离心式风机及其结构的研究综述

许凡

摘   要：离心式风机发展历史悠久，广泛应用于石油、化工等领域，是我国工业领域中重要的通用设备。文章首先分析离心式风机的发展历史，然后分析其3个核心部件：蜗壳、叶轮以及集流器的发展现状，最后分析其发展趋势。

关键词：离心式风机;结构;叶轮

离心式风机主要由蜗壳、叶轮、集流器、轴承、支板等结构组成，其中最为关键的是蜗壳、叶轮和集流器。其工作原理是：离心式风机的叶轮在电机带动下发生旋转，在离心力的作用下，叶轮中的空气被甩出并汇聚在蜗壳中，由于此时的空气流速低、压力高，空气通过排风口进入管道。当叶轮中所有的空气被排完后，形成了负压，因此，在大气压的作用下，外面的空气从吸气口被吸入，进一步带动叶轮旋转。周而复始，离心式风机不断旋转，空气不断流通。离心式风机结构相对简单、制造方便、应用广泛，为我国经济社会的发展作出重要贡献。

1    离心式风机的发展历史

离心式风机历史悠久，早在公元前就已经制造出与离心式风机工作原理类似的砻谷风车。第一台真正意义上的离心式风机是由英国的科学家圭贝尔在1862年发明的，刚开始用于矿山通风，但其效率较低。随后各国科学家在此基础上进行不断的创新和完善，尤其是1898年由爱尔兰科学家设计的离心式风机，得到世界各国的推广和应用。

我国关于离心式风机的研究和制造开始于20世纪50年代，在此之前，我国的风机几乎是靠从国外引进。经过多年的学习和积累，到了20世纪80年代，我国关于离心式风机的研究和制造进入了新的阶段，并具备一定的生产能力。随着我国科学技术的不断进步和发展，进入21世纪之后，我国的离心式风机研究和制造技术也有了质的飞跃。

2    离心式风机发展现状

虽然离心式风机经历了一代又一代的创新和完善，但目前仍然存在一些问题，如风机噪声大、能耗高、效率低、容量小。为了充分优化离心式风机的综合性能，国内外专家和学者展开了大量的研究。本文将对离心式风机结构的发展现状进行分析。

2.1  蜗壳的发展现状

蝸壳的型线形状对离心式风机的内部空气流场有重要影响。蜗壳的结构主要包含蜗壳横截面形状、面积的圆周变化、横截面的径向位置以及蜗口的入口位置，其中蜗壳的入口位置、结构形状对减小冲击和噪音有重要影响。

蜗壳的线型对离心式风机的效率有很大影响，当前离心式风机蜗壳的绘制方法主要是等边基元法和不等边基元法，这两种方法都是在建立在阿基米德螺旋线的基础上进行，而在实际设计过程中，常用4段圆弧来替代阿基米德螺旋线。上海理工大学的叶增明在不等边基元法的基础上，对蜗壳型线研究出一种新的绘制方法，此种绘制方法更接近阿基米德螺旋线，因此受到大力推广。在2015年，Beena.D.B研究指出，当蜗壳宽度为叶轮宽度的1.5倍、蜗口角为24°、蜗壳径向位置减小10%时，能显著提高离心式风机的流量和效率，为离心式风机蜗壳结构的优化提供参考。

2.2  叶轮的发展现状

叶轮在离心式风机中的作用是通过旋转传递能量，对离心式风机效率、压力系数、流量系数和噪声大小具有决定性作用。目前，离心式风机中叶轮的叶片形状可分为直线型、弧线形以及机翼型，为了降低风机的噪声并提高风机的效率，国内外专家对叶轮展开大量研究，取得明显成效。

黄东涛等通过利用叶栅技术，对叶轮进行优化设计，提高风机的设计和运行效率。李景银等则通过在离心式风机轮盖靠近叶片吸立面开孔的方式，使蜗壳内的高压气体产生射流，为分离的流体提供能量，这种方法也能有效提高风机的效率。此外，Seung.H通过将叶片的线型后缘优化成S型后缘，使风机的噪声减小了2.2 dB。由此可知，通过对风机叶轮形状及其相互之间的结构进行优化，可以有效提高离心式风机的运行效率，并降低噪声，对离心式风机技术的发展具有重要意义。

2.3  集流器的发展现状

集流器主要的作用是保证外界的空气能够均匀地进入叶轮的吸气口，降低流动损失，它的结构形式对叶轮气流利用率有重要影响，其位置形式对风机的内流特定有重要影响。当前，离心式风机的集流器结构形式主要有圆筒形、圆锥形、锥弧形以及喷嘴型，以圆筒形为最常见。温选峰等首先研究出了一种椭圆形的集流器，通过实验得出，椭圆形的集流器有利于离心式风机气动性能的提高和噪声的减小。杨昕对集流器的安装位置展开了研究，通过实验得出了最佳的偏心比和偏心角。此外，庄镇荣等提出，当集流器和叶轮之间的轴向间隙为叶轮外径的0.020～0.025倍的时候，离心式风机具有最佳的工作性能。

3    离心式风机发展趋势

离心式风机未来的发展趋势将集中在以下几个方面：（1）智能化调节。随着物联网和电子信息技术的发展，未来的离心式风机将会越来越智能化，例如可以根据周围环境的变化，自动启停，从而节约能量，同时还能对周围环境中的温度、空气压力等参数进行检测和控制。（2）高可靠性。离心式风机广泛应用于矿山、冶金、化工等领域，工作环境恶劣，一旦风机发生故障会造成严重的损失，因此未来离心式风机在提高容量和效率的同时，将会注重风机可靠性的提高。（3）离心式风机在优化设计过程中充分利用软件进行模拟仿真。随着计算机技术的发展，通过仿真软件的应用，不但可以缩短研制周期，还可以节约成本，降低风险。

4    结语

离心式风机具有悠久的历史，经过大批专家学者对其结构和性能的优化。如今，无论是制造工艺还是风机的使用性能，都取得了重大突破。随着科学技术的发展，未来的离心式风机一定会有更加先进的技术。

[参考文献]

[1]张磊，黄康，黄国兴，等.离心风机蜗壳出口结构优化研究[J].流体机械，2019（6）：47-51.

[2]冯培军.离心式通风机结构优化研究[J].机械管理开发，2018（11）：101-102，167.