一种空调轴流通风机及风筒
技术领域
本发明涉及一种通风机，尤其涉及一种用于空调的轴流通风机及风筒。
背景技术
随着国民经济的发展,我国人民的生活水平日益提高,制冷空调设备已与人们的日常工作和生活密不可分。通风机是空调中必不可少的部件，其性能的优劣在很大程度上影响到整台空调机组的品质, 因此选择合适的通风机产品对空调制造企业有着重要的意义。轴流通风机气流在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动，具有压力系数小、比转速大、结构尺寸相对小、安装简便等特点。因此,轴流通风机适合应用于大风量、安装空间小的场合。
通常，轴流通风机的叶轮出口气流速度较高且速度场不够均匀，导致出口气流速度大动压高、流动损失大、出口排气损失大、噪声大，为了回收轴流通风机静压、降低损失和噪声，常见的技术方案之一是在现有轴流通风机筒体出口端的基础上，再加接一段扩压管段，这一方案的实施，至少增加了一对连接法兰及若干套连接件(如连接螺栓)；另外，也有作者在设计和制作了技术方案二：轴流通风机风筒过程中、在工艺许可的范围内，将出口边缘部制成局部较小的适当扩张形状(锥弧形)。
上述技术方案一：通常会采用诸如螺栓连接的方式将扩压管段与通风机筒体出口进行连接，会增加一对连接法兰及若干套连接螺栓，结构变得复杂，增加了材料和工艺成本；
上述技术方案二：这一方案虽然结构简单，不会增加材料和工艺成本，但是产生的改进效果不够显著。
发明内容
在空调运行过程中，其通风机的高速转动产生噪声。通风机的噪声大致可分为三类：气动噪声、机械噪声和电磁噪声。经相关资料表明：气动噪声约占45％，机械噪声约占30％,电磁噪声约占25％。其中,机械噪声和电磁噪声大都是在风机和电机的制造或安装过程中, 由于工艺方面的缺陷等引起的。在空调轴流通风机噪声中，最主要是气动噪声，气动噪声中，紊流噪声是低压轴流通风机的主要噪声，主要是由于来流紊流和通风机叶片的相互作用、叶片叶尖二次流、叶片尾缘分离三个方面的因素引起的。紊流强度和压力脉动，与噪声密切相关，在空调室外机轴流通风机中，紊流在叶尖的强度很大，因此，在叶尖容易产生叶尖涡，叶尖部位气流的不稳定容易产生噪声，然而，叶尖的气流紧接着进入通风机的风筒，风筒的结构特征与叶尖漩涡的强度有很大的关系，因此，可以通过改变风筒的结构，来改变叶尖旋转的结构和强度，改变叶尖区域的气体流动状态，从而降低噪声。
本发明公开了一种通风机的风筒，以及包括所述风筒的空调轴流通风机，所述风筒由一体成型的进口导流段、直筒段和扩压段组成，能明显降低通风机的噪声，并提高通风机性能和效率，筒体的制作工艺简单，通风机安装维护简便。
本发明的技术方案如下:
一种空调轴流通风机的风筒，包括进口导流段、直筒段和扩压段，气流从所述进口导流段进入沿轴向流通并从扩压段输出，所述进口导流段、直筒段和扩压段一体成型制备而成，所述进口导流段为中空的光滑锥弧形截面圆台体，所述进口导流段的内壁直径从进风口沿轴向逐步减小，所述直筒段为横截面处处相等的中空圆筒，所述扩压段的横截面面积从所述直通段的出气口开始沿轴向逐步增大，所述进口导流段的入口直径为D0，所述直筒段的内径为D1，所述扩压段出气口的内径为D2，所述进口导流段的轴向高度为H1，所述直筒段的轴向高度为H2，所述扩压段的轴向高度为H3，满足H1+H2>H3。
进一步的，所述扩压段的横截面形状为圆形，所述扩压段的纵截面形状为等腰梯形。
进一步的，所述进口导流段的入口直径为D0满足，D0＝(1.10～ 1.25)×D1，H1＝(0.05～0.15)×D1。
进一步的，所述入口导流段、直筒段、扩压段的轴向高度满足以下关系：H3＝(0.6～0.7)×(H1+H2)。
进一步的，所述扩压段出气口的内径满足以下关系： D2＝D1+(0.53～0.73)×H3。
进一步的，金属板或金属圆管通过弯折或冲压后制成一体成型的风筒，所述直通段和所述扩压段的连接处为光滑弧线。
一种空调轴流通风机，所述通风机的叶轮包覆在所述直筒段内，所述扩压段内靠近进气口一侧设置均匀设置有若干电机孔，所述通孔用于将电机支架固定在风筒内，所述扩压段出气口端面上设置有出口法兰，用于将防护网罩固定在所述风筒的出气口端，所述风筒的进气口端设置有用于将风筒固定到空调设备上的安装法兰。
进一步的，所述电机外周直径为Dm，直筒段的流通面积为S2，扩压段出口面积为S3，电机外周截面积为Sm，扩压面积比为SS＝S3/ (S2-Sm)，扩压面积比SS的范围为：1.2～1.5。
进一步的，所述电机支架为3～6个。
通风机叶片通道中主流速度大小是一个很重要的影响噪声大小的因素，通风机噪声的强度，与流体的主流速度呈指数级的正比关系，也就是说，速度的微小变化，对噪声强度是呈指数级放大的，反过来讲，通风机风筒中速度的略微下降，就能使噪声明显降低。因此，在本发明风筒的直筒段后增加了扩压段，扩压段横截面的逐步增加，能有效降低主流速度。通过控制通风机叶尖涡来减小噪声，就是通过改变风筒的结构配置，控制叶尖旋涡的发展，减少叶尖和筒之间的回流，从而减少由于叶尖涡引起的主流阻塞，增大有效的通流面积，降低主流的流速，最终有效的降低噪声。
本发明的有益效果为：
本发明的风筒，能有效降低通风机的噪声，改善通风机的性能：随着筒体内部直径从进口端的D0逐步缩小到直筒段的D1，通流面积也逐步缩小，使进入通风机的气流速度得到逐步增加，在入口压力损失很小的情况下保证进气速度场均匀，与无进口导流段的通风机相比，可明显提高通风机效率。筒体扩压段内通流面积的不断扩大，气流速度得以降低，同时，流场更加趋于均匀，增加了通风机性能的稳定性。
离开叶轮的高速气流在筒体扩压段内逐渐膨胀，速度降低，动压减小，静压增大，即获得了静压回收，在不增加电机功率的前提下，提高了通风机的静压。
通风机或管道内的气流在排气的过程中，因为通流面积突然扩大，会产生排气压力损失，排气损失△p与通风机出口气流速度v2的平方成正比：△p＝k×v22，其中，k为排气损失系数。随着气流离开通风机前的风速减小，通风机的排气损失相应地减小。
扩压段的增加使得网罩与叶片之间的间距加大，通风机出气口的通流面积增大，叶轮出口的不均匀的高速气流改善为速度比较均匀且速度峰值有所降低的气流，因而出口气流的涡流噪声及其与网罩撞击产生的噪声均有所下降。
因为通风机压力和效率有所提高，在满足中央空调机组系统所需的既定风量和压力的前提下，还可适当降低通风机转速，因而还可以进一步降低通风机噪声及有利于长期平稳运行。
本发明的通风机，将电机安装在扩压段，电机中心与电机支架在扩压段的固定点之间的连线是一条向外的斜线，当电机支架安装在直筒段时，电机中心与电机支架在直筒段的固定点的连线是垂直与风筒中心线的直线，因此，电机支架安装在扩压段受力面积增大，支撑效果比电机支架水平安装在常规的直筒出口翻边法兰上更加坚固，因而运行更加平稳，使用寿命更长，另外，因为叶轮转子的跳动导致筒体振动及其相互影响使振动加大这一不利因素得到缓解，故振动产生的二次噪声得以减弱。
附图说明
图1为本发明实施例1空调轴流通风机和常规风机的静压效率- 体积流量曲线图；
图2为常规空调轴流通风机结构示意图；
图3为本发明实施例1空调轴流通风机的整体结构示意图；
图4为本发明实施例1空调轴流通风机的风筒的结构示意图。
图中，1.风筒，2.叶轮，3.电机，4.电机支架，5.网罩，101.安装法兰，102.进口导流段，103.直筒段，104.扩压段，105.出口法兰。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外，还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例1
一种空调轴流通风机的风筒的制造方法，包括一体成型的进口导流段102、直筒段103和扩压段104，其制造工艺为，选取一块长方形的金属平板，金属平板可以选用钢板等具有一定机械强度的材质，平板的长度为2880mm，宽度为400mm，将金属平板的长度方向卷成圆筒状，并将宽度方向的边部分重合后进行焊接，制成的圆筒直径为915mm，高度为400mm，将金属圆筒的一端采用专门的模具和工装液压扩大，形成扩压段，扩压段的横截面面积从所述直通段的出气口开始沿轴向逐步增大，扩压段的横截面为圆形，扩压段的轴向切面为等边梯形，再将风筒的另一端进行扩大，形成侧壁为圆弧形或者其他光滑弧线的进口导流段，制备得到一体成型的具有进口导流段、直筒段和扩压段的风筒，并且在风筒的进风口和出风口翻边，制备成法兰，其中，进口导流段的高度为75mm，入口直径为1070mm，直筒段的高度为120mm，内径为915mm，扩压段的高度为120mm，扩压段的外径为980mm。
本实施例中，空调轴流通风机的风筒也可以通过其他工艺制造得到，比如使用塑料材质，采用模具注塑而成，得到一体形成的具有进口导流段、直筒段和扩压段的风筒，其尺寸与金属板制造得到的风筒一致。
一种空调轴流通风机，采用以上制备工艺得到的包括一体成型的进口导流段、直筒段和扩压段的风筒，通风机的叶轮2包覆在直筒段内，叶轮的圆周方向均匀分布4片弧形叶片，叶轮的轴向中心连接有电机3，电机外周直径Dm为210mm，电机的圆周方向设置有电机支架4，电机支架有若干个支架杆均匀分布在电机的四周，用于将电机固定在风筒内，支架杆的一端固定连接在电机上，另一端固定连接在风筒的扩压段上，优选的，支架杆为3～6个，支架杆在扩压段上固定的点在同一圆周上，优选的，固定点位于扩压段靠近进气口的一端，离进气口的轴向距离小于扩压段高度的三分之一，支架杆在扩压段侧壁上可以通过螺纹连接，也可以是焊接。扩压段出气口端面上设置有出口法兰105，用于将防护网罩5固定在所述风筒的出气口端，所述风筒的进气口端设置有用于将风筒固定到空调设备上的安装法兰 101。
本实施例中，直通段的流通面积S2＝π×D12/4＝0.657m2，扩压段出口面积：S3＝π×D22/4＝0.754m2，电机外周截面积： Sm＝π×Dm2/4＝0.035m2，扩压面积比为：SS＝S3/(S2-Sm)＝1.212。
将本实施例通风机和常规通风机进行性能比较，除风筒外，通风机的其他条件保持一致，其中，常规通风机的风筒为直筒形，不增加零部件，对出口环部进行锥弧形内倒角扩张处理，风筒的高度为 210mm，直径为915mm，在相同的转速下，转速为960r/min，常规通风机的噪声为70.3dB(A),本实施例中的通风机噪声为66.5dB(A),噪声下降了3.8dB(A)，由此可见，通风机的噪声有明显的降低，在两种通风机其他参数一致的情况下，说明本实施例的风筒能明显的降低噪声。
本实施例通风机和常规通风机的性能曲线对比见图1。在相同的通风机流量下，本实施例通风机的静压和总效率明显高于常规通风机的总效率，并且，随着流量的增大，本实施例通风机与常规通风机静压和总效率的差距越来越大，例如当风量为21000m3/h，本实施例通风机的总效率为55.1％，静压为110.2Pa，常规通风机的总效率为 52.2％，静压为102.5Pa，当风量为24000m3/h，本实施例通风机的总效率为59.1％，静压为119.4Pa，常规通风机的总效率为51.3％，静压为103.3Pa。可见，本实施例的风筒对通风机的性能有明显的提高。
