一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机

摘要

一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，多个风机之间采用紧凑的并列式的布置方式，其中任意一台包括进口集流器，进口集流器7固定在所需通风房间的外墙壁上，进口集流器内部安装“井”字型金属格栅，进口集流器通过其后段的叶轮外壳与扩散筒直接相连,在扩散筒内通过支撑支架安装驱动电机,驱动电机与轴流叶轮采用直连方式，在扩散筒内部其驱动电机后部放置隔板，扩散筒出口安装有百叶窗；本发明通过扩散筒出口的圆变矩形的渐变结构，以及控制气流当量扩张角的隔板结构，通过充分利用高度方向的安装尺寸，降低风机出口速度，增大风机静压，从而提高风机的通风量，进一步提升整机静压效率和能效比等气动性能参数。

权利要求

1.一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，其特征在于，多个风机之间采用紧凑的并列式的布置方式，其中任意一台包括进口集流器(7)、轴流叶轮(2)和扩散筒(1)；进口集流器(7)固定在所需通风房间的外墙壁上，进口集流器(7)内部安装“井”字型金属格栅(8)，进口集流器(7)通过其后段的叶轮外壳与扩散筒(1)直接相连,在扩散筒(1)内通过支撑支架(5)安装驱动电机(4),驱动电机(4)与轴流叶轮(2)采用直连方式，在扩散筒(1)内部且在驱动电机(4)后部放置隔板(3)，扩散筒(1)出口安装有百叶窗(6)；

所述的扩散筒(1)的出口形状为横向宽度不变、纵向高度增加的长矩形、长椭圆形、或者圆顶矩形，横向宽度不超过进口集流器(7)的横向宽度，纵向高度则大于进口集流器(7)纵向高度。

2.根据权利要求1所述的一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，其特征在于，所述的隔板(3)始端从驱动电机(4)后部开始，隔板(3)终端接近扩散筒(1)的出口，其长度和安装位置需要保证椭圆式或者半圆顶矩形式的扩散筒(1)的强度、震动及扩张度变化要求，但以不影响百叶窗(6)安装位置为限。

3.根据权利要求1所述的一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，其特征在于，所述的隔板(3)安装于椭圆式或者半圆顶矩形式的扩散筒(1)对称中线，采用水平或者不超过15°倾斜角的方式进行安装。

4.根据权利要求1所述的一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，其特征在于，所述的隔板(3)厚度为6mm。

5.根据权利要求1所述的一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，所述的支撑支架(5)结构为直板搭接结构其特征在于，采用截面为类机翼的扁椭圆形的结构。

说明书

一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机

技术领域

[0001] 本发明属于流体机械领域，特别涉及一种采用新型扩散筒结构的轴流风机，主要涉及大量紧密并排放置和运行的轴流式风机，能够提高畜牧养殖厂房用低压轴流式风机的气动性能和能效比。

背景技术

[0002] 当前,规模化、集约化的养殖模式正在逐步取代过去分散式、家庭式的传统饲养方式,是现代大型规模化养殖业的发展方向。在大型养殖场的高密度集中密闭生产环境下,由于牲畜集中且生长力旺盛，导致室内温度高、湿度大、空气污浊，如果没有良好的通风调节系统，轻则严重影响牲畜的健康和生长速度，影响到家禽家畜的繁殖速度，重则导致牲畜和家禽的死亡率上升，极大地提高养殖场的运营成本和降低其经济效益。建立良好的通风系统可有效控制养殖场的牲畜生活生长环境。高能效比的通风机是控制养殖场室内空气环境含氧量、湿度和温度，室内污浊空气中所含的氨气、硫化氢、水蒸气、粉尘等有害物质，降低生产成本的关键设备。

[0003] 目前，大型畜牧养殖场通风换气设备使用的均为轴流式风机。轴流风机的优点是通风量大、径向尺寸小、结构简单、易于安装，但缺点是风机动压大而静压偏小，需要很好的扩散筒以降低动压来提高风机静压、提高风机能效比。现有养殖场用轴流风机扩散筒都是采用锥形扩散筒，扩散筒出口为圆形，但受到并排安放空间限制，扩散筒出口直径不能进一步增大，从而限制了风机静压效率和能效比的提高。其次，目前大型养殖场所用的轴流风机偏重于高效叶轮的设计与开发，研究较多，但对于扩散筒的改进和研究少。

[0004] 对于大型规模化养殖场，通风系统需要许多大型轴流风机并联运行，以满足大量家畜所需的大量的新鲜空气的需要，以提高养殖密度。这就需要在有限空间内布置很多台风机，且需要并排放置。养殖场许多大流量轴流风机并联运行，扩散筒一个挨一个紧密放置，经常受到并排尺寸限制，不得不减小扩散筒的出口直径，导致扩散筒出口速度偏大，限制了静压的增加和能效比的提高，导致通风机运行成本提升，养殖效益降低。因此，改进扩散筒，是提高风机的静压效率和能效比，发展大型集约化养殖场的有效技术途径。

发明内容

[0005] 为了进一步提高紧密并联放置的养殖场用的轴流风机的能效比，本发明的目的在于提出一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，该扩散筒通过合理地利用有限空间，最大程度降低轴流风机的出口动压，增加轴流风机的出口静压，有效提升风机出口动压的回收能力，进而提高风机的能效比和通风换气流量，采用此新型扩散筒外壳结构后，可以提升大量并联运行的轴流风机的能效比和流量，而且不需要增加甚至可降低安装空间，从而节省养殖场占地面积，降低运行成本。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，多个风机之间采用紧凑的并列式的布置方式，其中任意一台包括进口集流器7、轴流叶轮2和扩散筒1；进口集流器7固定在所需通风房间的外墙壁上，进口集流器7内部安装“井”字型金属格栅8，进口集流器7通过其后段的叶轮外壳与扩散筒1直接相连,在扩散筒1内通过支撑支架5安装驱动电机4,驱动电机4与轴流叶轮2采用直连方式，在扩散筒1内部且在驱动电机4后部放置隔板3，扩散筒1出口安装有百叶窗6。

[0008] 所述的隔板3始端从驱动电机4后部开始，隔板3终端接近扩散筒1的出口，但以不影响百叶窗6和驱动电机4安装位置为限。

[0009] 所述的隔板3，采用水平或者不超过15°倾斜角的方式进行安装。

[0010] 所述的隔板3厚度不超过6mm，固定在扩散筒1外壳上。

[0011] 所述的扩散筒1的出口形状为矩形或类椭圆形；包括横向宽度不变、纵向高度增加的长方形或者椭圆形；或者是正方形；或者是椭圆式或半圆顶形的矩形出口。

[0012] 所述的支撑支架5结构为直板搭接结构。

[0013] 所述的支撑支架5采用截面为类机翼的扁椭圆形的结构。

[0014] 所述的支撑支架5上下表面两端通过焊接的方式成型。

[0015] 所述的扩散筒1进口为圆形，出口为矩形。

[0016] 本发明优点：

[0017] (1)相对于传统的锥型扩散筒，本发明采用更大出口面积的扩散筒出口；扩散筒(1)进口到出口的圆变矩形的形状、以及圆变类椭圆型的渐变形式，通过降低扩散筒的出口动压，提高风机的静压能力，从而提升了整机能效比和通风换气的风量；为了控制扩散筒的扩压程度。

[0018] (2)、视安装空间大小的不同，扩散筒出口可以采用相对于电机轴平面的对称矩形或类椭圆形，或采用不对称的矩形或类椭圆形，以充分利用高度空间的尺寸。配合隔板，可有效控制等效扩压角度在最优范围之内；扩散筒出口采用矩形，便于把百叶窗从风机集流器进口改到扩散筒出口，从而使得百叶窗对风机流场的扰动降低到最小程度，有利于风机效率的进一步提高。

[0019] (3)、在扩散筒内部安装了隔板(3)，隔板(3)厚度为6mm，有效增加扩散筒进出口扩张面积比的同时，保证了扩散筒的等效扩张角在高效设计范围内，以便于在不增加或略微增加扩散筒(1)轴向长度的情况下，依然保持高的扩散筒效率，同时还起到出口气流导流以及提升扩散桶强度、减少变形量的作用。

[0020] (4)、本发明的扩散筒结构可靠，气动损失小，静压恢复系数高，整机能效比高。该发明所提出的扩散筒的加工制造难度与原常规扩散筒一样，便于推广和使用。

附图说明

[0021] 图1为整机的轴侧视图。

[0022] 图2A为整机的轴向剖面视图。

[0023] 图2B为整机的正向视图。

[0024] 图3为整机的背向视图。

[0025] 图4为扩散筒外壳示意图。

[0026] 图5为轴流风机叶轮、电机及其固定装置。

[0027] 图6为多台轴流风机并联配置示意图。

[0028] 图7为椭圆形式扩散筒结构的实施例。

[0029] 图8为圆顶矩形式型扩散筒结构。

[0030] 图9为矩形式型扩散筒内有隔板的结构。

具体实施方式

[0031] 下面通过附图和实施例，对本发明做进一步详细描述。

[0032] 参照图1、图2A、2B，图3，一种采用矩形出口扩散筒内设隔板的并联式高效轴流风机，多个风机之间采用紧凑的并列式的布置方式，参照图6，进口集流器7通过8个螺钉固定在墙壁上，并与其它同型号风机并排放置，在有限的壁面空间内可排布更多的轴流风机并提升整体的通风量，其中任意一台包括进口集流器7、轴流叶轮2和扩散筒1；进口集流器7通过螺栓固定在所需通风房间的外墙壁上，进口集流器7内部安装“井”字型金属格栅8，图4所示，进口集流器7通过其后段的叶轮外壳与扩散筒1直接相连；如图5，在扩散筒1内通过支撑支架5安装驱动电机4,驱动电机4与轴流叶轮2采用直连方式；在扩散筒1内部且在驱动电机4后部放置隔板3，扩散筒1出口安装有百叶窗6。

[0033] 所述的隔板3始端从驱动电机4后部开始，隔板3终端接近扩散筒1的出口，但以不影响百叶窗6安装位置为限。

[0034] 所述的隔板3，根据出口气流方向要求和隔板上下两部分当量扩张角度的要求，采用水平或者不超过15°倾斜角的方式进行安装。

[0035] 所述的隔板3厚度不超过6mm，采用焊接或者螺栓固定在扩散筒1外壳上。

[0036] 参照图7、图8和图9，所述的扩散筒1的出口形状为矩形或类椭圆形，视安装空间，可保持扩散筒出口形状的中心位于电机轴线上，也可以不位于电机轴线上；包括横向宽度不变、纵向高度增加的长方形或者椭圆形；或者是正方形；或者是椭圆式或半圆顶形的矩形出口。

[0037] 所述的支撑支架5结构为直板搭接结构，直板可以回收风机叶片出口气流的旋转动能，提升风机静压和气动效率。

[0038] 所述的支撑支架5采用截面为类机翼的扁椭圆形的结构，支撑支架5上下表面两端通过焊接的方式成型，为保证支撑结构的稳定性，根据不同电机重量，支撑支架5也可以采用四个钢板进行支撑。

[0039] 所述的扩散筒1进口为圆形，出口为矩形，为了让出口气流流动更平滑从而减少流动损失，从进口圆形到出口矩形的变化型线采用圆弧形状的放样曲线生成，具体截面过渡型线可通过图1或其他相关图可见。

[0040] 本发明的工作及设计原理为：对扩散筒1出口采用矩形结构，可在并排安放多台采用并联运行的风机横向空间有限的条件下，充分利用高度空间宽裕的条件，有效地扩大风机扩散筒1的出口面积，从而降低风机出口气流流速，回收动压，增大风机静压，同时通过扩散筒1内设置隔板3，可有效控制扩散筒内扩散通道的当量扩张角度，控制气流扩散度，减小扩散筒1流动流动损失。根据气流连续性方程可知，增加扩散筒出口面积，即可降低出口气2
流流速，动压计算公式为Pd＝0.5*ρ*v ,其中ρ为空气密度，v为气流速度，因为出口动压降低，进而风机出口气流的动压带走的无用动能也会降低，即降低风机的能量损失。从能量角度看，叶轮加给气体的能量＝(气体静压增大+出口动压+流动损失)*流量，因此，降低流动损失，也是降低叶轮做功的关键环节，扩散筒内的隔板设置就是控制扩散筒内气体扩压度，即控制流动损失的有效手段。

[0041] 对于任意轴流风机，其整机静压效率计算公式为η＝PstQ/W,其中Pst为风机静压升，Q为风机体积流量，W为电机耗电功率，其能效比计算公式为EER＝Q/W。由此看见，降低风机扩散筒出口速度，可降低风机出口动压，减少流动损失，也可以降低叶轮做功，两者都是在保持风机流量不变的情况下，可有效地提升轴流风机的能效比。

[0042] 实施例一：

[0043] 按本发明的技术方案，基于得到广泛应用的商业流场计算程序，对某一畜牧养殖业所用的专用51寸风机进行了计算对比，原风机采用普通锥形扩散筒。首先对风机整机的性能曲线进行了计算，与实际测试结果吻合，证明算法和网格等各个计算设置是正确的。其次，对采用普通的锥形扩散筒的轴流风机和采用新型扩散筒的轴流风机进行了对比计算。3
风机的额定转速为640rpm，风机叶轮外径为51寸,设计风量为50000m /h，风机设计静压为
25Pa。根据计算流体动力学数值实验结果，采用实施例后，相比于传统轴流风机，其能效比从28.1提升至30.9，整机静压效率提升3.05％。流场显示表明，采用新型扩散筒的风机出口速度明显减小，这仅仅是申请人采用了方形出口的新型扩压器的改进和提供效果，以验证本发明的效果。

[0044] 当该风机扩散筒1采用更大的出口时，需要对扩散筒的轴向长度进行设计，以保证扩散筒内的流动损失最小。参考传统圆锥型扩散筒扩张角的定义方法，采用等效扩张角概念，对本发明扩散筒1的扩张角进行定义和设计计算，其计算方式如下：先将矩形或者椭圆0.5
形出口面积Aout转换为等效出口半径Rout，即Rout＝(Aout/π) ，则对于任意形状的扩散筒，其等效扩张角α＝arctan((Rout‑Rin)/L),其中L为扩散筒轴向长度。在本实施例中，保持新型结构等效扩张角在高效范围内，当该风机采用长径比比为1.5：1的椭圆形的出口形状时，其能效比从28.1提升至32.1，整机静压效率提升3.55％；当该风机采用长宽比为1.5：1的半圆顶形矩形出口的新型扩散筒时，其能效比从28.1提升至31.3，整机静压效率提升3.09％。上述两个扩散筒结构实施例如图7、8所示。

[0045] 实施例二：

[0046] 按本发明的技术方案，用得到广泛应用的商业流场计算程序，又对某一畜牧养殖业的专用57寸风机进行了计算对比。原风机采用普通锥形扩散筒。对采用普通锥形扩散筒的轴流风机和采用本发明扩散筒(带隔板)的轴流风机进行了对比计算。风机的额定转速为3
700rpm，风机叶轮外径为57寸,设计风量为60000m /h，风机设计静压为25Pa。当采用普通锥形扩散筒时，其能效比为36.1。在实施例中，保持扩散筒最大横向长度不变，通过增大高度方向的扩散筒尺寸，使得扩散筒的出口面积增大。采用半圆顶‑矩形出口的扩散筒的出口长宽比为1.5：1，同时在扩散筒内加装隔板，保持新扩散筒(设有隔板)的等效扩张角在高效当量扩散角范围内，新风机的能效比从36.1提升至37.9。扩散筒结构实施例如图9所示。

[0047] 显而易见，该发明也可以用于其他直径的轴流风机，一样可以获得提高和改进的效果。以上所述仅是本发明的某些实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明的保护范围内。