离心蜗壳、离心风机和制冷设备的制作方法

1.本实用新型涉及家用电器技术领域，尤其是涉及一种离心蜗壳、离心风机和制冷设备。


背景技术：

2.相关技术中，离心风道蜗壳型线通常采用等距四边形法和不等距四边形法进行设计，其横向剖面的蜗壳型线遵循阿基米德螺旋线方程，在流体沿风轮圆周均匀流出，其经过的横向截面不断增大，通过不同截面的流量与从该截面到蜗壳起始截面之间的夹角成正比。而其纵向剖面的流动截面为矩形，即气体经过的纵向截面保持不变。而该种方案未能充分遵循气体流动特性，不利于风道效率的提高以及提升风量和降噪。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种离心蜗壳，所述离心蜗壳可以使离心风道在第一轴线方向上的高度沿气流流向逐渐增加，使得离心风道更加符合气体的流动特性，从而进一步有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机的噪声。
4.本实用新型还提出一种具有上述离心蜗壳的离心风机。
5.本实用新型还提出一种具有上述离心风机的制冷设备。
6.根据本实用新型第一方面的离心蜗壳，所述离心蜗壳内具有离心风道，在垂直于所述离心蜗壳的第一轴线的平面内，所述离心风道螺旋延伸，所述第一轴线与设于所述离心蜗壳内的离心风轮的中心轴线重合，所述离心风道具有在平行于所述第一轴线的方向上相对的第一侧壁和第二侧壁，在沿所述离心风道内的气体流向方向上，所述第一侧壁在沿所述第一轴线的方向上逐渐远离所述第二侧壁延伸，和/或，所述第二侧壁在沿所述第一轴线的方向上逐渐远离所述第一侧壁延伸。
7.根据本实用新型的离心蜗壳，可以使离心风道在平行于第一轴线的方向上的高度沿气流流向逐渐增加，使得离心风道更加符合气体的流动特性，从而进一步有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机的噪声。
8.在一些实施例中，在垂直于所述离心蜗壳的第一轴线的平面内，所述离心风道沿阿基米德螺旋线延伸。
9.在一些实施例中，在平行于所述第一轴线的方向上，所述第一侧壁和所述第二侧壁均沿对数螺旋线延伸。
10.在一些实施例中，所述离心风道的任一径向截面的轮廓线包括第一线段、第二线段、第三线段和第四线段，所述第一线段与所述第二线段在离心蜗壳的径向上相对，所述第三线段和所述第四线段在平行于所述第一轴线的方向上相对，所述任一径向截面的第三线段和第四线段在平行于所述第一轴线的方向上的张开度满足：其中，为所述任一径向截面与所述离心风道的径向起始截面之间的夹角(弧度)；为第一线段
与第二线段在所述离心蜗壳径向上的张开度，为单调递增函数。
11.在一些实施例中，所述单调递增函数满足：其中，k为系数且k＝0，1，2，
……
；p为所述对数螺旋线的螺距；b0为所述起始截面的第三线段与第四线段的张开度；r为设于所述离心蜗壳内的风轮的直径；m为与离心风机的比转速相关的系数。
12.在一些实施例中，所述离心风道的任一径向截面的轮廓线包括第一线段和第二线段，所述第一线段与所述第二线段在离心蜗壳的径向上相对，所述第一线段与第二线段在所述离心蜗壳径向上的张开度满足：
13.根据本实用新型第二方面的离心风机，包括风轮和根据本实用新型第一方面的离心蜗壳，所述离心风轮设于所述离心蜗壳内。
14.根据本实用新型的离心风机，通过设置上述第一方面的离心蜗壳，在离心风道的气流流向方向上，使第一侧壁和第二侧壁中的至少一个在离心蜗壳的轴线方向上逐渐远离另一个延伸，由此，可以使离心风道在轴向方向上的高度沿气流流向逐渐增加，使得离心风道更加符合气体的流动特性，从而进一步有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机的噪声，进而提高了离心风机的整体性能。
15.在一些实施例中，所述离心风机还包括与所述离心蜗壳同轴设置的导风圈，所述导风圈设于所述离心蜗壳的平行于所述第一轴线的方向上的至少一端，所述导风圈上形成有导风面，在所述导风圈的轴线方向上，所述导风面沿所述导风圈的周向朝向所述离心风轮螺旋延伸。
16.在一些实施例中，在所述离心风机的轴向上，所述导风圈的朝向所述离心风轮的一端端面为垂直于所述离心风机轴线的平面。
17.在一些实施例中，所述导风圈与所述离心蜗壳一体成型。
18.根据本实用新型第三方面的制冷设备，包括根据本实用新型第二方面的离心风机。
19.根据本实用新型的制冷设备，通过设置上述第二方面的离心风机，从而提高了制冷设备的整体性能。
20.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.图1是根据本实用新型实施例的离心蜗壳的示意图；
22.图2是图1中所示的离心蜗壳的另一个角度的示意图；
23.图3是图1中所示的离心蜗壳的俯视图的示意图；
24.图4是图2中所示的离心蜗壳的侧视图的示意图；
25.图5是根据本实用新型实施例离心风机的示意图；
26.图6是本实用新型实施例的离心蜗壳与背景技术中的蜗壳(普通蜗壳)的风量对比示意图；
27.图7是背景技术中的蜗壳(普通蜗壳)的表面宽频噪声的分布云图；
28.图8是本实用新型实施例的离心蜗壳的表面宽频噪声的分布云图；
29.图9是本实用新型实施例的离心蜗壳与背景技术中的蜗壳(普通蜗壳)的功率对比示意图。
30.附图标记：
31.100、离心风机；
32.10、离心蜗壳；l、第一轴线；
33.11、离心风道；111、第一侧壁；112、第二侧壁；
34.a、第一线段；b、第二线段；c、第三线段；d、第四线段；
35.20、导风圈。
具体实施方式
36.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
37.下面参考图1-图5描述根据本实用新型第一方面实施例的离心蜗壳10。
38.如图1所示，根据本实用新型第一方面实施例的离心蜗壳10用于将离开风轮的气体导向蜗壳出口，并将气体一部分动能转换为静压。
39.具体地，本实施例的离心蜗壳10内具有离心风道11，在垂直于离心蜗壳10的第一轴线l的平面内，离心风道11沿径向由内而外螺旋延伸。其中，第一轴线l与设于离心蜗壳10内的离心风轮的中心轴线重合。从风轮离开的气体进入离心风道11内，沿离心风道11由内而外螺旋运动至风道的出风口。由于离心风机100内的流体质点的运动轨迹是螺旋线(例如对数螺旋线)，因此，通过将离心风道11在垂直于轴线的投影平面内沿螺旋线延伸，可以使蜗壳内的离心风道11符合气体的流动特性，从而有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。
40.相关技术中的离心风机100，其离心风道11具有在轴向上相对的两个侧壁，在离心风道11的进气口到出气口之间，两个侧壁在离心蜗壳10的轴向上的间距保持不变。这不符合离心风机100内的气体流动特性，影响离心风机100的风道，且引起较大的噪声。
41.为解决上述技术问题，在本实施例中，离心风道11具有第一侧壁111和第二侧壁112，第一侧壁111与第二侧壁112在离心蜗壳10的轴向(例如图1中所示的上下方向)上相对，即第一侧壁111与第二侧壁112在平行于第一轴线l的方向上相对，在沿离心风道11内的气体流向方向上，第一侧壁111在沿第一轴线l的方向上逐渐远离第二侧壁112延伸，和/或，第二侧壁112在沿第一轴线l的方向上逐渐远离第一侧壁111延伸。换言之，第一侧壁111和第二侧壁112中的至少一个在离心蜗壳10的轴线方向上逐渐远离另一个延伸。也就是说，在沿离心蜗壳10的径向由内向外螺旋延伸的方向上，第一侧壁111和第二侧壁112之间逐渐的间距逐渐增大。例如，离心蜗壳10的第一轴线l沿上下延伸，离心风道11具有上下相对的第一侧壁111和第二侧壁112，第一侧壁111在第二侧壁112的上侧，在径向由内螺旋向外的方向上，第一侧壁111逐渐向上倾斜延伸，第二侧壁112逐渐向下倾斜延伸。由此，可以使离心风道11在第一轴线l方向上的高度沿气流流向逐渐增加，使得离心风道11更加符合气体的
流动特性，从而进一步有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。
42.根据本实用新型实施例的离心蜗壳10，在离心风道11的气流流向方向上，第一侧壁111和第二侧壁112中的至少一个在离心蜗壳10的第一轴线l的方向上逐渐远离另一个延伸，由此，可以使离心风道11在第一轴线l方向上的高度沿气流流向逐渐增加，使得离心风道11更加符合气体的流动特性，从而进一步有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。
43.在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，在垂直于离心蜗壳10的第一轴线l的平面内，离心风道11沿阿基米德螺旋线延伸。例如图3所示，在垂直于离心蜗壳10的第一轴线l的投影平面内，离心风道11具有沿径向由内向外螺旋延伸的螺旋投影线，该螺旋投影线满足阿基米德螺旋线。由此，可以使离心风道11的径向上的宽度变化符合气体的流动特性，从而有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。
44.在本实用新型的一个实施例中，参照图4，在平行于离心蜗壳10的第一轴线l的方向上，第一侧壁111和第二侧壁112均沿对数螺旋线延伸。例如，在过离心蜗壳10的第一轴线l的投影平面内，第一侧壁111沿对数螺旋线延伸，第二侧壁112也沿对数螺旋线延伸。由此，可以进一步使离心风道11在离心蜗壳10第一轴线l上的高度变化符合气体的流动特性，从而进一步地提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。
45.在本实用新型的一个具体示例中，如图1、图3和图4所示，离心风道11的任一径向截面的轮廓线包括第一线段a、第二线段b、第三线段c和第四线段d，第一线段a与第二线段b在离心蜗壳10的径向上相对，第三线段c和第四线段d在平行于离心蜗壳10的第一轴线l的方向上相对，任一径向截面的第三线段c和第四线段d在平行于离心蜗壳10的第一轴线l的方向上上的张开度满足：
[0046][0047]
其中，为任一径向截面与离心风道11的起始截面之间的夹角，且为弧度；为第一线段a与第二线段b在离心蜗壳10的径向上的张开度，为单调递增函数。
[0048]
由于在离心蜗壳10设计的过程中，离心蜗壳10在径向上的张开度可以根据设计规范查询得出，因此，本实施例通过利用离心蜗壳10在径向上的张开度计算得出离心蜗壳10在平行于第一轴线l的方向上的张开度由此，不仅可以方便得出离心蜗壳10在平行于第一轴线l的方向上的张开度提高离心蜗壳10的设计效率，且通过将在径向上的张开度与在平行于第一轴线l的方向上的张开度相关联，可以得出更加符合气体流动特性的离心风道11，进一步提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。
[0049]
在一些示例中，在上述离心蜗壳10在平行于第一轴线l的方向上的张开度的计算公式中，其中的单调递增函数可以满足：
[0050][0051]
其中，k为系数且k＝0，1，2，
……
。也就是说，k为正整数，且k取1、2、3、4、
……
，其中，k的取值与夹角相关，具体地，当时，k取0，当时，k取1，依次类
推。
[0052]
其中，p为对数螺旋线的螺距；螺距用于调节第一侧壁111和第二侧壁112在离心蜗壳10的轴向上螺旋延伸的幅度的大小，其中，螺距可以根据实际需求选择设置。b0为离心风道11的径向起始截面的第三线段c与第四线段d在离心蜗壳10的轴向上的张开度。r为设于离心蜗壳10内的风轮的直径，单位为mm。m为与离心风机100的比转速相关的系数，也就是说，m为系数，且系数m由离心风机100的自身的比转速ns决定。
[0053]
本实施例通过使单调递增函数满足上述关系式，可以使离心风道11更加符合气体流动特性，进一步提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声。且可通过上述关系式直接计算得出离心蜗壳10在平行于第一轴线l的方向上的张开度简化离心蜗壳10的设计。
[0054]
在本实用新型的一些实施例中，参照图4，离心风道11的任一径向截面的轮廓线包括第三线段c和第四线段d，第三线段c和第四线段d在离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上相对，任一径向截面的第三线段c和第四线段d在离心蜗壳10平行于第一轴线l的方向上的张开度满足：
[0055][0056]
其中，为任一径向截面与离心风道11的起始截面之间的夹角，且为弧度。k为正整数，且k取1、2、3、4、
……
，其中，k的取值与夹角相关，具体地，当时，k取0，当时，k取1，依次类推。p为对数螺旋线的螺距，用于调节第一侧壁111和第二侧壁112在离心蜗壳10的轴向上螺旋延伸的幅度的大小，b0为离心风道11的径向起始截面的第三线段c与第四线段d在离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上的张开度。
[0057]
由此，可以利用计算公式得出离心风道11在不同夹角位置的轴向张开度使离心风道11在离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上的高度更加符合气体流动特性，进一步提高风道效率。
[0058]
根据本实用新型的一些实施例，如图3所示，离心风道11的任一径向截面的轮廓线包括第一线段a和第二线段b，第一线段a与第二线段b在离心蜗壳10的径向上相对，第一线段a与第二线段b在离心蜗壳10的径向上的张开度满足：其中，r为设于离心蜗壳10内的风轮的直径，单位为毫米。m为与离心风机100的比转速相关的系数，也就是说，m为系数，且系数m由离心风机100的自身的比转速ns决定，为任一径向截面与离心风道11的起始截面之间的夹角，且为弧度。由此，可以通过计算得出任一径向截面在径向上的张开度，方便离心蜗壳10设计。
[0059]
根据本实用新型第二方面实施例的离心风机100，包括风轮和根据本实用新型上述第一方面实施例的离心蜗壳10，风轮设于离心蜗壳10内，用于驱动气流进入离心风道11。
[0060]
根据本实用新型实施例的离心风机100，通过设置上述第一方面实施例的离心蜗壳10，在离心风道11的气流流向方向上，使第一侧壁111和第二侧壁112中的至少一个在离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上逐渐远离另一个延伸，由此，可以使离心风道11在轴向方向上的高度沿气流流向逐渐增加，使得离心风道11更加符合气体的流动特性，从而进一步有利于提高风道效率，提升风量和降低离心风机100的噪声，进而提高了离心风机100
的整体性能。
[0061]
根据本实用新型的一些实施例，离心风机100还包括导风圈20，导风圈20与离心蜗壳10同轴设置，导风圈20设于离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上的至少一端。也就是说，可以在离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上的两端均设置导风圈20，也可以仅在离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上的其中一端设置导风圈20。导风圈20用于将离心蜗壳10轴向两侧的气流导向和引流至位于离心蜗壳10内侧的风轮所在位置，这样，风轮可以驱动气流流向离心风道11，然后气流由离心风道11的出风口流出。本实施例通过设置导风圈20，可以使离心风机100轴向两侧气流更高效地进入离心风机100内，提高离心风机100的进风量和进风效率。
[0062]
进一步地，导风圈20上形成有导风面，在导风圈20的轴线方向上，导风面沿导风圈20的周向朝向离心风轮螺旋延伸。由此，可以进一步提高导风圈20的引流效果，提高进风量。此外，通过将导风面设置为沿导风圈20轴向螺旋延伸，可以使得导风面与离心蜗壳10的离线风道的第一侧壁111和第二侧边的形状更加适配，由此，可以紧凑结构，减少空间占用。
[0063]
由于风轮在轴向上的端面为平面，为保证风轮端面与导风圈20端面之间的间隙不变，根据本实用新型的一些实施例，如图5所示，在离心风机100的轴向上，导风圈20的朝向风轮的一端端面(例如图5中所示的位于离心蜗壳10上侧的导风圈20的下表面)为垂直于离心风机100轴线的平面。由此，可以保持导风圈20与风轮之间的间隙不变，保证进风效率。
[0064]
根据本实用新型的一些实施例，如图5所示，导风圈20与离心蜗壳10一体成型。由此，可以减少零部件数量，提高装配效率。
[0065]
下面将参考图1-图5描述根据本实用新型一个具体实施例的离心风机100。
[0066]
参照图5，本实施例的离心风机100包括风轮、离心蜗壳10和导风圈20，风轮设在离心蜗壳10内，导风圈20设在离心蜗壳10的轴向的两端。
[0067]
具体地，图1为本实用新型实施例的离心蜗壳10的三维视图，离心风机100内具有离心风道11。图3所示为离心风道11在垂直于离心风机100轴线的投影平面内的投影，离心风道11的投影线满足阿基米德螺旋线，离心风道11任一径向截面在离心蜗壳10径向上的张开度与从该径向截面到离心风道11的径向起始截面所形成的夹角(弧度)成正比，即：
[0068][0069]
其中，m为系数，且m由离心风机100自身比转速ns决定，r为风轮直径。
[0070]
如图4所示，离心风道11具有在平行于第一轴线l的方向上相对的第一侧壁111和第二侧壁112，第一侧壁111位于第二侧壁112的上侧，第一侧壁111沿环绕离心蜗壳10的轴线逐渐上升的对数螺旋线延伸，第二侧壁112沿环绕离心蜗壳10的轴线逐渐下降的对数螺旋线延伸，其中，对于离心风道11任一位置的径向截面而言，第一侧壁111与第二侧壁112之间在离心蜗壳10平行于第一轴线l的方向上的张开度与从该径向截面到离心风道11的径向起始截面所形成的夹角(弧度)成正比，即：
[0071][0072]
其中，为单调递增转换函数，用于使得离心风道11在离心蜗壳10轴向上的与离心风道11在离心蜗壳10径向上的张开度成一定比例关系。
[0073]
根据已设计的蜗壳可知随着的增大而线性递增，且应满足螺旋线方程，可以得出基本表达式如下：
[0074][0075]
其中，p为螺距，用于调节离心风道11的第一侧壁111和第二侧壁112沿轴向螺旋上升的幅度大小，b0为所述离心风道11的径向起始截面在离心蜗壳10轴向上的张开度，b0用来控制离心蜗壳10的平行于第一轴线l的方向上的高度，具体数值根据实际情况而定。k为系数且为整数。
[0076]
如图5所示，导风圈20可以和离心蜗壳10做成一体化。在离心蜗壳10的轴向上，导风圈20螺旋延伸，且导风圈20的出口处与水平面保持一致，以保证导风圈20的朝向风轮一端的端面与风轮的端面之间的间隙一致。
[0077]
本实施例的离心风机100，可应用于制冷设备中。本实施例的离心风机100仅对离心风道11的型线进行了改进，其安装方式与现有技术的离心风机100的安装方式一致，不影响结构装配。
[0078]
通过ansys fluent对背景技术中的蜗壳和本实施例的(双螺旋)离心蜗壳10进行仿真模拟，比较了其同风轮、同转速下的风量、噪音和功率差异，结果如下：
[0079]
风量对比如图6所示，通过监测出口的风量值得出：本实施例的离心蜗壳10的风量为23.3m/min，而背景技术中的蜗壳的风量至为22.2m/min，对比可知，本实施例的离心蜗壳10的风量提升4.9％。
[0080]
噪音对比如图7和图8所示，图7为背景技术中的蜗壳表面宽频噪声的分布云图，图8为本实施例的双螺旋离心蜗壳10的表面宽频噪声的分布云图，对比可知，本实施例的双螺旋离心蜗壳10的噪声值略低于背景技术中的蜗壳0.1db。
[0081]
本实施例的双螺旋离心蜗壳10与背景技术中的蜗壳的功率对比如图9所示，对比可知，在同转速下，本实施例的离心蜗壳10的功率偏低6w。
[0082]
根据本实用新型实施例的离心风机100，在传统离心风道11蜗壳设计方法上进行了创新，在保留横向截面的阿基米德螺旋线的同时，在纵向截面上也采用阿基米德螺旋线设计，充分遵循气体流动特性，从而可以提升风道效率；提升风量以及增大静压；改善气体流动状态，降低噪音。
[0083]
根据本实用新型第三方面实施例的制冷设备，包括根据本实用新型上述第二方面实施例的离心风机100。
[0084]
根据本实用新型实施例的制冷设备，通过设置上述第一方面实施例的离心风机100，从而提高和制冷设备的整体性能。
[0085]
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0086]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0087]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0088]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0089]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。