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    淺述國內制冷空調用軸流通風機的現狀與發展
    2012-03-28

           隨著國民經濟的穩步發展,我國的制冷空調行業景氣指數近年來一路走高,制冷空調設備已與人們的日常工作和生活密不可分。


           從2004年制冷設備工業產品生產許可證制度實施以來,已取證的制冷空調制造企業越來越重視自身技術的提升和產品的綜合品質,節能、環保正逐步成為制造企業為適應用戶越來越嚴格的要求而必須努力實現的目標。在設備主機自身效率改善難度增大以及其它主要部件制造成本壓力的作用下 , 空調機表冷器強制熱交換所使用的軸流通風機等輔機也越來越受到空調制造商的重視,使用效率高的軸流通風機在保證能效達標時可以最大限度地降低系統和換熱器的制造成本。同時,軸流通風機又是部分空調外機的主要噪聲源,而低噪聲的室外機產品更容易得到市場的認可。因此,空調機在軸流通風機的選用及匹配上尚有較大的改善余地。


    1 軸流通風機在制冷空調行業的應用

           制冷空調用軸流通風機(以下簡稱“軸流風機”)主要是指各類空調機組強制性熱交換場合所使用的軸流式通風機,不包括用于舒適性通風換氣、加熱降溫以及專門用于紡織空調的軸流式通風機、冷卻塔專用軸流式通風機等。


           軸流通風機常用于各類風冷熱泵機組、風冷單元式空調機、多聯式空調機等。根據表冷器的設計參數,通??蛇x用低靜壓的自由式軸流風扇或靜壓相對較高的軸流風機。就具體應用而言,多數風冷式大中型中央空調強制熱交換所使用的是靜壓相對較高的單級軸流風機,而風冷式戶用型中央空調和家用空調器的外機多采用低靜壓的自由式軸流風扇散熱。軸流風機多采用立式安裝的型式,而自由式軸流風扇則多是臥式安裝。


           目前,多數空調主機生產廠是根據表冷器阻力的經驗數據及其需要的換熱量來選配風機。由于風機還需要克服除表冷器阻力外的系統其它部分的阻力,如有些空調機組外殼的筋板、壓縮機與表冷器的連接管路和閥件等,另外表冷器翅片的倒伏也會造成局部阻力的變化。因此,時常會出現某些機組匹配的軸流風機在低風量、大阻力、高功率的工況下運行,導致整機能效比偏低、風機用電動機易過載燒毀等狀況發生。如何科學合理地匹配軸流風機,需要風機制造廠家與其用戶進行更多技術層面上的交流。


    2軸流風機的現狀

    2.1軸流風機生產企業的概況

           目前為止,已經取得制冷設備生產許可證的制冷空調用軸流通風機制造企業有70余家。這些軸流風機制造企業主要集中在華東地區及廣東省,其分布區域比例見圖1。

    20200424165250_48975.jpg

           就軸流通風機制造企業目前的經營狀況而言,大多數國內品牌的制造商未能擺脫主要是依靠較低的價格來占領市場的經營策略。多數企業的產量是每年遞增的,但是從2008年的統計數據來看,多數企業的總產值并沒有大的增長,企業的生產規模按其年銷售額進行劃分的統計圖表見圖2。

    20200424165321_57844.jpg

           就企業目前的技術人員配備而言,許多中小規模的軸流風機制造企業基本上沒有能獨立進行設計開發、試驗定型的專業技術人員,很多企業基本上處于完全仿制生產的狀態,企業老板兼技術員、生產廠長和銷售員于一身。因此,也就導致了其產品一直在行業的低技術水平徘徊。很多企業無人能有足夠的技術水平和用戶進行風機的選型、匹配等方面的溝通,也就不可能有針對性地進行產品研發。


    2.2 軸流風機產品概況

           應用于風冷式中央空調機組表冷器強制熱交換的軸流風機,其葉輪直徑大多在500~1000mm,單臺風機的風量一般不超過28000m3/h ,靜壓不高于200Pa。軸流風機的葉輪一般與電動機直聯,主要有普通型電機直聯和外轉子電機直聯兩種型式。軸流風機選用的電動機以4極、6極、8極居多,部分特殊場合選用2極、10極電動機驅動。


           通過對部分空調機組和軸流風機生產企業的調查統計,得出如下不同公稱直徑葉輪的風機應用數量比例分布情況,見表1。

    20200424165410_53197.png

          其中,φ630mm的公稱直徑還包括了φ600mm、φ650mm兩種規格的葉輪,φ710mm的公稱直徑還包括了φ700mm規格的葉輪。制冷空調用軸流風機整機主要由風筒、支架、網罩、電機和葉輪組成。


           多數軸流風機制造企業的電機為外購件,其余部件自制后組裝成整機出售或將散件直接發貨到用戶處進行組裝。由于多數情況下散件組裝時的工藝操作不是很規范,從而易導致同一批的產品性能有較大差異。


           軸流風機的葉輪一般用金屬或工程塑料制作:金屬材質主要選用的是優質碳素結構鋼、硬鋁板或鑄造鋁合金;工程塑料主要選用的是酚醛樹脂、聚苯乙烯(PS)、ABS塑料等。金屬材質葉輪具有強度高、使用壽命長的優點;塑料材質葉輪具有質量輕、噪聲低的優點。葉輪的葉片數以3~7片最為常見,從外形上來看,多屬于上寬下窄的葉型。因制造工藝不同,葉片與輪轂之間可以采用鉚接、焊接或螺栓聯接結構。


    2.3 國內外同類制造企業和產品的比較

           目前,已有一些發達國家的軸流風機制造企業進駐國內,如日本大金、德國EBM等。國外的知名企業大多技術力量雄厚,具有很強的產品研發能力,而且其制造工藝水平高,試驗及檢驗設施完備,產品的更新換代速度快,能有針對性地為提供用戶優質的產品。另外,國外同類產品的配套行業也有很高的技術與制造水準,如材料、電動機、軸承等行業廠。就目前國內軸流風機制造企業的狀況來看,整體實力與國外同類制造企業有一定的差距。


           在空調機組上所使用的軸流風機主流產品中,國內品牌的風機與國外品牌或進口的相同額定氣動參數的風機產品相比,主要存在以下差距。

    (1)整機效率偏低,能耗較高。

    (2)風機特性曲線較陡,適應變工況的能力差。

    (3)整機噪聲較高。

    (4)配用的國產電動機的效率低,且可靠性、穩定性差。

    (5)使用壽命較短。

    (6)外觀粗糙,工藝水平較落后。


    3  軸流風機的發展前景

    3.1 軸流風機的市場前景

           隨著經濟的發展,我國城市化進展的速度進一步加快,公共及私有建筑物的數量及容量與日俱增,對各類中央空調的需求量也越來越大。軸流風機作為多種空調主機必備的重要輔機產品,其市場需求受其帶動也必然增長。



           從中央空調機組市場需求的發展來看,葉輪直徑在560~800mm的軸流風機的需求量增長最快。從用戶的使用要求來看,低噪聲的外轉子軸流風機的需求量日益增長,高效率機翼型葉片的軸流風機的市場需求也越來越大。一些發達國家的知名軸流風機制造企業在國內設廠生產,其國內制造的軸流風機漸不遜色于直接進口的同類產品品質,而其制造成本大幅度降低,價格優勢日益凸顯。同時,軸流風機行業內的競爭也必然日趨激烈,一些有規模效益的企業在競爭中會得到進一步提升的機會,而一些缺乏核心競爭力的小企業其生存空間勢必越來越小。


    3.2 軸流風機的技術發展趨勢

           從我國政府的倡導和用戶的長期需求兩方面綜合來看,開發高效率的節能型產品與低噪聲的環保型產品是大勢所趨。通過使用一些新型的計算軟件對風機的流場與強度等進行模擬、計算,然后與試驗檢測數據對比,可以更快捷準確地得出其空氣動力性能參數。


    設計制造高效率的軸流風機主要可以通過以下途徑來實現1-2]。

    (1)設計開發出合適的葉片型線,以減小葉柵中的摩擦損失和尾跡渦流損失。

    (2)確定適當的葉片數和輪轂比,以減小二次流損失。

    (3)設計合理的筒狀機殼高度和葉輪徑向間隙,以減小環面損失。

    (4)匹配合適的高效率電動機,以提高整機效率。

    (5)改進設計風機筒狀機殼的進口集流部位,以改善進口氣流狀況。

    (6)改進設計風機出口的網罩,以減小出口阻力。

    (7)將風葉與電動機支架改進設計,讓其盡量發揮出導流的作用。

    (8)完善試驗檢驗設備,以便及時掌握風機的實際空氣動力性能。


    設計制造低噪聲環保型的軸流風機除了需要對葉片的型線、葉片數、葉輪徑向間隙以及電動機進行合理地設計與選配外,還可通過以下途徑來實現:

    (1)提高動平衡精度,以減小整機振動產生的噪聲;

    (2)采用具有一定吸聲性質的材質制作葉輪等部件,以減小因葉片自身振動而產生的輻射噪聲;

    (3)根據仿生學原理設計開發新型低噪聲葉片。


    4  結論

           目前,國內的制冷空調用軸流風機制造企業還處于蓬勃發展的階段,不可避免地會碰到各種困難或問題。隨著我國制冷空調產品市場的逐步規范,軸流風機制造企業的生存不可能完全依賴價格優勢。只有積極投入人力物力,著手新品研發,完善企業自身的軟硬件建設,不斷提高產品的技術含量和改善產品的制造工藝水平,軸流風機制造企業才能走出靠低質低價爭奪市場的惡性循環,才能真正地在國內乃至國際市場上占有一席之地。


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