CN109973434B - 一种用于离心风机的蜗壳及离心风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于离心风机的蜗壳，包括前盖板和环壁，前盖板和环壁构成有矩形的蜗壳出口和蜗舌，蜗壳的轴向为第一方向，蜗壳出口的朝向为第二方向，第一方向和第二方向互相垂直，环壁远离前盖板的表面构成第一截面，前盖板与环壁接触处的面构成第二截面，环壁上具有位于第一截面和第二截面之间的第三截面，三个截面均为轴向截面，第二截面的几何中心相对于第一截面的几何中心向与第二方向相反的方向偏移，第三截面的几何中心相对于第一截面的几何中心向与第二方向相反的方向偏移，第三截面的几何中心的偏移距离不大于第二截面的偏移距离，第二截面、第三截面和第一截面之间用曲面依次光滑连接。还公开了一种应用有如上所述的蜗壳的离心风机。

Description

一种用于离心风机的蜗壳及离心风机

技术领域

本发明涉及动力设备，尤其是一种用于离心风机的蜗壳，以及应用有该蜗壳的离心风机。

背景技术

离心风机以其压力系数、流量系数大、噪声低、结构紧凑等优点被广泛应用于空调、油烟机等家用电器及各种通风换气的场合中。蜗壳作为离心风机的主要部件之一，起到了扩压的作用：蜗壳将叶轮出口的流体收集起来，导向蜗壳出口，并将流体的动压转变为静压。

现有的离心风机蜗壳结构通常包括蜗壳前盖板、蜗壳后盖板和蜗壳环壁，其中蜗壳沿叶轮轴向方向上的蜗壳型线除蜗舌部件外的型线均一致，蜗壳的截面呈现出矩形形状。传统的蜗壳设计基于一元流动理论，如等环量法和平均速度法，基于这种传统蜗壳型线设计的蜗壳截面均为矩形截面，没有考虑到蜗壳内部流动沿叶轮轴向方向上的非均匀性。蜗壳内部实际流动中，由于蜗壳型线沿周向方向上的非均匀性，会反作用于叶轮出口流动，造成叶轮流道中流体的周期性性加速和减速运动，从而造成叶轮流道的周期性堵塞，进一步影响叶轮进口流域漩涡的形成，漩涡的大小及规模在风机各个工况点下呈现不同的特性。传统蜗壳的矩形截面往往带来蜗壳内部流体流动的非均匀性，导致风机气动性能以及噪声差强人意。

现有技术中的蜗壳结构，如申请号为201710899188.1的中国发明专利所公开的《一种具有仿生非对称倾斜蜗舌结构的风机蜗壳》，包括前板、后板和侧板，侧板出风口处设置有仿生非对称倾斜蜗舌，仿生非对称倾斜蜗舌的型线为仿生翼型型线，仿生非对称倾斜蜗舌包括电机侧斜部和非电机侧斜部，电机侧斜部与非电机侧斜部的倾斜度及宽度均不相同。由该方法设计出来的蜗壳截面仍为矩形，而且由于仿生结构蜗舌的非对称结构，会增加蜗舌处的回流，影响油烟机的效率和最大流量。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于离心风机的蜗壳，能在减少气流对蜗舌冲击损失的同时降低噪声。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述蜗壳的离心风机。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于离心风机的蜗壳，包括前盖板和环壁，所述前盖板和环壁构成有矩形的蜗壳出口和蜗舌，所述蜗壳的轴向为第一方向，所述蜗壳出口的朝向为第二方向，第一方向和第二方向互相垂直，其特征在于：所述环壁远离前盖板的表面构成第一截面，所述前盖板与环壁接触处的面构成第二截面，所述环壁上具有位于第一截面和第二截面之间的第三截面，三个截面均为轴向截面，所述第二截面的几何中心相对于第一截面的几何中心向与第二方向相反的方向偏移，所述第三截面的几何中心相对于第一截面的几何中心向与第二方向相反的方向偏移，所述第三截面的几何中心的偏移距离不大于第二截面的偏移距离，所述第二截面、第三截面和第一截面之间用曲面依次光滑连接。

为更有利于气流冲击的损失减少，所述第三截面的型线相对于第一截面的型线，向逆时针旋转一定的角度。

优选的，所述角度的取值范围为-10°～5°。

为使得第二截面位于叶轮出口速度最大处，进一步减少气流损失，所述第三截面和第二截面之间的距离为l，所述第二截面和第一截面之间的距离为L，1/L的取值范围为0.6～0.8。

为改善蜗壳内部流体流动，所述第一截面的型线具有与蜗舌对应的第一蜗舌起点a1和第二蜗舌终点a2，所述第二截面的型线具有与蜗舌对应的第二蜗舌起点a1’和第二蜗舌终点a2’，所述第二截面的a1’a2’段的半径大于第一截面的型线的a1a2段的半径，所述第三截面的型线具有与蜗舌对应的第三蜗舌起点a1”和第三蜗舌终点a2”，所述第三截面的a1’a2’段的半径取值在第一截面的型线的a1a2段的半径和第二截面的型线的a1’a2’段的半径之间。

优选的，所述第一截面具有局部切割，所述第一截面的型线还具有起点c、终点b、切割起点m1、切割终点为m2，切割起点为m1和切割终点为m2之间连成直线段，所述第一截面的型线整体分成三个部分，第一部分为a1m1段，第二部分m1b段，第三部分为ca1段，所述第二截面和第三截面的型线分段与第一截面一致。

为确保蜗壳出口的矩形，所述第三截面的型线的起始点和第一截面的型线的起始点重合。

优选的，还包括后盖板，所述环壁连接在前盖板和后盖板之间，所述第二截面为前盖板与环壁接触处的面。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有如上所述的蜗壳的离心风机，包括设置在蜗壳内的叶轮，其特征在于：所述第一截面的型线的几何中心与叶轮的几何中心重合。

为确保合适的蜗舌间隙，所述第二截面的型线的蜗舌半径和叶轮的外径比值为0.05～0.1。

与现有技术相比，本发明的优点在于：考虑叶轮出口轴向速度分布不均匀的情况，用三个截面的蜗壳型线来约束蜗壳的变截面形状，在保证减少气流对蜗舌冲击损失的同时，控制蜗舌处的回流，在不改变流量的情况下降低噪声，该离心风机蜗壳的截面由三个截面控制，在设计上有了更高的自由度；通过前面的第二截面的旋转，使得蜗舌成为一种“内凹”的结构，有利于较少气流的冲击损失，使得风压提高的同时，降低噪声，实现了风机气动性能的提升，用户体验更佳；在保证蜗舌间隙适当的情况下，控制蜗舌半径沿轴向由大到小的变化趋势可以改善蜗壳内部流体流动。

附图说明

图1为本发明的蜗壳第一个实施例的结构示意图；

图2-1为本发明实施例的蜗壳的A截面示意图；

图2-2为本发明实施例的蜗壳的C截面示意图；

图2-3为本发明实施例的蜗壳的B截面示意图；

图3为本发明的蜗壳应用在吸油烟机中的示意图；

图4为图3的吸油烟机的剖视图；

图5为本发明的蜗壳第二个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图1，一种用于离心风机的蜗壳，包括前盖板1、后盖板2、以及连接在前盖板1和后盖板2之间的环壁3，前盖板1、后盖板2和环壁3构成有蜗壳出口4和蜗舌5，其中蜗壳出口4呈矩形。

以蜗壳的中心轴线(轴向)为水平方向(第一方向)，以蜗壳的出口朝向为竖直向上方向(第二方向)，第一方向和第二方向垂直，参见图3和图4，离心风机还包括设置在蜗壳内的叶轮100，离心风机整体设置在风机架200内。

上述蜗壳的形状由三个轴向截面(截面与轴向垂直)的蜗壳型线控制。前盖板1上的第二截面C对应的蜗壳型线、前盖板1和后盖板2之间的第三截面B所对应的蜗壳型线，以及后盖板2上的第一截面A对应的蜗壳型线。其中，第二截面C为前盖板1和环壁3接触处的截面，第一截面A为后盖板2和环壁3接触处的截面，第三截面B位于第一截面A和第二截面C之间，优选的，取在蜗壳内的叶轮出口的流体速度最大处，第三截面B和第二截面C之间的距离为l，前盖板1和后盖板2之间的距离(第二截面C和第一截面A之间的距离)为L，优选的，1/L的取值范围为0.6～0.8，更为优选的，l/L＝0.618。

蜗壳的型线基于第一截面A的型线，由第一截面A的型线确定蜗壳几何中心、蜗舌间隙。为了满足尺寸的限制，对第一截面A的型线进行局部切割，参见图2-1，第一截面A的型线具有起点c，终点b，与蜗舌5对应的第一蜗舌起点a1和第一蜗舌终点a2，切割起点m1和切割终点m2，m1和m2之间连成直线段。第一截面A的型线整体分成三部分，第一部分为a1m1段(圆弧)，第二部分m1b段(依次为直线、圆弧、直线)，第三部分为ca1段，各直线段、圆弧段之间圆滑过渡。B、C截面的蜗壳型线分段与A截面一致。对应蜗舌5的a1a2段为圆弧段，半径优选的为8.88mm。第一截面A的型线的几何中心O与叶轮100的几何中心重合。ca1段可以为圆弧，保证光滑连接。

参见图2-2，第二截面C的型线具有起点c’，终点b’，与蜗舌5对应的第二蜗舌起点a1’和第二蜗舌终点a2’，切割起点m1’和切割终点m2’，m1’和m2’之间连成直线段。第二截面C的型线整体分成三部分，第一部分为a1’m1’段(圆弧)，第二部分m1’b’段(依次为直线、圆弧、直线)，第三部分为c’a1’段，各直线段、圆弧段之间圆滑过渡。第二截面C的型线，m1’b’段、c’a1’段分别与第一截面A的型线的m1b段、ca1段一致，仅在a1’m1’段内的对应蜗壳5的a1’a2’有所不同，a1’a2’圆弧段的半径(蜗舌半径)大于第一截面A的型线a1a2段的半径(蜗舌半径)。优选的，第二截面C的型线的蜗舌半径和蜗壳内叶轮100的外径比值为0.05～0.1，更为优选的为12mm。第二截面C的型线几何中心O’相较于第一截面A的型线的几何中心O，竖直向下(向第二方向的反向)偏移10mm的同时保证此截面的蜗舌与叶轮100外径之间的间隙控制在14mm左右。即第二截面C和第一截面A的区别仅在于几何中心的偏移和蜗舌半径的增大，型线的其余部分保持一致(除上述的分段一致外，形状、坐标均相对各自的几何中心一致)。

参见图2-3，第三截面B的型线具有起点c”，终点b”，与蜗舌5对应的第三蜗舌起点a1”和第三蜗舌终点a2”，切割起点m1”和切割终点m2”，m1”和m2”之间连成直线段。第三截面B的型线整体分成三部分，第一部分为a1”m1”段(圆弧)，第二部分m1”b”段(依次为直线、圆弧、直线)，第三部分为c”a1”段，各直线段、圆弧段之间圆滑过渡。第三截面B的型线，m1”b”段、c”a1”段分别与第一截面A的型线的m1b段、ca1段一致，仅在a1”m1”段内的对应蜗壳5的a1’a2’有所不同，a1”a2”圆弧段的半径大于第一截面A的型线a1a2段的半径。优选的，第三截面B的对应蜗舌5的a1”a2”圆弧段的半径(蜗舌半径)为8.88～12mm。第三截面B的型线几何中心O”相较于第一截面A的型线的几何中心O，竖直向下(向第二方向的反向)偏移0～10mm。第三截面B的型线由第一截面A的型线旋转一定的角度α得到，根据腔体结构的大小，旋转角度取值范围为-10°～5°(逆时针方向)。即第三截面B和第一截面A的区别仅在于几何中心的偏移、整体的旋转和蜗舌半径的增大，型线的其余部分保持一致(除上述的分段一致外，形状、坐标均相对各自的几何中心一致)。

为了保证蜗壳出口4为矩形，第三截面B的型线的起始点和第一截面A的型线的起始点重合。

第一截面A的型线可以采用现有设计，选择现有设计方法下最优的蜗壳型线，本发明旨在对蜗壳整体进行变截面的适当修正，而并不是对每个截面的型线进行重新设计。A、B、C三个截面的蜗壳型线确定后，用曲面依次光滑连接上述三个截面蜗壳型线，构成连接前盖板1和后盖板2之间的环壁3，保证每个截面上对应的点一致。

参见图5，可替代的，蜗壳仅包括前盖板1和环壁3，此时第一截面A为蜗壳与吸油烟机内部腔体接触的平面，如蜗壳的后侧与风机架接触的表面(环壁3远离前盖板1的表面)。

本发明提供了一种变截面的风机蜗壳，该蜗壳由三个轴向截面的蜗壳型线控制，分别为前盖板第二截面C的型线、前盖板和后盖板之间的轴向第三截面B所对应的蜗壳型线和后盖板第一截面A的型线，通过这三个截面蜗壳型线的偏移和旋转，使得在设计上有了更高的自由度。在保证蜗舌间隙适当的情况下，蜗壳的一部分蜗舌间隙要小于其它部分的同时，控制蜗舌半径沿轴向由大到小的变化趋势可以改善蜗壳内部流体流动，第三截面B旋转使得蜗舌成为一种“内凹”的结构，有利于较少气流的冲击损失，使得风压提高的同时，降低噪声，实现了风机气动性能的提升，用户体验更佳。

Claims (10)

1.一种用于离心风机的蜗壳，包括前盖板(1)和环壁(3)，所述前盖板(1)和环壁(3)构成有矩形的蜗壳出口(4)和蜗舌(5)，所述蜗壳的轴向为第一方向，所述蜗壳出口(4)的朝向为第二方向，第一方向和第二方向互相垂直，其特征在于：所述环壁(3)远离前盖板(1)的表面构成第一截面(A)，所述前盖板(1)与环壁(3)接触处的面构成第二截面(C)，所述环壁(3)上具有位于第一截面(A)和第二截面(C)之间的第三截面(B)，三个截面均为轴向截面，所述第二截面(C)的几何中心(O’)相对于第一截面(A)的几何中心(O)向与第二方向相反的方向偏移，所述第三截面(B)的几何中心(O’)相对于第一截面(A)的几何中心(O)向与第二方向相反的方向偏移，所述第三截面(B)的几何中心(O’)的偏移距离不大于第二截面(C)的偏移距离，所述第二截面(C)、第三截面(B)和第一截面(A)之间用曲面依次光滑连接而构成所述环壁(3)。

2.根据权利要求1所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：所述第三截面(B)的型线相对于第一截面(A)的型线，向逆时针旋转一定的角度(α)。

3.根据权利要求2所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：所述角度(α)的取值范围为-10°～5°。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：所述第三截面(B)和第二截面(C)之间的距离为l，所述第二截面(C)和第一截面(A)之间的距离为L，1/L的取值范围为0.6～0.8。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：所述第一截面(A)的型线具有与蜗舌(5)对应的第一蜗舌起点a1和第二蜗舌终点a2，所述第二截面(C)的型线具有与蜗舌(5)对应的第二蜗舌起点a1’和第二蜗舌终点a2’，所述第二截面(C)的a1’a2’段的半径大于第一截面(A)的型线的a1a2段的半径，所述第三截面(B)的型线具有与蜗舌(5)对应的第三蜗舌起点a1”和第三蜗舌终点a2”，所述第三截面(B)的a1”a2”段的半径取值在第一截面(A)的型线的a1a2段的半径和第二截面(C)的型线的a1’a2’段的半径之间。

6.根据权利要求5所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：所述第一截面(A)具有局部切割，所述第一截面(A)的型线还具有起点c、终点b、切割起点m1、切割终点为m2，切割起点为m1和切割终点为m2之间连成直线段，所述第一截面(A)的型线整体分成三个部分，第一部分为a1m1段，第二部分m1b段，第三部分为ca1段，所述第二截面(C)和第三截面(B)的型线分段与第一截面(A)一致。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：所述第三截面(B)的型线的起始点和第一截面(A)的型线的起始点重合。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的用于离心风机的蜗壳，其特征在于：还包括后盖板(2)，所述环壁(3)连接在前盖板(1)和后盖板(2)之间，所述第二截面(C)为前盖板(1)与环壁(3)接触处的面。

9.一种应用有如权利要求1～8中任一项所述的蜗壳的离心风机，包括设置在蜗壳内的叶轮(100)，其特征在于：所述第一截面(A)的型线的几何中心(O)与叶轮(100)的几何中心重合。

10.根据权利要求9所述的离心风机，其特征在于：所述第二截面(C)的型线的蜗舌半径和叶轮(100)的外径比值为0.05～0.1。

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