CN116857229A - 一种进风口圈、离心风机及吸油烟机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种进风口圈、离心风机及吸油烟机，所述进风口圈包括进风区域，所述进风区域具有轮廓线，所述轮廓线为外摆线，所述外摆线为一个动圆沿着一个定圆做无滑动滚动时，所述动圆圆周上一个定点形成的轨迹，并且所述外摆线为心形外摆线。与现有技术，本发明的优点在于：利用外摆线构成进风区域形态，能够适应离心风机不同角度的进气差异，达到减少高背压环境回流泄漏，由此来增大风压的效果，更适合在油烟机等有公用烟道的大阻力(大背压)情况下，效率与工况更匹配；此外，外摆线本身由数学圆滚动形成，周向变化除了交点其他区域更光滑变化，更适应离心风机的蜗壳不同区域进气的渐变。
Description
技术领域
本发明涉及动力装置，尤其是一种进风口圈，应用有该进风口圈的离心风机，以及应用有该离心风机的吸油烟机。
背景技术
吸油烟机已成为现代家庭中不可或缺的厨房家电设备之一。吸油烟机是利用流体动力学原理进行工作，通过安装在吸油烟机内部的离心风机吸排油烟，并使用滤网过滤部分油脂颗粒。离心风机包括蜗壳、安装在蜗壳中的叶轮及带动叶轮转动的电机。当叶轮旋转时，在风机中心产生负压吸力，将吸油烟机下方的油烟吸入风机，经过风机加速后被蜗壳收集、引导排出室外。
传统吸油烟机目前吸油烟机的风机系统多采用体积较小、流量和压力较高的多翼离心风机，且多翼叶离心风机的进风口圈(集流圈)沿用轴流风机类似的基于周向均匀进风假设，设计时假设为均匀进气。如申请号为202121450038.0或202010106219.5的中国专利公开的一种集流器。但是吸油烟机用的多翼离心风机属于径流式风机，且有变扩张度的蜗壳收集叶轮流出气流，本身不像轴流风机一样360°环向均匀进气，采用均匀导气的普通集流器泄漏严重，整体效率较低。
参见图8，示出了离心风机在用户工况下有一定阻力的流场仿真压力云图。可以容易看出其压力分布在不同角度(初始水平线为0°，顺时针增加为正，逆时针为负)上，分布存在很大的差异；特别是靠近蜗舌的附件区域回流严重，图中圈出的部分，此处就是最主要的回流区。
为此，现也有一些非对称的进风口圈。如申请号为202223130323.1的中国专利公开的一种前向多翼离心风机D型集流器，包括集流器本体，所述集流器本体由规则集流器和异形集流器组成，且规则集流器和异形集流器组成的形状为D字型结构。这种集流器主要是通过改变截面型线弯曲程度(曲率)制造差异，如异形集流器部分子午面截面型线弯度更大，异形集流器部分的截面型线弯度相较于规则集流器更大(也就是半径减小或曲率变化更剧烈)，从而可为集流器与叶轮轮盖之间由二次流所形成的旋涡提供更大的空间，更大的空间可减小由二次流所形成的旋涡对叶片出口流体的阻塞，从而提高叶轮出口压力、减小叶轮的功率和提高风机效率。
又如申请号为202122744957.5的中国专利公开的一种集流器，集流器的进口内缘设有非圆形导流结构，非圆形导流结构是由侧壁型线沿着端面型线扫掠得到；端面型线由至少四段弧线闭环连接而成，且端面型线包含两组型线组合，每组型线组合由对称设置的两条定型弧线构成，两组型线组合的对称轴相互垂直。其目的主要是提高风量，非圆形导流结构可以有效降低对进口风量的限制，减小蜗壳出风口的低速区面积，优化蜗壳出风风速分布的均匀性，增加离心风机的风量。但不同工况下风量提高对风压的提高不一定正向，特别是工况稳定有背压小的环境下提高风量往往是牺牲风压。
上述现有的进风口圈，都无法适应离心风机不同角度的进气差异来增大风压，高背压环境下回流泄露大，风机效率低。
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，提供一种进风口圈，能够减少回流泄露，增大风压。
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进风口圈的离心风机。
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：一种进风口圈，包括进风区域，所述进风区域具有轮廓线，其特征在于：
所述轮廓线为外摆线，所述外摆线为一个动圆沿着一个定圆做无滑动滚动时，所述动圆圆周上一个定点形成的轨迹，并且所述外摆线为心形外摆线。
利用外摆线构成进风区域形态，能够适应离心风机不同角度的进气差异，达到减少高背压环境回流泄漏，由此来增大风压的效果，更适合在油烟机等有公用烟道的大阻力(大背压)情况下，效率与工况更匹配；此外，外摆线本身由数学圆滚动形成，周向变化除了交点其他区域更光滑变化，更适应离心风机的蜗壳不同区域进气的渐变。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种离心风机，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，所述蜗壳上形成有进风口和蜗舌，其特征在于：所述进风口处设置如上所述的进风口圈，所述外摆线的尖点靠近蜗舌。
为便于安装进风口圈，以及引导气流，所述进风口圈包括环状的安装部以及位于安装部内周的将气流导入到蜗壳内部的导流结构，所述导流结构在与叶轮轴向垂直的平面上的投影的内周轮廓线构成所述进风区域的轮廓线。
优选的，以离心风机竖向放置时的状态建立下述坐标系：以叶轮的中心为原点，水平通过原点的线为X轴，竖直通过原点的线为Y轴，所述蜗舌位于该坐标系的第二象限，构成所述外摆线的定圆圆心与原点重合。
优选的，以X轴的负方向为0°，沿着顺时针方向为正向角度，所述叶轮的半径为R2，r1＝k×R2，k的取值范围为[0.65，0.95]，所述外摆线通过下述曲线方程得到：r＝r1*(1+cos(θ))，θ的取值范围为[0°，360°]。由此以避免外摆线超过叶轮的外径，造成泄漏。
优选的，所述尖点与原点的连线和X轴的负方向的夹角构成安装偏角φ，并且满足φ的取值范围为[40°，90°]。采用上述范围的安装偏角，可以更好的起到减少背压环境回流泄漏的效果，又便于整体进气，减少因为异形设计导致的进气受阻，对于提高风压和效率相对其他角度好。
优选的，为便于将气流逐渐转向引导入叶轮内，所述导流结构的型线包括依次首尾相连的第一直线段、曲线段和第二直线段，所述第一直线段对应与安装部过渡的部分并且该部分构成为入流导流段，所述第二直线段对应延伸入蜗壳内的末端部分并且该部分构成为出流导流段。
优选的，所述第一直线段与叶轮轴向的夹角为β，并且满足β的取值范围为[45°，90°]。如果角度过大不利于汇集后的气流从进风口圈进入叶轮，角度过小则对于蜗壳或前端气流引导效果差，边界层分离反而会增加。
优选的，所述第一直线段的长度与叶轮半径的比值的取值范围为[0.01，0.08]。由此配合入流导流段，过短引导效果差，过长则侵占进气面积的同时还增加了沿程阻力。
优选的，所述第二直线段与叶轮轴向的夹角为α，并且满足α的取值范围为[0°，15°]。如果α＜0则是负向角度，对叶轮区域冲击大，如果α＞15°则偏离轴向太多，不利于进入的气流偏转进入叶轮内。
优选的，所述第二直线段的长度与叶轮半径的比值的取值范围为[0.01，0.12]。配合出流导流段，过短引导效果差，过长则侵占进气面积的同时还增加了沿程阻力，且不方便气流往叶轮区域流动。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机，其特征在于：应用有如上所述的离心风机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用外摆线构成进风区域形态，能够适应离心风机不同角度的进气差异，达到减少高背压环境回流泄漏，由此来增大风压的效果，更适合在油烟机等有公用烟道的大阻力(大背压)情况下，效率与工况更匹配；此外，外摆线本身由数学圆滚动形成，周向变化除了交点其他区域更光滑变化，更适应离心风机的蜗壳不同区域进气的渐变。
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型线示意图(虚线为叶轮型线)；
图3为本发明实施例的离心风机的进风口圈的示意图；
图4为本发明实施例的离心风机的进风口圈的示意图(与图3不同视角)；
图5为本发明实施例的离心风机的进风口圈的剖视图；
图6为图5的局部Ⅰ放大示意图；
图7为本发明实施例的离心风机的进风口圈的导流部的型线示意图；
图8为现有技术的离心风机在用户工况下有一定阻力的流场仿真压力云图。
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。
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～图4，一种离心风机，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转动的电机(未示出)。蜗壳1包括间隔布置的两个盖板11以及设置在盖板11之间的环壁12，至少其中一个盖板11上开设有进风口13，进风口13处设置有进风口圈3。盖板11和环壁12共同围成有出风口14，环壁12上还形成有蜗舌15。本发明的离心风机优选的为多翼离心风机，主要应用于吸油烟机，当然也可用于需要类似动力装置的场合。
由于吸油烟机带管道接入烟道运行后的实际工况普遍比较恶劣，为提升用户家抗回流/泄漏效果，提升效率，进风口圈3采用不均匀的设计。进风口圈3包括环状的安装部31、位于安装部31内周的径向导流部32以及由径向导流部32的径向内侧向蜗壳1内部延伸的轴向导流部33。进风口圈3整体优选的可为一体件，安装部31安装在进风口13的外周，径向导流部32沿着径向向内延伸，轴向导流部33穿过进风口13而延伸到蜗壳1内部。
参见图2，以离心风机竖向放置时的状态建立下述坐标系：以叶轮2的中心为原点O，水平通过原点O的线为X轴，竖直通过原点O的线为Y轴，蜗壳1的出风口14和蜗舌15位于该坐标系的第二象限，X轴的方向即蜗壳1的宽度方向。以X轴的负方向为0°，沿着顺时针方向为正向角度。叶轮2的轴向与XOY平面(即叶轮2径向平面)垂直。
径向导流部32和轴向导流部33构成的导流结构在XOY平面上的投影，其内周的轮廓线L(该轮廓线为进风区域Q的轮廓线，进风区域Q为供气流进入到蜗壳1内的区域，即导流结构内部中空的区域)为外摆线，其中外摆线是指采用一个动圆沿着一个定圆做无滑动滚动时，其圆周上一个定点形成的轨迹，本发明中构成的为心形外摆线(心脏线)，定圆半径和动圆半径相同，定圆圆心为O，由此来构造进风口圈3的进风区域Q形态。
记叶轮2的半径为R2(外径的一半)，外摆线设计基础(动圆半径)r1＝k×R2，其中k∈[0.65，0.95]，可以通过下述曲线方程：r＝r1*(1+cos(θ))获得外摆线，其中θ变化为∈[0°，360°]，进风口圈3的防回流区域与上述坐标系中的安装偏角为φ，考虑到离心风机不同角度的进气差异(周向分布不均匀)，结合图8中所示的流场特性，优选的，φ的取值范围[40°，90°]。防回流区域是指外摆线的尖点P处，靠近蜗舌15，该尖点P与原点O的连线与X轴的负方向的夹角构成为上述安装偏角。采用上述范围的安装偏角φ，可以更好的起到减少背压环境回流泄漏的效果，又便于整体进气，减少因为异形设计导致的进气受阻，对于提高风压和效率相对其他角度好。
参见图5～图7，径向导流部32和轴向导流部33的型线(在叶轮2轴向上投影的轮廓线)包括依次首尾相连的第一直线段AB、曲线段BC和第二直线段CD，为圆滑的线段，其中第一直线段AB为对应径向导流部32，即与安装部31过渡的部分，为入流导流段，第二直线段CD则对应轴向导流部33的末端，靠近叶轮2，为出流导流段，曲线段BC对应由径向导流部32弯曲而逐渐沿轴向延伸的过渡部分，其为轴向导流部33的一部分。第二直线段CD与叶轮2轴向的夹角为α，第一直线段AB与叶轮2轴向的夹角为β，α的取值范围为[0°，15°]，β的取值范围为[45°，90°]。第二直线段CD的长度与叶轮2半径的比值的取值范围为[0.01，0.12]。
第一直线段AB主要是引导风机架内或前端进口的气流逐步往进风口圈3中间汇集，角度过大不利于汇集后的气流从进风口圈3进入叶轮2，角度过小则对于蜗壳1或前端气流引导效果差，边界层分离反而会增加。第一直线段AB的长度与叶轮2半径的比值的取值范围为[0.01，0.08]，由此配合β角度的入流导流段，过短引导效果差，过长则侵占进气面积的同时还增加了沿程阻力。
第二直线段CD主要起到气流即将进入叶轮2时的引导作用，尽量将周围不同方向的气流通过此壁面的角度设置引导到接近叶轮2的轴线方向，如果α＜0则是负向角度，对叶轮2区域冲击大，如果α＞15°则偏离轴向太多，不利于进入的气流偏转进入叶轮2内(因为离心风机是径流式风机，必然需要从轴向转90°进入径向)。配合α角度的出流导流段，过短引导效果差，过长则侵占进气面积的同时还增加了沿程阻力，且不方便气流往叶轮2区域流动。
曲线段BC为二次曲线，二次曲线是指形式为y＝ax2+bx+c定义的函数曲线，其中a，b，c是实数，二次曲线的形式包括有抛物线、双曲线、椭圆、圆、旋轮曲线、李贺曲线等。
本发明主要采用外摆线结合偏转设计非对称的进风口圈，适应离心风机不同角度的进气差异，达到减少高背压环境回流泄漏，来增大风压，因而更适合在吸油烟机等有公用烟道的大阻力(大背压)情况下，效率与工况更匹配。
Claims (12)
1.一种进风口圈，包括进风区域(Q)，所述进风区域(Q)具有轮廓线(L)，其特征在于：
所述轮廓线(L)为外摆线，所述外摆线为一个动圆沿着一个定圆做无滑动滚动时，所述动圆圆周上一个定点形成的轨迹，并且所述外摆线为心形外摆线。
2.一种离心风机，包括蜗壳(1)和设置在蜗壳(1)内的叶轮(2)，所述蜗壳(1)上形成有进风口(13)和蜗舌(15)，其特征在于：所述进风口(13)处设置如权利要求1所述的进风口圈，所述外摆线的尖点(P)靠近蜗舌(15)。
3.根据权利要求2所述的离心风机，其特征在于：所述进风口圈包括环状的安装部(31)以及位于安装部(31)内周的将气流导入到蜗壳(1)内部的导流结构，所述导流结构在与叶轮(2)轴向垂直的平面上的投影的内周轮廓线构成所述进风区域(Q)的轮廓线(L)。
4.根据权利要求3所述的离心风机，其特征在于：以离心风机竖向放置时的状态建立下述坐标系：以叶轮(2)的中心为原点(O)，水平通过原点(O)的线为X轴，竖直通过原点(O)的线为Y轴，所述蜗舌(15)位于该坐标系的第二象限，构成所述外摆线的定圆圆心与原点(O)重合。
5.根据权利要求4所述的离心风机，其特征在于：以X轴的负方向为0°，沿着顺时针方向为正向角度，所述叶轮(2)的半径为R2，r1＝k×R2，k的取值范围为[0.65，0.95]，所述外摆线通过下述曲线方程得到：r＝r1*(1+cos(θ))，θ的取值范围为[0°，360°]。
6.根据权利要求5所述的离心风机，其特征在于：所述尖点(P)与原点(O)的连线和X轴的负方向的夹角构成安装偏角并且满足/>的取值范围为[40°，90°]。
7.根据权利要求3所述的离心风机，其特征在于：所述导流结构的型线包括依次首尾相连的第一直线段(AB)、曲线段(BC)和第二直线段(CD)，所述第一直线段(AB)对应与安装部(31)过渡的部分并且该部分构成为入流导流段，所述第二直线段(CD)对应延伸入蜗壳(1)内的末端部分并且该部分构成为出流导流段。
8.根据权利要求7所述的离心风机，其特征在于：所述第一直线段(AB)与叶轮(2)轴向的夹角为β，并且满足β的取值范围为[45°，90°]。
9.根据权利要求8所述的离心风机，其特征在于：所述第一直线段(AB)的长度与叶轮(2)半径的比值的取值范围为[0.01，0.08]。
10.根据权利要求7所述的离心风机，其特征在于：所述第二直线段(CD)与叶轮(2)轴向的夹角为α，并且满足α的取值范围为[0°，15°]。
11.根据权利要求9所述的离心风机，其特征在于：所述第二直线段(CD)的长度与叶轮(2)半径的比值的取值范围为[0.01，0.12]。
12.一种吸油烟机，其特征在于：应用有如权利要求2～11中任一项所述的离心风机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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