CN112253541A - 一种离心风机的蜗壳型线生成方法、蜗壳和离心风机 - Google Patents

一种离心风机的蜗壳型线生成方法、蜗壳和离心风机 Download PDF

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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)确定蜗壳的原始型线：原始型线包括在周向上依次设置并且首尾相连的第一直线、螺旋线、蜗舌型线和第二直线，以蜗壳的出口张开度最大处径向截面为起始截面，蜗壳的任意径向截面与起始截面之间的夹角为α，得到螺旋线对应的任意径向截面的张开度；2)修正蜗壳型线：于圆周方向按度数将螺旋线均分为N等份，计算螺旋线对应的任意径向截面与蜗壳壁面的相交区域所受粘性力均值Fα，从而修正螺旋线对应的任意径向截面的张开度。还公开了上述方法得到的蜗壳，应用有该蜗壳的离心风机，以及应用有该离心风机的吸油烟机。

Description

一种离心风机的蜗壳型线生成方法、蜗壳和离心风机
技术领域
本发明涉及动力系统，尤其是一种离心风机的蜗壳型线生成方法，以及由该方法得到的蜗壳，应用有该蜗壳的离心风机，以及应用有该离心风机的吸油烟机。
背景技术
多翼离心风机具有流量大、压力高、结构紧凑、噪声低等优点，广泛应用于吸油烟机、空调等与日常生活密切相关的领域。随着人们生活质量的提高以及行业对家电标准要求的提高，如何有效提升风量、风压，降低多翼离心风机噪声也受到越来越多的关注。
风机作为吸油烟机的不可或缺的核心部件，其在风机实际运行过程中，叶轮出口气流与蜗壳壁面间存在强烈的非定常干涉，使得蜗壳壁面成为风机的主要噪声源。提高蜗壳结构设计，优化流道，不仅能改善风机气动性能，还能达到降低噪声的效果。
现有蜗壳一般分为蜗壳前盖、蜗壳环壁、蜗舌、蜗壳后盖四部分，叶轮高速旋转下将机械能转化成气动能，叶轮出口气流因蜗舌和叶轮间的距离小，形成高压区，将气流从蜗舌除引导至出口处，实现离心风机吸烟排烟功能。
作为离心风机不可缺少的基本元件之一，蜗壳结构的不对称性及内部流动的复杂性将会造成气流的流动损失，对风机整体性能造成严重影响。
对于蜗壳径向截面型线的设计，目前较常用的方法为不考虑壁面粘性摩擦的影响，假设蜗壳内气流动量矩保持不变，运用不等边基圆法绘制多段圆弧，从而得出近似阿基米德螺旋线的蜗壳型线。但在实际流动过程中，气体粘性作用不容忽视，尤其是油烟环境下。而受粘性作用的影响，蜗壳内流体速度于整个流道空间内呈现不均匀分布现象，因此在实际流动过程中，流体动量矩并不是不变的，而是随流动的进行不断减小。因此，常用的蜗壳型线设计方法，无法匹配真实的蜗壳内流动状态，气动损失较大。
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不足，提供一种离心风机的蜗壳型线生成方法，能够提高蜗壳的气动性能。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种由上述方法得到的蜗壳。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种应用有上述蜗壳的离心风机。
本发明所要解决的第四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：一种离心风机的蜗壳型线生成方法，离心风机包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)确定蜗壳的原始型线：原始型线包括在周向上依次设置并且首尾相连的第一直线、螺旋线、蜗舌型线和第二直线，所述第一直线的起始点与第二直线的终点分别对应蜗壳的出口的两端；以叶轮的圆心为坐标原点，通过原点的水平线为X轴，通过原点的竖直线为Y轴，以蜗壳的出口张开度最大处径向截面为起始截面，蜗壳的任意径向截面与起始截面之间的夹角为α，螺旋线对应的任意径向截面的张开度为：
Figure BDA0002701213560000021
Figure BDA0002701213560000022
上述公式中R2为叶轮的出口半径，Q为离心风机流量，B为叶轮的宽度，c＇2u为气流离开叶轮的叶道出口后的周向速度，n为离心风机转速，D2为叶轮的出口直径；
2)修正蜗壳型线：于圆周方向按度数将螺旋线均分为N等份，计算螺旋线对应的任意径向截面与蜗壳壁面的相交区域所受粘性力均值Fα，粘性力的力矩中心至叶轮的圆心距离为r，额定工况下离心风机总质量流量为q，单位质量流体所受黏性力矩平均值为m＝Fαr/q，则螺旋线对应的任意径向截面的张开度修正为
Figure BDA0002701213560000023
进一步地，还包括步骤3)构成新蜗壳型线：以叶轮的圆心为中心作一正N+1边形，N为不小于2的自然数，所述螺旋线均分的每一段为圆弧，各圆弧圆心在叶轮圆心到该正N+1边形相应端点的连线上，各圆弧圆心到叶轮圆心距离为X，X沿顺时针方向递增并且其值确定方法为：
Figure BDA0002701213560000024
则螺旋线各圆弧半径为RN＝R2+XN，然后进行各圆弧的分段绘制，相邻圆弧两两相交，由此构成新蜗壳型线。
为确保气流从叶轮均匀流出，在步骤3)中，各相交圆弧作圆滑过渡处理。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种蜗壳，其特征在于：根据所述的离心风机的蜗壳型线生成方法得到。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：、一种离心风机，其特征在于：包括如上所述的蜗壳。
本发明解决上述第四个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机，其特征在于：包括如上所述的离心风机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1)通过考虑油烟粘性力影响，对蜗壳型线进行合理设计，使其更加符合真实情况下蜗壳内部流体质点运动规律，减少流动损失及气动噪声；2)通过不同截面段圆弧基点的合理布局，以及各相交圆弧的圆滑过渡处理，使蜗壳能够更好地引导油烟气体平滑流动，从而抑制蜗壳内流体流动分离，进而提升风机性能。
附图说明
图1为本发明实施例的蜗壳的示意图；
图2为本发明实施例的蜗壳方位角示意图；
图3为本发明实施例的蜗壳型线绘制示意图；
图4为图3的局部放大示意图；
图5为本发明实施例的蜗壳型线和现有技术的蜗壳型线的对比示意图。
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。
参见图1，一种离心风机，应用有本发明的蜗壳1，蜗壳1内设置有叶轮2。通过本发明的离心风机的蜗壳型线生成方法，以更加真实地反映蜗壳1内流体流动状态，主要应用到吸油烟机，可提高吸油烟机气动性能。
参见图2～图4，离心风机的蜗壳型线生成方法，包括如下步骤：
1)确定蜗壳1的原始型线：原始型线包括在周向上依次设置并且首尾相连的第一直线L1、螺旋线L2、蜗舌型线L3和第二直线L4，第一直线L1的起始点与第二直线L4的终点分别对应蜗壳1的出口11的两端。以叶轮2的圆心为坐标原点O，通过原点O的水平线为X轴，通过原点O的竖直线为Y轴，以蜗壳1出口11张开度最大处截面(径向截面)为起始截面S，蜗壳1的任意径向截面S’与蜗壳起始截面S之间的夹角为α。由阿基米德螺旋线设计原理知，当不考虑流体粘性影响时，气流进入蜗壳1后不再获得能量，则动量矩保持不变，螺旋线L2对应的任意径向截面S’(螺旋线L2范围内的截面)相对起始截面S在夹角为α处的张开度为：
Figure BDA0002701213560000041
Figure BDA0002701213560000042
上述公式中R2为叶轮2的出口半径，Q为离心风机流量，B为叶轮2的宽度，c＇2u为气流离开叶轮2的叶道出口后的周向速度，n为离心风机转速，D2为叶轮2的出口直径；
2)修正蜗壳型线：由于油烟相比空气粘性力大，故需对油烟在蜗壳壁面所受转矩进行修正。为使蜗壳型线更加符合流体质点运动轨迹，通过考虑气体粘性力大小影响，对螺旋线L2进行分段设计。于圆周方向按度数将图2中螺旋线L2(终点方位角为
Figure BDA0002701213560000045
即螺旋线L2终点(蜗舌型线L3的起始点)与圆点O的连线和起始截面之间的夹角，圆周方向总夹角为θ)均分为N等份，借助ANSYS软件对不同截面进行监测，利用后处理计算任意径向截面S’与蜗壳1壁面的相交区域所受粘性力均值Fα，力矩中心至叶轮2的圆心距离为r，额定工况下离心风机总质量流量为q，单位质量流体所受黏性力矩平均值为m＝Fαr/q，则螺旋线L2对应的任意径向径向截面S’的张开度修正为
Figure BDA0002701213560000043
3)构成新蜗壳型线：以叶轮2的圆心(原点O)为中心，作一正N+1边形，如图3中环绕圆心的虚线所示(N为不小于2的自然数，在本实施例中假设N＝7，为正八边形)，在叶轮2圆心到该正多边形各端点的连线方向确定螺旋线L2各段圆弧圆心，各圆弧圆心到叶轮2圆心距离为X，X沿顺时针方向递增，其值确定方法为
Figure BDA0002701213560000044
则螺旋线L2各段圆弧半径大小为RN＝R2+XN，由此进行不同截面段圆弧的分段绘制，相邻截面段圆弧两两相交，即构成新蜗壳型线。由于相邻圆弧相接但不相切，容易影响蜗壳1对气流的扩压效果，增加气流流动损失，故对各相交圆弧作图4所示圆滑过渡LR处理，以保证蜗壳1内部流体沿叶轮均匀流出。
最终得到的蜗壳型线与原始型线的对比可参见图5，其中虚线对应原始型线。

Claims (6)

1.一种离心风机的蜗壳型线生成方法，离心风机包括蜗壳(1)和设置在蜗壳(1)内的叶轮(2)，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)确定蜗壳(1)的原始型线：原始型线包括在周向上依次设置并且首尾相连的第一直线(L1)、螺旋线(L2)、蜗舌型线(L3)和第二直线(L4)，所述第一直线(L1)的起始点与第二直线(L4)的终点分别对应蜗壳(1)的出口(11)的两端；以叶轮(2)的圆心为坐标原点(O)，通过原点(O)的水平线为X轴，通过原点(O)的竖直线为Y轴，以蜗壳(1)的出口(11)张开度最大处径向截面为起始截面(S)，蜗壳(1)的任意径向截面(S’)与起始截面(S)之间的夹角为α，螺旋线(L2)对应的任意径向截面(S’)的张开度为：
Figure FDA0002701213550000011
Figure FDA0002701213550000012
上述公式中R2为叶轮(2)的出口半径，Q为离心风机流量，B为叶轮(2)的宽度，c＇2u为气流离开叶轮(2)的叶道出口后的周向速度，n为离心风机转速，D2为叶轮(2)的出口直径；
2)修正蜗壳型线：于圆周方向按度数将螺旋线(L2)均分为N等份，计算螺旋线(L2)对应的任意径向截面(S’)与蜗壳(1)壁面的相交区域所受粘性力均值Fα，粘性力的力矩中心至叶轮(2)的圆心距离为r，额定工况下离心风机总质量流量为q，单位质量流体所受黏性力矩平均值为m＝Fαr/q，则螺旋线(L2)对应的任意径向截面(S’)的张开度修正为
Figure FDA0002701213550000013
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：还包括步骤3)构成新蜗壳型线：以叶轮(2)的圆心为中心作一正N+1边形，N为不小于2的自然数，所述螺旋线(L2)均分的每一段为圆弧，各圆弧圆心在叶轮(2)圆心到该正N+1边形相应端点的连线上，各圆弧圆心到叶轮(2)圆心距离为X，X沿顺时针方向递增并且其值确定方法为：
Figure FDA0002701213550000014
则螺旋线(L2)各圆弧半径为RN＝R2+XN，然后进行各圆弧的分段绘制，相邻圆弧两两相交，由此构成新蜗壳型线。
3.根据权利要求2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，各相交圆弧作圆滑过渡(LR)处理。
4.一种蜗壳，其特征在于：根据权利要求3所述的离心风机的蜗壳型线生成方法得到。
5.一种离心风机，其特征在于：包括如权利要求4所述的蜗壳。
6.一种吸油烟机，其特征在于：包括如权利要求5所述的离心风机。
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