一种离心风机蜗壳型线设计方法及离心风机

本技术属于离心风机，特别是涉及一种离心风机蜗壳型线设计方法及离心风机。

背景技术：

1、离心风机是一种依靠输入的机械能，提高气体压力并排放气体的机械，即利用高速旋转的叶轮将气体加速，具有通风换气及加快空气循环的功能。随着人们生活质量的提高及消费者需求的升级，对家用电器的品质要求越来越高。离心风机通常安装于吸油烟机或者空调器的进气箱内，具有尺寸小、转速低、流量系数大、压力系数大及噪音小等优点。目前，高效低噪化已成为家用电器设计的主要目标，而离心风机作为其内部的核心动力部件，家电设备的整体性能受风机各部件结构特征的影响显著。

2、离心风机的蜗壳为静止做功部件，形状决定其性能。由于电器进气箱的内尺寸限制，蜗壳型线的整体尺寸也被规定在某一范围内。在相关技术中，蜗壳型线设计方法包括阿基米德螺旋线法、等边基元法和不等边基元法。其中，阿基米德螺旋线法的设计中虽包含开度设计的思想，但不能自由控制蜗壳开度的周向分布。因此，控制蜗壳开度的周向分布情况，进而设计出合理的蜗壳流道，对于在限定尺寸下开发离心风机的极限性能至关重要。

3、离心风机的叶轮依靠离心力做功，离心力与叶轮直径和叶轮转速成正比，尺寸较大的叶轮做功能力较强。而由于电机负载和叶轮旋转稳定性等因素的影响，叶轮外径一般限定于某一尺寸。因此，在离心风机的设计过程中，蜗壳型线受到进气箱内尺寸和叶轮外径的双重限定。如何在上述条件下，设计合理的蜗壳型线对于提升离心风机的气动性能以及降低噪音具有极其重要的意义。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术实施例提供一种离心风机蜗壳型线设计方法及离心风机，以解决如何在叶轮外径及进气箱尺寸限定条件下设计合理的蜗壳型线的技术问题。

2、本技术实施例提供了一种离心风机蜗壳型线设计方法，所述离心风机包括蜗壳及设置于所述蜗壳内部的叶轮，所述方法包括：

3、在限定条件下，确定所述蜗壳的外部尺寸及所述叶轮的外径d；

4、假定一个蜗壳型线，求取所述蜗壳型线的蜗舌半径r、蜗壳喉部最短距离b2、蜗壳出口宽度b1以及多个沿所述蜗壳周向分布的开度值，多个所述开度值包括a1、a2、a3、a4及a5，所述开度值为所述叶轮出口与所述蜗壳内壁之间的距离；

5、计算比例系数k1、k2、k3、k4及k5；

6、其中，k1＝a1/a2；k2＝a1/a3，或，k2＝a2/a3；k3＝a3/a4，或，k3＝a1/a4，或，k3＝a2/a4；k4＝a4/a5，或，k4＝a1/a5，或，k4＝a2/a5，或，k4＝a3/a5；k5＝b1/b2；

7、求解所述离心风机的目标参数为最优数值所对应的a1及a2数值；

8、保持最优数值k1不变，并保持假定蜗壳型线的k3、k4、k5及r不变，取多组k2数值，求解所述目标参数为最优数值所对应的a3数值；

9、保持最优数值k1及k2不变，并保持假定蜗壳型线的k4、k5及r不变，取多组k3数值，求解所述目标参数为最优数值所对应的a4数值；

10、保持最优数值k1、k2及k3不变，并保持假定蜗壳型线的k5及r不变，取多组k4数值，找到所述目标参数为最优数值所对应的a5数值；

11、保持最优数值k1、k2、k3及k4不变，并保持假定蜗壳型线的r不变，取多组k5数值，求解所述目标参数为最优数值所对应的b1数值；

12、保持最优数值k1、k2、k3、k4及b1不变，并保持假定蜗壳型线的r不变，取多组b2数值，求解所述目标参数为最优数值所对应的b2数值；

13、保持最优数值k1、k2、k3、k4、b2及b1不变，取多组r数值，求解所述目标参数为最优数值所对应的r数值。

14、可选地，所述确定所述蜗壳的外部尺寸的步骤包括：

15、确定所述蜗壳沿第一方向x的尺寸l，并确定距离c，其中，c为所述蜗壳型线的开度值a1所处位置与所述蜗壳出口之间沿第二方向y的距离；

16、所述求解所述离心风机的目标参数为最优数值所对应的a1及a2数值的步骤包括:

17、计算比例系数k6＝c/a3，保持所述假定蜗壳型线的k2、k3、k4、k5、k6及r不变，取多组k1值，求解所述离心风机的目标参数为最优数值所对应的a1及a2数值；

18、所述求解所述目标参数为最优数值所对应的a3数值的步骤，与所述求解所述目标参数为最优数值所对应的a4数值的步骤之间还包括：

19、保持最优数值k1及k2不变，并保持假定蜗壳型线的k3、k4、k5及r不变，取多组k6数值，求解所述目标参数为最优数值所对应的c数值；

20、其中，a1与a2为所述蜗壳沿所述第一方向x的开度值，a3与a4为所述蜗壳沿所述第二方向y的开度值，a5为所述蜗舌附近处的开度值。

21、可选地，所述确定所述蜗壳的外部尺寸的步骤包括：

22、确定所述蜗壳沿第二方向y的尺寸w，并确定距离c，其中，c为所述蜗壳型线的开度值a2所处位置与所述蜗壳出口之间沿所述第二方向y的距离；

23、所述求解所述离心风机的目标参数为最优数值所对应的a1及a2数值的步骤包括:

24、计算比例系数k7＝c/a1；

25、保持所述假定蜗壳型线的k1、k2、k3、k4、k5及r不变，取多组k7值，求解所述离心风机的目标参数为最优数值所对应的c及a1数值；

26、保持最优数值k7不变，并保持所述假定蜗壳型线的k2、k3、k4、k5及r不变，取多组k1值，求解所述离心风机的目标参数为最优数值所对应的a2数值；

27、其中，a1与a4为所述蜗壳沿所述第二方向y的开度值，a2与a3为所述蜗壳沿第一方向x的开度值，a5为所述蜗舌附近的开度值。

28、可选地，开度值a1、a3、a2、a4及a5所处的位置沿所述蜗壳的逆时针方向依次分布且数值依次减小。

29、可选地，开度值a2、a1、a3、a4及a5所处的位置沿所述蜗壳的逆时针方向依次分布且数值依次减小。

30、可选地，所述离心风机的目标参数的最优数值为所述离心风机风量的最大数值，和/或，所述离心风机的目标参数的最优数值为所述离心风机噪音的最小数值。

31、可选地，所述离心风机的风量通过数值模拟方法或实验测得。

32、可选地，所述离心风机的噪音通过数值模拟方法或实验测得。

33、本技术实施例还提供了一种离心风机，所述离心风机采用上述任一项设计方法得到。

34、本技术实施例所提供的离心风机蜗壳型线设计方法包括以下优点：

35、在外部结构限定条件下，确定蜗壳外部尺寸包括长度l和/或宽度w，并确定叶轮外径d，即给定风机相关限定尺寸。假定一个蜗壳型线，求此蜗壳型线的各个结构参数值，同时计算两个参量构成的比例系数。采用控制变量法，按照一定求解顺序，每次改变其中一个结构参量，其他参量值不变，求解目标参数包括风量和/或噪音为最优值所对应的参量值，依次确定在限定尺寸条件下，各个结构参量的最优解，则设计出蜗壳型线的最优解，此风机具有高效率、大吸力及低噪音的特点。