风机防护罩设计方法与流程

本发明涉及通风装置制造，具体涉及一种风机防护罩设计方法。

背景技术：

1、在当前的防护罩设计中，通常防护罩的中心设定在风机系统的电机转轴区域，防护罩的边缘为远离风机系统的电机转轴区域。根据防护罩安全技术等要求，为了防止手指或者其它物品通过防护罩进入机体内部，在防护罩网格尺寸方面有如下要求：防护罩交错筋条形成的网格，网格间隙不允许直径为12.5mm的圆柱体直接通过。

2、基于上述要求，并考虑到防护罩强度要求，技术研发初始阶段有两种设计方式。第一种是以防护罩的中心为圆心，设计密集同心圆筋条结构，再利用由中心向边缘呈辐射状较稀疏的筋条同密集同心圆筋连接固定，形成交错网格形态；第二种是以防护罩的中心为圆心，设计密集发射状筋条形态由中心延伸到边缘；然后再由较稀疏的同心圆筋或较稀疏的也呈放射状的筋条与前面密集发射状筋条交错，形成网格形态。在上述两种设计方式中，均存在防护罩网格尺寸由中心到边缘过渡的过程中，均存在相邻的呈辐射状的筋条之间距离不断变化的情况。具体表现为随着相邻筋条从中心向外辐射，两者间的距离逐渐变大。故靠近中心的区域，防护罩的有效通风面积会变小。

3、随着防护罩设计开发的进一步深入和研究，基于送风系统噪声、效率等方面考虑，防护罩筋条结构不在局限于之前的直线形式，表现形式上更加多样化。例如：授权公告号为cn103900167b，名称为“风机的出风保护罩、风机和空调器室外机”的中国发明专利，公开了一种出风保护罩，在该申请中，具体公开了一种出风保护罩，该保护罩不同所属经条片组的经条片数量不同，越靠近所述纬圈环边缘的经条片组中的经条片数量越多。该申请中经条片为曲线形态，但是每一组经条片数量不同，亦即相邻组经条片并非连续曲线，因此每组经条片对于出风导向均不同，不利于出风的聚拢。

技术实现思路

1、为克服现有防护罩网格设计中存在的，不同组经条片由于不连续带来的出风聚拢效果弱的问题，本发明提供一种风机防护罩设计方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、风机防护罩设计方法，包含以下步骤：

4、步骤1、获取风机防护罩外框形状和尺寸，预设中心盘尺寸；

5、步骤2、在中心盘和外框之间布置基础筋，基础筋、中心盘和外框的中心重叠，外框内形成多个封闭区域；

6、步骤3、在待布置放射筋的封闭区域内布置放射筋，防护罩上每条放射筋至少与两条基础筋相交；放射筋靠近外框中心一端为起点，起点与外框中心连线为径向线，放射筋满足沿防护罩中心向外发散方向，放射筋延伸方向与径向线所夹锐角逐渐变大。

7、在本方法中，每条放射筋至少与两条基础筋相交，于是与外框相连的放射筋至少横跨两个封闭区域，与中心盘相连的放射筋也至少横跨两个封闭区域。相对于与每个封闭区域内放射筋数量不同，本方法中，最内层和最外层放射筋长度长，有利于放射筋起到控制气流导向作用。结合放射筋满足沿防护罩中心向外发散方向，放射筋延伸方向与径向线所夹锐角逐渐变大。放射筋长度越长，放射筋起点终点连线和径向线的夹角越小，有利于出风聚拢。

8、进一步的是，步骤3中布置放射筋包含以下步骤：

9、步骤31、将预设布置同一放射筋的若干封闭区域视为整体区域，若整体区域为圆环区域，直接在圆环区域内布置放射筋，满足在放射筋上任选一点，到同一封闭区域内相邻放射筋的最短距离变化幅度不超过5％；若整体区域非圆环区域，则执行步骤32；

10、步骤32、以防护罩中心为圆心，整体区域外圈距离圆心最远点和圆心连线为半径作圆；以防护罩中心为圆心，整体区域内圈距离圆心最远点和圆心连线为半径作圆；两个圆形成圆环区域；

11、步骤33、在步骤32中形成的圆环区域内布置放射筋，满足在放射筋上任选一点，到同一封闭区域内相邻放射筋的最短距离变化幅度不超过5％；

12、步骤34、对步骤33中布置的超出整体区域内圈的放射筋进行裁剪，对步骤33中布置的未接触整体区域外圈的放射筋进行延伸，以完成放射筋在整体区域内布置。

13、在本方法中，限定了在圆环区域内布置放射筋的要求，此处最短距离变化幅度不超过5％。主要是考虑到，如果不限制放射筋之间的距离，随着防护罩中心向外延伸方向，放射筋之间间距会逐渐变大。那么由于网格间隙安全标准等要求，放射筋的长度延伸也会受到限制。而满足前述要求时，放射筋长度延伸更易实现，有利于提升出风导向和聚拢效果。且相邻放射筋之间距离变化小，可以减小放射筋布局数量和密度，有利于提高有效通风面积。

14、值得说明的是，此处整体区域可能为非圆环区域是因为，实践中风机防护罩外框并未局限于圆形。常见如椭圆形和圆形，还有首尾相接的几段弧形曲线和凸多边形等形式。于是申请人提出先依据整体区域形状做出圆环区域，在圆环区域内布置放射筋后，再对放射筋进行调整来实现对于非圆形区域内放射筋的布局。

15、进一步的是，步骤31和步骤33中在圆环区域内布置放射筋的具体步骤如下：

16、步骤301、设待布置放射筋的任一圆环区域的内圆为c1、外圆为c2、内径为r1、外径为r2、圆心为o，需布置放射筋m条，放射筋上任选一点，到同一圆环区域的相邻放射筋之间距离预设为d；

17、步骤302、在圆环区域内均匀设置s个圆心为o的第一辅助筋，分别为圆i1、i2、…is，s为≥3的正整数，划分出s+1个辅助圆环区域，从圆心o引一射线，从圆心o到外分别与内圆、第一辅助筋和外圆交于a、i1、i2…is、b点；

18、步骤303、分别计算圆c1、i1、i2、…is、c2圆心角为360°/m时对应的弦长为la、li1、li2、…lis、lb；

19、设定角度∠a＝acos(d/la)、∠i1＝acos(d/li1)、∠i2＝acos(d/li2)、…∠is＝acos(d/lis)、∠b＝acos(d/lb)；

20、步骤304、从a点出发沿远离圆心o方向做与ob呈∠a的射线，从i1点出发沿远离圆心o方向做与ob呈∠i1的射线，从i2点出发沿远离圆心o方向做与ob呈∠i2的射线，…从is点出发沿远离圆心o方向做与ob呈∠is的射线，从b点出发沿远离圆心o方向做与ob呈∠b的射线，前述射线均位于ob同一侧；

21、步骤305、在每个辅助圆环区域内，设置圆心为o的第二辅助筋，第二辅助筋位于辅助圆环区域的中间位置，反向延长每个起点在辅助圆环区域外圆上的射线，至与该辅助圆环区域内的第二辅助筋相交，绕圆心o旋转上述反向延长后的射线，使得起点位于同一辅助圆环区域的两条射线均相交于该辅助圆环区域内的第二辅助筋上；

22、步骤306、用光滑曲线依次连接点a、上述第二辅助筋上的交点和点b,形成放射筋ab，以圆心o为圆点，环形阵列m条放射筋ab到圆环区域内。

23、在本方法中，预设最短距离d略低于设计标准。例如：选用防护罩安全设计要求中的12.5mm时，预设最短距离d可设置为11.9mm，此时相对于12.5mm留有5％浮动量，避免设计和制造中出现的误差影响后续产品质量。圆环区域内放射筋的个数可依据预设最短距离d和圆环区域内径大致计算，例如：满足m条放射筋把内径均分为m个圆弧段，每个圆弧段对应的弦长大于或者等于d，由此来获得放射筋数量范围。在完成放射筋在风机防护罩整体布局后，可根据风机防护罩整体强度调整放射筋数量或者选型。

24、进一步的是，步骤2中布置基础筋时，保证形成的封闭区域宽度大于等于2d，小于等于4d。

25、在本方法中，具体化限定了封闭区域的宽度，亦即相邻基础筋之间的距离限制，间接限定了封闭区域内放射筋的长度。若封闭区域之间宽度过长，为了保障整体强度，对放射筋截面尺寸要求高；若封闭区域之间宽度过短，则基础筋布局过密，成本高且降低了通风面积。

26、进一步的是，步骤3中每条放射筋最多与四条基础筋相交。

27、在本方法中，结合前述封闭区域宽度，亦即相邻基础筋之间的距离限制。实际上限制了第一放射筋和第二放射筋的延伸长度。结合前述，沿防护罩中心向外发散方向，放射筋延伸方向与径向线夹角逐渐变大。如果不对放射筋长度加以限制，随着放射筋长度变长，其沿中心向外发散的变化量越来越小，此时同样会提高成本，且降低有效通风面积。

28、进一步的是，步骤3中整体区域完成放射筋布局后，调整整体区域内基础筋尺寸，使得每个封闭区域内放射筋长度相等。

29、在本方法中，一个整体区域完成放射筋布局后，调整内部的基础筋尺寸，使得组成该整体区域的不同封闭区域内放射筋长度相等。此时放射筋和基础筋合围形成的网格间隙和长度均基本相同，合围区域强度基本相同，在满足防护罩强度要求的前提下，基础筋和放射筋布局更规律，并可据此优化筋条横截面尺寸，最大化减轻防护罩重量，降低成本。

30、进一步的，至少一组相邻的两个整体区域在步骤304中射线位于ob的不同侧。

31、在本方法中，相邻的两个整体区域分别布置放射筋时，在步骤304中对应的射线位于ob不同侧。对应到风机防护罩中，相邻封闭区域内放射筋旋向不同，放射筋旋向相反的相邻两个区域实际工作中形成反向风，反向风相互糅合，降低风机运行中的噪声。

32、进一步的，步骤306中具体包含如下步骤：

33、步骤306a、用光滑曲线依次连接点a、上述第二辅助筋上的交点和点b，预设直线ab和直线oa夹角范围为110°-160°；

34、步骤306b、判断实际直线ab和直线oa夹角和预设夹角范围关系，若直线ab和直线oa夹角落入预设夹角范围之内，执行步骤306c，若直线ab和直线oa夹角未落入预设夹角范围之内，调整基础筋尺寸并返回步骤31，直至直线ab和直线oa夹角与预设范围一致，然后执行步骤306c；

35、步骤306c、以圆心o为圆点，环形阵列m条放射筋ab到圆环区域内。

36、在本方法中，限定放射筋起点终点连线ab和oa之间的夹角，角度低于110°时，放射筋延伸过长，其沿中心向外发散的变化量越来越小，此时会提高成本，且降低有效通风面积；角度高于160°时，放射筋延伸长度短，基础筋布局过密，同样会出现成本提高和降低了通风面积的问题。

37、本发明的有益效果是：

38、1、将本方法应用于风机防护罩设计，能够优化防护罩筋条布局方式，具体的放射筋曲线长度延长，跨越多个封闭区域，更有利于放射筋起到控制气流导向作用。结合沿防护罩中心向外发散方向，放射筋延伸方向与径向线所夹锐角逐渐变大。放射筋长度越长，放射筋倾斜线和径向线的夹角越小，有利于出风聚拢。

39、2、进一步的，限制放射筋之间最短距离变化小，有利于放射筋长度的延伸，且保证放射筋长度延伸的同时，放射筋密度能够减小。不仅能降低成本，还能提高有效通风面积；限制封闭区域宽度范围和放射筋连接基础筋数量范围，或者限制放射筋倾斜线和径向线夹角范围，从而限制放射筋长度，避免放射筋长度过长，造成成本的提高和有效通风面积的降低。

40、3、限制不同封闭区域内放射筋长度变化小，结合前述放射筋之间最短距离变化小，基础筋和放射筋合围区域强度基本相同，在满足防护罩强度要求的前提下，基础筋和放射筋布局更规律，便于优化筋条横截面尺寸，最大化减轻防护罩重量，降低成本。

41、4、提供了前述方法用于外框非圆形的风机防护罩设计思路，提升了本方法的适用性，可推广至常见的风机防护罩，例如椭圆形和圆形，还有首尾相接的几段弧形曲线和凸多边形等形式。