CN110857704A - 一种具有蜗壳的离心风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有蜗壳的离心风机,包括蜗壳,蜗壳型线包括第一螺旋线CD1、第二螺旋线E1M以及设置在两者之间的贝塞尔曲线D1E1,第一螺旋线CD1为扩张角不变的等角螺旋线,第二螺旋线E1M为扩张角渐缩的变角螺旋线,曲线D1E1的D1点和E1点分别位于经过蜗壳中心O的水平线OH1的上下两侧,其中H1点为用以控制曲线D1E1弯曲方向的控制点,控制点H1位于所述曲线D1E1上。一方面,减小了蜗壳左右尺寸,改善了蜗壳内部气流收集与通过的流畅度,提升了最大静压和有效风量段的静压,实现了在小尺寸下达到大蜗壳效果,降低了气动噪音;另一方面,采用贝塞尔曲线进行过渡,使得型线连接更加光滑顺畅,减少蜗壳内气流因为曲率突变造成的分离损失,降低漩涡引发的气动噪音。

Description

一种具有蜗壳的离心风机
技术领域
本发明涉及一种具有蜗壳的离心风机,具体涉及一种具有蜗壳的离心风机。
背景技术
家用吸油烟机利用离心风机实现将含油空气抽出厨房而排放到公共烟道或直接排出室外,其中,离心风机以其吸力大、噪声低、结构紧凑等优点而在吸油烟机中得到了广泛引用。蜗壳是离心风机的核心部件之一,其作用是将离开叶轮的气体集中,导出至蜗壳出口,并将动压转变为静压。现有离心风机的蜗壳结构包括蜗壳顶板、蜗壳底板和连接蜗壳顶板、蜗壳底板的蜗壳围板,其中蜗壳顶板和蜗壳底板除蜗舌部位外其余型线一致。传统蜗壳设计一般按一元理论进行,有两个假设,即假设进口圆周上流动参数均匀分布并且蜗壳内气流动量矩不变,按一元理论设计的蜗壳型线通常为等角螺旋线。但实际上由于蜗壳形状非轴对称,特别是蜗舌的影响,在叶轮出口会形成一个非均匀的压力场,必然会使叶轮出口,即蜗壳进口流场不均匀。由于一元理论未考虑蜗壳周向平面内进口圆周流动参数的非均匀性与流场的影响,因而按此理论设计出来的蜗壳性能不佳,特别在高背压工作状态时恶化更为明显。
现有技术中也公开了各种离心风机的蜗壳结构,如专利号为CN 201110118687.5(授权公告号为CN102182707B)的中国发明专利所公开的《一种吸油烟机用离心风机及其蜗壳型线生成方法》,该蜗壳包括蜗壳顶板、蜗壳底板和蜗壳围板,蜗壳围板内侧型面的轮廓线为蜗壳型线,蜗壳型线由第一直线DE、第一圆弧线EF、第二圆弧线FG、螺旋线GH、第二直线段HI光滑过渡连接而成,虽然,蜗壳采用上述蜗壳型线后,有利于提高离心风机风量、风压、效率并降低气动噪音,但该蜗壳结构还是没有充分考虑蜗壳周向平面内进口圆周流动参数的非均匀性与流场的影响,而且蜗壳的左右尺寸相对比较大,影响产品外形尺寸。
为了解决上述技术问题,如CN201720581486.1(授权公告号为CN206845544U)的中国实用新型专利《一种离心风机蜗壳》,蜗壳型线的起始线AC与结束线MN之间依次设有第一螺旋线CD、切边DE和第二螺旋线EM,切边DE的D点和E点分别位于经过蜗壳中心点O的水平线OH的上下两侧,第一螺旋线CD为扩张角不变的等角螺旋线,第二螺旋线EM为扩张角渐缩的变角螺旋线。上述离心风机蜗壳型线均使蜗壳的左右尺寸进一步缩小,改善蜗壳内部气流收集,降低蜗壳内部气流阻力,但是该离心风机蜗壳型线的切线DE相当于将蜗壳右侧部进行局部切除,虽然但是,切除的切边DE可能会导致出现气流通过该切边时流动不顺畅的问题。
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的现状,提供一种在保持蜗壳左右尺寸缩小的同时能提高蜗壳内部气流通过的流畅度的具有蜗壳的离心风机。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种具有蜗壳的离心风机,包括蜗壳,所述蜗壳的蜗壳型线包括位于型线一端的起始线AC和位于型线另一端的结束线MN,所述起始线AC与结束线MN之间设有第一螺旋线CD1和第二螺旋线E1M,所述第一螺旋线CD1为扩张角不变的等角螺旋线,所述第二螺旋线E1M为扩张角渐缩的变角螺旋线,其特征在于:所述第一螺旋线CD1和第二螺旋线E1M之间设置有曲线D1E1,所述曲线D1E1为贝塞尔曲线,所述曲线D1E1的D1点和E1点分别位于经过蜗壳中心O的水平线OH1的上下两侧,其中H1点为用以控制曲线D1E1弯曲方向的控制点,所述控制点H1位于所述曲线D1E1上。
为了进一步使蜗壳左右尺寸缩小,所述贝塞尔曲线D1E1上起始点D1的坐标为PD1,结束点E1的坐标为PE1,控制点H1的坐标为PH1,W的坐标满足:
Figure BDA0001775431280000021
贝塞尔曲线D1E1满足Bi=(1-s)2PD1+2s(1-s)PH1+s2PE1,s∈[0,1],其中,PH1(LOH1,0),LOH1为贝塞尔曲线上的控制点H1与蜗壳中心O之间的距离,LOH1=LOH,LOH为现有蜗壳型线上的切边DE上的H点与蜗壳中心O之间的距离,OH为经过蜗壳中心O的水平线。这样,改善了蜗壳内部气流收集与通过的流畅度,提升了最大静压和有效风量段的静压,实现了在小尺寸下达到大蜗壳效果,降低了气动噪音;同时采用贝塞尔曲线进行过渡,使得型线连接更加光滑顺畅,减少蜗壳内气流因为曲率突变造成的分离损失,降低漩涡引发的噪音。
为了降低现有蜗壳型线切除后对离心风机性能的影响,所述现有蜗壳型线切边DE上的H点与蜗壳中心O之间的距离LOH与叶轮外径R2的关系为:LOH/R2∈[1,1.5]。
为了防止由第一螺旋线向贝塞尔曲线过渡时曲率突变,所述贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1横坐标PD1(x)与切边DE的起始点D横坐标PD(x)的关系满足:PD1(x)=PD(x)+d,d/R2∈[-0.08,0],所述贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1横坐标PD1(x),所述贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1纵坐标PD1(y)是由第一螺旋线CD1和PD1(x)所限定的。这样,通过叶轮外径R2确定偏移量的d,可以避免偏移量过大,防止曲率突变,进而防止出现由曲率突变而导致其局部损失增加,流量损失增大的问题。
为了降低现有蜗壳型线切除后对离心风机性能的影响,所述现有蜗壳型线的切边DE的起始点D与蜗壳中心O之间的连线OD与经过蜗壳中心O的水平线OH所成的夹角为ψ,所述切边DE的起始点D横坐标PD(x)是由LOH和ψ所限定的,其中,0≤ψ≤20°。
优选地,所述第一螺旋线CD1的极半径RCD1定义为:
Figure BDA0001775431280000031
其中,t为叶轮外圆周与蜗壳的蜗舌顶端的设计间隙,且t/R2∈[0.01,0.15],扩张角α∈[3°,8°],θ0为第一螺旋线CD1的D1点的起始角度,且θ0∈[60°,180°],θ为第一螺旋线CD1上任意点的极坐标角度变量。
为了防止由贝塞尔曲线向第二螺旋线过渡时曲率突变,所述贝塞尔曲线D1E1上的结束点E1横坐标PE1(x)与切边DE的结束点E横坐标PE(x)的关系满足:PE1(x)=PE(x)+e,e/R2∈[-0.08,0],其中,R2为叶轮的外径,所述贝塞尔曲线D1E1上的结束点E1纵坐标PE1(y)是由第二螺旋线E1M和PE1(x)所限定的。这样,通过叶轮外径R2确定偏移量的e,可以避免偏移量过大,防止曲率突变,进而防止出现由曲率突变而导致其局部损失增加,流量损失增大的问题。
为了降低现有蜗壳型线切除后对离心风机性能的影响,现有蜗壳型线的切边DE的结束点E与蜗壳中心O之间的连线OE与水平线OH所成的夹角ω,结束点E横坐标PE(x)是由LOH和ω所限定的,其中,0≤ω≤25°。
优选地,所述第二螺旋线E1M的极半径RE1M定义为:
Figure BDA0001775431280000033
α1和α2都∈[3,8],且α1≥α2
Figure BDA0001775431280000036
调节项s∈[-0.5,0.5],r∈[-5,5]且r≠1,θ为第二螺旋线E1M上任意点的极坐标角度变量,α1为E1的扩张角,α2为M点的扩张角,为第二螺旋线的包角。
优选地,所述起始线AC包括邻近风机出风口的直线AB和对应于风机蜗舌部位的曲线BC。
与现有技术相比,本发明的优点在于:通过在第一螺旋线CD1和第二螺旋线E1M之间设置贝塞尔曲线D1E1,第一螺旋线为等角螺旋线,第二螺旋线为扩张角渐缩的变角螺旋线,一方面,减小了蜗壳左右尺寸,改善了蜗壳内部气流收集与通过的流畅度,提升了最大静压和有效风量段的静压,实现了在小尺寸下达到大蜗壳效果,降低了气动噪音;另一方面,采用贝塞尔曲线进行过渡,缩短了螺旋线,使得型线连接更加光滑顺畅,减少蜗壳内气流因为曲率突变造成的分离损失,降低漩涡引发的气动噪音。此外,贝塞尔曲线的控制点与现有蜗壳型线上切边与经过蜗壳中心的水平线的交点的位置保持不变,从而使蜗壳左右尺寸缩小。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图;
图2为现有技术中蜗壳型线的结构示意图(具有切边DE);
图3为本发明实施二的结构示意图;
图4为现有技术中蜗壳型线的结构示意图。
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。
如图1所示,本发明的第一个优选实施例。
本实施例的具有蜗壳的离心风机包括蜗壳,蜗壳的蜗壳型线包括位于型线一端的起始线AC和位于型线另一端的结束线MN,其中,起始线AC包括邻近风机出风口的直线AB和对应于蜗壳蜗舌部位的曲线BC,结束线MN邻近风机的出风口。
起始线AC与结束线MN之间依次设有第一螺旋线CD1、曲线D1E1以及第二螺旋线E1M,其中,第一螺旋线CD1为扩张角不变的等角螺旋线,第二螺旋线E1M为扩张角渐缩的变角螺旋线,曲线D1E1为贝塞尔曲线,曲线D1E1的D1点和E1点分别位于经过蜗壳中心O(即叶轮中心点)的水平线OH1的上下两侧,该水平线OH1相当于经过蜗壳基圆中心的水平线,其中H1点为用以控制曲线D1E1弯曲方向的控制点,控制点H1位于曲线D1E1上。另外,结束线MN包括邻近出风口的直线段和邻近E1M的曲线段。
如图1所示,贝塞尔曲线D1E1上起始点D1的坐标为PD1,结束点E1的坐标为PE1,控制点H1的坐标为PH1,贝塞尔曲线D1E1上的点W的坐标满足:
Figure BDA0001775431280000041
贝塞尔曲线D1E1满足Bi=(1-s)2PD1+2s(1-s)PH1+s2PE1,s∈[0,1],其中,PH1(LOH1,0),LOH1为贝塞尔曲线上的控制点H1与蜗壳中心O之间的距离,LOH1≤LOH’,LOH’为现有蜗壳型线上的点H’与蜗壳中心O之间的距离,OH’为经过蜗壳中心O的水平线。
本实施例中的现有蜗壳型线所指的是如图2所示的蜗壳型线,现有的蜗壳型线的起始线AC和结束线MN之间依次设置有第一螺旋线CD、切边DE和第二螺旋线EM,第一螺旋线CD为扩张角不变的等角螺旋线,第二螺旋线EM为扩张角渐缩的变角螺旋线,其中,起始线AC包括邻近风机出风口的直线AB和对应于蜗壳蜗舌部位的曲线BC,切边DE的D点和E点分别位于蜗壳中心O的水平线OH的上下两侧,在蜗壳型线上设置切边DE后,相当于对蜗壳后侧进行局部切除,本实施例中,H’相当于切边DE上的H点,则本实施例中,LOH1=LOH,LOH为现有蜗壳型线上的切边DE上的H点与蜗壳中心O之间的距离,LOH与叶轮外径R2的关系为:LOH/R2∈[1,1.5]。此外,切边DE的起始点D与蜗壳中心O之间的连线OD与经过蜗壳中心O的水平线OH所成的夹角为ψ,切边DE的结束点E与蜗壳中心O之间的连线OE与水平线OH所成的夹角ω,其中,0≤ψ≤20°,0≤ω≤25°。
本实施例中,贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1横坐标PD1(x)与切边DE的起始点D横坐标PD(x)的关系满足:PD1(x)=PD(x)+d,d/R2∈[-0.08,0],切边DE的起始点D横坐标PD(x)是由LOH和ψ所限定的,贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1纵坐标PD1(y)是由第一螺旋线CD1和PD1(x)所限定的。
上述的第一螺旋线CD1的极半径RCD1定义为:其中,t为叶轮外圆周与蜗壳的蜗舌顶端的设计间隙,且t/R2∈[0.01,0.15],扩张角α∈[3°,8°],θ0为第一螺旋线CD1的D1点的起始角度,且θ0∈[60°,180°],θ为第一螺旋线CD1上任意点的极坐标角度变量。
本实施例中,贝塞尔曲线D1E1上的结束点E1横坐标PE1(x)与切边DE的结束点E横坐标PE(x)的关系满足:PE1(x)=PE(x)+e,e/R2∈[-0.08,0],其中,R2为叶轮的外径,结束点E横坐标PE(x)是由LOH和ω所限定的,贝塞尔曲线D1E1上的结束点E1纵坐标PE1(y)是由第二螺旋线E1M和PE1(x)所限定的。本实施例中,在如图2所示的蜗壳型线的最大宽度LOH与图1中的蜗壳型线的最大宽度LOH1保持不变的条件下,贝塞尔曲线的起始点D1相对现有蜗壳型线上的D点发生偏移,贝塞尔曲线的结束点E1相对现有蜗壳型线上的结束点E发生偏移,通过叶轮外径R2确定偏移量d和e,可以避免偏移量过大,防止曲率发生突变,进而防止出现由曲率突变而导致其局部损失增加,流量损失增大的问题。
上述的第二螺旋线E1M的极半径RE1M定义为:
Figure BDA0001775431280000061
Figure BDA0001775431280000062
α1和α2都∈[3,8],且α1≥α2
Figure BDA0001775431280000065
调节项s∈[-0.5,0.5],r∈[-5,5]且r≠1,θ为第二螺旋线E1M上任意点的极坐标角度变量,α1为E1的扩张角,α2为M点的扩张角,为第二螺旋线的包角。
本实施例中,贝塞尔曲线的起始点D1与蜗壳中心O之间的连线OD1与经过蜗壳中心O的水平线OH1所成的夹角为ψ1,贝塞尔曲线的结束点E1与蜗壳中心O之间的连线OE1与水平线OH1所成的夹角ω1,其中,ψ1>ψ,ω1>ω。
实施例二:
如图3所示,为本发明的第二个优先实施例。该实施例与上述实施例的区别仅在于:通过贝塞尔曲线D1E1替代现有技术中的一段对数螺旋线,从而达到在缩小蜗壳左右尺寸的同时,增加气流的流畅度。
如图4所示,为本实施例中所针对的现有技术的蜗壳型线,该蜗壳型线的起始线AC和结束线MN之间依次设置有第一螺旋线CD和第二螺旋线DM,第一螺旋线CD为扩张角不变的等角螺旋线,第二螺旋线DM为扩张角渐缩的变角螺旋线,第二螺旋线DM与经过蜗壳中心O的水平线的交点为H’,第二螺旋线DM上进行切边,该切边为DE,该切边DE与经过蜗壳中心O的水平线的交点为H,其中,LOH<LOH’。
如图3所示,本实施例中的蜗壳型线是保持H点的位置不变,通过一段经过H点的贝塞尔曲线D1E1替代一段螺旋线获得的,即该蜗壳型线的起始线AC和结束线MN之间依次设置有第一螺旋线CD、贝塞尔曲线D1E1、第二螺旋线E1M,曲线D1E1的D1点和E1点分别位于经过蜗壳中心O(即叶轮中心点)的水平线OH1的上下两侧,该水平线OH1相当于经过蜗壳基圆中心的水平线,其中H1点为用以控制曲线D1E1弯曲方向的控制点,控制点H1位于曲线D1E1上,LOH1=LOH

Claims (10)

1.一种具有蜗壳的离心风机,包括蜗壳,所述蜗壳的蜗壳型线包括位于型线一端的起始线AC和位于型线另一端的结束线MN,所述起始线AC与结束线MN之间设有第一螺旋线CD1和第二螺旋线E1M,所述第一螺旋线CD1为扩张角不变的等角螺旋线,所述第二螺旋线E1M为扩张角渐缩的变角螺旋线,其特征在于:所述第一螺旋线CD1和第二螺旋线E1M之间设置有曲线D1E1,所述曲线D1E1为贝塞尔曲线,所述曲线D1E1的D1点和E1点分别位于经过蜗壳中心O的水平线OH1的上下两侧,其中H1点为用以控制曲线D1E1弯曲方向的控制点,所述控制点H1位于所述曲线D1E1上。
2.根据权利要求1所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述贝塞尔曲线D1E1上起始点D1的坐标为PD1,结束点E1的坐标为PE1,控制点H1的坐标为PH1,W的坐标满足:
Figure FDA0001775431270000011
贝塞尔曲线D1E1满足Bi=(1-s)2PD1+2s(1-s)PH1+s2PE1,s∈[0,1],其中,PH1(LOH1,0),LOH1为贝塞尔曲线上的控制点H1与蜗壳中心O之间的距离,LOH1=LOH,LOH为现有蜗壳型线上的切边DE上的H点与蜗壳中心O之间的距离,OH为经过蜗壳中心O的水平线。
3.根据权利要求2所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述现有蜗壳型线上的切边DE上的H点与蜗壳中心O之间的距离LOH与叶轮外径R2的关系为:LOH/R2∈[1,1.5]。
4.根据权利要求3所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1横坐标PD1(x)与切边DE的起始点D横坐标PD(x)的关系满足:PD1(x)=PD(x)+d,d/R2∈[-0.08,0],所述贝塞尔曲线D1E1上的起始点D1纵坐标PD1(y)是由第一螺旋线CD1和PD1(x)所限定的。
5.根据权利要求4所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述现有蜗壳型线的切边DE的起始点D与蜗壳中心O之间的连线OD与经过蜗壳中心O的水平线OH所成的夹角为ψ,所述切边DE的起始点D横坐标PD(x)是由LOH和ψ所限定的,其中,0≤ψ≤20°。
6.根据权利要求5所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述第一螺旋线CD1的极半径RCD1定义为:
Figure FDA0001775431270000012
其中,t为叶轮外圆周与蜗壳的蜗舌顶端的设计间隙,且t/R2∈[0.01,0.15],扩张角α∈[3°,8°],θ0为第一螺旋线CD1的D1点的起始角度,且θ0∈[60°,180°],θ为第一螺旋线CD1上任意点的极坐标角度变量。
7.根据权利要求3所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述贝塞尔曲线D1E1上的结束点E1横坐标PE1(x)与切边DE的结束点E横坐标PE(x)的关系满足:PE1(x)=PE(x)+e,e/R2∈[-0.08,0],其中,R2为叶轮的外径,所述贝塞尔曲线D1E1上的结束点E1纵坐标PE1(y)是由第二螺旋线E1M和PE1(x)所限定的。
8.根据权利要求4所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:现有蜗壳型线的切边DE的结束点E与蜗壳中心O之间的连线OE与水平线OH所成的夹角ω,结束点E横坐标PE(x)是由LOH和ω所限定的,其中,0≤ω≤25°。
9.根据权利要求8所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述第二螺旋线E1M的极半径RE1M定义为:
Figure FDA0001775431270000021
Figure FDA0001775431270000022
α1和α2都∈[3,8],且α1≥α2
Figure FDA0001775431270000023
调节项s∈[-0.5,0.5],r∈[-5,5]且r≠1,θ为第二螺旋线E1M上任意点的极坐标角度变量,α1为E1的扩张角,α2为M点的扩张角,
Figure FDA0001775431270000024
为第二螺旋线的包角。
10.根据权利要求1所述的具有蜗壳的离心风机,其特征在于:所述起始线AC包括邻近风机出风口的直线AB和对应于风机蜗舌部位的曲线BC。
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