CN111102246B

CN111102246B - 一种离心风机的蜗壳型线生成方法

Info

Publication number: CN111102246B
Application number: CN202010014000.2A
Authority: CN
Inventors: 宁国立
Original assignee: Ningbo Fotile Kitchen Ware Co Ltd
Current assignee: Ningbo Fotile Kitchen Ware Co Ltd
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: CN111102246A

Abstract

本发明公开了一种离心风机的蜗壳型线生成方法，包括如下步骤：1)得到基础型线：建立坐标系，以坐标系的原点为圆心，得到基圆，以X轴正方向上一点作为基础型线的起点，通过螺旋线方程得到基础型线；还包括如下步骤：2)生成第一初始型线：从X轴逆时针旋转一定角度得到与基础型线靠近末端处的第三交点，并由此得到与基础型线相切的第一直线段，以第一直线段上的第一出口点为起点得到第二直线段，然后以第二直线段上的第二出口点为起点作与第一直线段平行的第三直线段，得到第三直线段与基础型线的第四交点；3)生成第二初始型线：使得第三直线段上的第四交点沿着第一初始型线顺时针偏移一定角度得到第五交点，生成第二初始型线。

Description

一种离心风机的蜗壳型线生成方法

技术领域

本发明涉及动力装置，尤其是一种离心风机的蜗壳型线生成方法。

背景技术

离心风机蜗壳的作用包括两点，其一，将从叶轮内流出的流体进行收集，其二，将从叶轮流出的高速流体的动能转化为所需的势能。蜗壳型线是约束蜗壳内部流体运动的边界，其同时也决定了蜗舌的位置及蜗舌间隙的大小，对蜗壳的扩压性能有着极大的影响。

蜗舌作为影响整个风机系统的噪音和回流的关键部分，一般设计方法里面只有一个推荐的间隙值为：对于家用电器，常用的蜗壳基圆D2的尺寸在50～500mm之间，蜗舌顶端与叶轮外圆周向间隙值为t:t＝(0.05～0.1)D2，蜗舌顶端圆弧半径为r:r＝(0.03～0.05)D2。对于小型风机系统而言，很多时候间隙值只能取到推荐范围的最小值，为了能够进一步降低噪音，必须取更大的蜗舌间隙。

目前增大蜗舌间隙的方法，主要有两种，第一种是动态调节蜗舌间隙：如本申请人的申请号为201711451180.5的中国专利公开的一种蜗舌，包括支撑架和设于支撑架上以构成蜗舌外轮廓的柔性蜗舌壁，支撑架包括有设于蜗舌根部的上支撑体、下支撑体以及设于蜗舌头部的变R柱体，还包括有用来驱动所述变R柱体转动的驱动机构，驱动变R柱体转动即可以实现蜗舌的变R调节，以改变蜗舌与叶轮之间的间隙，从而提高风机性能或降低噪音，使蜗舌能更好地适应多种实际工况。这种动态调节方式，机构复杂，成本较高。

第二种是采用阶梯蜗舌：如申请号为201510782850.6的中国专利公开的一种倾斜阶梯蜗舌风机蜗壳，包括蜗壳前板、蜗壳后板和夹设于所述蜗壳前板、蜗壳后板之间的环壁，环壁上留有风机的出风口，出风口处设有蜗舌，蜗舌为倾斜阶梯蜗舌，倾斜阶梯蜗舌的本体上设有第一斜面蜗舌和第二斜面蜗舌，通过所述第一斜面蜗舌和第二斜面蜗舌，在所述倾斜阶梯蜗舌上形成多相位的缓冲区，用于缓冲气流对倾斜阶梯蜗舌的冲击，可以使该风机能够有效降低噪音。然而，阶梯蜗舌在大流量时候两个蜗舌撞击产生两种噪音，声音品质差，同时不易加工，需要用塑料件单独加工装配。

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不足，提供一种离心风机的蜗壳型线生成方法，简单易加工，同时大流量的时候噪音低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种离心风机的蜗壳型线生成方法，包括如下步骤：

1)得到基础型线：建立坐标系，确定X轴和Y轴，以坐标系的原点为圆心，得到半径为D2的基圆，以X轴正方向上一点作为基础型线的起点，通过螺旋线方程得到基础型线，X轴与基础型线靠近末端处有第一交点，第一交点的X坐标大于起点，基础型线的末端位于坐标系的第一象限内；Y轴与基础型线具有第二交点，第二交点位于Y轴的正方向、为基础型线最高点；其特征在于：还包括如下步骤：

2)生成第一初始型线：从X轴逆时针旋转一定角度，得到与基础型线靠近末端处的第三交点，并由此得到与基础型线相切的第一直线段，所述第一直线段与基础型线相切于第三交点，所述第一直线段的倾角为θ1，所述第一直线段远离第三交点的端点为蜗壳的第一出口点，以第一出口点为起点、作与X轴平行并朝向Y轴延伸一定距离的第二直线段，第二直线段远离第一出口点的端点为蜗壳的第二出口点，然后以第二出口点为起点作与第一直线段平行的第三直线段，得到第三直线段与基础型线的第四交点，由此生成的第一初始型线由基础型线的第四交点和第三交点之间的部分、第一直线段、第二直线段和第三直线段构成；此时第四交点与基圆的间隙为t，并且满足t≥t_min，t_min为标准法设定最小间隙值；

3)生成第二初始型线：如果t和t_min的差值大于1％D2以上，使得第三直线段上的第四交点沿着第一初始型线顺时针偏移一定角度得到第五交点，由此生成的第二初始型线由基础型线的第五交点和第三交点之间的部分、第一直线段、第二直线段和第三直线段构成；，此时第五交点与基圆之间的间隙为t’，并且满足t’≥t_min，在第五交点处倒圆角形成蜗壳的蜗舌；如果此时t’<t_max，t_max为标准法设定最大间隙值，则回到步骤2)，使得第三交点或第二出口点偏移来使得t’增大到t_max。

根据本发明的一个方面，在步骤3)中，当回到步骤2)时，增大θ1使得第三交点偏移，所述第一出口点、第二出口点和第四交点到的方式如步骤2)中所示不变，重复生成第一初始型线的步骤，然后，再回到步骤3)，以此类推，直至t’达到t_max。

根据本发明的另一个方面，在步骤3)中，当回到步骤2)时，加大第二直线段长度使得第二出口点偏移，第三交点、第一出口点和第四交点得到的方式如步骤2)中所示不变，重复生成第一初始型线的步骤，然后，再回到步骤3)，以此类推，直至t’达到t_max。

优选的，所述第二交点的坐标为：X＝0,Y＝h，蜗壳高度为h1，h1-h≥20mm，第一出口点的Y坐标为h1。

优选的，θ1的取值范围优选的为0～30度。

优选的，第二直线段的长度为基础型线的起点和第一交点之间长度的为1.3～2.0倍。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将螺旋状的基础型线的末端延长、出口向蜗舌处倾斜，增大蜗舌间隙而降低噪音，同时这种生成方法可以降低加工难度，使用钣金件就可以做成，不必单独用铸造件或者塑料件单独加工蜗舌区域进行装配。

附图说明

图1为本发明实施例的蜗壳型线生成方法的步骤1)生成的型线示意图；

图2为本发明实施例的蜗壳型线生成方法的步骤2)生成的型线示意图；

图3为本发明实施例的蜗壳型线生成方法的步骤2)生成的型线拉伸后得到的蜗壳示意图；

图4为本发明实施例的蜗壳型线生成方法的步骤2)生成的型线倒圆角后和现有技术的对比示意图；

图5为本发明实施例的蜗壳型线生成方法生成的第二初始型线示意图；

图6为本发明实施例的蜗壳型线生成方法生成的第三初始型线示意图；

图7为本发明实施例的蜗壳型线生成方法生成的第四初始型线示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

离心风机的蜗壳型线，一般为螺旋线，通过流体力学的计算可以知道螺旋线方程为R＝R2*EXP(m*θ)，其中R2为叶轮外圆半径，M为与流体性质相关的参数。R2和M确定后，即可得到蜗壳的基础型线(螺旋线)。或者也可以用其他现有方式得到基础型线。

但在基础型线的基础上，如何选取蜗舌的位置，在实际中有较大的难度。而蜗舌对整机噪声和回流起到重要作用。下文的逆时针，是指从X轴正方向朝向Y轴正方向的旋转方向，顺时针是指从Y轴正方向朝向X轴正方向的旋转方向。

蜗壳型线有一个典型的特征就是随着角度的增大，曲线上的点距离中心点距离越来越大，蜗舌处间隙在规定的范围内间隙越大噪音越低。本发明的方法基于上述原理而设计。

实施例一

本发明的离心风机的蜗壳型线生成方法，包括如下步骤：

1)得到基础型线L：如图1所示，建立坐标系，确定X轴和与之垂直的Y轴，以坐标系的原点为圆心O，得到半径为D2的基圆Q，如图1中虚线所示，基圆Q表示离心风机的叶轮外圆；以X轴正方向上一点作为基础型线L的起点F，通过上述的螺旋线方程R＝D2*EXP(m*θ)得到基础型线L，θ为螺旋线上的一点相对于X轴正方向的角度，X轴与基础型线L靠近末端处有第一交点G，第一交点G的X坐标大于起点F；X轴和Y轴将平面分成第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，象限的定义如一般的坐标系，其中，基础型线L的末端位于第一象限内；Y轴与基础型线L具有第二交点H，该第二交点H位于Y轴的正方向，为基础型线L最高点，该第二交点H的坐标为(X＝0,Y＝h)，预留蜗壳高度为h1，h1-h≥20mm，作为预留加工空间，h1的高度定下后整个蜗壳型线的总高度也就相应确定。也就是说，h1的最大值受限于整机的高度，最小值一般相较于h大20mm，第一出口点B的Y坐标即为h1。

2)生成第一初始型线L1：参见图2，从X轴逆时针旋转角度θ1，得到与基础型线L的靠近末端处的第三交点A，并得到与基础型线L相切的第一直线段AB(倾角为θ1)，θ1的取值范围优选的为0～30度，更为优选的为12～18度，第一直线段AB与基础型线相切于第三交点A，第一直线段AB的另一端点B为蜗壳的第一出口点。基础型线L确定后，起点F和第一交点G之间的长度固定，以第一出口点B为起点，作与X轴平行、朝向Y轴延伸的第二直线段BC，C点为蜗壳的第二出口点，第二直线段BC的长度优选的为起点F和第一交点G之间长度的为1.3～2.0倍，更为优选的为1.35～1.55倍，根据实际选择符合安装外部环境要求的初步尺寸；然后以第二出口点C为起点作与第一直线段AB的平行线第三直线段CD，得到与基础型线L的第四交点D；检测第四交点D与基圆Q之间的间隙t，如果满足t≥t_min(标准法设定最小间隙值，一般为0.035D2)，则基本可以定下初稿，到此为止生成了第一初始型线L1，由基础型线L的DA段、第一直线段AB、第二直线段BC和第三直线段CD构成。

此时，如果垂直于第一初始型线L1，即垂直于图2的纸面方向，整体拉伸长度B后得到蜗壳的环壁1，图3中箭头所示即为拉伸方向；此后，在各第四交点D处倒圆角形成蜗舌，得到图4所示的优化型线L3，参见图4，优化型线L3与现有技术的蜗壳型线相比，其中，直线段B1C1为现有技术的蜗壳出口，D1处为现有技术的蜗舌位置，现有技术的直线段AB1与X轴垂直，相比于现有技术的型线(第二交点G直接竖直向上作为出口的方式)，优化型线L3倾斜生成出口和蜗舌的方式，使得蜗舌的位置整体向Y轴偏移，蜗舌间隙t增大，噪音降低。

优化型线L3，蜗舌顶端圆弧半径为r＝(0.03～0.05)D2，拉伸长度B＝1～1.4b，b为叶轮的长度。

3)生成第二初始型线L2：如果间隙t较大，大于t_min这一值1％D2以上，为了增大静压，降低流速，可以使第三直线段CD的第四交点D沿着第一初始型线L1顺时针偏移一定角度得到第五交点D’，由此生成第二初始型线L2，由基础型线L的D’A段、第一直线段AB、第二直线段BC和第四直线段CD’构成。参见图5，第四交点D和第五交点D’之间的圆心角小于30度，同时第五交点D’与基圆Q之间的间隙t’还要满足上述要求，t’≥t_min，此时蜗壳的出口是一个逐渐扩大的形状，起到降低流速增大静压的作用。在第五交点D’处倒圆角形成蜗壳的蜗舌。

本步骤生成的第二初始型线L2，如果t’≥t_min，但是小于标准设计方法设定间隙最大值(t_max，一般为0.05D2)，即t’<t_max，则表示还有降低噪音的空间。由此，可以回到步骤2)，加大第三交点A的倾角θ1，原点A移动到点A’，其他各点B、C、D得到的方式如步骤2)中所示不变，重复生成第一初始型线L1的步骤，然后，再回到本步骤，使得第五交点D’再向Y轴方向移动，增大间隙。以此类推，直至t’达到标准设计方法里允许的最大值。

实施例二

参见图7，在本实施例中，与上述实施例一的区别在于，从步骤3)回到步骤2)时，通过加大第二直线段BC长度的方式，原点C向左移动到点C’，其他各点A、B、D得到的方式如步骤2)中所示不变，重复生成第一初始型线L1的步骤，然后，再回到步骤3)，使得第五交点D’再向Y轴方向移动，增大间隙。以此类推，直至t’达到标准设计方法里允许的最大值。

通过上述偏移法(偏移点A或点C)对初始型线的改进，都能够使得蜗舌间隙增大，从而降低噪音。

Claims

1.一种离心风机的蜗壳型线生成方法，包括如下步骤：

1)得到基础型线(L)：建立坐标系，确定X轴和Y轴，以坐标系的原点为圆心(O)，得到半径为D2的基圆(Q)，以X轴正方向上一点作为基础型线(L)的起点(F)，通过螺旋线方程得到基础型线(L)，X轴与基础型线(L)靠近末端处有第一交点(G)，第一交点(G)的X坐标大于起点(F)，基础型线(L)的末端位于坐标系的第一象限内；Y轴与基础型线(L)具有第二交点(H)，第二交点(H)位于Y轴的正方向、为基础型线(L)最高点；其特征在于：还包括如下步骤：

2)生成第一初始型线(L1)：从X轴逆时针旋转一定角度，得到与基础型线(L)靠近末端处的第三交点(A)，并由此得到与基础型线(L)相切的第一直线段(AB)，所述第一直线段(AB)与基础型线(L)相切于第三交点(A)，所述第一直线段(AB)的倾角为θ1，所述第一直线段(AB)远离第三交点(A)的端点为蜗壳的第一出口点(B)，以第一出口点(B)为起点、作与X轴平行并朝向Y轴延伸一定距离的第二直线段(BC)，第二直线段(BC)远离第一出口点(B)的端点为蜗壳的第二出口点(C)，然后以第二出口点(C)为起点作与第一直线段(AB)平行的第三直线段(CD)，得到第三直线段(CD)与基础型线(L)的第四交点(D)，由此生成的第一初始型线(L1)由基础型线(L)的第四交点(D)和第三交点(A)之间的部分、第一直线段(AB)、第二直线段(BC)和第三直线段(CD)构成；此时第四交点(D)与基圆(Q)的间隙为t，并且满足t≥t_min，t_min为标准法设定最小间隙值；

3)生成第二初始型线(L2)：如果t和t_min的差值大于1%D2以上，使得第三直线段(CD)上的第四交点(D)沿着第一初始型线(L1)顺时针偏移一定角度得到第五交点(D’)，由此生成的第二初始型线(L2)由基础型线(L)的第五交点(D’)和第三交点(A)之间的部分、第一直线段(AB)、第二直线段(BC)和第三直线段(CD)构成；此时第五交点(D’)与基圆(Q)之间的间隙为t’，并且满足t’≥t_min，在第五交点(D’)处倒圆角形成蜗壳的蜗舌；如果此时t’< t_max，t_max为标准法设定最大间隙值，则回到步骤2)，使得第三交点(A)或第二出口点(C)偏移来使得t’增大到t_max。

2.根据权利要求1所述的离心风机的蜗壳型线生成方法，其特征在于：在步骤3)中，当回到步骤2)时，增大θ1使得第三交点(A)偏移，所述第一出口点(B)、第二出口点(C)和第四交点(D)得到的方式如步骤2)中所示不变，重复生成第一初始型线(L1)的步骤，然后，再回到步骤3)，以此类推，直至t’达到t_max。

3.根据权利要求1所述的离心风机的蜗壳型线生成方法，其特征在于：在步骤3)中，当回到步骤2)时，加大第二直线段(BC)长度使得第二出口点(C)偏移，第三交点(A)、第一出口点(B)和第四交点(D)得到的方式如步骤2)中所示不变，重复生成第一初始型线(L1)的步骤，然后，再回到步骤3)，以此类推，直至t’达到t_max。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的离心风机的蜗壳型线生成方法，其特征在于：所述第二交点(H)的坐标为：X=0,Y=h，蜗壳高度为h1， h1-h≥20mm，第一出口点(B)的Y坐标为h1。

5.根据权利要求1~3中任一项所述的离心风机的蜗壳型线生成方法，其特征在于：θ1的取值范围为0~30度。

6.根据权利要求1~3中任一项所述的离心风机的蜗壳型线生成方法，其特征在于：第二直线段(BC)的长度为基础型线(L)的起点(F)和第一交点(G)之间长度的1.3~2.0倍。