CN110939606A - 一种离心风机、应用该离心风机的吸油烟机及控制方法 - Google Patents

一种离心风机、应用该离心风机的吸油烟机及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离心风机，包括蜗壳，所述蜗壳包括环壁、出口和蜗舌，其特征在于：所述环壁上、位于蜗壳的型线的后段并且靠近蜗壳的出口的位置设置有涡流发生器。还公开了一种应用有上述离心风机的吸油烟机，以及该吸油烟机的控制方法。通过在蜗壳型线后段位置设置涡流发生器，来改善风机出口处的流动分离现象，从而降低气动噪声；且可根据不同工况下的气流的流速，自动调节涡流发生器的高度以适应不同的蜗壳壁面边界层厚度，保证在不同工况下都能达到较好的整流降噪效果，提升油烟机性能。

Description

一种离心风机、应用该离心风机的吸油烟机及控制方法
技术领域
本发明涉及厨房设备，尤其是一种离心风机，应用有该离心风机的吸油烟机，以及该吸油烟机的控制方法。
背景技术
离心风机的工作原理是电机带动叶轮转动对气流做功，并通过蜗壳的扩压作用从径向排出。由于排烟环境不同，家用吸油烟机会根据出口烟道的阻力情况在相应的工况下运行，参见图20～图23，根据吸油烟机标准空气性能测试台工况，从大阻力到小阻力工况选择四个典型工况进行流体仿真，得到典型工况下风机内及出风口段压力分布云图，可以从图中看到，四个工况下，由于风机结构和出口环境的影响，在风机出口附近会产生明显的流动分离和较强烈的压力脉动，这既会造成能量的损失，也会产生较强的气动噪声。
现有的为了改善气流进入风机的流动状态，减少气体流动损失和流动噪音，通常在风机的入口和出口处设置降噪装置。如申请号为201720526157.7的中国专利公开的一种降噪蜗壳，包括蜗壳围板、侧板、第一吸音组件、第二吸音组件、导风圈和出口安装板，侧板设置于蜗壳围板的两侧，蜗壳围板、侧板的顶部形成出风口，侧板上开设有进风口，导风圈设置于蜗壳围板的一侧，并且位于侧板的外侧，第一吸音组件设置于蜗壳围板的任一侧，并位于侧板和蜗壳围板之间，第二吸音组件设置于导风圈和侧板之间；又如本申请人的申请号为201610111243.1的中国专利公开的一种用于吸油烟机的风机蜗壳，包括蜗舌，蜗舌包括蜗舌内壁，蜗舌形成封闭的空腔，空腔内沿着蜗壳的轴线方向布置有至少一个纵向隔板，沿垂直蜗壳的轴线方向布置有多个径向隔板，纵向隔板和径向隔板将空腔分隔成多个独立的封闭的消音空腔，每个消音空腔对应的蜗舌内壁部分上开设有孔，通过将蜗舌内的空腔分隔成多个独立的封闭的小空腔，空腔内的空气柱与空腔内壁摩擦而消耗声能，从而进行吸声降噪。
上述这些设置在风机入口或出口处的降噪装置，对风机内部流场特性的改善不大，因此还有待进一步改进。
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，提供一种确保在不同工况下都能达到较好的整流降噪效果的离心风机。
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离心风机的吸油烟机。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种上述吸油烟机的控制方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种离心风机，包括蜗壳，所述蜗壳包括环壁、出口和蜗舌，其特征在于：所述环壁上、位于蜗壳的型线的后段并且靠近蜗壳的出口的位置设置有涡流发生器。
优选的，所述蜗壳的型线呈渐开式螺旋线，所述蜗壳的型线的起点靠近蜗舌，所述蜗壳的型线的后段为螺旋线的240°～300°处。
优选地，为便于调节涡流发生器的高度，所述涡流发生器包括推杆电机、外叶片和内叶片，所述推杆电机固定在蜗壳的环壁的外侧上，所述推杆电机的输出轴延伸入环壁内侧，所述外叶片和内叶片则位于环壁的内侧，所述内叶片设置在外叶片内部、并与推杆电机的输出轴连接，从而使得内叶片能相对外叶片作靠近或远离环壁的直线运动。
优选地，为了能够将扰动导致的气动噪声降到最低，所述外叶片和内叶片均为翼型形状。
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离心风机的吸油烟机，所述吸油烟机内部设置有用于检测吸油烟机工况的工况检测装置，所述工况检测装置与涡流发生器电连接，从而能根据检测到的不同的工况控制涡流发生器相应的动作。
根据本发明的一个方面，所述离心风机的出口处设置有出风罩，所述出风罩的顶部设置有出口管道，所述工况检测装置为在出口管道上设置的流速测量装置，所述流速测量装置包括设置在出口管道周壁内侧的皮托管、以及将皮托管测得的流速信息处理后反馈到涡流发生器从而控制涡流发生器动作的反馈单元。
根据本发明的另一个方面，所述离心风机的出口处设置有出风罩，所述出风罩的顶部设置有出口管道，所述工况检测装置为在出口管道上设置的流速测量装置，所述流速测量装置包括设置在出口管道周壁内侧的静压管、以及将皮托管测得的流速信息处理后反馈到涡流发生器从而控制涡流发生器动作的的反馈单元。
为使得皮托管或静压管处气流均匀，测量更准确，所述流速测量装置还包括设置在出口管道内的整流格栅，在油烟流动路径上，所述皮托管或静压管位于整流格栅的下游。
根据本发明的另一个方面，所述离心风机还包括叶轮和用于驱动叶轮的电机，所述工况检测装置为功率检测模块，所述功率检测模块包括设置在所述电机的母线上、用于检测电机的功率的功率检测单元，以及将功率检测单元测得的功率信息处理后反馈到涡流发生器从而控制涡流发生器动作的的反馈单元。
根据本发明的另一个方面，所述离心风机还包括叶轮，所述工况检测装置为转速测量模块，所述转速测量模块包括用于检测叶轮转速的转速测量单元，以及将转速测量单元测得的转速信息处理后反馈到涡流发生器从而控制涡流发生器动作的的反馈单元。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的吸油烟机的控制方法，包括如下步骤：
1)标定：将实验条件下所得的工况检测装置检测到的数据进行标定，将标定后的表示工况的数据和涡流发生器的高度之间对应的关系写入工况检测装置的反馈单元中；
2)测流速：当吸油烟机工作中当前的工况变化时，工况检测装置检测到的当前数据由反馈单元处理；
3)调节涡流发生器高度：所述反馈单元取预先存入的标定后的数据和涡流发生器的高度之间对应的关系，判断当前数据对应的工况和在此工况下涡流发生器所需调节到的高度，并通过推杆电机驱动内叶片动作。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在蜗壳型线后段位置设置涡流发生器，来改善风机出口处的流动分离现象，从而降低气动噪声；且可根据不同工况下的气流的流速，自动调节涡流发生器的高度以适应不同的蜗壳壁面边界层厚度，保证在不同工况下都能达到较好的整流降噪效果，提升油烟机性能。
附图说明
图1为本发明的吸油烟机的第一个实施例的示意图；
图2为本发明的吸油烟机的第一个实施例的剖视图；
图3为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的示意图；
图4为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的剖视图；
图5为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的涡流发生器的示意图；
图6为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的涡流发生器的剖视图；
图7为本发明的吸油烟机的第一个实施例的出口管道的示意图；
图8为本发明的吸油烟机的第一个实施例的出口管道的剖视图；
图9为图8的局部Ⅰ放大示意图；
图10为本发明的吸油烟机的第一个实施例的控制流程图；
图11-1为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的涡流发生器的状态A示意图；
图11-2为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的涡流发生器的状态B示意图；
图11-3为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的涡流发生器的状态C示意图；
图11-4为本发明的吸油烟机的第一个实施例的离心风机的涡流发生器的状态D示意图；
图12为本发明的吸油烟机的第二个实施例的出口管道的示意图；
图13为本发明的吸油烟机的第二个实施例的出口管道的剖视图；
图14为图13的局部Ⅱ放大示意图；
图15为本发明的吸油烟机的第二个实施例的控制流程图；
图16为本发明的吸油烟机的第三个实施例的离心风机的示意图；
图17为本发明的吸油烟机的第三个实施例的控制流程图；
图18为本发明的吸油烟机的第四个实施例的剖视图；
图19为本发明的吸油烟机的第四个实施例的控制流程图；
图20为现有技术的吸油烟机的3号孔板的压力云图；
图21为现有技术的吸油烟机的5号孔板的压力云图；
图22为现有技术的吸油烟机的7号孔板的压力云图；
图23为现有技术的吸油烟机的9号孔板的压力云图。
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。
实施例一
参见图1～图4，一种吸油烟机，包括集烟罩1、设置在集烟罩1上方的机箱2以及设置在机箱2内的离心风机3，离心风机3的出口处设置有出风罩4，出风罩4的顶部设置有出口管道5、并且互相连通。集烟罩1上开设有进风口11。从而在离心风机3的作用下，将油烟从吸油烟机的下方通过进风口11吸入吸油烟机内部，并通过出风罩4和出口管道5排出到公共烟道。
离心风机3包括蜗壳31、设置在蜗壳31内的叶轮32、前导风板35和后导风板36，蜗壳31包括环壁311，环壁311的前端固定在前导风板35上，环壁311的后端固定在后导风板36上。环壁311、前导风板35和后导风板36还限定有蜗壳31的出口312。蜗壳31还具有蜗舌313。
环壁311的后段、靠近蜗壳31的出口312的位置设置有涡流发生器33。在本实施例中，涡流发生器33具有多个，由靠近前导风板35的位置向靠近后导风板36的位置间隔布置。环壁311的型线呈渐开式螺旋线，涡流发生器33设置在环壁311型线的后段位置，环壁311的型线的起点靠近蜗舌313，型线后段位置是指螺旋线的240°～300°处。
参见图5和图6，涡流发生器33包括推杆电机331、外叶片332和内叶片333。推杆电机331优选的为伺服电机，固定在蜗壳31的环壁311的外侧上，推杆电机331的输出轴3311延伸入环壁311内侧。外叶片332和内叶片333则位于环壁311的内侧，其中内叶片332设置在外叶片332内部，并与推杆电机331的输出轴3311连接。由此，推杆电机331可推动内叶片333相对外叶片332作靠近或远离环壁311的直线运动。外叶片332和内叶片333为翼型形状的金属叶片，可以为矩形、椭圆形、梯形等形状。
由于流体具有粘性，因此在沿壁面流动时由于壁面表面的阻滞作用会在壁面附近形成一层边界层，边界层厚度的计算公式如下：
Re＝ρvx/μ；
其中δ为边界层厚度，Re为雷诺数，v为流体速度，μ为动力学粘度，x为坐标，可以看到流速越大雷诺数越大，边界层厚度越小。
涡流发生器33常用于延缓大迎角下表面流动分离的发生，安装方向顺着气流方向。涡流发生器33的原理为：在流体流经的壁面表面设置翼型形状的叶片装置，当气流流经叶片后在后方产生一系列的脱落涡，这些脱落涡可以增强下游边界层的湍动能，使得下游流体不易和壁面发生流动分离。而涡流发生器33的高度(内叶片333和外叶片332整体相对蜗壳31的环壁311的高度)和所在边界层的厚度有关，一般为边界层厚度的二分之一左右。本申请的涡流发生器33的高度可在2mm～20mm范围内进行调节，优选的，为3mm～6mm。
本申请采用的涡流发生器33外形为翼型形状，能够将扰动导致的气动噪声降到最低。而且由于涡流发生器33的高度量级只有毫米级，产生的扰动基本停留在附面层内，所产生的噪声不会对吸油烟机整体噪声有影响。
为了使涡流发生器33的高度能够自动调节，吸油烟机内部设置有工况检测装置，与涡流发生器33的推杆电机331电连接。在本实施例中，参见图2、图7～图9，工况检测装置为在出口管道5上设置的流速测量装置，包括设置在出口管道5内的整流格栅61、设置在出口管道5周壁内侧的皮托管62和出口管道5周壁外侧的反馈单元63，在油烟流动路径上，皮托管62位于整流格栅61的下游。反馈单元63包括刻度调节回路631、运放632和主控制器63，主控制器63与涡流发生器33的推杆电机331电连接。整流格栅61使得气流进入到出口管道5之内后被整流格栅61整流，从而使得皮托管62附近的气流均匀，测量更准确。皮托管62采用现有技术，其外周壁上开设有测量静压Ps的静压测量孔621，而底端开设有测量总压Pt的总压测量孔622，通过公式：
Figure BDA0001809092890000052
其中ρ为烟气密度，由此可以求得流经皮托管62的流速v。通过与皮托管62相连的反馈单元63将流速信息处理后反馈至涡流发生器33，然后通过推杆电机331驱动内叶片333从而调节涡流发生器33的高度，从而对不同工况下的流动分离现象和气动噪声都有较好的抑制作用，并提升风机性能。
对于某一特定机型，先在实验室进行空气性能测试，测得PQ曲线，通过流量换算得到与孔板工况相对应的流速值，标定后写入反馈单元63中，让反馈单元63根据标定值(包括流速v、涡流发生器33的高度两者对应的数据)进行控制。边界层厚度的计算公式如上所述，根据流速v可以大概估算出蜗壳31表面边界层的厚度，从而将涡流发生器33的高度调整至相应值，涡流发生器33的高度一般在边界层厚度的0.5～1之间。
根据某一特定型号的吸油烟机的控制方法的实例，如图10所示的流程，包括如下步骤：
1)标定：将实验所得的流速标定后，将标定后的各流速和涡流发生器33的高度两者对应的关系写入反馈单元63中；
2)测流速：当吸油烟机工作中当前的环境气流变化时，皮托管62测得当前的流速v(单位m/s)，由反馈单元63处理，包括流速v和刻度调节回路631(如电位器)作为运放632的两个输入，运放632的输出传输到主控制器633；
3)调节涡流发生器33高度：主控制器633根据测得的流速v，读取预先存入的与涡流发生器33的高度的对应关系，判断对应的工况和在此工况下涡流发生器33所需调节到的高度，并通过推杆电机331驱动内叶片333动作：如果v∈(0,5](表示3号孔板及阻力更大的工况)，涡流发生器33的高度调节至6mm(状态A，图11-1)；如果v∈(5,8](表示3号孔板到5号孔板之间工况)，涡流发生器33的高度调节至5mm(状态B，图11-2)；如果v∈(8,13.5](表示5号孔板到7号孔板之间工况)，涡流发生器33的高度调节至4mm(状态C，图11-3)；如果v∈(13.5,16](表示7号孔板到9号孔板之间工况)，涡流发生器33的高度调节至3mm(状态D，图11-4)。流速v越大，涡流发生器33的高度越小。
实施例二
参见图12～图14，在本实施例中，与实施例一的区别在于，工况检测装置为在出口管道5上设置的静压测量装置，包括设置在出口管道5内的整流格栅61、设置在出口管道5周壁内侧的静压管62’和出口管道5周壁外侧的反馈单元63，在油烟流动路径上，静压管62’位于整流格栅61的下游。整流格栅61使得气流进入到出口管道5之内后被整流格栅61整流，从而使得静压管62’附近的气流均匀，测量更准确。静压管62’采用现有技术，其外周壁上开设有测量静压Ps的静压测量孔621’，测得静压后由反馈单元63将流速信息处理后反馈至涡流发生器33。
其控制方法参见图15，与实施例一的不同之处在于采用静压管62’检测流速v。
实施例三
参见图16，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，工况检测装置为功率检测模块7，设置在离心风机3的用于驱动叶轮32的电机34的母线341上，包括功率检测单元71和反馈单元，检测单元71用于检测电机34的功率，反馈单元的作用与实施例一相同，将测得的功率信息处理后反馈至涡流发生器33，然后通过推杆电机331调节涡流发生器33叶片的高度。
对于某一特定机型，先在实验室进行空气性能测试，测得PQ曲线，通过流量换算得到与孔板相对应的流速值，标定后写入反馈单元中，让反馈单元根据标定值(包括功率和涡流发生器33的高度两者对应的数据)进行控制。
根据某一特定型号的吸油烟机的控制方法的实例，如图17所示的流程，包括如下步骤：
1)标定：将实验所得的功率标定后，将标定后的各功率和涡流发生器33的高度两者对应的关系写入反馈单元中；
2)测功率：当吸油烟机工作中工况变化时，功率检测单元71测得电机34的功率P(单位w)，由反馈单元处理，包括电机34的功率和刻度调节回路631(如电位器)作为运放632的两个输入，运放632的输出传输到主控制器633；
3)调节涡流发生器33高度：主控制器633根据测得的电机34的功率，读取预先存入的与涡流发生器33的高度的对应关系，判断对应的工况和在此工况下涡流发生器33所需调节到的高度，并通过推杆电机331驱动内叶片333动作：当P∈[145,155)(表示3号孔板及阻力更大的工况)，涡流发生器高度调节至6mm(状态A)；当P∈[155,185)(表示3号孔板到5号孔板之间工况)，涡流发生器高度调节至5mm(状态B)；当P∈[185,225)(表示5号孔板到7号孔板之间工况)，涡流发生器高度调节至4mm(状态C)；当P∈[225,260)(表示7号孔板到9号孔板之间工况)，涡流发生器高度调节至3mm(状态D)。功率P越大，涡流发生器33的高度越小。
实施例四
参见图18，在本实施例中，与实施例一的区别在于，工况检测装置为转速测量模块，包括转速测量单元81和反馈单元，转速测量单元81用于检测叶轮32的转速，包括反射片811、激光发射及接收装置812，其中，反射片81设置在叶轮32的中盘321，激光发射及接收装置82设置在机箱2前侧内。反馈单元的作用与实施例一相同，将测得的转速信息处理后反馈至涡流发生器33，然后通过推杆电机331调节涡流发生器33叶片的高度。
对于某一特定机型，先在实验室进行空气性能测试，测得PQ曲线和与孔板工况相对应的转速，标定后写入反馈单元中，反馈单元中，让反馈单元根据标定值(包括转速和涡流发生器33的高度两者对应的数据)进行控制。
根据某一特定型号的吸油烟机的控制实例，如图19所示，包括如下步骤：
1)标定：将实验所得的转速(单位rms)标定后，将标定后的各转速和涡流发生器33的高度两者对应的关系写入反馈单元中；
2)测流速：当吸油烟机工作中当前的工况变化时，转速测量单元81测得当前的转速R，由反馈单元处理，包括叶轮32的转速和刻度调节回路631(如电位器)作为运放632的两个输入，运放632的输出传输到主控制器633；
3)调节涡流发生器33高度：主控制器633根据测得的转速R，读取预先存入的与涡流发生器33的高度的对应关系，判断对应的工况和在此工况下涡流发生器33所需调节到的高度，并通过推杆电机331驱动内叶片333动作：当R∈[1400,1450)(表示3号孔板及阻力更大的工况)，涡流发生器高度调节至6mm(状态A)；当R∈[1350,1400)(表示3号孔板到5号孔板之间工况)，涡流发生器高度调节至5mm(状态B)；当R∈[1250,1350)(表示5号孔板到7号孔板之间工况)，涡流发生器高度调节至4mm(状态C)；当R∈[1100,1250)(表示7号孔板到9号孔板之间工况)，涡流发生器高度调节至3mm(状态D)。转速R越小，涡流发生器33的高度越小。

Claims (11)

1.一种离心风机，包括蜗壳(31)，所述蜗壳(31)包括环壁(311)、出口(312)和蜗舌(313)，其特征在于：所述环壁(311)上、位于蜗壳(31)的型线的后段并且靠近蜗壳(31)的出口(312)的位置设置有涡流发生器(33)。
2.根据权利要求1所述的离心风机，其特征在于：所述蜗壳(31)的型线呈渐开式螺旋线，所述蜗壳(31)的型线的起点靠近蜗舌(313)，所述蜗壳(31)的型线的后段为螺旋线的240°～300°处。
3.根据权利要求1或2所述的离心风机，其特征在于：所述涡流发生器(33)包括推杆电机(331)、外叶片(332)和内叶片(333)，所述推杆电机(331)固定在蜗壳(31)的环壁(311)的外侧上，所述推杆电机(331)的输出轴(3311)延伸入环壁(311)内侧，所述外叶片(332)和内叶片(333)则位于环壁(311)的内侧，所述内叶片(332)设置在外叶片(332)内部、并与推杆电机(331)的输出轴(3311)连接，从而使得内叶片(333)能相对外叶片(332)作靠近或远离环壁(311)的直线运动。
4.根据权利要求3所述的离心风机，其特征在于：所述外叶片(332)和内叶片(333)均为翼型形状。
5.一种应用有如权利要求1～4任一项所述的离心风机的吸油烟机，所述吸油烟机内部设置有用于检测吸油烟机工况的工况检测装置，所述工况检测装置与涡流发生器(33)电连接，从而能根据检测到的不同的工况控制涡流发生器(33)相应的动作。
6.根据权利要求5所述的吸油烟机，其特征在于：所述离心风机的出口处设置有出风罩(4)，所述出风罩(4)的顶部设置有出口管道(5)，所述工况检测装置为在出口管道(5)上设置的流速测量装置，所述流速测量装置包括设置在出口管道(5)周壁内侧的皮托管(62)、以及将皮托管(62)测得的流速信息处理后反馈到涡流发生器(33)从而控制涡流发生器(33)动作的反馈单元(63)。
7.根据权利要求5所述的吸油烟机，其特征在于：所述离心风机的出口处设置有出风罩(4)，所述出风罩(4)的顶部设置有出口管道(5)，所述工况检测装置为在出口管道(5)上设置的流速测量装置，所述流速测量装置包括设置在出口管道(5)周壁内侧的静压管(62’)、以及将皮托管(62)测得的流速信息处理后反馈到涡流发生器(33)从而控制涡流发生器(33)动作的的反馈单元(63)。
8.根据权利要求6或7所述的吸油烟机，其特征在于：所述流速测量装置还包括设置在出口管道(5)内的整流格栅(61)，在油烟流动路径上，所述皮托管(62)或静压管(62’)位于整流格栅(61)的下游。
9.根据权利要求5所述的吸油烟机，其特征在于：所述离心风机还包括叶轮(32)和用于驱动叶轮(32)的电机(34)，所述工况检测装置为功率检测模块(7)，所述功率检测模块(7)包括设置在所述电机(34)的母线(341)上、用于检测电机(34)的功率的功率检测单元(71)，以及将功率检测单元(71)测得的功率信息处理后反馈到涡流发生器(33)从而控制涡流发生器(33)动作的的反馈单元。
10.根据权利要求5所述的吸油烟机，其特征在于：所述离心风机还包括叶轮(32)，所述工况检测装置为转速测量模块(8)，所述转速测量模块(8)包括用于检测叶轮(32)转速的转速测量单元(81)，以及将转速测量单元(81)测得的转速信息处理后反馈到涡流发生器(33)从而控制涡流发生器(33)动作的的反馈单元。
11.一种如权利要求5～10中任一项所述的吸油烟机的控制方法，包括如下步骤：
1)标定：将实验条件下所得的工况检测装置检测到的数据进行标定，将标定后的表示工况的数据和涡流发生器(33)的高度之间对应的关系写入工况检测装置的反馈单元(63)中；
2)测流速：当吸油烟机工作中当前的工况变化时，工况检测装置检测到的当前数据由反馈单元(63)处理；
3)调节涡流发生器(33)高度：所述反馈单元(63)读取预先存入的标定后的数据和涡流发生器(33)的高度之间对应的关系，判断当前数据对应的工况和在此工况下涡流发生器(33)所需调节到的高度，并通过推杆电机(331)驱动内叶片(333)动作。
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