离心风机的蜗壳设计方法及应用其的离心风机、吸油烟机与流程

本发明涉及离心风机，尤其涉及一种离心风机的蜗壳设计方法及应用其的离心风机、吸油烟机。

背景技术：

1、离心风机是重要的送风装置，常用于吸油烟机、空调等产品中。如吸油烟机的核心动力系统普遍采用多翼离心风机，气流经叶轮留出后由蜗壳进行收集增压，并引导到室外，蜗壳设计的好坏直接影响到吸油烟机的风量、噪音等核心指标。传统的离心风机设计时，是根据吸油烟机总体流量q、静压p、转速n等需求，选定叶轮进出角及压力系数，进一步确定叶轮直径、深度等相关参数，再根据等环量法采用确定蜗壳体量及蜗壳型线，蜗壳指定ψ角度下的张开度其中r2为叶轮半径，cu为叶轮出口周向分速度，b为蜗壳总厚度。

2、由于吸油烟机的离心风机内气流的非均匀、非对称分布，等环量法设计的蜗壳与实际气流流动状态有差异，部分专利如cn202110361336.0的中国发明专利申请在传统对数或阿基米德螺旋线上将蜗壳进行分段修型设计，以匹配蜗壳内的实际气流流动状态。但上述方案也仅考虑的是气流在周向方向上的不均匀性进行局部内缩或外扩，而气流在蜗壳内轴向方向上也是极度不均匀的，一般靠近叶轮中盘侧气流速度大，越往两侧气流速度越低，且按照吸油烟机总流量及静压设计未考虑进双吸叶轮两边实际流量情况，上述方案沿轴向方向的速度都是按各处一致情况下进行计算的，因而，现有的蜗壳设计并没有根据叶轮轴向方向上的流速分布情况提出针对性的设计方案，难以有效改善蜗壳内部涡流现象，不能有效达到提升气动性能和改善噪音的目的。

3、故，现有吸油烟机还需要进一步改进。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能根据叶轮轴向方向上的流速分布情况提出针对性的设计方案，有效改善蜗壳内部涡流现象，有利于提升气动性能和改善噪音的离心风机的蜗壳设计方法。

2、本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用上述离心风机的蜗壳设计方法的离心风机。

3、本发明所要解决的第三个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种采用离心风机的吸油烟机。

4、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设计方法，包括以下步骤：

5、1)、根据设计需要获取离心风机的总体参数，总体参数包括：叶轮直径、叶轮厚度、蜗壳厚度；

6、2)、设计初步的蜗壳型线：以蜗壳的蜗壳出口朝上、主进风口朝前的设置状态为参考，过蜗壳的中心、向右延伸的水平直线记作x轴，蜗壳型线包括依次相连的第一直线段ab、圆弧段bc、第一过渡段cd、螺旋线段df、第二过渡段fg和第二直线段gh组成，根据等环量法，采用对数螺旋线公式获取螺旋线段df的型线，其中：r2为叶轮半径，cu为平均叶轮出口周向分速度，b为蜗壳总厚度，a为修正系数，a的取值范围为0.6～1.2，q为需求风量，为蜗壳型线上的点与蜗壳的中心o之间的连线与x轴的负方向之间的夹角；

7、3)、获取叶轮轴向上不同位置处的出口速度分布，将叶轮轴向上不同位置处的出口速度从小到大分为至少两个速度区间，针对蜗壳的对数螺旋线型线公式基于叶轮出口流速分布情况进行修正，获取各个区间下的螺旋线段dfi的型线，然后加权叠加各个速度区间的螺旋线段dfi得到形成一条新的曲线

8、4)、结合预设定的蜗舌半径、蜗舌间距、第一直线段ab的倾角、第二直线段gh的倾角、蜗壳出口的宽度尺寸以及步骤3)中的螺旋线段然后根据端点值采用曲线拟合方式构造出第一过渡段cd和第二过渡段fg，形成最终的蜗壳型线。

9、作为改进，上述的步骤3)中包括以下步骤：

10、31)、获取叶轮轴向上不同位置处的出口速度分布，将叶轮轴向上不同位置处的出口速度从小到大分为至少两个速度区间，每个速度区间所对应的蜗壳在轴向上的尺寸记作bi，每个速度区间的两个端点记作(ci、ci+1)，其中，i＝1、2、……、n；

11、32)、针对蜗壳型线公式基于流速分布情况进行修正，获取各个区间下的螺旋线段dfi的型线：其中，为叶轮出口速度的平均值，各修正常数ai之间的差值不大于0.2。

12、33)、加权叠加各个速度区间的螺旋线段dfi得到形成一条新的曲线加权叠加方式如下：

13、

14、；其中，s为比例常数，取值范围为：0.9～1.1。

15、作为改进，在上述步骤4)中，第一直线段ab的倾角为第一直线段与x轴的夹角角度，记作α，第二直线段gh的倾角为第二直线段与x轴的夹角，记作β，其中，α≤β≤105°且50≤α≤75°，第一直线段ab的起点与第二直线段gh的终点构成蜗壳出口，蜗壳出口的宽度尺寸记作l，其中，l＝(0.5～0.6)*d2，蜗舌间隙记作t，t＝(0.06～0.1)*d2。

16、作为改进，蜗壳型线上的d点处于位置上。

17、作为改进，在步骤32)中，各修正常数ai相同。

18、作为改进，在步骤3)中，通过数值模拟或piv方式获取叶轮轴向上不同位置处的出口速度分布。

19、叶轮出口速度在轴向方向并非一致的，往往靠近中盘处气流速度高，靠近两头气流速度低，为了排除过小流速区间(如子午面上靠近蜗壳盖板位置)，获取叶轮轴向上不同位置处的出口速度的最小值大于等于5m/s。

20、作为改进，在步骤4)之后还包括：

21、步骤5)、根据获取的最终的蜗壳型线，将该蜗壳型线拉伸至所需厚度，形成最终的蜗壳三维结构。

22、为了改善蜗壳周向上流动的不均匀性，可针对各区间下的型线进行优化，从而进一步提升气动性能和改善噪音，在步骤32)与步骤33)之间还包括以下步骤：

23、步骤s)、通过下述方式对蜗壳型线的螺旋线段df在各个速度区间下的螺旋线段的型线进行修正：

24、将螺旋线段df分为de段、ef段，其中e和f点为蜗壳宽度限位点，在de段上设置不少于1个补偿点m1’、m2’……，各补偿点与蜗壳的中心点o连线与x轴负方向形成的夹角依次增大，起始夹角处于[30°，70°]区间，de段上各补偿点处的张开度与未补偿时螺旋线的张开度比值为取值区间为[0.9，1.2]，de段上相邻补偿点之间张开度比值采用贝塞尔曲线拟合d、m1’、m2’……、e点；

25、在ef段上设置不少于1个补偿点n1’、n2’……，各补偿点与蜗壳的中心点o连线与y轴正方向形成的夹角依次增大，起始夹角处于[210°,330°]区间，ef段上各补偿点处的张开度与未补偿时螺旋线的张开度比值区间为[0.9，1.2]，ef段上相邻补偿点之间张开度比值采用贝塞尔曲线拟合e、n1’、n2’、……、f点。

26、为了提高对蜗壳周向上流动的不均匀性的优化效果，de段上相邻补偿点与蜗壳的中心点o之间的连线所形成的夹角不少于10度，ef段上相邻补偿点与蜗壳的中心点o之间的连线所形成的夹角不少于10度。

27、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，所述蜗壳采用上述的离心风机的蜗壳设计方法得到。

28、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，包括风机系统，所述风机系统采用上述的离心风机。

29、与现有技术相比，本发明的优点：离心风机的蜗壳设计方法考虑根据蜗壳轴向气流不均特征，根据轴向方向上的流速分布情况在轴向方向分解成多个速度区间，针对各速度区间进行蜗壳型线的螺旋线段进行优化设计并在优选方案中对各速度区间的螺旋线段周向方向上分区优化，针对多个速度区间优化后的型线通过拟定的加权关系获取最终型线进行叠加拟合，该方案合理优化蜗壳型线，抑制了各方向的流动不均情况，改善流动在不同方向上的均匀性，改善蜗壳内部涡流现象，有利于提升气动性能和改善噪音，通过该设计优化后的蜗壳型线可获得在相应体量下相比传统设计方法更优的气动性能。