1.本发明涉及抽油烟机技术领域，更具体的说是涉及一种蜗壳结构及尺寸受限约束下蜗壳的设计方法。
背景技术：2.众所周知，抽油烟机上一般采用多翼离心风机，这种风机具有大流量系数以及小尺寸系数的优点。但由于现代城市居住空间紧凑，设备部件结构尺寸也有了很大的局限性。如何在空间受到限制的条件下，使得多翼离心风机仍然具有良好的气动性能至关重要。目前蜗壳的内腔线为对数螺旋线，且由于受到结构尺寸的限制，多采用“大叶轮，小蜗壳”的结构，来使得流量尽可能大。这种结构使蜗壳通流面积仍然具有局限性，且蜗壳与叶轮流动参数并不匹配，使得风机风量无法进一步提升，气动性能欠佳。
3.因此，研究出一种可以提高风机风量和风机气动性能的蜗壳结构及尺寸受限约束下蜗壳的设计方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：4.有鉴于此，本发明提供了一种可以提高风机风量和风机气动性能的蜗壳结构及尺寸受限约束下蜗壳的设计方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种蜗壳结构，包括：
7.支架，所述支架设有两个，且平行布置；
8.围板，所述围板置于两个所述支架之间，且所述围板的两端分别与两个所述支架固定连接；所述围板内侧面的轮廓线由第一型线段mn、第二型线段ns、第三型线段sg以及第四型线段gr平滑连接而成；
9.叶轮，所述叶轮设置于所述围板的内部，所述叶轮的中心处连接有电机。
10.采用上述技术方案的有益效果是，本发明中通过蜗壳型线采取了直线段与圆弧段拼接的形式，型线整体近似方形，尽最大可能提升了风机在尺寸限制条件下的空间利用率，同时也尽最大可能增大了蜗壳的通流面积，这使得叶轮叶道内的涡旋区减少，风机中心的低速区得到改善，蜗壳出口区扩压效果较好，压力均匀稳步提升。
11.优选的，第一型线段mn包括:第一圆弧线mq、第二圆弧线qn以及第一直线nn，所述第一圆弧线mq和第二圆弧线qn相切于q点，所述第二圆弧线qn和第一直线nn相切于n点。
12.优选的，第二型线段ns包括:第三圆弧线nd、第四圆弧线dl、第五圆弧线ls以及第二直线ss，所述第三圆弧段nd的一端与所述第一直线nn相切于n点，另一端和第四圆弧线dl相切于d点，所述第四圆弧线dl和第五圆弧线ls相切于l点，所述第五圆弧线ls和第二直线ss相切于s点。
13.优选的，第三型线段sg包括:第六圆弧线sf、第七圆弧线fi、第八圆弧线ig以及第三直线gg，所述第六圆弧线sf一端与所述第二直线ss相切于s点，另一端与第七圆弧线fi相
切于f点，所述第七圆弧线fi和第八圆弧线ig相切于i点，所述第八圆弧线ig和第三直线gg相切于g点。
14.优选的，第四型线段gr为直线，所述第四型线段gr与所述第三直线gg共线。
15.优选的，所述支架呈方形。围板型线接近于方形，通过方形支架与围板固定可以更稳定的对围板进行支撑。
16.一种尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，包括如下步骤：
17.1)选取一个边长为d的正方形，约定蜗壳型线的起点与蜗舌连接处为点m，沿正方形竖直方向的中心轴线建立y轴，点m水平向蜗壳内部延伸，与y轴的交点为坐标原点o，建立直角坐标系，点m位于x轴上，按照坐标系的四个象限对应将围板的轮廓线分为第一型线段、第二型线段、第三型线段以及第四型线段；
18.2)确定第一型线段：约定蜗舌与正方形的交点为t，与y轴正半轴的交点为n，以点n为基准水平向右距离为0.24d的位置处取一点p，以点p沿y轴负方向做直线pq，且直线pq与y轴平行，以m点做蜗舌的切线弧交直线pq于点q，得到第一圆弧线mq，再以q点做第一圆弧线mq的切线弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为n，得到第二圆弧线qn和第一直线nn；
19.3)确定第二型线段：以点n为基准在水平向左距离为0.3d的位置处取一点c，点c竖直向y轴负方向延伸0.05d的距离，取点d；以点n为起始做正方形尺寸线的切线弧交于点d，得到第三圆弧线nd；正方形与x轴负半轴的交点为s，以点s为基准在竖直向上距离为0.4d的位置处取一点k，以点k沿x轴正方向做直线kl，且直线kl与x轴平行；以d点为起始做第三圆弧线nd的切线弧交直线kl于点l，得到第四圆弧线dl；再以l点做第四圆弧线dl的切线圆弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为s，得到第五圆弧线ls和第二直线ss；
20.4)确定第三型线段：以点s为基准在竖直向下距离为0.13d的位置处取一点e，点e沿x轴正方向水平延伸0.001d的距离，取点f；以点s为起始做正方形尺寸线的切线弧交于点f，得到第六圆弧线sf；正方形与y轴负方向的交点为g，以点g为基准在水平向左距离为0.44d的位置处取一点h；以点h沿y轴正方向做直线hi，且直线hi与y轴平行；以点f为起始做第六圆弧线的切线弧交直线hi于点i，得到第七圆弧线fi；再以i点做第七圆弧线fi的切线弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为g，得到第八圆弧线hg和第三直线gg；
21.5)确定第四型线段：以点g为起始沿x轴正方向水平延伸至正方形尺寸线边界r，得到第四型线段gr；点t和r之间为蜗壳出风口，点t的位置根据规定的蜗壳出风口宽度确定。
22.采用上述技术方案的有益效果是，本发明打破了蜗壳原有的对数螺旋线特征，采用直线段与圆弧段相互拼接的方式，且从蜗壳第一型线段开始，圆弧段占比逐渐下降，直线段占比增加，表明蜗壳型线的走势越来越接近方形，型线段所围成的蜗壳通流面积的扩大程度也在逐渐增大。
23.优选的，直线pq的取值范围为0.04d～0.06d，直线kl的取值范围为0.045d～0.058d，直线hi的取值范围为0.13d～0.17d。
24.优选的，所述叶轮在所述围板内偏心设置，所述叶轮中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.02d～0.05d，沿x轴正方向距离为0～0.004d的位置处。
25.优选的，第一型线段、第二型线段、第三型线段以及第四型线段分别与坐标轴所围成的平面面积比为1:1.23:1.28:1.31。型线段所围成的蜗壳通流面积在逐渐扩大，可以提升风机的风量。
26.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种蜗壳结构及尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，其有益效果为：
27.(1)本发明打破了蜗壳原有对数螺旋线特征，采用直线段与圆弧段拼接的方式，在使得蜗壳通流面积尽可能增大的同时，保证了整条蜗壳型线的连续性；这不仅在一定程度上提升了风机风量，还使得蜗壳与叶轮能够更好地匹配，风机内部流场的流动更加均匀，减小了流动损失；
28.(2)蜗壳型线整体近似方形，尽最大可能提升了风机在尺寸限制条件下的空间利用率；并且，由于蜗壳型线近似方形，相当一部分气流在蜗壳第三段型线处较早地改变了速度方向，使得在蜗壳出口处的气流速度矢量在径向方向的分量减小，速度方向几乎与出口方向平行，改善了蜗舌后方区域的流动情况，减小了流动损失。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本发明提供的蜗壳的结构示意图；
31.图2为本发明提供的蜗壳的俯视图；
32.图3为本发明提供的蜗壳型线结构图；
33.图4为本发明提供的蜗壳型线的绘制方法图；
34.图5为本发明提供的蜗壳内气流相对速度云图；
35.图6为传统蜗壳内气流相对速度云图；
36.图7为本发明提供的蜗壳出口区域速度矢量图；
37.图8为传统蜗壳出口区域速度矢量图。
38.其中，图中，
39.1-支架；2-围板；3-叶轮；4-电机；5-蜗舌；6-蜗壳出风口。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.实施例1：
42.本发明实施例公开了一种蜗壳结构，包括：
43.支架1，支架1设有两个，且平行布置；
44.围板2，围板2置于两个支架1之间，且围板2的两端分别与两个支架1固定连接；围板2内侧面的轮廓线由第一型线段mn、第二型线段ns、第三型线段sg以及第四型线段gr平滑连接而成；
45.叶轮3，叶轮3设置于围板2的内部，叶轮3的中心处连接有电机4。蜗壳出风口6位于
围板2的第四型线段处。本发明中的蜗壳应用在多翼离心式风机中，在保证尽可能大的通流面积的同时又保证了蜗壳型线的连续性，大大提升了多翼离心风机风量。
46.为了进一步地优化上述技术方案，第一型线段mn包括:第一圆弧线mq、第二圆弧线qn以及第一直线nn，第一圆弧线mq和第二圆弧线qn相切于q点，第二圆弧线qn和第一直线nn相切于n点。
47.为了进一步地优化上述技术方案，第二型线段ns包括:第三圆弧线nd、第四圆弧线dl、第五圆弧线ls以及第二直线ss，第三圆弧段nd的一端与第一直线nn相切于n点，另一端和第四圆弧线dl相切于d点，第四圆弧线dl和第五圆弧线ls相切于l点，第五圆弧线ls和第二直线ss相切于s点。
48.为了进一步地优化上述技术方案，第三型线段sg包括:第六圆弧线sf、第七圆弧线fi、第八圆弧线ig以及第三直线gg，第六圆弧线sf一端与第二直线ss相切于s点，另一端与第七圆弧线fi相切于f点，第七圆弧线fi和第八圆弧线ig相切于i点，第八圆弧线ig和第三直线gg相切于g点。
49.为了进一步地优化上述技术方案，第四型线段gr为直线，第四型线段gr与第三直线gg共线。
50.为了进一步地优化上述技术方案，支架1呈方形。
51.一种尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，包括如下步骤：
52.1)选取一个边长为d的正方形，约定蜗壳型线的起点与蜗舌5连接处为点m，沿正方形竖直方向的中心轴线建立y轴，点m水平向蜗壳内部延伸，与y轴的交点为坐标原点o，建立直角坐标系，点m位于x轴上，按照坐标系的四个象限对应将围板2的轮廓线分为第一型线段、第二型线段、第三型线段以及第四型线段；
53.2)确定第一型线段：约定蜗舌5与正方形的交点为t，与y轴正半轴的交点为n，以点n为基准水平向右距离为0.24d的位置处取一点p，以点p沿y轴负方向做直线pq，且直线pq与y轴平行，以m点做蜗舌5的切线弧交直线pq于点q，得到第一圆弧线mq，再以q点做第一圆弧线mq的切线弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为n，得到第二圆弧线qn和第一直线nn；直线pq的长度为0.046d；
54.3)确定第二型线段：以点n为基准在水平向左距离为0.3d的位置处取一点c，点c竖直向y轴负方向延伸0.05d的距离，取点d；以点n为起始做正方形尺寸线的切线弧交于点d，得到第三圆弧线nd；正方形与x轴负半轴的交点为s，以点s为基准在竖直向上距离为0.4d的位置处取一点k，以点k沿x轴正方向做直线kl，且直线kl与x轴平行；以d点为起始做第三圆弧线nd的切线弧交直线kl于点l，得到第四圆弧线dl；再以l点做第四圆弧线dl的切线圆弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为s，得到第五圆弧线ls和第二直线ss；直线kl的长度为0.05d；
55.4)确定第三型线段：以点s为基准在竖直向下距离为0.13d的位置处取一点e，点e沿x轴正方向水平延伸0.001d的距离，取点f；以点s为起始做正方形尺寸线的切线弧交于点f，得到第六圆弧线sf；正方形与y轴负方向的交点为g，以点g为基准在水平向左距离为0.44d的位置处取一点h；以点h沿y轴正方向做直线hi，且直线hi与y轴平行；以点f为起始做第六圆弧线的切线弧交直线hi于点i，得到第七圆弧线fi；再以i点做第七圆弧线fi的切线弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为g，得到第八圆弧线hg和第三直线gg；直线hi的长度
为0.17d；
56.5)确定第四型线段：以点g为起始沿x轴正方向水平延伸至正方形尺寸线边界r，得到第四型线段gr；点t和r之间为蜗壳出风口6，点t的位置根据规定的蜗壳出风口6宽度确定。在第一型线段、第二型线段、第三型线段、第四型线段中圆弧线所占的百分比分别为86％、70％、67％、0，圆弧线占比逐渐下降，表明蜗壳型线越来越接近方形，型线段所围成的蜗壳通流面积的扩大程度也在逐渐增大。
57.为了进一步地优化上述技术方案，叶轮3在围板2内偏心设置，叶轮3中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.05d，沿x轴正方向距离为0.004d的位置处。
58.为了进一步地优化上述技术方案，第一型线段、第二型线段、第三型线段以及第四型线段分别与坐标轴所围成的平面面积比为1:1.23:1.28:1.31。
59.从附图5、6的对比分析可以看出，改进后的方形蜗壳在风机中心部分的低速区有明显改善，叶道内的漩涡区明显减少，增大了有效的通流面积，蜗壳通道内，方形蜗壳较高流速的区域比原有蜗壳有相当程度的扩大；并且，在蜗壳出口处，原蜗壳出现了大面积的低速回流区，改进后的方蜗壳减小了低速区的面积，从而减小了流动损失。
60.从附图7、8对比可以看出，原蜗壳出口处速度方向更偏径向，且气流速度较低，导致在蜗舌5后的区域产生了大面积的分离涡，进而影响之后区域的流动情况，从而产生较大的流动损失，也使得出口速度较低，出口流量较小。而在改进后的方形蜗壳中，因一部分气流在θ＝225
°
处就改变了速度方向，因而在蜗壳出口处，速度矢量在径向方向的分量减小，速度方向几乎与出口方向平行，这极大地改善了蜗舌5后方区域的流动情况，一定程度上减小了流动损失。
61.实施例2：
62.叶轮3在围板2内偏心设置，叶轮3中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.05d，沿x轴正方向距离为0.002d的位置处。
63.实施例2中的其他技术方案均与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
64.实施例3：
65.叶轮3在围板2内偏心设置，叶轮3中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.04d，沿x轴正方向距离为0.002d的位置处。
66.实施例3中的其他技术方案均与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
67.实施例4：
68.叶轮3在围板2内偏心设置，叶轮3中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.03d，沿x轴正方向距离为0.002d的位置处。
69.实施例4中的其他技术方案均与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
70.实施例5：
71.叶轮3在围板2内偏心设置，叶轮3中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.02d，沿x轴正方向距离为0.002d的位置处。
72.实施例5中的其他技术方案均与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
73.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
74.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
技术特征：1.一种蜗壳结构，其特征在于，包括：支架(1)，所述支架(1)设有两个，且平行布置；围板(2)，所述围板(2)置于两个所述支架(1)之间，且所述围板(2)的两端分别与两个所述支架(1)固定连接；所述围板(2)内侧面的轮廓线由第一型线段mn、第二型线段ns、第三型线段sg以及第四型线段gr平滑连接而成；叶轮(3)，所述叶轮(3)设置于所述围板(2)的内部，所述叶轮(3)的中心处连接有电机(4)。2.根据权利要求1所述的一种蜗壳结构，其特征在于，第一型线段mn包括:第一圆弧线mq、第二圆弧线qn以及第一直线nn，所述第一圆弧线mq和第二圆弧线qn相切于q点，所述第二圆弧线qn和第一直线nn相切于n点。3.根据权利要求2所述的一种蜗壳结构，其特征在于，第二型线段ns包括:第三圆弧线nd、第四圆弧线dl、第五圆弧线ls以及第二直线ss，所述第三圆弧段nd的一端与所述第一直线nn相切于n点，另一端和第四圆弧线dl相切于d点，所述第四圆弧线dl和第五圆弧线ls相切于l点，所述第五圆弧线ls和第二直线ss相切于s点。4.根据权利要求3所述的一种蜗壳结构，其特征在于，第三型线段sg包括:第六圆弧线sf、第七圆弧线fi、第八圆弧线ig以及第三直线gg，所述第六圆弧线sf一端与所述第二直线ss相切于s点，另一端与第七圆弧线fi相切于f点，所述第七圆弧线fi和第八圆弧线ig相切于i点，所述第八圆弧线ig和第三直线gg相切于g点。5.根据权利要求4所述的一种蜗壳结构，其特征在于，第四型线段gr为直线，所述第四型线段gr与所述第三直线gg共线。6.根据权利要求1所述的一种蜗壳结构，其特征在于，所述支架(1)呈方形。7.一种尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选取一个边长为d的正方形，约定蜗壳型线的起点与蜗舌(5)连接处为点m，沿正方形竖直方向的中心轴线建立y轴，点m水平向蜗壳内部延伸，与y轴的交点为坐标原点o，建立直角坐标系，点m位于x轴上，按照坐标系的四个象限对应将围板(2)的轮廓线分为第一型线段、第二型线段、第三型线段以及第四型线段；2)确定第一型线段：约定蜗舌(5)与正方形的交点为t，与y轴正半轴的交点为n，以点n为基准水平向右距离为0.24d的位置处取一点p，以点p沿y轴负方向做直线pq，且直线pq与y轴平行，以m点做蜗舌(5)的切线弧交直线pq于点q，得到第一圆弧线mq，再以q点做第一圆弧线mq的切线弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为n，得到第二圆弧线qn和第一直线nn；3)确定第二型线段：以点n为基准在水平向左距离为0.3d的位置处取一点c，点c竖直向y轴负方向延伸0.05d的距离，取点d；以点n为起始做正方形尺寸线的切线弧交于点d，得到第三圆弧线nd；正方形与x轴负半轴的交点为s，以点s为基准在竖直向上距离为0.4d的位置处取一点k，以点k沿x轴正方向做直线kl，且直线kl与x轴平行；以d点为起始做第三圆弧线nd的切线弧交直线kl于点l，得到第四圆弧线dl；再以l点做第四圆弧线dl的切线圆弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为s，得到第五圆弧线ls和第二直线ss；4)确定第三型线段：以点s为基准在竖直向下距离为0.13d的位置处取一点e，点e沿x轴正方向水平延伸0.001d的距离，取点f；以点s为起始做正方形尺寸线的切线弧交于点f，得到第六圆弧线sf；正方形与y轴负方向的交点为g，以点g为基准在水平向左距离为0.44d的
位置处取一点h；以点h沿y轴正方向做直线hi，且直线hi与y轴平行；以点f为起始做第六圆弧线的切线弧交直线hi于点i，得到第七圆弧线fi；再以i点做第七圆弧线fi的切线弧同时与正方形尺寸线相切，切点设为g，得到第八圆弧线hg和第三直线gg；5)确定第四型线段：以点g为起始沿x轴正方向水平延伸至正方形尺寸线边界r，得到第四型线段gr；点t和r之间为蜗壳出风口(6)，点t的位置根据规定的蜗壳出风口(6)宽度确定。8.根据权利要求7所述的一种尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，其特征在于，直线pq的取值范围为0.04d～0.06d，直线kl的取值范围为0.045d～0.058d，直线hi的取值范围为0.13d～0.17d。9.根据权利要求7所述的一种尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，其特征在于，所述叶轮(3)在所述围板(2)内偏心设置，所述叶轮(3)中心位于正方形中心沿y轴正方向距离为0.02d～0.05d,，沿x轴正方向距离为0～0.004d的位置处。10.根据权利要求7所述的一种尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，其特征在于，第一型线段、第二型线段、第三型线段以及第四型线段分别与坐标轴所围成的平面面积比为1:1.23:1.28:1.31。
技术总结本发明公开了一种蜗壳结构及尺寸受限约束下蜗壳的设计方法，其中蜗壳结构包括：支架、围板以及叶轮；支架设有两个，且平行布置；围板置于两个支架之间，且围板的两端分别与两个支架固定连接；围板内侧面的轮廓线由第一型线段MN、第二型线段NS、第三型线段SG以及第四型线段GR平滑连接而成；叶轮设置于围板的内部，叶轮的中心处连接有电机。本发明中尺寸受限约束下设计的蜗壳在使用中一定程度上提升了风机风量，使风机内部流场的流动更加均匀，减小了流动损失。流动损失。流动损失。
技术研发人员：李景银 李颖 熊琎 陈云瑞
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
