳壁160b之间的相交部与左曲面主导叶210的根部、右曲面主导叶 220的根部、左曲面副导叶310的根部以及右曲面副导叶320的根部均分布在同一圆周面150上，圆周面150的直径小于进气口120的口径D120；

进一步优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210的两侧导叶边210a、 210b分别与进气壳体100前后内壳壁140形状对应并延伸；优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210和右曲面主导叶220之间的端部间距D220小于进气口120的口径D120；优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210端部到进气口120的轴向距离L21小于其到圆周面150的轴向距离L22；

进一步优选地，在本实施方式中，左曲面副导叶310的两侧导叶边310a、 310b分别与进气壳体100前后内壳壁140形状对应并延伸；优选地，在本实施方式中，左曲面副导叶310和右曲面副导叶320之间的端部间距D320大于进气口的口径D120；

进一步优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210位于根部的曲率大于左曲面副导叶310位于根部的曲率，且左曲面主导叶210位于端部的曲率小于左曲面副导叶310位于端部的曲率；优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210和右曲面主导叶310之间的根部间距D210小于左曲面副导叶310和右曲面副导叶320之间的根部间距D310；优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210的长度大于左曲面副导叶310的长度，进一步优选地，在本实施方式中，左曲面主导叶210的长度是左曲面副导叶310的长度的1.5-3倍；

请参见图8和图9所示的一种叶轮30，叶轮30采用铝合金一体铸造成型的叶轮盘31和位于叶轮盘31上的若干叶片32，每个叶片32均布在叶轮盘 31的内周，叶轮盘31上设有与旋转主轴50固定安装连接的旋转轴孔33、与进气流道连通的轴向进气口34以及与出气流道连通的径向排气口35；其中，每个叶片32包括位于靠近轴向进气口34一端的前向式叶片段32a以及位于靠近径向排气口35一端的后向式叶片段32c，前向式叶片段32a与后向式叶片段32c采用径向式叶片段32b连接；

优选地，本发明实施例通过大量实验同时进行三维气体动力学CFD计算，对叶轮30流动机理进行深入分析，进一步优选提出将叶片32的数量设置为 8-16个，通过对叶片32的结构和数量进行该特别设计后，可以使得离心鼓风机10在同时具有高气动效率和高气动载荷双重技术效果的表现上更加优异；具体优选地，在本实施方式中，叶片32的数量为8个；前向式叶片段32a的进气角度范围在35-75°；后向式叶片段32c的出气角度范围在25-65°；

本发明实施例通过在离心鼓风机10的进气壳体100进气流道120内设计对称曲面主导叶组200和对称曲面副导叶组300，该对称曲面主导叶组200和对称曲面副导叶组300相互配合，可以较好地实现对进气流道120吸入气体时的导流性与流线性，有效对进气流道120吸入的气体进行梳理与引导，使其均匀并顺畅地流入叶轮30，还可以有效减少进气流道120中流动边界层分离以及内部涡团的产生，显著降低了吸气噪音，有效提高了离心鼓风机10的进气效率，同时，本发明实施例申请人创造性地对目前叶轮30的叶片32形状进行改变，首次提出采用前向式叶片段32a作为进口，后向式叶片段32c 作为出口的叶轮30结构，该结构同时采用位于中部的径向式叶片段32b来实现对前向式和后向式的双弯叶片段的连接，该结构既保留了传统后向式叶轮具有的气动效率高且噪音小的优点，同时其前向式叶片段使得本发明实施例的气动载荷得到明显提高；

因此，应用本发明实施例提供的进气壳体100以及叶轮30结构在确保与现有叶轮盘31尺寸标准不变的前提下，通过对进气壳体100以及叶轮30的叶片32进行特别结构设计，使得本发明实施例离心鼓风机10同时具有高进气效率、高气动效率、高气动载荷以及气动噪音小的多重技术效果，最终得到了具有高效气动效率的离心鼓风机10；

进一步优选地，请进一步参见图10和图11所示，本实施方式的叶片32 的前向式叶片段长度32a与后向式叶片段32c长度相等且径向式叶片段32b 长度占叶片32长度的8-12％；具体优选地，在本实施方式中，径向式叶片段长度32b占叶片32长度的10％，本实施例1该叶片32的具体结构设计使得前向式叶片段32a与后向式叶片段32c为对称分布，能够获得基本近似的高气动效率和高气动载荷技术效果，性能表现更加平衡折中，非常适合对于气动效率和气动载荷均具有较高要求的离心鼓风机应用场景；

请进一步参见图16、图17和图18所示，旋转主轴50采用防漏油旋转主轴，旋转主轴50两端分别设有螺向相反的进气侧螺纹槽51和排气侧螺纹槽 52，进气侧螺纹槽51位于靠近进气壳体100侧的一端，排气侧螺纹槽52位于靠近排气壳体40侧的一端，且进气侧螺纹槽51和排气侧螺纹槽52呈对称状分布；优选地，在本实施方式中，进气侧螺纹槽51外侧设有进气侧轴承安装台阶53，排气侧螺纹槽52外侧设有排气侧轴承安装台阶54；进气侧轴承 51安装位于进气侧轴承安装台阶53上，排气侧轴承52安装位于排气侧轴承安装台阶54上；

本发明实施例通过在离心鼓风机的旋转主轴两端设置螺向相反的进气侧螺纹槽和排气侧螺纹槽，当润滑油进入到该位于旋转主轴两端的螺纹槽中时，位于两端且螺向相反的螺纹槽中的润滑油会随着旋转主轴的旋转，分别沿着螺纹的旋线方向同时分别重新回到位于两端的润滑油箱里；因此本发明实施例的结构不仅简单易于实施，而且可以有效避免离心鼓风机的漏油问题。

请进一步参见图19所示，在本实施方式中，离心鼓风机10的旋转主轴 50两端通过轴承91安装在轴承座92上，离心鼓风机10还设有轴向推力控制装置60，多级叶轮30的末级叶轮30a与排气壳体40连通，轴向推力控制装置，60包括平衡盘61，平衡盘61套设在旋转主轴末端气封件70与末级叶轮 30a之间的旋转主轴50上，且在平衡盘61外周与排气壳体40之间安装平衡盘密封圈62；

优选地，在本实施方式中，位于平衡盘61与旋转主轴末端气封件70之间的排气壳体40上设有抽气接管63，抽气接管63另一端接入进气壳体100 的进气口120。

需要说明的是，本实施例图1主要用于说明多级离心鼓风机10的安装结构，未具体示出轴向推力控制装置60的具体结构，轴向推力控制装置60的具体结构请单独结合参见图19所示内容；

在本实施例多级离心鼓风机10工作过程中，在末级叶轮30a与排气壳体 40之间形成的空腔81内存在气体，其气体压力与排气壳体40的出口气体压力相同，因此该空腔81气体会对旋转主轴50产生朝向叶轮30的轴向推力，本发明采用平衡盘61与平衡盘密封圈62的结构设置一方面起到了防止轴端气体泄漏的作用，同时在平衡盘61与排气壳体40形成的平衡空腔82，此平衡空腔82压力通过旋转主轴末端气封件70与外界大气压力相同，因此在平衡盘61两侧端面形成一定的压差，从而对平衡盘61产生朝向右端轴承 91侧的轴向推力，进而通过如上控制有效平衡了本发明旋转主轴50受到的轴向推力；同时位于平衡盘61与旋转主轴末端气封件70之间的排气壳体 40上设有抽气接管63，抽气接管63另一端直接接入进气壳体100的进气口 120，因此使此平衡空腔82中产生一定的负压，进一步使得使平衡盘61两侧端面的压差增大，即平衡盘61受到朝向右端轴承91的轴向推力增大，因此作用于旋转主轴50上的双向轴向力受到有效抵消平衡控制，本发明离心鼓风机10在使用过程中轴承91所承受的轴向力得到进一步显著降低；

本实施例在使用时，随着离心鼓风机10出口压力的升高，旋转主轴50 朝向叶轮30的轴向推力也会逐渐增大，平衡盘61与平衡盘密封圈62，以及抽气接管63的设置也会随着平衡盘61两侧端面的压差增大而自耦合地抵消该轴向力，因此，本实施例无需使用专用推力轴承，降低了本实施例的制造成本，同时也降低了本实施例的维护成本。

实施例2：

本实施例2其余的技术方案与上实施例1相同，区别仅在于叶轮结构，具体来说，在本实施例2中，请参见图12和图13所示的一种叶轮30’，叶轮 30’采用铝合金一体铸造成型的叶轮盘31’和位于叶轮盘上的若干叶片32’，每个叶片32’均布在叶轮盘31’的内周，叶轮盘31’上设有与旋转主轴50 固定安装连接的旋转轴孔33’、与进气流道连通的轴向进气口34’以及与出气流道连通的径向排气口35’；其中，每个叶片32’包括位于靠近轴向进气口34’一端的前向式叶片段32a’以及位于靠近径向排气口35’一端的后向式叶片段32c’，前向式叶片段32a’与后向式叶片段32c’采用径向式叶片段 32b’连接；

优选地，在本实施方式中，叶片32’数量为8-16个；具体优选地，在本实施方式中，叶片32’的数量为8个；前向式叶片段32a’的进气角度范围在35-75°；后向式叶片段32c’的出气角度范围在25-65°；

进一步优选地，请进一步参见图14和图15所示，本实施方式的叶片32’采用高气动载荷叶片，具体方案为：前向式叶片段32a’长度大于后向式叶片段32c’长度的2倍且径向式叶片段32b’长度占叶片32’长度的8-12％；具体优选地，在本实施方式中，前向式叶片段32a’长度占叶片32’长度的65％，径向式叶片段32b’长度占叶片32’长度的10％，后向式叶片段32c’长度占叶片32’长度的25％，本实施例2该叶片32’的具体结构设计使得前向式叶片段32a’明显大于后向式叶片段32c’，其后向式叶片段32c’的结构同样可以有效提高离心鼓风机的气动效率，同时通过加大前向式叶片段32a’的比例可以更进一步地显著提高其气动载荷性能，非常适合对于气动载荷具有更高要求的离心鼓风机应用场景，同时相对于现有技术的前向式叶片离心鼓风机具有更高的气动效率以及更低的噪音。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。