离心式鼓风机主要结构形式解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心式鼓风机、结构形式、叶轮、蜗壳、气动性能、机械结构

引言

在工业流体输送与气体处理领域，离心式鼓风机扮演着不可或缺的角色。其广泛应用于污水处理、冶金炼钢、化工合成、电力脱硫、水泥制造以及纺织印染等众多行业，为各种工艺流程提供稳定的空气动力和气体循环。作为一名风机技术从业者，深刻理解离心式鼓风机的核心—其多样化的结构形式，是进行设备选型、性能优化、故障诊断及维护保养的基础。本文旨在系统性地解析离心式鼓风机的主要结构形式，深入探讨不同结构对风机性能、效率及适用场景的影响，以期为同行和相关领域的技术人员提供一份详实的参考。

第一章：离心式鼓风机核心工作原理简述

在深入结构之前，有必要简要回顾其工作原理。离心式鼓风机的工作原理基于牛顿第二定律和角动量守恒。

当电机或轮机等原动机驱动风机主轴旋转时，叶轮随之高速转动。叶轮间的气体介质在叶片的作用下做高速旋转运动，并在强大的离心力作用下被加速、甩离叶轮中心，沿叶道向叶轮外缘运动。在此过程中，气体的静压能和动能均获得增加。

这股高速高压的气体随后进入蜗壳形或圆筒形的机壳（压出室）。机壳的流通截面通常设计为逐渐扩大的渐扩形，依据伯努利方程，气体流速逐渐降低，部分动压能有效地转化为静压能，最终形成具有一定压力的气流，从出风口输送至管网系统。

与此同时，在叶轮的中心区域，由于气体被甩出，形成了低压区（甚至真空），外界气体在大气压的作用下，不断地经进风口被吸入叶轮，从而形成了一个连续、稳定的气体输送过程。

其产生的全压（P）理论上与气体密度（ρ）、叶轮圆周速度的平方（u²）成正比，可用以下中文公式描述：
全压 ≈ 密度 × 圆周速度的平方 × 压力系数
其中压力系数是一个与风机结构形式密切相关的无量纲常数。

第二章：按进气方式划分的结构形式

这是离心风机最基础、最重要的分类方式，直接决定了风机的整体构造和气动特性。

第一节：单吸式离心鼓风机

单吸式结构是指气体仅从叶轮的一侧轴向吸入。其结构特点是：

叶轮形式：通常采用闭式或半开式叶轮，单侧有进气口。 轴向力：由于气体只从一侧进入，叶轮两侧的盖板所受气体压力不对称，会产生一个指向进气侧的显著轴向力。这个轴向力必须由推力轴承来承担，对轴承的选型和寿命有较高要求。 结构特点：机壳结构相对简单，制造、安装和维护较为方便。 应用范围：适用于中低压、中小流量的工况。是目前应用最广泛的结构形式之一，常见于各种通风、鼓风装置。

第二节：双吸式离心鼓风机

双吸式结构是指气体从叶轮的两侧同时、对称地轴向吸入。

叶轮形式：叶轮两侧都有进气口，通常为双吸式闭式叶轮。 轴向力平衡：这是双吸式最突出的优点。由于两侧进气对称，气体对叶轮产生的轴向力相互抵消，实现了良好的自平衡。这极大地减轻了推力轴承的负荷，提高了轴承和整机的运行可靠性及寿命，特别适合于高功率应用。 流量优势：在相同的叶轮外径和转速下，双吸式结构可以提供近乎翻倍的气体流量。 结构特点：机壳通常为水平剖分式，结构相对复杂，体积和重量也更大。 应用范围：主要用于大流量、中低压的工况，如大型锅炉的引送风机、矿井主通风机等。

第三章：按机壳结构划分的形式

机壳不仅是承压部件，其结构也直接影响能量的转换效率。

第一节：蜗壳式离心鼓风机

蜗壳式是离心风机最经典和常见的结构。其机壳形似蜗牛壳，流通截面围绕叶轮从隔舌处开始逐渐扩大。

能量转换效率高：渐扩形的流道设计非常符合气体动压转换为静压的需求，转换效率高。 结构紧凑：能够紧密地包裹叶轮，结构相对紧凑。 出流方向：出风口方向通常固定，可根据需要设计成向上、向下、水平等特定方向。 应用：绝大多数单级离心风机均采用此种结构。

第二节：简形机壳式离心鼓风机（筒式）

这种结构主要用于多级高压离心鼓风机。

结构特点：机壳是一个整体的圆筒，转子（包含多级叶轮、轴等）整体从一端装入。端盖和轴承箱用螺栓与筒体连接。 承压能力强：圆筒形结构承压性能极佳，非常适合高压工况，设计压力可达1.0MPa以上。 制造与维护：制造精度要求极高。检修时需将整个内组件（转子+隔板等）从筒体中抽出，不如水平剖分式方便，但确保了高压下的气密性和结构强度。 应用：广泛应用于石化、化肥、制药等行业的高压气体输送，如空分装置中的空气增压机、合成气循环机等。

第三节：水平剖分式离心鼓风机

其机壳沿轴心线的水平面剖分为上、下两半（上缸体和下缸体），用螺栓连接。

维护便利性：最大的优点是检修极其方便。只需吊开上缸体，即可直接暴露整个转子及内部流道部件（如隔板、密封），无需拆卸进出口管道和移动转子，大大缩短了检修时间和工作量。 承压限制：由于水平中分面存在密封问题，其承压能力通常低于筒形机壳。 应用：适用于中压、多级离心鼓风机，是石油化工、冶金等领域常见的大型工艺风机所采用的结构。

第四章：按叶轮结构划分的形式

叶轮是风机的“心脏”，其结构直接决定能量传递的效率和性能曲线。

第一节：闭式叶轮

由前盘、后盘和夹在其中的叶片焊接或铆接而成。结构强度高，效率通常最高，因为它最大限度地减少了气体在叶轮内的泄漏（窜流）损失。这是最常用、最高效的叶轮形式，适用于输送清洁气体。

第二节：开式叶轮

没有前盘和后盘，叶片直接固定在轮毂上。结构简单，制造方便，不易堵塞。
但效率低，因叶尖与机壳间间隙泄漏损失非常大。主要用于输送含固体颗粒、纤维或粘性物质的气体，如排尘风机、物料输送风机。

第三节：半开式叶轮

只有后盘，没有前盘。性能和特点介于闭式和开式之间。效率高于开式但低于闭式，抗堵塞能力优于闭式。常见于污水曝气鼓风机或输送含有一定杂质的气体。

第五章：按叶片出口角划分的结构形式

叶片出口角（β2）是叶轮最关键的几何参数之一，它决定了风机的压力-流量性能曲线的形状。

第一节：后向式叶片（β2 < 90°）

叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反。

特点：效率高，功耗低，性能曲线呈陡降形（压力随流量增加下降较快），具有功率自限性（即功率曲线有峰值，随流量增加而下降，电机不易过载），运行稳定，噪声低。 应用：是现代中高压、高效率离心风机的绝对主流，适用于绝大多数清洁气体的工况。

第二节：径向式叶片（β2 ≈ 90°）

叶片出口方向为径向。

特点：结构坚固，耐磨损，耐腐蚀，易于制造。效率低于后向式。性能曲线介于后向和前向之间。 应用：常用于排尘、物料输送或处理腐蚀性气体。

第三节：前向式叶片（β2 > 90°）

叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相同，俗称“多翼式”或“强前向”叶轮。

特点：在相同的转速和叶轮直径下，能产生较高的压力。但效率较低，性能曲线较平坦，功率曲线呈上升形（随流量增加而持续上升，电机有超载风险），噪声较大。 应用：常用于需要小尺寸产生大风压的场合，如家用空调室内机、汽车空调鼓风机、小型通风设备等。在工业大功率领域已较少采用。

第六章：驱动与传动结构形式

直联驱动：电机通过联轴器直接与风机主轴连接。结构紧凑，传动效率100%，是大多数大中型风机的首选。 皮带传动：通过皮带和带轮连接电机和风机。优点是可以通过改变带轮直径来灵活调整风机转速，从而调节风量风压，安装找正要求较低。缺点是传动有滑差和效率损失，需定期维护更换皮带。 齿轮增速驱动：对于高速离心鼓风机（如单级高速离心鼓风机），电机转速往往无法满足要求，需通过齿轮箱增速箱将转速提升至数万转每分钟。结构复杂，制造精度和润滑系统要求极高，但能实现极高的单级压升和紧凑的结构。

总结

离心式鼓风机的结构形式多样，每一种设计都是针对特定的性能需求、介质特性、压力范围和工况条件而做出的最优选择。单吸与双吸决定了流量和轴向力平衡；蜗壳与筒形决定了承压与维护性；闭式、开式与半开式叶轮应对不同的介质清洁度；而后向、径向与前向叶片则塑造了迥异的性能曲线。

在实际的选型与应用中，绝不能孤立地看待某一结构，而应综合考量，权衡效率、可靠性、成本与维护便利性。例如，处理洁净空气的大流量锅炉引风机，可能会选择双吸、蜗壳、后向闭式叶轮、直联驱动的水平剖分式结构；而输送高压合成气的循环机，则必然采用多级、筒形、后向闭式叶轮、齿轮增速的结构。

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