[科普中国]-多翼式离心风机

简介

随着现代工业的飞速发展，风机产品在各行业中得到了越来越广泛的运用，包括冶金行业的氧气顶吹炼钢、能源工业中锅炉送风、核工业中的特殊元素提取、国防工业的航空风洞实验、民用的吸油烟机等。风机的工作是以输送流量、产生全压、噪音、所需功率及效率来体现的，这些工作参数之间存在着相应的关系，因此想要合理使用风机，必须要充分了解这些参数之间的关系，但由于风机理论目前还不太完善，风机内部流场也很复杂又不可见，很难准确描述，很多设计参数也仍依赖于经验数据，风机性能也依赖以实验测试，因此开发出一款性能较佳的多翼离心风机的相对比较困难，尤其家用吸油烟机风机，使用工况更复杂，面对的困难也更大2。

由于中国经济的不断发展，中国家电市场也是日新月异，吸油烟机作为厨房家电的主要品类近几年的销量都以15%左右的速度增长，2013年中国市场吸油烟机的销售量达到1230多万台，制造吸油烟机的厂家也有近百家，消费者对吸油烟机品质和性能的要求也越来越高，消费者总希望在满足低噪音的同时，吸油烟机以更高压力排出更多的油烟量。多翼离心风机由于其压力系数高、流量系数大、体积小、噪音低的优点，目前己作为吸油烟机首选配置。因此，快速开发出一套空气性能较佳的家用吸油烟机多翼离心风机非常有意义，即能降低开发成本和节约开发时间，又能提高产品市场竞争力，占领更多的市场份额。

研究现状传统的风机设计方法是依据产品功能的要求，设计人员根据经验提出设计方案，并对给定方案进行分析和实验，寻求最终可行的方案。这一过程需要做大量的模型对比实验。这就要求设计人员具有丰富的设计经验，整个设计过程周期长、费用高、效率低。风机是一个由叶轮、集流器和蜗壳等部件构成的有机整体，各部分元件的每个几何尺寸都能起非常重要的作用。所以改变传统设计方法，以数学计算为理论基础，利用电子计算机的高速计算，对多种可行性方案进行流体仿真计算，求得最佳匹配的风机结构参数，既可克服常规设计方法不能使设计过程数据化的弊端，同时可减轻设计劳动强度，提高设计效率，减少实验成本和实验时间。

多翼离心风机的使用历史悠久，其主要特点是外形尺寸小、噪音低、风压高等，非常适用用于家电类产品，目前国内的吸油烟机产品主要使用的风机时多翼离心风机。几十年来，为了提高多翼离心风机的效率，进一步降低其噪声水平，优化其综合性能，国内外学者对多翼离心风机的理论和实验研究不断深入，作了大量工作，总结出若干准则，以指导风机设计。目前，国内外对多翼离心风机的研究主要集中在风机结构参数的优化实验研究、风机噪声机理及治理的研究和风机过内部流场的数值模拟研究等几个方面。多翼离心风机是离心风机的一种，也是常见的一种通风机，因为该种风机采用的叶轮为多翼式风叶，故而通俗形象地称为多翼离心风机，其应用非常广泛。

风机结构多翼式离心风机一般由叶轮、机壳、集流器、电机和传动件（如主轴、带轮、轴承、三角带等）组成。叶轮由轮盘、叶片（叶片数一般为8～16）、轮盖、轴盘组成。机壳由蜗板、侧板和支腿组成。离心风机可以采用叶片前倾或后倾叶片，对风量风压的要求适应更广。而且柜内能做消声处理，在噪声指标上有很明显的优势。电机与风机一般是通过轴连接的。引多翼式离心风可制成右旋和左旋两种型式。从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋转风机，逆时针旋转，称为左旋。

多翼离心风机基本原理多翼离心风机是一种依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、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;谷物的烘干和选送;风洞风源和气垫船的充气和推进、吸油烟机的排油烟等。它根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能(压力)，进而实现通风或排尘等功能，其压力增高主要发生在叶轮中和蜗壳扩压段3。

多翼式离心风机实质是一种变流量恒压装置。因其工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。当转速一定时，离心风机的压力一流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。

作用多翼式离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、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；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

历史风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心风机基本相同。1862年，英国的圭贝尔发明离心风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40%左右，主要用于矿山通风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心风机，结构已比较完善了。

1892年法国研制成横流风机；1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心风机，并为各国所广泛采用；19世纪，轴流风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但其压力仅为100～300帕，效率仅为15～25%，直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。

1935年，德国首先采用轴流等压风机为锅炉通风和引风；1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流风机；旋轴流风机、子午加速轴流风机、斜流风机和横流风机；2002年，中国的防爆离心风机，在化工，石油，机械等领域广泛被采用。

性能特点性能特点：多翼式离心风机实质是一种变流量恒压装置。因其工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 当转速一定时，离心风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。离心风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。对一个给定的进气量,最高进气温度（空气密度最低）时产生的压力最低。对于一条给定的压力与流量特性曲线，就有一条功率与流量特性曲线。当鼓风机以恒速运行时，对于一个给定的流量，所需的功率随进气温度的降低而升高。

多翼离心风机设计原则多翼离心风机的设计计算包括结构设计计算、空气动力设计计算和强度计算等多翼离心风机的空气动力设计计算。为满足所需要的流量、全压及其它要求，所进行的通风机流道几何尺寸的计算，称之为空气动力设计计算。设计过程中需要遵循以下几点原则4。

a)满足产品空气性能设计要求，多翼离心风机通过叶轮旋转，获得一定的流量和风压，为产品提供动力，实现产品排烟、送气等功能，因此满足产品空气性能设计要求是多翼离心风机设计过程的首要原则。

b)平均效率要高，多翼离心风机在管网工作时，其工况点不一定落在额定工况上，管网阻力改变非常频繁，工况也时常发生变化，如仅仅把风机的额定工况点作为评定标准是不恰当的，而以平均效率做为评定风机的经济性指标更加合理。

c)尺寸要小，重量要轻，一般来说，多翼离心风机尺寸越小，重量就越轻，材料也越少，成本也越便宜，启动也相对容易，而对应的产品，如吸油烟机，不但成本更少，而且外观也更精致。

d)噪音要低，噪音是一中公害，她会影响人们的休息和健康。我国对于新建企业及车间都有标准规定，噪音不得超过85dB(A)，对不同环境也有不同规定，如会议室及办公室噪音不得超过35dB}A)，体育馆不得超过45dB(A)。因此，设计风机时，应对噪音有所限制。

e)运转可靠性要高，特别要求运转可靠，多翼离心风机一般都是5年以上运转，因此，回转部件要有足够的强度，另外还要求结构简单、制造容易、工艺性好等。