一种高速离心鼓风机
技术领域
本实用新型属于机械技术领域，更具体地说，涉及一种高速离心鼓风机。
背景技术
高速离心鼓风机广泛应用于污水处理、脱硫脱硝、化工、钢铁等工业领域，几何固定、转速固定的离心式鼓风机拥有恒定的工作特性线，当工作流量比设计点流量偏大到一定程度时，鼓风机的性能急剧恶化，升压和效率大大降低，称之为阻塞工况；当工作流量比设计点流量偏小到一定程度时，鼓风机的流量和排气压力周期性地呈低频率、大振幅的波动，机组剧烈的振动，称之为喘振。某些应用场合、如用于污水曝气，对稳定工作流量范围的要求较高，对鼓风机的流量调节能力提出了很高的要求。目前拓宽鼓风机的稳定工作范围大致有两种思路，一是针对固定几何、固定转速的离心鼓风机，降低喘振边界点的流量，简称扩稳，目前研究的技术有机匣处理、叶尖喷气、等离子体控制等技术手段，其中机匣处理以付出的代价较小、效果明显而比较突出；另一个就是变几何、变转速的思路，变转速即改变叶轮的输入转速，变几何的手段主要有可调进、出口导叶，可调喉道面积的扩压器，可变宽度的无叶扩压器等等，这类技术手段取得的流量调节效果明显，不过相应的结构复杂、控制难度增大、机组成本增加。
针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201120303160.5，公开日为 2012年5月2日，该专利公开了一种高效节能型单级高速离心鼓风机包括高速齿轮箱、蜗壳、叶轮、进风体、入口导叶及入口导叶调节机构，特征是：还包括出口导叶和出口导叶调节机构，所述若干个出口导叶安装在高速齿轮箱的高速轴端法兰上的相应轴孔内，并在径向呈均布状态，出口导叶调节机构连接在出口导叶的轴上。该专利的不足之处在于：结构较为复杂且鼓风机的流量调节效果一般。
又如中国专利申请号CN201721439188.5，公开日为2018年7月17日，该专利公开了一种单级组装式离心鼓风机，包括：叶轮、内部设置有所述叶轮的蜗壳、以及用于提供所述叶轮的旋转动力的齿轮传动装置，所述蜗壳的旋转通道入口设置有扩压器，所述蜗壳内设置有支架，所述支架的前端设置有端板，所述支架的后端与型环相连接，并在其连接位置设置有可拆卸的垫圈，所述型环的最高点与所述叶轮之间形成环形间隙；所述叶轮在所述齿轮传动装置的旋转带动下，气流经过所述叶轮及所述扩压器进入所述蜗壳的旋转壳体。该专利的不足之处在于：该鼓风机的调节范围受限，整体结构复杂。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术中的鼓风机流量调节范围小和工作稳定性差的问题，本实用新型提供了一种高速离心鼓风机。本实用新型有效提高鼓风机流量调节范围且使得鼓风机的工作稳定性能较高，整体结构简单。
2、技术方案
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种高速离心鼓风机，包括蜗壳，蜗壳内设置有叶轮，叶轮与驱动机构连接，叶轮上设置有叶片，蜗壳内还设置有扩压器，还包括外机匣，外机匣设置在叶轮的进气侧，外机匣内设置有内机匣，外机匣与内机匣之间设置有回流槽，回流槽一端与叶片顶部的轮盖连接，另一端朝向叶轮进气端。降低了负载，推迟了喘振现象的发生，流量调节范围宽，结构简单，工作稳定。
更进一步的，所述内机匣通过若干个支板固定在外机匣内。提高内外机匣之间的稳固性能。
更进一步的，支板呈叶片状。减小气体流速损失。
更进一步的，支板的数量为4-6个。
更进一步的，外机匣的前端设置有进口导叶。对气体进行一个导向作用，配合回流槽使得离心鼓风机的工作范围拓宽且工作效率高且稳定。
更进一步的，进口导叶的材质为不锈钢。耐磨损能力高且强度高。
更进一步的，所述扩压器为无叶扩压器。提高离心鼓风机的工作范围且结构简单。
更进一步的，所述叶片包括若干个主叶片体，相邻两个主叶片体之间设置有分叶片体，回流槽的一端与主叶片体顶部的轮盖连接。使得叶轮的整体工作效率提高。
更进一步的，叶轮和叶片的材质均为铝合金。质量轻强度高。
3、有益效果
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型在内外机匣之间设置有回流槽，回流槽的一端与叶片顶部的轮盖连接，另一端朝向叶轮的进气端，叶片顶部在工作时负载逐渐增大，叶片后部的压力更高，回流槽的设置能够使得部分低动能流体自动进入到回流槽内回流，再与叶轮进气端主流汇集，增大了叶轮进口的通流量，从而减小了叶片攻角，降低了负载，推迟了喘振现象的发生，流量调节范围宽，结构简单；
(2)本实用新型中内机匣通过若干个支板固定在外机匣内，使得内外机匣之间的连接关系较为稳固，不易因高速流体流动过程中发生分离；且支板呈叶片状，能够降低流体回流的损失；
(3)本实用新型在外机匣的前端设置有进口导叶，进口导叶的设置对进入叶轮的流体进行一个导向和调节作用，进口导叶可沿旋转轴旋转，以调节进口导叶的出口气流角即叶轮的预旋角；结构简单，调节方便；且进口叶片的材质为不锈钢，具有一定的强度与耐磨损性能，有效提高进口导叶的使用寿命；
(4)本实用新型蜗壳内的扩压器为无叶扩压器，无叶扩压器能够减少流体扩大损失，提高其工作效率且结构简单，无叶扩压器不存在叶片和叶轮之间相互干涉而产生的振动现象，因此也就不存在由于两者之间相互振动而引起的疲劳失效问题，使得该高速离心鼓风机工作范围广；
(5)本实用新型中叶片包括若干个主叶片体和分叶片体，主叶片体和分叶片体连接，使得整个叶轮具有较高的工作效率，且叶片与叶轮的材质均为铝合金，质量轻的同时又满足一定的强度要求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为叶片无预旋工作状态图；
图3为叶片正预旋工作状态图；
图4为叶片负预选工作状态图。
图中：1、进口导叶；2、内机匣；3、支板；4、外机匣；5、叶轮；6、回流槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，一种高速离心鼓风机，包括蜗壳，蜗壳内设置有叶轮5，叶轮5与驱动机构连接，所述驱动机构驱动叶轮5旋转，该驱动机构可采用电机驱动或齿轮驱动等现有技术中的驱动机构，因此在本实用新型中不再详细介绍驱动机构；蜗壳内还设置有扩压器，具体的，所述扩压器设置在蜗壳的旋转通道入口处，气体经叶轮5后进入到扩压器中使得气体流速减慢，将气体的动能转换成压力能；叶轮5上设置有叶片，还包括外机匣4，外机匣4设置在叶轮5的进气侧，外机匣4内设置有内机匣2，外机匣4与内机匣2之间设置有回流槽6，回流槽6与叶片顶部的轮盖连接，另一端朝向叶轮5进气端；当叶轮5在工作情况临近喘振边界时，叶轮5上的叶片在叶片顶部处负载逐渐增大，会导致阻塞情况严重，而叶片后部的压力更高，因此回流槽6的一端与叶片顶部的轮盖连接，一来降低叶片顶部处的负荷与阻塞情况；二来回流槽6的设置能够使得部分低动能流体将自动进入回流槽6回流再与叶轮进气端的主流汇集，图1中带箭头虚线为该高速离心鼓风机临近喘振时气体回流路径示意；增大了叶轮5进口的通流量，从而减小了叶片攻角，降低了叶片负载，推迟了喘振现象的发生，流量调节范围宽，结构简单。
如图2、图3和图4所示，图中C1为叶轮进口绝对速度，U1为叶轮进口牵连速度，W1为叶轮进口相对速度，C1沿轴向和切向方向分解为C1a和C1u，C1’表示小流量状态下的叶轮进口绝对速度，W1’表示小流量状态下的叶轮进口相对速度，U1’表示小流量状态下的叶轮进口牵连速度；’表示小流量状态；根据欧拉透平方程，离心式的叶轮5旋转时传递给单位质量气体的能量由下述的公式确定：
W＝C2u*U2-C1u*U1
式中：W表示能量；C2u表示叶轮出口绝对速度沿切向方向的分速度；C1u表示叶轮进口绝对速度沿切向方向的分速度；U1、U2分别表示叶轮5的进口、出口牵连速度；
由于叶轮5的转速不变，则叶轮5进、出口的牵连速度U1、U2不变；由图2至图4所知，无预旋时C1u为零，正预旋时C1u为正值，负预旋时C1u为负值，而C2u由叶轮5出口的叶片角和滑移因子确定，此处可认为不变，那么相同进气流量下，负预旋的作功量最大，无预旋居中，正预旋的作功量最小，对应的压气机特性线即往小流量方向偏移；具体的，轴向进气称为无预旋，气流向叶轮5旋转方向偏转称为正预旋，气流向叶轮5旋转的反方向偏转称为负预旋；当叶轮5工作于小流量状态时，轴向速度C1减小至C1’，叶轮5进口的相对速度降低至W1’，进口攻角却增加，攻角的增加将导致叶片顶部的负载增大最终出现喘振现象；因此在内外机匣之间设置有回流槽6，回流槽6一端与叶片顶部的轮盖连接，另一端朝向叶轮5的进气端，使得叶轮5中一部分低能流体的动能不足以流向下游而转化为压力，从而转向回流槽6回流变相地增大了叶轮5进口的通流量，从而减小了叶片攻角，降低了叶片顶部的负载，推迟了喘振现象的发生；此外由于叶片的旋转，回流的气体已经具有了一部分的切向速度，回流气体与主流掺混后相当于增加了正预旋量，同样使得流量向减小的方向偏移，有效拓宽该高速离心鼓风机的工作流利范围，并且提高其工作效率。
实施例2
基本同实施例1，优选的，所述内机匣2通过若干个支板3固定在外机匣4内，使得内外机匣之间的连接关系较为稳固，不易因高速流体流动过程中发生分离；更具体的，支板3呈叶片状，能够有效降低气体流动损失；在本实施例中，优选的，所述支板3的数量为4-6个，且呈周向均匀分布在内外机匣之间，支板3的数量太少会使得内外机匣之间的连接不够稳固；数量太多则抑制气体的切向速度并且产生气体流量损失。
实施例3
基本同实施例1，与实施例1不同的是在本实施例中外机匣4的前端设置有进口导叶1；外机匣4的进气流道采用平直或略微收缩的形式以减小分离、降低流动损失，进口导叶1可沿其叶片根部自带的小轴旋转，以调节进口导叶1的出口气流角，亦即叶轮5的预旋角；采取正预旋时，机组特性线将向小流量方向偏移；进口导叶1可调节叶轮5进口的预旋量，采取正预旋时，鼓风机流量可相应减小；且回流槽6的一端与叶片顶部的轮盖连接，另一端朝向进口导叶1与叶轮5进气端之间，使得回流的气体能与进口导叶1之后的主流气体汇集；更进一步的，所述进口导叶1呈机翼形；减少叶型损失，且进口导叶1的材质为不锈钢；耐磨损能力强且具有一定的强度，有效提高进口导叶1的使用寿命；
进口导叶1与回流槽6的结合设置，使得该高速离心鼓风机综合流量调节能力可以达到 50％～110％的设计点流量；拓宽该高速离心鼓风机的稳定工作范围，同时在该范围内保持较高的效率；且结构简单，控制复杂程度大大降低，整体的制造成本也更低，具有较大的优势。值得说明的是，传统的带单可调进口导叶的离心鼓风机最小工作流量约设计点流量的70％，只有配合出口导叶联合调节，才能达到50％的设计点流量；本实用新型使得离心鼓风机在50％的设计点流量下能够正常地工作，鼓风机组的流量调节范围宽，同时结构简单，制造成本低。
实施例4
基本同实施例1，优选的，所述扩压器为无叶扩压器，无叶扩压器能够减少流体扩大损失，提高其工作效率且结构简单，无叶扩压器不存在叶片和叶轮5之间相互干涉而产生的振动现象，因此也就不存在由于两者之间相互振动而引起的疲劳失效问题，使得该高速离心鼓风机工作范围广；更进一步的，所述叶片包括若干个主叶片体，相邻两个主叶片体之间设置有分叶片体，回流槽6的一端与主叶片体顶部的轮盖连接，使得整个叶轮5的工作效率较高，并且在近喘振工况时将该处气流引出至进口导叶1之后回流，降低主叶片的叶尖处负载和阻塞情况；此外，叶轮5和叶片的材质均为铝合金，质量轻的同时又满足了一定的工作强度。
本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。
