本發(fā)明涉及離心式流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種離心風(fēng)機(jī)蝸殼型線設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

離心風(fēng)機(jī)蝸殼的作用包括兩點(diǎn)，其一，將從葉輪內(nèi)流出的流體進(jìn)行收集，其二，將從葉輪流出的高速流體的動能轉(zhuǎn)化為所需的勢能。蝸殼型線是約束蝸殼內(nèi)部流體運(yùn)動的邊界，其同時也決定了蝸舌的位置及蝸舌間隙的大小，對蝸殼的擴(kuò)壓性能有著極大的影響。

目前大多數(shù)蝸殼外型線設(shè)計均基于等環(huán)量分布或等速度分布的假設(shè)，然而蝸殼內(nèi)實際流動存在極大的非定常流動，蝸殼沿周向各截面及蝸殼進(jìn)口處的流動參數(shù)分布不均，其設(shè)計過程中的假設(shè)往往不符合實際情況。其次，當(dāng)前的蝸殼型線設(shè)計方法缺少對蝸殼截面積大小在圓周方法上分布的控制并且沒能對蝸舌位置及蝸舌間隙大小進(jìn)行確定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種離心風(fēng)機(jī)蝸殼型線設(shè)計方法，能控制蝸殼外型線形狀，確定蝸殼截面積在圓周方向上的分布，實現(xiàn)促進(jìn)蝸殼擴(kuò)壓效果，提升蝸殼出口全壓，提高風(fēng)機(jī)整機(jī)效率。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種離心風(fēng)機(jī)蝸殼型線設(shè)計方法，該方法包括：

步驟1，確定A、B、C三個控制點(diǎn)，其中，A點(diǎn)為蝸殼型線的起始點(diǎn)，B點(diǎn)為控制截面積分布趨勢的中間控制點(diǎn)，C點(diǎn)為蝸殼型線的終止點(diǎn)；

步驟2，通過設(shè)計計算確定A、B、C三個控制點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系上的坐標(biāo)(θ，d(θ))，并在角度θ-距離d的坐標(biāo)系中描繪出三個控制點(diǎn)，利用Bezier曲線并將三個控制點(diǎn)擬合成一條連續(xù)曲線，該曲線即可表示蝸殼截面積分布情況，見圖2，表示截面積變化趨勢；

步驟3，將A、B、C三點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系上的坐標(biāo)(θ，d(θ))轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(θ，R(θ))；

步驟4，繪制蝸殼外型線。

進(jìn)一步，所述步驟1中，A點(diǎn)位于角度θ-距離d坐標(biāo)系上，其橫坐標(biāo)θa表示蝸舌位置，縱坐標(biāo)da表示蝸舌間隙。

所述步驟1中，C點(diǎn)橫坐標(biāo)θ_c為360°，C點(diǎn)縱坐標(biāo)d_c為風(fēng)機(jī)出口處的高度H。

進(jìn)一步，所述步驟2中，考慮到沿圓周方向上距離d是不斷增大的，不

同方位角θ下其距離d的取值范圍差異較大，故引入一個設(shè)計變量t，通

過變量t來計算d_b。d_b的計算方法為：

1)通過A、C點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計算出截面積以線性遞

增時的增長率及截距b＝d_c-kθ_c；

2)再通過增長率k與截距b計算出截面積以線性增長時,在方位角為θ_b處的距離d₁；

3)最后通過引入變量t，計算得d_b＝d₁+t。

通過以上設(shè)計計算可以得到A、B、C三點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

進(jìn)一步，所述步驟3中，A、B、C三點(diǎn)在極坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)分別為其在角度θ-距離d坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)值加上葉輪的半徑。

在極坐標(biāo)系下A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P_A(θ_a，R_a)、P_B(θ_b，R_b)、P_C(θ_c，R_c)，其中R_a＝d_a+0.5D₂；R_b＝d_b+0.5D₂；R_c＝d_c+0.5D₂，其中D₂為葉輪直徑。

進(jìn)一步，所述步驟4具體為，根據(jù)P_A、P_B、P_C三點(diǎn)坐標(biāo)，利用三維制圖軟件，通過建立Bezier曲線方程來繪制蝸殼外型線。

所述Bezier曲線方程如下:

B(T)＝(1-T)²PA+2T(1-T)PB+T²PC，T∈[0,1]

當(dāng)t為負(fù)時，截面積變化曲線是向下凹的，截面積變化顯先慢增后快增的趨勢；當(dāng)t為正時，截面積變化曲線是向上凸的，截面積變化顯先快增后慢增的趨勢，拐點(diǎn)均為B點(diǎn)；當(dāng)t為0時，截面積線性遞增。

進(jìn)一步，所述三維制圖軟件為CREO2.0軟件。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明設(shè)計方法簡單，該方法繪制出的蝸殼外型線能控制蝸殼截面積分布，保證蝸殼各截面面積按照指定規(guī)律增長。同時，通過控制A點(diǎn)坐標(biāo)能夠控制離心風(fēng)機(jī)蝸殼蝸舌位置和蝸舌間隙大小。能有效的促進(jìn)離心風(fēng)機(jī)蝸殼的擴(kuò)壓效果，在一定范圍內(nèi)提高風(fēng)機(jī)出口全壓，減小蝸殼內(nèi)流動損失，提高風(fēng)機(jī)整機(jī)效率。

附圖說明

圖1為蝸殼外型線幾何參數(shù)示意圖；

圖2為蝸殼外型線上各點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系的示意圖；

圖3為采用本發(fā)明蝸殼的風(fēng)機(jī)與使用原型蝸殼的風(fēng)機(jī)在全壓性能的對比；

圖4為采用本發(fā)明蝸殼的風(fēng)機(jī)與使用原型蝸殼的風(fēng)機(jī)在效率性能的對比。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，前彎式離心風(fēng)機(jī)的蝸殼外型線是通過等邊基方法繪制而成，葉輪直徑D₂＝400mm。

蝸殼外型線的起始點(diǎn)為蝸舌位置，終止點(diǎn)為蝸殼出口張開度位置。對于離心通風(fēng)機(jī)蝸殼而言,其截面形狀為長方形，蝸殼寬度K不變，葉輪出口至外型線在徑向上的距離d與該徑向處截面積S(S＝d*K)大小成正比。因此,角度θ-距離d圖像能形象描述出蝸殼在沿圓周方向上其截面面積的分布。

為了保證蝸殼整體尺寸，設(shè)計中固定了C點(diǎn)，因此C點(diǎn)橫縱標(biāo)θ_c＝360°，C點(diǎn)縱坐標(biāo)d_c＝H＝120mm。

A點(diǎn)坐標(biāo)的選取需要根據(jù)不同風(fēng)機(jī)類別而定，就本實施例中的前彎式離心風(fēng)機(jī)，選取A點(diǎn)坐標(biāo)為(30.125°,17.8mm)。

參考圖1和圖2，已知A、C兩點(diǎn)坐標(biāo)后即可對B點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計算；

計算出截面積以線性遞增時的增長率及截距b＝d_c-kθ_c＝8.472。

再通過增長率k與截距b計算出截面積以線性增長時,在方位角為θ_b＝201.5°處的距離d₁＝k*θ_b+b＝70.8967。

最后通過引入變量t，這里取t＝-17.5，計算d_b＝d₁+t＝53.3967，得到B點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(201.5°,53.3967mm)；

將A、B、C三點(diǎn)在角度θ-距離d坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

R_a＝d_a+0.5D₂＝217.8mm,R_b＝d_b+0.5D₂＝253.3967mm,R_c＝d_c+0.5D₂＝320m m,得到了A、B、C三點(diǎn)在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)P_A(30.125°，217.8mm)、P_B(201.5°，253.3967mm)、P_C(360°，320mm)。

運(yùn)用CREO2.0軟件,雙擊“來自方程的曲線”，將坐標(biāo)系選為柱坐標(biāo)，點(diǎn)擊“方程”，輸入由P_A(θ_a，R_a)、P_B(θ_b，R_b)、P_C(θ_c，R_c)三點(diǎn)組成的Bezier曲線方程,點(diǎn)擊確定完成繪制。

該方法繪制出的蝸殼外型線能控制蝸殼截面積分布，保證蝸殼各截面面積按照指定規(guī)律增長。同時，通過控制A點(diǎn)坐標(biāo)能夠控制離心風(fēng)機(jī)蝸殼蝸舌位置和蝸舌間隙大小。能有效的促進(jìn)離心風(fēng)機(jī)蝸殼的擴(kuò)壓效果，提高風(fēng)機(jī)出口全壓，減小蝸殼內(nèi)流動損失，提升一定效率。

經(jīng)過實際CFD計算，對比了該方法設(shè)計的蝸殼與原型蝸殼，圖3、圖4為性能對比圖。

本發(fā)明實施例中,設(shè)計參數(shù)θ_a，d_a，θ_b，t的取值是在擁有一定設(shè)計經(jīng)驗下進(jìn)行的，對于不同類別，不同尺寸大小的風(fēng)機(jī)，其值的選取存在差異。本實施例優(yōu)選，θ_a取值為30°～60°，d_a取值為0.03～0.1D₂，θ_b取值為160°～240°，t取值為-0.1D₂～+0.05D₂。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。