顺流无阻引风泵的优化设计

付君伟（浙江农业商贸职业学院，浙江绍兴312071)

摘要：优化设计的顺流无阻引风泵，从进气口到排气口的强制排风通道成一条直线形式，气流走向与烟气自然走向完全一致。排风路径上不存在瓶颈或转折区间，除了叶轮的叶片以外更没有其它障碍物挤占排风通道有限的截面积，在排风过程中产生阻流现象的可能性极小，大大提高了排风量。泵体设计构思新颖，实现了齿轮、电动机等传动部件与所排气体介质的完全隔离，避免了烟气、灰尘等气体介质对传动装置的侵蚀，拓宽了引风泵的适应场合，延长了设备使用寿命。构成泵体的主要部件大多采用聚丙烯之类的有机材料一次注塑成型制作，不仅便于部件制造和准确装配，减少震动、抑制噪声也得以实现，引风泵的安装布置可以像敷设排气管道那样从容自如。

关键词：叶轮；引风泵；排风通道；阻流现象；气体介质

引言

粉尘、气味、蒸汽、油烟往往对人们的工作生活甚至安全会造成一定的威胁，在工业厂房、船舶客舱、喷漆烤房和大小厨房等许多工作生活空间里设置除尘排烟、换气排风装置几乎是不可缺少的。焊接作业类、轮毂抛光类、煤矿巷道类施工现场里产生的烟尘往往不易飘散，这给有效除尘排烟带来了一定的困难，不仅危害作业人员的身心健康，甚至会造成恶性安全生产事故。

大型客轮的下部舱室更是需要不断引入新鲜空气，以保证人员活动和设备运行处于自然环境状态。风机是耗能大户，素有电老虎之称，低能耗、高效率的换气设施对于必须连续开动的轮船来说经济效益十分显著。小汽车的维修将近一半的工作都属于钣金喷漆的范围，喷漆过程不可避免产生大量漆雾弥漫在烤漆房中，为了保证漆面光亮，尽快排除漆雾非常必要人们迫切追求厨房空气时刻清新，减少油烟蒸汽的影响，迅速排烟换气便成为大小厨房的基本要求。

然而，在不同场合需要合理解决除尘排烟、换气排风的问题上，似乎可供挑选的成型方案并不多。目前的除尘排气设施多数依靠离心式风机或轴流式风机来实现风流涌动。离心式风机气流路径呈现L型，即进气流沿叶轮轴向直线运动，强制转弯后沿叶轮圆周运动从出气口溢出，气流路径不够顺畅，在此过程中阻流现象和震动噪声不可避免。

轴流式风机的电动机直接占据排风通道截面中心，气流显然要呈现紊流状态，同时排风通道的排风量必然大大减小，噪声更是在所难免。在功率消耗和排风通道截面积一定的前提下，为了使除尘排气设施的排风量尽可能提高，安装布置、排风效果、噪声控制等方面得到改善，我们设计了全新的顺流无阻引风泵。

  1 顺流无阻引风泵的结构

  河流曲折，暗礁密布，急流必然猛烈冲刷河岸，导致河水下泻减缓，并发出阵阵涛声。离心式风机或轴流式风机强制排气的过程与此非常相似。

  为了使烟气尽可能通畅，我们采用了圆筒式泵体结构（参见图1）设计。整个泵体由左右泵壳1、左右轴承5、定位座2、锥齿圈4、定位筒3、左右叶轮6、锥齿轮7和电动机8等部件组成。左右泵壳1通过7个螺钉锁紧成为一体。轴承5采用单列向心球轴承，其内径根据排气管道公称直径选取，其外圈定位在泵壳1的圆筒内壁上，左右轴承的内圈上分别镶嵌锥齿圈4和定位座2。在锥齿圈4和定位座2的内环面上再镶嵌无轴空心叶轮6。定位筒3的两端圆周上布满齿牙，分别顶在锥齿圈4和定位座2的布满齿牙的台阶里，锁紧定位座2、锥齿圈4和左右轴承5，左右轴承内圈也被固定在一起，同时保证烟气在截面一致的排气通道里无阻通过。

  锥齿轮7与锥齿圈4啮合，为了确保锥齿轮7有足够的刚度，它可以采用黄铜或铝合金等金属制造。电动机8的端面通过4个螺栓定位在泵壳1的方形凸台上。当电动机8通电转动后，锥齿轮7便驱动锥齿圈4，然后锥齿圈4、定位筒3、定位座2、左右叶轮5便同步高速旋转，迅速形成进气口的负压。

叶轮结构由叶片、外环和内环三部分一体注塑而成（参见图2），叶片定位在外环和内环之间。左右叶轮的外环面分别与锥齿圈4和定位座2的内环面紧密配合定位。叶片的形状借鉴涡轮风扇喷气发动机进气涵道前端风扇叶片的形式，当叶轮转速一定时合理确定叶片径向转度[10]，以期获得最佳的排气效果。由于左右叶轮旋转方向相同，安装方位相反，所以左右叶轮上的叶片径向转度应恰好相反。

2 顺流无阻引风泵的特点

在电动机功率消耗和通风口截面积一定的条件下，顺流无阻引风泵的排气量会高于一般使用的离心式风机或轴流式风机。因为该引风泵的气流沿管程直线运动，与烟气自然走向完全一致，排气通道十分顺畅。在排气通道上，除了叶轮以外再没有其它障碍物占据有限的排气通道截面积。如果叶轮用聚丙烯等材料注塑成型制造，假定叶轮外围大缘内径为Φ92mm，面积为π（92/2）2=6647.6mm²。

叶轮中心小缘外径为Φ20mm，内径为Φ16mm，小缘截面积为π（20/2）2-π（16/2）2=113.1mm²。叶轮上分布8个叶片，厚度为1mm，每个叶片截面近似矩形，8个叶片截面积之和为（92-20）/2×1×8=288mm²。那么（113.1+288）6647.6=6%。即叶轮自身形成的阻风截面只占排气道截面的6%左右。不仅如此，泵体上的双叶轮同步高速旋转还会放大进气口和排气口之间的负压差，进一步提高引风泵的排气能力。

顺流无阻引风泵的安装布置会更加便利。按照排气量大小等级的高低，该类型引风泵的进、排气口直径将与常用排气管道的公称直径系列相互匹配，引风泵的安装就像一段排气管道的敷设一样容易，不必考虑泵体的方位，只需保证设置在泵体两端的定位架牢固定位即可。

该引风泵的壳体连同进、排气口采用一次注塑成型制作，左右壳体对口处均匀涂满胶水后用8个螺钉锁紧。进气口和排气口与排气管道胶接密封。电动机输出轴端面与泵壳的方形凸台之间设置橡胶垫，通过4个螺栓定位在一起。这一系列措施足以保证引风泵的密封性充分可靠，又容易与排气管道连接密封，克服了一般风机四处漏风的缺陷，大大改善排风效果。

消除烟尘、排风换气是为了给人们创造良好的工作生活环境，如果因此又产生噪声污染同样让人不能接受。因为这些装置往往都安装在人们的活动区域内，近距离长时间承受噪声污染既危害人体健康，导致大脑皮层兴奋与抑制失调，导致神经衰弱，听力下降，又影响临近人群的工作和生活，使其注意力无法集中，降低工作学习效率。该引风泵从进气口到排气口没有任何瓶颈或转折，从根本上减轻了烟气受阻产生震动的可能性，再加上泵壳和锥齿圈等部件多采用聚丙烯等材料一次注塑成型制作，相互之间的震动也很小，吸收噪声的能力却很强，不利于噪声的传播，从而大大降低引风泵带来的噪声污染。

3 结语

很显然，这种引风泵在功率消耗一定的条件下巧妙地增大了排气量，提高了排气效率，节约了设备日常运行支出。它实现了所排气体与齿轮、电动机等传动装置彻底隔离，避免了气体介质对传动装置的侵蚀[16]，运行性能安全可靠，使用寿命大大延长。它结构设计紧凑，零部件装配关系合理，有利于降低生产成本，改善了风机安装布置、排气效果和噪声控制等方面问题，对于饱受粉尘、气味、蒸汽、油烟困扰的工业厂房、船舶客舱、喷漆烤房和大小厨房等众多工作生活空间除尘排烟、换气排风具有广泛的适用性。