CN110966257A - 一种蜗壳及其应用有该蜗壳的离心风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜗壳，具有轴线，其特征在于：所述蜗壳在轴线方向上的轴向截面的型线具有不同的尺寸，所述轴向截面的型线的尺寸由中间向前、后两侧逐渐缩小。通过在轴向方向上变轮廓线尺寸，能根据轴向面上流量分布调整型线尺寸，气流从叶轮至蜗壳因截面积变化造成的动压损失减少，减少压力损失，实现风机流量与蜗壳尺寸更合理的匹配。

Description

一种蜗壳及其应用有该蜗壳的离心风机

技术领域

本发明涉及厨房设备，尤其是蜗壳，以及应用有该蜗壳的离心风机。

背景技术

随着人们居住环境的变化，以及生活品质的提高，对吸油烟机的要求也越来越高。家用吸油烟机采用的风机多为多翼离心风机，进行吸气、排气。离心风机一般由蜗壳、电机、叶轮等组成。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。

离心风机蜗壳是采用近似对数螺旋线或近似阿基米德旋线进行设计的，蜗壳逐渐扩展，如申请号为200910193447.4的中国专利公开的一种吸油烟机的离心风机蜗壳，蜗壳的型线由第一曲线AB、第二曲线BC、对数螺旋线CD、直线DE光滑过度连接而成，构成蜗舌的第一曲线AB和第二曲线BC为翼型型线的前缘部分，其中第一曲线AB为翼型上翼面型线BAF的前缘部分，第二曲线BC为翼型下翼面型线BCF的前缘部分，上翼面型线BAF和下翼面型线BCF组成翼型型线；又如申请号为201110118687.5的中国专利公开的一种吸油烟机用离心风机，包括设置有进风口和出风口的蜗壳、设置在蜗壳内的叶轮、设置在进风口上的进风圈以及驱动叶轮旋转的电机，蜗壳包括蜗壳顶板、蜗壳围板和蜗壳底板，蜗壳围板连接在蜗壳顶板、蜗壳底板之间，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和第二直线HI光滑过渡连接而成。

然而，由于在蜗壳轴向方向上，气流量分布并非是均匀的，往往蜗壳入口处截面气流量较小，越往里的截面气流量越大。在蜗壳外轮廓型线设计上，气流量越大，蜗壳外轮廓线也越大。但是，现有的如上所述的蜗壳，为单一外轮廓型线方案的钣金蜗壳或塑料蜗壳，在轴向方向上各截面外轮廓线是相同的，气流量较小的截面上采用较大的蜗壳型线不仅是材料上的浪费，从叶轮到蜗壳的动静压转换损失也会增大。

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，提供一种减少压力损失的蜗壳。

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：一种蜗壳，具有轴线，其特征在于：所述蜗壳在轴线方向上的轴向截面的型线具有不同的尺寸，所述轴向截面的型线的尺寸由中间向前、后两侧逐渐缩小。

为减少蜗壳内部角落里的涡流，所述蜗壳还包括前盖板、后盖板以及连接在前盖板和后盖板之间的环壁，所述环壁与前盖板的相交处、环壁与后盖板的相交处，分别具有倒圆角。

为便于加工，所述环壁包括两个部分，分别与前盖板连接成一体构成蜗壳前部分、以及与后盖板连接成一体构成蜗壳后部分，所述蜗壳前部分和蜗壳后部分对扣固定。

优选的，所述蜗壳还具有蜗舌，所述蜗壳的型线包括依次连接的AB线段、BC线段、CD线段和DE线段，所述蜗壳的最大宽度为B，所述AB线段经过蜗舌，所述蜗舌处的圆角半径r为定值，r<0.03*B。

为便于对下方来流起到导流的作用，所述蜗壳还具有中心竖直线，所述CD线段关于中心竖直线对称，CD线段为具有恒定半径的圆弧，且CD线段的圆角半径为R1，0.05*B<R1<0.15*B。

优选的，所述BC线段为变半径圆弧过渡段，所述BC线段的半径从r过渡到R1。

优选的，为使得蜗壳的出风口面积和局部涡流达到平衡。所述DE线段的E点处半径为R2，所述DE线段的半径从R1过渡到R2，并且，r<R2<R1。

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，包括叶轮，所述叶轮为包括前盖、后盖和中盘的双吸叶轮，其特征在于：所述蜗壳的轴向截面与中盘对应处型线尺寸为最大。

优选的，所述蜗壳的型线的计算公式为

A为型线的角度Φ下的张开度，x_i代表第i个轴向截面所在位置，f(x_i)为轴向截面x_i位置下的蜗壳型线尺寸的修正系数，i＝-n₁、-(n₁-1)、……-2、-1、0、1、2……n₂-1、n₂，式中n₁，n₂都为正整数值，R为所述叶轮的半径，初始轴向截面x₀对应叶轮的中盘处。

优选的，f(x₀)为一经验值a，0.5＜a≤1，所述蜗壳的最前侧和最后侧的两个轴向截面的修正系数也为经验值，f(x_n2)为经验值b₂，f(x_-n1)为经验值b₁，0＜b₁≤b₂＜a，所述蜗壳的型线的修正系数的公式如下：

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在轴向方向上变轮廓线尺寸，能根据轴向面上流量分布调整型线尺寸，气流从叶轮至蜗壳因截面积变化造成的动压损失减少，减少压力损失，实现风机流量与蜗壳尺寸更合理的匹配；减少材料，降低成本；蜗壳周圈倒圆角能减少蜗壳角落里的局部涡流；蜗舌处小R角避免倒圆角引起的空间尺寸减少，正下方大圆角则起到导流的作用。

附图说明

图1为本发明实施例的离心风机的示意图；

图2为本发明实施例的离心风机的分解结构示意图；

图3为本发明实施例的离心风机的蜗壳示意图；

图4为本发明实施例的离心风机的蜗壳的型线示意图；

图5为本发明实施例的离心风机的蜗壳的轴向截面示意图。

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～图3，一种离心风机，包括蜗壳1、设置在蜗壳1内的叶轮2、以及用于驱动叶轮2旋转的电机3。

蜗壳1包括前盖板11、后盖板12以及连接在前盖板11和后盖板12之间的环壁13，上述前盖板11、后盖板12和环壁13构成的蜗壳1具有进风口14、出风口15和蜗舌16。蜗壳1还具有轴线X(与叶轮2的轴线重合)、中心水平线Y和中心竖直线Z。叶轮2为双吸叶轮，包括前盖21、后盖22和中盘23，前盖21和中盘23之间、中盘23和后盖22之间分别设置有多个叶片24。

现有的蜗壳的型线常选用对数螺旋线、阿基米德螺旋线、多段圆弧线等。不管哪种型线设计方法中，蜗壳型线各角度Φ下的张开度A都与相应叶轮出口气流速度相关。如对数螺旋线设计公式为

其中m值与叶轮出口处速度有关，R为叶轮半径。叶轮出口气流速度越大，所需的张开度A越大。

参见图4和图5，H为蜗壳1的出风口15与中心水平线Y之间的高度，r为蜗舌16的半径，t为蜗舌16的间隙，A为某一角度Φ下的张开度，α为型线的左侧直线段与水平中心线Y之间的夹角，R为叶轮2的半径。

蜗壳的不同轴向(轴线X延伸的方向)截面上的叶轮的出口气流速度不同，叶轮前侧出口气流速度低，越往后侧，速度往往越大。因此，本发明的蜗壳，某一轴向截面下的蜗壳1的外轮廓型线根据需要采用对数螺旋线、阿基米德螺旋线或多段圆弧线等，在蜗壳1的环壁13的不同轴向截面上根据同一计算公式但采用不同系数值得到不同尺寸的外轮廓型线，根据这些型线(蜗壳型线)拟合出蜗壳1的环壁13。

以采用对数螺旋线设计公式为例，某一轴向截面下的蜗壳1的型线的计算公式为

x_i代表第i个轴向截面所在位置，f(x_i)为x_i轴向截面位置下的蜗壳型线尺寸的修正系数，i＝-n₁、-(n₁-1)、……-2、-1、0、1、2……n₂-1、n₂，式中n₁，n₂都为正整数值，R为叶轮2的半径。初始轴向截面x₀选在叶轮2最大出口气流速度截面处。

在本实施例中，由于采用双吸叶轮，因普遍双吸叶轮各轴向截面流量分布的规律是从叶轮顶部截面至中盘位置截面出口流量是逐渐增加的，从叶轮底部截面至中盘位置截面出口流量也是逐渐增大的，因此，最大尺寸的截面选在叶轮2的中盘23位置，截面的最大尺寸根据吸油烟机内部风机架宽度决定，其余截面则根据需要的截面数，从中盘23往两侧依次等分选取，截面数越多，蜗壳1尺寸更精细。也就是说，蜗壳1的初始位置x₀选为双吸分界面处，即与中盘23相对应的位置，参见图5。根据划分的截面数量，自始轴向截面x₀向蜗壳1的前盖板11方向各截面位置依次为x₁，x₂，x₃……x_n2-1，x_n2，自始轴向截面x₀向蜗壳1的后盖板12方向各截面位置依次为x_-1，x_-2，x_-3……x_-(n1-1)，x_-n1。叶轮2前侧和后侧截面流量低，对应蜗壳1的型线较小，即修正系数取值较小；越往中盘23位置叶轮出口流量越高，对应修正系数取值越大。如从叶轮2的前侧至中盘23处截面出口流量线性增加，则蜗壳1的型线的修正系数亦采取线性增加。

通过给定不同截面上的修正系数f(x_i)，调整螺旋线设计公式进行蜗壳1型线尺寸的改变，可见修正系数越大，相应的蜗壳1的型线尺寸也越大。f(x₀)为一经验值a，0.5＜a≤1，该经验值与吸油烟机的风机架宽度尺寸相关，应保证此选定值下蜗壳1的型线最大宽度不大于蜗壳1的最大宽度B即可。蜗壳1的最前侧和最后侧的两个轴向截面的修正系数也为经验值，即f(x_n2)为一经验值b₂，f(x_-n1)为经验值b₁，0＜b₁≤b₂＜a，公式如下：

应保证经验值b₁、b₂下的蜗壳1型线最大宽度B不小于叶轮2的直径2R。

蜗壳1的环壁13与前盖板11的相交处、环壁13与后盖板12的相交处，分别进行变R倒圆角设计，倒圆角设计能减少蜗壳1内部角落里的涡流。

蜗壳1的型线包括依次连接的AB线段、BC线段、CD线段和DE线段，蜗壳1的最大宽度为B。其中，AB线段经过蜗舌16，因蜗舌16附近空间较小，蜗舌16附近设置恒定半径的圆弧，且半径较小，优选的，蜗舌16处的圆角半径r<0.03*B；CD线段关于中心竖直线Z对称，C点角度值在220°～260°，设置恒定半径的圆弧，且半径较大，对下方来流起到导流的作用，CD线段的半径为R1，优选的，0.05*B<R1<0.15*B；BC线段为变半径圆弧过渡段，圆弧半径从r过渡到R1；DE线段为变半径圆弧过渡段，E点处半径为R2，DE线段的圆弧半径从R1过渡到R2，R2为出口左侧处倒圆角半径值，需综合考虑半径对出口面积的影响(R2值大则减少出口空间)和局部涡流(R2值大能缓解局部涡流)的影响，r<R2<R1。

如叶轮2的中盘23将叶轮2前后比例分为2：1，蜗壳1的最大宽度为B，则轴向方向上2/3B截面处为蜗壳1的外轮廓型线最大处，以此将蜗壳1分为前后两部分，蜗壳前部分17轴向方向上取3个截面，蜗壳后部分18轴向方向上取2个截面，则轴向方向上存在x_-2、x_-1、x₀、x₁、x₂、x₃六个截面，无论使用何种型线计算方式，都存在f(x_-2)、f(x_-1)、f(x₀)、f(x₁)、f(x₂)和f(x₃)六个修正系数值，其中f(x_-2)，f(x₀)和f(x₃)为经验值，f(x_-1)、f(x₁)和f(x₂)是根据f(x)函数表达式求出的值。

本发明的方法形成的蜗壳1常适用于采用塑料材质，蜗壳1可以为分体式，即蜗壳1由前后两片组成(环壁13包括两个部分，分别与前盖板11连接成一体构成上述的蜗壳前部分17、以及与后盖板12连接成一体构成上述的蜗壳后部分18，分界面为最大截面处，也即上述提到的与叶轮2的中盘23的对应处。这种蜗壳加工和安装都更方便，加工时蜗壳本身自带拔模斜度，安装时采用对扣螺钉等方式固定。

Claims (10)

1.一种蜗壳，具有轴线(X)，其特征在于：所述蜗壳在轴线(X)方向上的轴向截面的型线具有不同的尺寸，所述轴向截面的型线的尺寸由中间向前、后两侧逐渐缩小。

2.根据权利要求1所述的蜗壳，其特征在于：所述蜗壳还包括前盖板(11)、后盖板(12)以及连接在前盖板(11)和后盖板(12)之间的环壁(13)，所述环壁(13)与前盖板(11)的相交处、环壁(13)与后盖板(12)的相交处，分别具有倒圆角。

3.根据权利要求2所述的蜗壳，其特征在于：所述环壁(13)包括两个部分，分别与前盖板(11)连接成一体构成蜗壳前部分(17)、以及与后盖板(12)连接成一体构成蜗壳后部分(18)，所述蜗壳前部分(17)和蜗壳后部分(18)对扣固定。

4.根据权利要求1所述的蜗壳，其特征在于：所述蜗壳还具有蜗舌(16)，所述蜗壳的型线包括依次连接的AB线段、BC线段、CD线段和DE线段，所述蜗壳的最大宽度为B，所述AB线段经过蜗舌(16)，所述蜗舌(16)处的圆角半径r为定值，r<0.03*B。

5.根据权利要求4所述的蜗壳，其特征在于：所述蜗壳还具有中心竖直线(Z)，所述CD线段关于中心竖直线(Z)对称，CD线段为具有恒定半径的圆弧，且CD线段的圆角半径为R1，0.05*B<R1<0.15*B。

6.根据权利要求4所述的蜗壳，其特征在于：所述BC线段为变半径圆弧过渡段，所述BC线段的半径从r过渡到R1。

7.根据权利要求5所述的蜗壳，其特征在于：所述DE线段的E点处半径为R2，所述DE线段的半径从R1过渡到R2，并且，r<R2<R1。

8.一种应用有如权利要求1～7中任一项所述的蜗壳的离心风机，包括叶轮(2)，所述叶轮(2)为包括前盖(21)、后盖(22)和中盘(23)的双吸叶轮，其特征在于：所述蜗壳的轴向截面与中盘(23)对应处型线尺寸为最大。

9.根据权利要求8所述的离心风机，其特征在于：所述蜗壳的型线的计算公式为

A为型线的角度Φ下的张开度，x_i代表第i个轴向截面所在位置，f(x_i)为轴向截面x_i位置下的蜗壳型线尺寸的修正系数，i＝-n₁、-(n₁-1)、……-2、-1、0、1、2……n₂-1、n₂，式中n₁，n₂都为正整数值，R为所述叶轮(2)的半径，初始轴向截面x₀对应叶轮(2)的中盘(23)处。

10.根据权利要求9所述的离心风机，其特征在于：f(x₀)为一经验值a，0.5＜a≤1，所述蜗壳的最前侧和最后侧的两个轴向截面的修正系数也为经验值，f(x_n2)为经验值b₂，f(x_-n1)为经验值b₁，0＜b₁≤b₂＜a，所述蜗壳的型线的修正系数的公式如下：

Images