CN104696282B - 一种离心风机蜗壳设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心风机蜗壳型线设计方法，所述蜗壳型线设计方法中R0为离心风机叶轮半径，A为螺旋线的开度，包括以下步骤：1)运用CATIA软件，在CATIA软件草绘中，利用极坐标创建一组点，点的极坐标为(R(θ)，θ)，其中，R(θ)＝R0×e^θ/K为方程一，e为数学常数，e＝1+1/(1！)+1/(2！)+1/(3！)+…+1/(n！)≈2.71828，θ为任意的一个角度，需转换为弧度单位，K为一固定常量，K值通过A＝R(360)‑R0和方程一计算得出；2)用样条线命令依次连接各点，创建样条线；3)双击样条线，出现“样条线定义”对话框，将对话框中控制点均定义为相切，定义完成后即完成蜗壳型线的创建。能有效降低了空调系统风机的噪音值，提高了空调系统离心风机的效率。

Description

一种离心风机蜗壳设计方法

技术领域

本发明涉及离心风机技术领域，尤其是涉及一种离心风机蜗壳设计方法。

背景技术

离心风机的蜗壳作用是将离开离心风机叶轮的气体导向蜗壳出口，并将部分动压转变为静压。

蜗壳的结构是复杂的空间曲面体，蜗壳的型线是螺旋线，但由于螺旋线结构复杂，难于绘制。因此，现有设计中均用简化的四段圆弧近似的代替，无论是等边距法绘制的蜗壳型线，还是不等边距法绘制的蜗壳型线均与阿基米德螺旋线的偏差较大。

如图4所示为等边基元法绘制设计蜗壳型线：

R0——离心风机叶轮半径；

A1——以阿基米德螺旋线方程计算得出的张开度A1；

正方形ABCD——在叶轮中央，边长为a，a＝A1/4；

四段圆弧的半径分别为：Ra＝R0+0.5a，Rb＝R0+1.5a

Rc＝R0+2.5a，Rd＝R0+3.5a。

如图5所示为不等边基元法绘制设计蜗壳型线：

R0——离心风机叶轮半径；

A1——以阿基米德螺旋线方程计算得出的张开度A1；

正方形A——边长为a，a＝0.1A1；正方形B——边长为b，b＝0.1167A1；

正方形C——边长为c，c＝0.1333A1；正方形D——边长为d，d＝0.15A1；

四段圆弧的半径分别为：Ra＝R0+0.25A1-a，Rb＝R0+0.5A1-b；

Rc＝R0+0.75A1-c，Rd＝R0+A1-d。

现有的等边基元法绘制设计和不等边基元法绘制设计都是用简化的四段圆弧近似的代替，设计出的蜗壳型线都与阿基米德螺旋线的偏差较大。由于蜗壳是离心风机的关键部件，蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳的气流分布，还对能量损失、噪音有很大的影响，它直接影响风机的效率及输出气体的运动场、压力等性能参数。

发明内容

针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种离心风机蜗壳设计方法，其方法设计的离心风机蜗壳型线能有效的降低了风机噪音值，提高离心风机效率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

该离心风机蜗壳设计方法，所述离心风机蜗壳具有蜗壳型线，所述蜗壳设计方法中R0为离心风机叶轮半径，A为螺旋线的开度，所述蜗壳设计方法包括以下设计步骤：

1)运用CATIA软件，在CATIA软件草绘中，利用极坐标创建一组点，点的极坐标为(R(θ)，θ)，其中，R(θ)＝R0×e^θ/K为方程一，e为数学常数，e＝1+1/(1！)+1/(2！)+1/(3！)+…+1/(n！)≈2.71828，θ为任意的一个角度，需转换为弧度单位，K为一固定常量，K值通过A＝R(360)-R0和方程一计算得出；

2)用样条线命令依次连接各点，创建样条线；

3)双击样条线，出现“样条线定义”对话框，将对话框中控制点均定义为相切，定义完成后即完成蜗壳型线的创建。

其中，所述步骤1)中θ角度值从小到大均匀的增大。

所述步骤3)中创建的蜗壳型线为均匀光滑曲线。

所述蜗壳型线为等角螺旋线。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

应用三维建模工具CATIA设计的离心风机蜗壳型线为等角螺旋线，对离心风机蜗壳型线精确地参数化建模，实现离心风机蜗壳的快速设计，离心风机蜗壳型线与阿基米德螺旋线接近等同，能有效的降低了空调系统风机的噪音值(约4db)，降低了风在离心风机出口产生回流的可能性，提高了空调系统离心风机的效率。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明CATIA中绘制的样条线示意图。

图2为本发明CATIA中定义等角螺旋线示意图。

图3为本发明等角螺旋线对比等边基元法螺旋线示意图。

图4为现有等边基元法螺旋线示意图。

图5为现有不等边基元法螺旋线示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，该高效的低噪音的离心风机蜗壳型线设计方法，运用CATIA软件设计蜗壳型线有效地该降低了空调系统的噪音，提高了离心风机的效率。

利用CATIA软件设计的离心风机蜗壳型线为等角螺旋线，可以近似等同于阿基米德螺旋线，整个曲线均匀光滑，曲线精确。

将CATIA参数化设计引入离心风机蜗壳型线的设计中，提高了离心风机蜗壳型线的绘制工作效率和设计质量。同时对数方程的引用，使任意一个角度“θ”所对应的螺旋线上该点的半径R(θ)均可用对数方程表示出来。

对数型螺旋线又称为等角螺旋线。若一条曲线在每个点P的切向量都与某定点O至此点P所成的向量OP夹成一定角，且定角不是直角，则此曲线即为一条等角螺旋线(此为定义一)。

对于任意一个角度“θ”所对应的螺旋线上该点的半径R(θ)可表示为：

R(θ)＝R0×e^θ/K方程一

方程一式中：

R0—离心风机叶轮半径，；

e—数学常数，e＝1+1/(1！)+1/(2！)+1/(3！)+…+1/(n！)≈2.71828；

θ—任意的一个角度，需转换为弧度单位；

K—为一固定常量(螺旋线的开度A对于某一特定的空调系统是一个固定的值，设计中将开度A定义为：A＝R(360)-R0，故可通过“方程一”计算出K值)。

蜗壳型线设计方法包括以下设计步骤：

根据方程一，可求得任意一个角度“θ”所对应的螺旋线上该点的半径R(θ)；

运用CATIA软件，在CATIA软件草绘中，利用极坐标创建一组点，点的极坐标为(R(θ)，θ)，θ角度值从小到大均匀的增大；

利用CATIA软件中的样条线命令依次连接各点，创建样条线；

在CATIA软件中，双击样条线，出现“样条线定义”对话框，将对话框中控制点均定义为相切，定义完成后即完成蜗壳型线的创建，蜗壳型线为均匀光滑的等角螺旋线。

其中，在定义中，因相切的角度未定义，故样条线是不完全定义的，利用约束按定义一的方式标注样条线上每一点的角度，定义完成后即完成等角螺旋线的创建。

如图3所示，为等角螺旋线对比等边基元法螺旋线的示意图，位于内部的细线为CATIA中绘制的等角螺旋线，位于外部的为等边基元法绘制的近似螺旋线。

等角螺旋线的绘制方法的离心风机蜗壳型线不存在切点过渡的问题；螺旋线的张开度A和等角螺旋线的定角将所设计的螺旋线的定性；可根据螺旋线的精度要求不同，将任意角度θ的增量改变以满足螺旋线的精度要求。

实施操作中可将R0设置为参数，任意角度θ对应的半径R(θ)均用参数方程输入。这样的参数化定义，当R0变化时，直接更改R0的值，任意角度θ所对应的半径R(θ)随之更改为新的数值。

该等角螺旋线的绘制方法不同于以往设计中简单的用四段圆弧近似的绘制螺旋线的方法，利用对数“方程一”使所设计的螺旋线均匀光滑的过渡至设计的螺旋线张开度A，根据“定义一”将CATIA中绘制的样条线中各点增加相切要求，使样条线具有固定的切向量，当样条线与直线连接时，可沿着该切向直接做直线。

经实际CFD计算及实际应用验证，该方法设计的等角螺旋线的离心风机蜗壳型线，可有效的降低了空调系统的噪音值(约4db)；降低了风在离心风机出口产生回流的可能性；提高了空调系统离心风机的效率。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种离心风机蜗壳设计方法，所述离心风机蜗壳具有蜗壳型线，所述蜗壳设计方法中R0为离心风机叶轮半径，A为螺旋线的开度，其特征在于：所述蜗壳设计方法包括以下设计步骤：

1)运用CATIA软件，在CATIA软件草绘中，利用极坐标创建一组点，点的极坐标为(R(θ)，θ)，其中，R(θ)＝R0×eθ/K为方程一，e为数学常数，e＝1+1/(1！)+1/(2！)+1/(3！)+…+1/(n！)≈2.71828，θ为任意的一个角度，需转换为弧度单位，K为一固定常量，K值通过A＝R(360)-R0和方程一计算得出；

2)用样条线命令依次连接各点，创建样条线；

3)双击样条线，出现“样条线定义”对话框，将对话框中控制点均定义为相切，定义完成后即完成蜗壳型线的创建；

其中，所述步骤1)中θ角度值从小到大均匀的增大；所述步骤3)中创建的蜗壳型线为均匀光滑曲线；所述蜗壳型线为等角螺旋线。