CN110735812B - 一种吸油烟机的叶轮免人工保养的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，包括如下步骤：1)吸油烟机第一次启动；2)吸油烟机的风机的电机正转或反转，根据M＝I*B，其中M为叶轮质量，n为电机转速，I为转动惯量，B为角加速度，由此得到第1次启动时叶轮的质量为M₁，吸油烟机正常运行直至关机；3)吸油烟机第t次启动，t≥2，电机正转或反转，记录第t次启动时叶轮的质量M_t，并传输至电源板；4)电源板分析得出第t次启动时和第t‑1次启动时，叶轮的质量改变Δm＝M_t‑M_t‑1；5)电源板根据叶轮质量和电机转速的关系，判定需要提升转速Δn；电源板根据叶轮质量和气动损失的关系，判定需要提升转速Δn1；6)最终提升转速N为对Δn和Δn1修正后的转速，从而补偿风机的气动性能。

Description

一种吸油烟机的叶轮免人工保养的控制方法

技术领域

本发明涉及油烟净化装置，尤其是一种吸油烟机的叶轮免人工保养的控制方法。

背景技术

吸油烟机已成为现代家庭中不可或缺的厨房家电设备之一，吸油烟机是利用流体动力学原理进行工作，通过安装在吸油烟机内部的离心式风机吸排油烟，并使用滤网过滤部分油脂颗粒。离心式风机包括蜗壳、安装在蜗壳中叶轮及带动叶轮转动的电机。当叶轮旋转时，在风机中心产生负压吸力，将吸油烟机下方的油烟吸入风机，经过风机加速后被蜗壳搜集、引导排出室外。

吸油烟机作为每个家庭必不可少的厨房电器，其作用是通过在蜗壳中高速旋转的叶轮将油烟从进风口吸入、利用叶轮过滤油烟、并将过滤后的油烟从出风口排出，完成厨房空气的净化工作，叶轮作为吸油烟机的核心部件，其主要有做功和过滤两个功能。

吸油烟机叶轮为可分为平板叶片、圆弧叶片和机翼叶片，其中机翼叶片气动性能好且叶片强度高、圆弧叶片次之、平板叶片最差；但机翼叶片生产工艺复杂，成本高，因此，市场上的吸油烟机叶轮多采用圆弧叶片。

吸油烟机叶轮承担着85％的油烟过滤任务，长时间的使用在叶片表面会积累油污，随着油污的积累，叶轮质量变大即负载变大，转速下降；另一方面圆弧中心油污积累速度最快，越往两侧积累速度越慢，圆弧叶片慢慢的变成了平板叶片，一是导致叶片出口角变化，参见图2，叶片出口角α在使用过程中逐渐变小；二是叶片出口速度变化，参见图3，切向速度c_2u在使用过程中逐渐变小，径向速度c_2m在使用过程中逐渐变大；三是叶片做工能力减弱，在相同的转速及同出口阻力下，抗背压能力减弱，综上导致吸油烟机气动性能(压力、风量)变差，吸油烟效果变差。

目前社会上普遍使用的方法是定期清洗叶轮，尽可能地减少叶片表面附着油污。定期清洗叶轮需要用的强碱性洗涤剂，一方面其会腐蚀叶轮表面，造成叶片生锈，降低叶轮的刚性，而且定期清洗叶轮需要服务工人上门维护，浪费人力资源；另一方面其会破坏叶轮动平衡。两方面造成吸油烟机叶轮高速运转时整机振动变大，降低吸油烟机的使用寿命；同时会使噪音升高，甚至产生低频异音。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供吸油烟机的叶轮免人工保养的控制方法，提升气动性能，节约人力资源，并且保持叶轮长期适用性下的刚性，延长使用寿命。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，包括如下步骤：

1)吸油烟机第一次启动；

2)吸油烟机的风机的电机正转或反转，根据M＝I*B，其中M为叶轮质量，n为电机转速，I为转动惯量，B为角加速度，通过检测到的T和B计算I，其中T为电机的扭矩，并由此得到第1次启动时叶轮的质量为M₁，传输至吸油烟机的电源板，吸油烟机正常运行直至关机；

3)吸油烟机第t次启动，t≥2，电机正转或反转，记录第t次启动时叶轮的质量M_t，并传输至电源板；

4)电源板分析得出第t次启动时和第t-1次启动时，叶轮的质量改变Δm＝M_t-M_t-1；

5)电源板根据叶轮质量和电机转速的关系，判定需要提升转速Δn；电源板根据叶轮质量和气动损失的关系，判定需要提升转速Δn1；

6)最终提升转速N为对Δn和Δn1修正后的转速，从而补偿风机的气动性能。

优选的，在步骤5)中，电源板根据公式1：P＝T*n，其中P为恒定的电机功率，n为电机转速，根据公式2：T＝0.5*M*r²*B，r为叶轮半径；当第t次启动相对第t-1次启动带来的质量改变为Δm时，得到扭矩变化ΔT，代入公式1和公式2计算转速变化Δn，得到P＝(T+ΔT)*(n+Δn)＝(T+0.5*Δmr²*B)*(n+Δn)，此处T和n为第t-1次启动时的数值，算出

从而得到质量增加Δm需要转速提升Δn进行补偿。

优选的，在步骤5)中，根据公式4：Δm＝0.005e³+0.01e²+0.01e，其中e为叶轮的叶片出口速度角变化量；根据公式5：c_2u＝u₂+w₂*cos(d+e)，其中c_2u为叶片出口的切向速度，d为叶片出口速度角，w₂为叶片出口气流的相对速度，u₂为叶片出口处气流的圆周速度，w₂＝2*pi*r*n，n为电机转速；根据公式6：Q＝c_2u*C*B，其中Q为流量，C为叶片的出口长度，B为叶片的出口宽度，通过叶轮的初始设计参数值C、B、Q、c_2u、d、n，结合公式4、5、6以及相似计算公式

逐次计算得到第t-1次启动的Q和n，第t次启动的Q‘和n‘，最终得到质量增加Δm需要转速提升Δn1＝n‘-n进行补偿。

优选的，最终转速提升N的计算根据公式8：N＝(α²+β)*Δn+(λ²+μ)*Δn1，其中α，β，λ，μ为试验测试修正系数。

更为优选的，公式8为：

其中，t1为吸油烟机运行时间，t2为吸油烟机闲置时间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过考虑叶轮增重和转速的关系、叶轮的叶片叶型变化和气动损失的关系，进行综合计算后进行提升转速补偿气动性能，提升气动性能更为有效，可解决定期清洗叶轮问题，避免服务工人上门维护，节约人力资源，还可避免叶轮被强碱性洗涤剂清洗，防止叶轮表面被腐蚀，造成叶片生锈现象，保持叶轮长期使用下的刚性；另一方面确保叶轮动平衡，保证整机振动小，无异音，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明控制方法的流程图；

图2为叶轮出口角示意图；

图3为叶轮出口速度矢量示意图。

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1，一种吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，包括如下步骤：

1)吸油烟机第一次启动；

2)吸油烟机的风机的电机正转或反转，根据M＝I*B，其中I为转动惯量，B为角加速度，M为叶轮质量，通过电机扭矩T和角加速度B计算I(由转动惯量定理，扭矩T＝IB，可通过扭矩传感器和编码器检测扭矩和角加速度)并转化成M，记录第1次启动时转动惯量I₁和叶轮的质量M₁并传输至吸油烟机的电源板，吸油烟机正常运行直至关机；

3)吸油烟机第t次启动，t≥2，电机正转或反转，记录第t次启动时叶轮的质量M_t，并传输至电源板；

4)电源板分析第t次启动时的转动惯量I_t和第t-1次启动时的转动惯量I_t-1，得出第t次启动时和第t-1次启动时，叶轮的质量改变Δm＝M_t-M_t-1；

5)电源板根据存储的叶轮质量和电机转速之间的关系，判定需要提升转速Δn；电源板根据存储的叶轮质量和气动损失的关系，判定需要提升转速Δn1；

6)最终提升转速N为对Δn和Δn1修正后的转速，从而补偿风机的气动性能。

具体的，通过在电源板的数据库中存储的质量和转速的关系，判定需要提升转速Δn，是为了补偿质量增加造成的转速差，本控制方法研究叶片表面的油污积累变化，质量增加，转速下降，因此需要提升转速来补偿。

根据P＝T*n(公式1)，其中P为电机功率，n为转速(此处为第t-1次启动时的转速)；T＝0.5*M*r²*B(公式2)，其中M为叶轮的质量，r为叶轮半径，B为角加速度。当P恒定时，质量M增加，T变大，n下降，初始的叶轮设计参数值P、质量M和半径r为已知。具体换算如下：

当第t次启动相对第t-1次启动带来的质量改变Δm时，扭矩变化ΔT，转速变化Δn，代入公式1，得到

P＝(T+ΔT)*(n+Δn)，P＝(T+0.5*Δmr²*B)*(n+Δn)推算得：

电源板通过公式3来判断在当前Δm的前提下，提升转速Δn，补偿质量增加造成的转速差。可替代的，也可事先通过多次实验，将质量增加和转速下降的关系存入电源板中，电源板可直接根据质量的增加查询应该提升的转速Δn。

举例：P＝0.131w，第t-1次(如第1次)启动时n＝993r/min，叶轮初始质量M₁＝0.6kg，r＝28cm，代入公式1得到：0.131＝T*993/9550，计算得到当前的扭矩T＝1.26Nm，计算时各参数单位需统一；通过公式2计算得到当前的出角加速度B＝268.8rad/s²(保持不变)；当第t次启动，质量增加0.1kg，ΔT＝0.14Nm，带入公式P＝(T+ΔT)*(n+Δn)，得出转速下降Δn＝99.4转，因此需提升99.4转，来补偿气动性能。

在步骤5中，通过在电源板的数据库中存储的质量和气动损失的数据判定需要提升转速Δn1，是为了补偿质量增加后、叶型变化带来的气动损失。吸油烟机风机的叶轮的叶片随着油污影响，叶型发生变化，同出口阻力下，抗背压能力减弱，气动性能下降。Δm＝0.005e³+0.01e²+0.01e(公式4)，可通过叶轮质量变化得出气动损失变化。参见图3，c_2u为叶片出口的切向速度，c_2m为径向速度，d为原叶轮的叶片叶型出口速度角，e为叶型改变后叶片出口速度角的变化量，w₂为叶片出口气流的相对速度，即叶片对气流做功的速度，u₂为叶片出口处气流的圆周速度，即叶轮旋转时带给气流的速度，r为叶轮半径，n为电机转速。c_2u-1、c_2m-1、w_2-1、u_2-1分别为t-1次启动时的数值。同转速下叶型变化与流速的变化关系c_2u＝u₂+w₂*cos(d+e)(公式5)，根据Q＝c_2u*C*B(公式6)，其中Q为流量，C为叶片的出口长度，B为叶片的出口宽度，可得出叶型变化后的流量损失，然后通过相似计算公式

(公式7)计算转速差，最终通过提升转速Δn1转补偿气动性能。

举例：初始状态的叶轮设计值(第1次启动)，C＝140mm，B＝150mm，Q＝18m³/min，c_2u＝14.3m/s，d＝160⁰，根据w₂＝2*pi*r*n＝13m/s，代入公式5计算出u₂＝2.08m/s。当质量增加0.1kg，根据公式4，得到e＝2⁰；代入公式5，c_2u‘＝u₂+w₂*cos(d+e)＝2.08+13*0.927＝14.1m/s，代入公式6，得到第二次启动的Q‘＝17.77m³/min，根据公式7，得到

转。因此，需要增加Δn1＝n′-n＝1005-993＝12转。或者也可以根据第1次启动的数值依次计算得到第t-1次和第t次的数值。

可替代的，也可事先通过多次实验，将质量增加和气动损失的关系存入电源板中，电源板可直接根据质量的增加查询应该提升的转速Δn1。

在步骤6)中，结合质量增加造成的转速差和叶型改变产生的气动损失，经过试验测试，分析数据，得出修正公式N＝(α²+β)*Δn+(λ²+μ)*Δn1(公式8)，其中α，β，λ，μ为试验测试修正系数。在本实施例中，修正公式为

其中，t1为吸油烟机运行时间，t2为吸油烟机闲置时间，提升转速N补偿气动性能。当然修正公式也可以采用其他公式，即使得Δn和Δn1的修正系数以其他方式确定。

假设一年运行时间t1＝2000小时，闲置时间t2＝6760小时，代入公式8，得到

因此，综合而言，电源板控制电机转速提升85转。

可替代的，也可事先通过多次实验，将Δn和Δn1带来的最终提升转速N之间的关系存入电源板中，电源板在获得当前的Δn和Δn1后，可直接查询应该提升的转速N。

Claims (5)

1.一种吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，包括如下步骤：

1)吸油烟机第一次启动；

2)吸油烟机的风机的电机正转或反转，根据M＝I*B，其中M为叶轮质量，n为电机转速，I为转动惯量，B为角加速度，通过检测到的T和B计算I，其中T为电机的扭矩，并由此得到第1次启动时叶轮的质量为M₁，传输至吸油烟机的电源板，吸油烟机正常运行直至关机；

3)吸油烟机第t次启动，t≥2，电机正转或反转，记录第t次启动时叶轮的质量M_t，并传输至电源板；

4)电源板分析得出第t次启动时和第t-1次启动时，叶轮的质量改变Δm＝M_t-M_t-1；

5)电源板根据叶轮质量和电机转速的关系，判定需要提升转速Δn；电源板根据叶轮质量和气动损失的关系，判定需要提升转速Δn1；

6)最终提升转速N为对Δn和Δn1修正后的转速，从而补偿风机的气动性能。

2.根据权利要求1所述的吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，其特征在于：在步骤5)中，电源板根据公式1：P＝T*n，其中P为恒定的电机功率，n为电机转速，根据公式2：T＝0.5*M*r²*B，r为叶轮半径；当第t次启动相对第t-1次启动带来的质量改变为Δm时，得到扭矩变化ΔT，代入公式1和公式2计算转速变化Δn，得到P＝(T+ΔT)*(n+Δn)＝(T+0.5*Δmr²*B)*(n+Δn)，此处T和n为第t-1次启动时的数值，算出

从而得到质量增加Δm需要转速提升Δn进行补偿。

3.根据权利要求1所述的吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，其特征在于：在步骤5)中，根据公式4：Δm＝0.005e³+0.01e²+0.01e，其中e为叶轮的叶片出口速度角变化量；根据公式5：c_2u＝u₂+w₂*cos(d+e)，其中c_2u为叶片出口的切向速度，d为叶片出口速度角，w₂为叶片出口气流的相对速度，u₂为叶片出口处气流的圆周速度，w₂＝2*pi*r*n，n为电机转速，r为叶轮半径，pi为圆周率；根据公式6：Q＝c_2u*C*B，其中Q为流量，C为叶片的出口长度，B为叶片的出口宽度，通过叶轮的初始设计参数值C、B、Q、c_2u、d、n，结合公式4、5、6以及相似计算公式

逐次计算得到第t-1次启动的Q和n，第t次启动的Q‘和n‘，最终得到质量增加Δm需要转速提升Δn1＝n‘-n进行补偿。

4.根据权利要求1所述的吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，其特征在于：最终转速提升N的计算根据公式8：N＝(α²+β)*Δn+(λ²+μ)*Δn1，其中α，β，λ，μ为试验测试修正系数。

5.根据权利要求4所述的吸油烟机的免叶轮人工保养的控制方法，其特征在于：公式8为：

其中，t1为吸油烟机运行时间，t2为吸油烟机闲置时间。

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