阅读说明：本技术 一种蜗壳型线生成方法、蜗壳、风机系统及吸油烟机 (Volute profile generation method, volute, fan system and range hood ) 是由 吴灵辉 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种蜗壳型线生成方法,包括如下步骤：1)确定圆心至少三个具有特征意义的定位点,所述特征意义为蜗舌定位、蜗壳高度或蜗壳宽度；2)以圆心为原点,根据各定位点的坐标、通过曲线拟合的方式确定蜗壳型线；3)各定位点确定后,通过反向推导阿基米德或对数螺旋线的系数m,再用光滑曲线通过各定位点所对应的m值、拟合出关于m-<Image he="23" wi="13" file="DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>的曲线图,其中<Image he="23" wi="13" file="600341DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>为这一点与蜗壳起始径向截面形成的夹角；4)再通过阿基米德或对数螺旋线公式：<Image he="39" wi="85" file="DEST_PATH_IMAGE004.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>,进行计算得到不同<Image he="23" wi="13" file="529114DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>值下的<Image he="32" wi="20" file="DEST_PATH_IMAGE006.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>值,得到相应修正后的蜗壳型线。还公开了根据上述方法生成的蜗壳,应用有上述蜗壳的风机系统,以及应用有上述风机系统的吸油烟机。(The invention discloses a volute profile generation method, which comprises the following steps: 1) determining at least three positioning points with characteristic meanings of circle centers, wherein the characteristic meanings are volute tongue positioning, volute height or volute width; 2) determining the molded line of the volute by a curve fitting mode according to the coordinates of each positioning point by taking the circle center as an origin; 3) after each positioning point is determined, the coefficient m of Archimedes or logarithmic spiral is deduced reversely, and then a smooth curve is used for fitting the m-value corresponding to each positioning point A graph of (1), wherein The included angle formed by the point and the initial radial section of the volute; 4) then through Archimedes or logarithmic spiral formula: is calculated to obtain differences Value of And obtaining the corresponding corrected volute profile. The volute generated according to the method, the fan system applying the volute and the range hood applying the fan system are further disclosed.)

一种蜗壳型线生成方法、蜗壳、风机系统及吸油烟机

技术领域

本发明涉及动力系统，尤其是一种蜗壳生成方法，由该方法得到的蜗壳，应用有该蜗壳的风机系统，以及应用有该风机系统的吸油烟机。

背景技术

离心风机一般由蜗壳、电机、叶轮等组成。离心风机的工作原理是电机带动叶轮转动对气流做功，并通过蜗壳的扩压作用从径向排出。

现有的离心风机的蜗壳，蜗壳型线多采用常规的对数螺旋线、阿基米德螺旋线思路进行设计。如申请号为201510135345.2的中国专利公开的一种吸油烟机的蜗壳，包括蜗壳前板、蜗壳后板、蜗壳法兰、连接蜗壳前板和蜗壳后板的蜗壳围板，蜗壳围板则通过近似的阿基米德螺旋曲线将蜗壳前板和蜗壳后板连接在一起。又如申请号为201911266506.6的中国专利公开的一种离心风机用的蜗壳，包括蜗壳顶板、蜗壳围板和蜗壳底板，蜗壳围板连接在蜗壳顶板、蜗壳底板之间，蜗壳围板的截面外周型线包括按逆时针顺序依次平滑连接的对数螺旋扩散型线、对数螺旋型线、蜗舌型线和蜗舌扩散型线。

上述这些传统的设计方法，假设进口圆周上流动参数均匀分布并且蜗壳内气流动量矩不变，使用该设计思路的风机系统在吸油烟机上的气动性能及噪音表现并不佳；另外蜗壳型线上各尺寸关联性太强，如增加宽度的同时必然会影响到高度，蜗舌间隙的更改必然会影响出口尺寸，无法根据箱体限制要求(往往对高度、宽度有限制)，合理限制蜗壳各维度尺寸，达到最优性能。

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，提供一种蜗壳型线生成方法，能够改善蜗壳内气流流动状况，提升风机系统的风量、风压，降低噪音。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种由上述型线生成方法得到的蜗壳。

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风机系统。

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风机系统的吸油烟机。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种蜗壳型线生成方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)确定圆心至少三个具有特征意义的定位点，所述特征意义为蜗舌定位、蜗壳高度或蜗壳宽度；

2)以圆心为原点，根据各定位点的坐标、通过曲线拟合的方式确定蜗壳型线；

3)各定位点确定后，通过反向推导阿基米德或对数螺旋线的系数m，再用光滑曲线通过各定位点所对应的m值、拟合出关于m-的曲线图，其中为这一点与蜗壳起始径向截面形成的夹角；

4)再通过阿基米德或对数螺旋线公式：，进行计算得到不同值下的值，得到相应修正后的蜗壳型线，其中为蜗壳型线上的某一点与圆心O之间的连线距离为，为蜗壳所应用的风机系统的叶轮的直径。

优选的，所述定位点包括作为蜗舌定位点的第一定位点，所述第一定位点的坐标为(,)，通过如下公式，，，在确定第一定位点坐标后，能得到对应的t和，其中t为蜗舌间隙，为第一定位点与蜗壳型线起始径向截面形成的夹角，根据t和得到第一定位点相应的m值。

优选的，所述定位点包括作为蜗壳的第一宽度定位点的第二定位点，所述第二定位点的坐标为(,)，所述第二定位点决定了蜗壳高度在正方向的距离，所述第二定位点(N2)处的张开度为，，为比例系数，取值范围为1.0~1.2，根据得到第二定位点相应的m值。

优选的，所述定位点包括作为蜗壳的第一宽度定位点的第三定位点，所述第三定位点的坐标为(,)，所述第三定位点决定了蜗壳宽度在正方向的距离，所述第三定位点处的张开度为，，为比例系数，，根据得到该第三定位点相应的m值。

优选的，所述定位点包括作为蜗壳的第二高度定位点的第四定位点，所述第四定位点的坐标为,)，所述第四定位点决定了蜗壳高度在负方向的距离，所述第四定位点处的张开度为，，为比例系数，，根据得到第四定位点出相应的m值。

优选的，所述定位点包括作为蜗壳的第二宽度定位点的第五定位点，所述第五定位点的坐标为,)，所述第五定位点决定了蜗壳宽度在负方向的距离，所述第五定位点处的张开度为，，为比例系数，取值范围为(0.2,1)，根据得到第五定位点相应的m值。

优选的，所述定位点包括第六定位点，所述第六定位点的坐标为,)，所述第六定位点为蜗壳最终高度的决定点，，，根据第六定位点的坐标得到第六定位点相应的m值。

为便于确定蜗壳型线，在步骤2)中，还结合蜗壳的出风口的宽度L和蜗舌半径r，，，从而确定蜗壳型线。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种根据如上所述的蜗壳型线生成方法生成的蜗壳，包括前盖板、后盖板、设置在前盖板和后盖板之间的环壁，其特征在于：所述环壁的内侧轮廓线构成所述蜗壳型线。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有如上所述的蜗壳的风机系统，其特征在于：所述风机系统包括设置在蜗壳内的叶轮，以及用于驱动叶轮转动的电机，所述叶轮的轴线通过圆心。

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：应用有如上所述的风机系统。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1)能调整蜗舌与叶轮处间隙尺寸，并保证合理的出口尺寸及出口气流角度；2)实现蜗壳宽度、蜗壳高度两个方向维度尺寸的独立性，尺寸可变形加强，能根据外部箱体尺寸合理设计蜗壳体量，如吸油烟机高度低时，保证合适的蜗壳宽度，实现蜗壳高度尺寸的降低，反之亦然；3)该设计思路的蜗壳通过型线优化能根据吸油烟机箱体内部气流的特征，改善蜗壳内气流流动状况，提升吸油烟机的风量、风压、全压效率并降低噪音，能够控制蜗壳各方向的尺寸，满足吸油烟机不同维度体量(高度、宽度)的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的风机系统的正面示意图；

图2为本发明实施例的风机系统的背面示意图；

图3为本发明实施例的风机系统的蜗壳型线示意图(同时示出有叶轮)；

图4为现有技术的蜗壳型线示意图(同时示出有叶轮)；

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和图2，一种风机系统，为离心风机，可用于吸油烟机。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3。

蜗壳1包括前盖板11、后盖板12、设置在前盖板11和后盖板12之间的环壁13，前盖板11上开设有第一进风口14，第一进风口14处设置有进风口圈(未示出)。前盖板11、后盖板12和环壁13共同围成有出风口16，出风口16处设置有法兰17，用于与吸油烟机的其他部件，如风机架连接固定。后盖板12上开设有第二进风口18。由此构成双进风的风机系统。

电机3从第二进风口18穿入叶轮2内，并且电机3和后盖板12之间通过电机支架31连接固定。电机3的输出轴和叶轮2则通过锁紧螺母4连接固定，从而当电机3启动时，可驱动叶轮2转动。

环壁13的内侧轮廓线构成蜗壳型线。参见图4，蜗壳型线通常包括第一直线段AB、圆弧段BC、拟合曲线段CD、第二直线段DE依次收尾相连、光滑过渡组成。A、E对应出风口16，圆弧段BC对应蜗舌。在现有技术中，拟合曲线段CD为对数螺旋线或阿基米德螺旋线，以第一进风口14(或第二进风口18)中心为圆心O点(该圆心在叶轮2的轴线上)。拟合曲线段CD上的某一点与圆心O之间的连线距离为，其计算方式为：

，

其中为叶轮2的直径，m为与叶轮参数、额定设计流量等有关的系数，为拟合曲线段CD的这一点与蜗壳1起始径向截面(图3中所示的水平面)形成的夹角。

上述方法设计的拟合曲线段CD，曲线的高度与宽度尺寸关联性大，最大宽度决定后，也就决定了最大高度，反之亦然，同时蜗舌和叶轮2间隙的改变会直接影响到出风口16相关尺寸，且该设计思路遵循的是进风口圆周上流动参数均匀分布并且蜗壳1内气流动量矩不变的假设，因此曲线设计并不合理。

为了解决上述这个问题，需要采用多点定位的方式，参见图3，在整个蜗壳型线上选择多个具有特征意义的定位点，上述定位点不少于3个，在本实施例选取六个，分别为第一定位点N1、即蜗舌定位点，第二定位点N2、即第一高度定位点，第三定位点N3、即第一宽度定位点，第四定位点N4、即第二高度定位点，第五定位点N5、即第二宽度定位点，第六定位点N6、即第三高度定位点。

以圆心O作为坐标原点，上述六个定位点，分别满足如下关系：

第一定位点N1的坐标为(,)，第一定位点N1决定了蜗舌间隙(蜗舌与叶轮之间的间隙)t以及蜗舌偏离叶轮2中心的距离|x₁|，蜗舌间隙，，。通过上述关系式即可确定第一定位点N1，此点可根据需要合理调整蜗舌间隙，并不会像传统设计思路会影响蜗舌偏离叶轮的距离导致出口尺寸的变化，影响出流。确定第一定位点N1坐标后，即可得到对应的蜗舌间隙t和(第一定位点N1与蜗壳型线起始径向截面形成的夹角)，通过蜗舌间隙可得到该第一定位点N1的()，利用上述阿基米德螺旋线公式(或对数螺旋线公式)可求出相应的m值，记为m₁。

第二定位点N2的坐标为(,)，第二定位点N2决定了蜗壳高度在正方向(图3中圆心O向上为正方向)的距离，第二定位点N2处的张开度为，，为比例系数，常规对数螺旋线从至的张开度按气流量不断叠加的方式不断递增，而风机系统在吸油烟机中气流分布不均，并非按此方式递增，因此本发明通过比例系数确定，取值范围为1.0~1.2，吸油烟机额定流量越低，建议取值越小，根据可得到该第二定位点N2的()，为90°，同样利用上述阿基米德螺旋线公式(或对数螺旋线公式)可求出相应的m值，记为m₂。

第三定位点N3的坐标为(,)，第三定位点N3决定了蜗壳宽度在正方向(图3中圆心O向右为正方向)的距离，第三定位点N3处的张开度为，，相对于第一定位点N1至第二定位点N2点张开度的增长速率，第二定位点N2至第三定位点N3处的增加速率有所增加，设置比例系数，，较小的比例系数能有较小的蜗壳宽度，且需保证防止此处间隙过小。根据可得到该第三定位点N3的()，为180°，根据同样利用上述阿基米德螺旋线公式(或对数螺旋线公式)可求出相应的m值，记为m₃。

第四定位点N4的坐标为,)，第四定位点N4决定了蜗壳高度在负方向(图3中向下为负方向)的距离，第四定位点N4处的张开度为，，吸油烟机中的风机系统进气主要集中在风机系统下部，相比于常规螺旋线，需要尽可能加大尺寸的张开度，设置比例系数，。根据可得到该第四定位点N4的()，为270°，根据同样利用上述阿基米德螺旋线公式(或对数螺旋线公式)可求出相应的m值，记为m₄。

第五定位点N5的坐标为,)，第五定位点N5决定了蜗壳宽度在负方向(图3中圆心O向左为负方向)的距离，第五定位点N5处的张开度为，，一方面要控制蜗壳宽度，一方面不能收缩过紧，导致气流无法有效扩压，将动压收集为静压，为比例系数，取值范围为(0.2,1)。根据可得到该第四定位点N4的()，为360°，根据同样利用上述阿基米德螺旋线公式(或对数螺旋线公式)可求出相应的m值，记为m₅。

第六定位点N6的坐标为,)，第六定位点N6为蜗壳最终高度的决定点，同时也能决定蜗壳左侧(与蜗舌相对一侧)倾角，，，保证有效出流以及出流气体具有合适的倾角。根据第六定位点N6的坐标(即确定该点的和)，可以利用上述的阿基米德螺旋线公式(或对数螺旋线公式)可求出相应的m值，记为m₆。

根据以上六个点通过曲线拟合的方式基本可以确定蜗壳型线，额外需要给定出风口16的宽度L和蜗舌半径r，，。

六个主要定位点确定后，曲线拟合的方式通过反向推导阿基米德或对数螺旋线m值，再用光滑曲线通过这六个点m值(m₁、m_2……m₆)拟合出关于m-的曲线图，再通过阿基米德或对数螺旋线公式进行计算得到不同值下的值。优选的，计算出从60度至400度下的值，最后根据第六定位点N6点坐标、L值和r值即可得到相应修正后的蜗壳型线。

综上所述，本发明的蜗壳型线生成方法，包括如下步骤：

1)确定至少三个具有特征意义的定位点；

2)根据各定位点的坐标、通过曲线拟合的方式确定蜗壳型线；

3)各定位点确定后，通过反向推导阿基米德或对数螺旋线的系数m，再用光滑曲线通过各定位点所对应的m值、拟合出关于m-的曲线图；

4)再通过阿基米德或对数螺旋线公式：，进行计算得到不同值下的值，得到相应修正后的蜗壳型线。

在图5中所示，给出了常规对数螺旋线(m=0.0735)的型线(虚线)和采用六点定位法(N1(-33.1,123.6)，N2(0,130),N3(140,0),N4(0,-170),N5(-182.5,0),N6(-155,155))后的蜗壳型线(实线)对比示意图。根据试验实测：采用六点定位法蜗壳型线的风机系统在吸油烟机中能够提升10%静压，降低1dB的噪音，且具有更小的蜗壳宽度，能摆放进更窄的箱体中。

本发明的蜗壳型线生成方法，首先，蜗壳体量可控，能够适应吸油烟机(也可以为其他领域)的箱体尺寸。自定义第三定位点N3和第五定位点N5两个定位点的坐标值实现蜗壳宽度可控，自定义第二定位点N2、第四定位点N4和第六定位点N6三个定位点的坐标值实现蜗壳高度可控。例如，在箱体宽度有限，高度足够的情况下，取k2和k4系数值区间的小值可缩小第三定位点N3和第五定位点N5距坐标原点的距离，减少蜗壳宽度，取k1、k3系数值区间中的大值改变第三定位点N3、第五定位点N5和第六定位点N6距坐标原点的距离可保持蜗壳有较高的尺寸，气流动能得以在这一区间转化为静压，减少蜗壳内部的动压损失。而常规对数螺旋线或阿基米德螺旋线设计的蜗壳，蜗壳高度随蜗壳宽度的变小同步缩小，反之亦然。

其次，可以合理调整蜗舌间隙和蜗壳出口。蜗壳出口较大会引起第一直线段AB向右偏移，如仅为一条对数螺旋线形成的型线则会导致蜗舌间隙增大，蜗舌间隙较大会导致蜗舌处气流回流，而设定第一定位点N1， 即可实现出口尺寸与蜗舌间隙的独立，即使出口尺寸大，也可设定合理地蜗舌间隙值，减少回流。

最后，可以改善蜗壳内部整体流动情况。传统对数螺旋线或阿基米德螺旋线设计的蜗壳是基于气流沿叶轮出口均匀流出的假设，而实际吸油烟机离心风机中气流并非沿叶轮出口均匀流出，叶轮出口气流流出量大的地方需要同步匹配较大的蜗壳流道，本设计思路中亦可通过调整各定义点的坐标值的系数值对局部尺寸调整，且各点通过对数螺旋线进行拟合，气流量的地方取大值，防止局部气流流速过快，气流量小的地方则缩小，防止突扩产生局部涡流。