許凡
摘? ?要:離心式風機發(fā)展歷史悠久,廣泛應用于石油、化工等領域,是我國工業(yè)領域中重要的通用設備。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。
關鍵詞:離心式風機;結構;葉輪
離心式風機主要由蝸殼、葉輪、集流器、軸承、支板等結構組成,其中最為關鍵的是蝸殼、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,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。周而復始,離心式風機不斷旋轉,空氣不斷流通。離心式風機結構相對簡單、制造方便、應用廣泛,為我國經濟社會的發(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。隨后各國科學家在此基礎上進行不斷的創(chuàng)新和完善,尤其是1898年由愛爾蘭科學家設計的離心式風機,得到世界各國的推廣和應用。
我國關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。經過多年的學習和積累,到了20世紀80年代,我國關于離心式風機的研究和制造進入了新的階段,并具備一定的生產能力。隨著我國科學技術的不斷進步和發(fā)展,進入21世紀之后,我國的離心式風機研究和制造技術也有了質的飛躍。
2? ? 離心式風機發(fā)展現(xiàn)狀
雖然離心式風機經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,國內外專家和學者展開了大量的研究。本文將對離心式風機結構的發(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部空氣流場有重要影響。蝸殼的結構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、結構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上進行,而在實際設計過程中,常用4段圓弧來替代阿基米德螺旋線。上海理工大學的葉增明在不等邊基元法的基礎上,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構的優(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,對葉輪進行優(yōu)化設計,提高風機的設計和運行效率。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,使蝸殼內的高壓氣體產生射流,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構進行優(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,它的結構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流特定有重要影響。當前,離心式風機的集流器結構形式主要有圓筒形、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)智能化調節(jié)。隨著物聯(lián)網和電子信息技術的發(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。離心式風機廣泛應用于礦山、冶金、化工等領域,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)化設計過程中充分利用軟件進行模擬仿真。隨著計算機技術的發(fā)展,通過仿真軟件的應用,不但可以縮短研制周期,還可以節(jié)約成本,降低風險。
4? ? 結語
離心式風機具有悠久的歷史,經過大批專家學者對其結構和性能的優(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。隨著科學技術的發(fā)展,未來的離心式風機一定會有更加先進的技術。
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