[发明专利]一种外形定尺寸限制下的蜗壳型线设计方法

说明书

本发明公开了一种外形定尺寸限制下的蜗壳型线设计方法，具体是对蜗壳型线进行尺寸限制，将型线的XY直角坐标转化成角度‑距离坐标；确定最大尺寸值；设定7个控制点；基于非均匀B样条曲线计算节点矢量，建立基函数，并由基函数和7个控制点即可得到角度‑距离形式下蜗壳型线上的点；绘制蜗壳型线；对优化变量不同时对应的q组样本点进行数值模拟得到风机气动性能；最后建立近似模型，求解最佳的帕累托解。本发明通过对蜗壳型线的结构，尤其是对蜗壳型线上的点到叶轮中心的距离进行非均匀B样条曲线拟合来改进蜗壳结构，通过调节控制点的坐标来局部调节蜗壳的型线，能够局部调整蜗壳型线来满足工程上的要求、提高性能。

技术领域

本发明属于离心风机领域，更具体地，涉及一种外形定尺寸限制下的蜗壳型线设计方法，适用于离心风机蜗壳型线，该蜗壳尤其是具有尺寸限制的多翼离心风机蜗壳，尤其适用于抽油烟机中。

背景技术

在家用电器中，由于尺寸空间的限制，特别是在抽油烟机的设计中，朝着尺寸更小化发展，使得多翼离心风机的蜗壳被切割才能满足油烟机的内部狭小空间的要求。目前市场上的蜗壳切割均采用直线切割，其蜗壳的过流断面面积经过一个先变小再变大的突变过程，使得从叶轮流出的气体在这个切割的位置流动分离严重，如果切割的部分太多，会使得风机的噪声升高、气动性能下降。所以为了满足空间尺寸的要求，设计合理的蜗壳型线，不采用切割蜗壳的方式，对提高风机的气动性能和噪声性能有着不可忽略的作用。

目前蜗壳型线设计常用的方法有等环量和平均速度设计方法，工程上为了设计的方便，采用四段圆弧绘制蜗壳型线。还有学者采用二维逆命题的设计方法、变螺旋角等蜗壳设计方法。上述的设计方法在多翼离心风机的设计中，往往设计出来的蜗壳尺寸过大，不满足空间的尺寸要求。在工程应用中，通过调整蜗壳的局部型线来达到设计要求，但是调节的方向和尺寸大小要根据实际经验来确定，往往费时费力，在调节的过程中还要满足每段蜗壳型线之间的光滑性，增加了蜗壳型线设计的难度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种外形定尺寸限制下的蜗壳型线设计方法，通过对蜗壳型线的结构，尤其是对蜗壳型线上的点到叶轮中心的距离进行非均匀B样条曲线拟合来改进蜗壳结构，通过调节控制点的坐标来局部调节蜗壳的型线，使得本发明中的具有尺寸限制的蜗壳结构及其应用于蜗壳的设计方法，能够局部调整蜗壳型线来满足工程上的要求、提高风机的效率和风机的气动噪声性能。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种外形定尺寸限制下的蜗壳型线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)对多翼离心风机蜗壳型线进行尺寸限制，记该尺寸限制的方向为宽度方向，使该多翼离心风机蜗壳型线在该宽度方向上的宽度不超过预先设定的宽度最大值；该多翼离心风机蜗壳型线主要由五部分线条连接而成，这五部分线条依次是蜗舌段(1)、第一圆弧段(2)、直线切割段(3)、第二圆弧段(4)和出口直线段(5)，各部分线条之间均光滑过渡；

记该多翼离心风机的叶轮中心在型线平面上对应的投影点为O点，则以该O点为原点、且以所述宽度方向平行于坐标轴建立XY直角坐标系，使所述蜗舌段(1)位于该XY直角坐标系的第一象限；

将所述蜗壳型线的第一圆弧段(2)、直线切割段(3)、第二圆弧段(4)和出口直线段(5)这四部分线条整体按长度均分为m等分，并得到(m+1)个蜗壳型线的坐标点，其中m为正整数；

以所述XY直角坐标系的X轴正方向为初始方向，假设存在由原点出射的射线，将该射线由所述初始方向逆时针开始旋转，在经过所述蜗舌段(1)后，该射线将依次经过所述第一圆弧段(2)、所述直线切割段(3)、所述第二圆弧段(4)和所述出口直线段(5)，由此确定所述(m+1)个蜗壳型线的坐标点的角度θ与距离r，其中角度θ为射线逆时针旋转过程中经过该坐标点时的逆时针旋转角度，距离r为该坐标点距离所述原点的距离，并且这(m+1)个蜗壳型线的坐标点的角度θ依次增大；