多翼式離心風機

隨着現代工業的飛速發展，風機產品在各行業中得到了越來越廣泛的運用，包括冶金行業的氧氣頂吹煉鋼、能源工業中鍋爐送風、核工業中的特殊元素提取、國防工業的航空風洞實驗、民用的吸油煙機等。風機的工作是以輸送流量、產生全壓、噪音、所需功率及效率來體現的，這些工作參數之間存在着相應的關係，因此想要合理使用風機，必須要充分了解這些參數之間的關係，但由於風機理論目前還不太完善，風機內部流場也很複雜又不可見，很難準確描述，很多設計參數也仍依賴於經驗數據，風機性能也依賴以實驗測試，因此開發出一款性能較佳的多翼離心風機的相對比較困難，尤其家用吸油煙機風機，使用工況更復雜，面對的困難也更大 ^[2]  。

由於中國經濟的不斷髮展，中國家電市場也是日新月異，吸油煙機作為廚房家電的主要品類近幾年的銷量都以15%左右的速度增長，2013年中國市場吸油煙機的銷售量達到1230多萬台，製造吸油煙機的廠家也有近百家，消費者對吸油煙機品質和性能的要求也越來越高，消費者總希望在滿足低噪音的同時，吸油煙機以更高壓力排出更多的油煙量。多翼離心風機由於其壓力系數高、流量係數大、體積小、噪音低的優點，目前己作為吸油煙機首選配置。因此，快速開發出一套空氣性能較佳的家用吸油煙機多翼離心風機非常有意義，即能降低開發成本和節約開發時間，又能提高產品市場競爭力，佔領更多的市場份額。

傳統的風機設計方法是依據產品功能的要求，設計人員根據經驗提出設計方案，並對給定方案進行分析和實驗，尋求最終可行的方案。這一過程需要做大量的模型對比實驗。這就要求設計人員具有豐富的設計經驗，整個設計過程週期長、費用高、效率低。風機是一個由葉輪、集流器和蝸殼等部件構成的有機整體，各部分元件的每個幾何尺寸都能起非常重要的作用。所以改變傳統設計方法，以數學計算為理論基礎，利用電子計算機的高速計算，對多種可行性方案進行流體仿真計算，求得最佳匹配的風機結構參數，既可克服常規設計方法不能使設計過程數據化的弊端，同時可減輕設計勞動強度，提高設計效率，減少實驗成本和實驗時間。

多翼離心風機的使用歷史悠久，其主要特點是外形尺寸小、噪音低、風壓高等，非常適用用於家電類產品，目前國內的吸油煙機產品主要使用的風機時多翼離心風機。幾十年來，為了提高多翼離心風機的效率，進一步降低其噪聲水平，優化其綜合性能，國內外學者對多翼離心風機的理論和實驗研究不斷深入，作了大量工作，總結出若干準則，以指導風機設計。目前，國內外對多翼離心風機的研究主要集中在風機結構參數的優化實驗研究、風機噪聲機理及治理的研究和風機過內部流場的數值模擬研究等幾個方面。多翼離心風機是離心風機的一種，也是常見的一種通風機，因為該種風機採用的葉輪為多翼式風葉，故而通俗形象地稱為多翼離心風機，其應用非常廣泛。

多翼式離心風機一般由葉輪、機殼、集流器、電機和傳動件（如主軸、帶輪、軸承、三角帶等）組成。葉輪由輪盤、葉片（葉片數一般為8～16）、輪蓋、軸盤組成。機殼由蝸板、側板和支腿組成。離心風機可以採用葉片前傾或後傾葉片，對風量風壓的要求適應更廣。而且櫃內能做消聲處理，在噪聲指標上有很明顯的優勢。電機與風機一般是通過軸連接的。引多翼式離心風可製成右旋和左旋兩種型式。從電動機一側正視，葉輪順時針旋轉，稱為右旋轉風機，逆時針旋轉，稱為左旋。

多翼離心風機是一種依靠輸入的機械能，提高氣體壓力並排送氣體的機械，廣泛用於工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建築物的通風、排塵和冷卻;鍋爐和工業爐窯的通風和引風;空氣調節設備和家用電器設備中的冷卻和通風;穀物的烘乾和選送;風洞風源和氣墊船的充氣和推進、吸油煙機的排油煙等。它根據動能轉換為勢能的原理，利用高速旋轉的葉輪將氣體加速，然後減速、改變流向，使動能轉換成勢能(壓力)，進而實現通風或排塵等功能，其壓力增高主要發生在葉輪中和蝸殼擴壓段 ^[3]  。

多翼式離心風機實質是一種變流量恆壓裝置。因其工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由於氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。當轉速一定時，離心風機的壓力一流量理論曲線應是一條直線。由於內部損失，實際特性曲線是彎曲的。

多翼式離心風機廣泛用於工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建築物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業爐窯的通風和引風；空氣調節設備和家用電器設備中的冷卻和通風；穀物的烘乾和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。

風機已有悠久的歷史。中國在公元前許多年就已製造出簡單的木製礱穀風車，它的作用原理與現代離心風機基本相同。1862年，英國的圭貝爾發明離心風機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，木製葉輪採用後向直葉片，效率僅為40%左右，主要用於礦山通風。1880年，人們設計出用於礦井排送風的蝸形機殼，和後向彎曲葉片的離心風機，結構已比較完善了。

1892年法國研製成橫流風機；1898年，愛爾蘭人設計出前向葉片的西羅柯式離心風機，併為各國所廣泛採用；19世紀，軸流風機已應用於礦井通風和冶金工業的鼓風，但其壓力僅為100～300帕，效率僅為15～25%，直到二十世紀40年代以後才得到較快的發展。

1935年，德國首先採用軸流等壓風機為鍋爐通風和引風；1948年,丹麥製成運行中動葉可調的軸流風機；旋軸流風機、子午加速軸流風機、斜流風機和橫流風機；2002年，中國的防爆離心風機，在化工，石油，機械等領域廣泛被採用。

性能特點：多翼式離心風機實質是一種變流量恆壓裝置。因其工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由於氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。 當轉速一定時，離心風機的壓力-流量理論曲線應是一條直線。由於內部損失，實際特性曲線是彎曲的。離心風機中所產生的壓力受到進氣温度或密度變化的較大影響。對一個給定的進氣量,最高進氣温度（空氣密度最低）時產生的壓力最低。對於一條給定的壓力與流量特性曲線，就有一條功率與流量特性曲線。當鼓風機以恆速運行時，對於一個給定的流量，所需的功率隨進氣温度的降低而升高。

多翼離心風機的設計計算包括結構設計計算、空氣動力設計計算和強度計算等多翼離心風機的空氣動力設計計算。為滿足所需要的流量、全壓及其它要求，所進行的通風機流道幾何尺寸的計算，稱之為空氣動力設計計算。設計過程中需要遵循以下幾點原則 ^[4]  。

a)滿足產品空氣性能設計要求，多翼離心風機通過葉輪旋轉，獲得一定的流量和風壓，為產品提供動力，實現產品排煙、送氣等功能，因此滿足產品空氣性能設計要求是多翼離心風機設計過程的首要原則。

b)平均效率要高，多翼離心風機在管網工作時，其工況點不一定落在額定工況上，管網阻力改變非常頻繁，工況也時常發生變化，如僅僅把風機的額定工況點作為評定標準是不恰當的，而以平均效率做為評定風機的經濟性指標更加合理。

c)尺寸要小，重量要輕，一般來説，多翼離心風機尺寸越小，重量就越輕，材料也越少，成本也越便宜，啓動也相對容易，而對應的產品，如吸油煙機，不但成本更少，而且外觀也更精緻。

d)噪音要低，噪音是一中公害，她會影響人們的休息和健康。我國對於新建企業及車間都有標準規定，噪音不得超過85dB(A)，對不同環境也有不同規定，如會議室及辦公室噪音不得超過35dB}A)，體育館不得超過45dB(A)。因此，設計風機時，應對噪音有所限制。

e)運轉可靠性要高，特別要求運轉可靠，多翼離心風機一般都是5年以上運轉，因此，迴轉部件要有足夠的強度，另外還要求結構簡單、製造容易、工藝性好等。