风机蜗壳设计.doc
离心风机蜗壳设计优化
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收稿 日期 ：１ １１－７ ２） －Ｏ２ １ 作者简介 ： 赵德印 ， 硕士研究生 ， 工程师 ， 主要从事空调系统设计 。
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高比转离心风机速蜗壳设计
高比转离心风机速蜗壳设计1. 高比转离心风机的特点与优势高比转离心风机通常是指转速在10000转/分钟以上的离心风机，具有以下特点和优势：高效率：高比转离心风机采用高速旋转的转子，配以合理设计的蜗壳，能够产生较大的压力和流量，实现高效能的风动力转换。
小型化：相比传统离心风机，高比转离心风机在相同流量和压力下，可以通过提高转速和减小机身尺寸来实现风机的小型化，从而节省空间。
轻量化：高比转离心风机采用先进的材料和结构设计，减少风机的重量，便于悬挂和安装，适用于各种工业和商业场景的需求。
2. 转速蜗壳设计要考虑的因素在设计高比转离心风机的转速蜗壳时，需要考虑以下因素：流动性能：蜗壳的内部结构需要符合流动的要求，保证风气流的顺畅流动，减小损失。
压力扩散：蜗壳的设计应使风气流在进入蜗壳后能够进行适当的压力扩散，从而使得风压的分布更加合理，减小压力损失。
转向角度：在设计蜗壳的时候，需要考虑流体在转向过程中的能量转换和损失，通过合理的转向角度设计来减小能量损失。
材料选择：蜗壳需要采用具有良好机械性能、耐磨性和耐腐蚀性的材料，以保证蜗壳的使用寿命和性能稳定性。
噪音和振动：转速蜗壳的设计还需要考虑减小噪音和振动，通过合理的结构和材料设计来降低风机工作时的噪音和振动水平。
3. 设计方法和步骤高比转离心风机转速蜗壳的设计可以遵循以下步骤和方法：1.确定设计要求：根据风机的工作条件、流量和压力要求等，确定设计所需的参数和性能指标。
2.蜗壳的几何参数确定：确定蜗壳的进口直径、出口直径、导叶长度、导叶角度等几何参数，通过计算和模拟分析来得到最佳设计。
3.流动性能分析：利用CFD(ComputationalFluidDynamics)等工具对蜗壳内部风气流动进行数值模拟和分析，评估风机性能和流体损失。
4.优化设计：根据流动分析结果，对蜗壳进行优化设计，减小流体损失，提高风机效率。
5.结构和材料优化：优化蜗壳的结构和材料选择，以提高强度、降低噪音和振动，提高风机的可靠性和稳定性。
一种离心风机蜗壳型线设计方法与流程
一种离心风机蜗壳型线设计方法与流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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离心风机蜗壳降噪技术探究
离心风机蜗壳降噪技术探究摘要：随着生活水平的提高以及小户型居室的普及，用户对吸油烟机的振动和噪声水平有了更苛刻的要求。
本文对吸油烟机蜗壳设计不合理产生出风不均的噪声，进行了优化设计研究。
关键词：离心风机；蜗壳；降噪前言随着经济的发展和人民生活水平的提高，吸油烟机已成为厨房必备的家用电器。
近年来，为增强吸油烟机的工作性能，各厂家纷纷推出大风量吸油烟机。
但是同时也使得吸油烟机的噪声过大，严重影响了居民的生活质量和身心健康。
因此，对离心风机展开降噪技术探究，对于控制噪声排放具有现实意义。
1.离心蜗壳设计本文在标准离心风轮上对蜗壳进行参数设计，风轮参数：半径R=125mm，叶片数Z=60，宽度h=125mm，叶片进口安装角β1=41°，叶片出口安装角β2=139°。
理想状态下，离心风轮外圆周流体质点的运动轨迹，即为蜗壳的型线。
一般蜗壳型线有2种设计方法：对数螺旋线法和阿基米德螺旋线法。
对数螺旋线法流体质点运动轨迹方程为：式中Rφ——蜗壳内壁半径，mmR——风轮半径，mmQ——空气额定流量，m3/hB——蜗壳厚度，mmc2μ——气流离开叶轮后的周向速度，m/sφ——蜗壳任一截面与蜗壳起始面的夹角，°阿基米德螺旋线法流体质点运动轨迹方程为：在工程中常采用基元圆弧蜗壳型线法近似替换阿基米德蜗壳型线方法来绘制蜗壳。
基元圆弧蜗壳型线法包含等边基元法和不等边基元法。
在低比转速下2种方法气流轨迹相近，本文采用等边基元法绘制蜗壳型线。
在额定流量下，蜗壳的出口截面张开度A的计算式为：A=Q/（Bc2μ）（3）一般蜗壳厚度B=162.5mm，取蜗壳厚度B=160mm。
综合设计参数取蜗壳截面张开度A=80mm。
以风轮为中心做边长a=A/4正方形基元，以正方形4个定点为圆心R1，R2，R3，R4为半径做圆，4段圆弧平滑连接成的螺旋线即蜗壳型线。
其中R1=190mm，R2=170mm，R3=150mm，R4=130mm。
风机蜗壳设计原理 -回复
风机蜗壳设计原理-回复这篇文章将探讨风机蜗壳的设计原理。
风机蜗壳是一种主要用于风机系统中的基础组件，它的主要功能是将进入风机的气体流线引导到风机叶轮，从而产生动力。
风机蜗壳的设计原理涉及流体力学、热力学和结构力学等多个领域，下面将一步一步地回答这个问题。
首先，我们需要了解蜗壳是什么以及它的作用。
蜗壳是一个环形结构，位于风机进气口和叶轮之间。
它的内壁具有蜗舌形状的导流面，能够将进入风机的气体流线引导到叶轮，从而提供驱动力。
蜗壳的主要作用是根据流体力学原理，将气体的输送效率最大化。
其次，我们来讨论蜗壳的设计原则。
蜗壳的设计主要依据两个原则：流动优先原则和能量转移原则。
第一、流动优先原则。
这个原则指的是在设计蜗壳时，需要考虑气体在蜗壳内的流动情况。
蜗壳的导流面应该设计成光滑的曲线，这样能够减少流体在流动过程中产生的湍流和阻力损失。
同时，蜗壳的流道应该是均匀、一致的，以保证气体在蜗壳内部的流速和压力分布的稳定性。
为了达到这个目标，在蜗壳的设计过程中通常采用数字仿真或试验来优化流道形状。
第二、能量转移原则。
这个原则指的是蜗壳应该尽可能地将气体的动能转化为机械能。
在进入蜗壳的气体首先遇到的是蜗壳的导向舌部分，导向舌的形状是关键因素之一。
导向舌的主要功能是改变气体的流向和速度，使其与叶轮的运动方向相匹配。
如果导向舌的设计不佳，会导致气体流动过程中的能量损失。
因此，蜗壳的导航舌部分需要通过灵活的设计和优化，以提高能量转移效率。
除了上述两个原则，蜗壳的设计还需要考虑结构强度和热耐受力。
由于风机运行时会有较大的气体压力和温度变化，蜗壳需要具备足够的强度和耐热性能，以确保其在长时间运行中的可靠性和稳定性。
最后，我们来讨论蜗壳的设计过程。
在实际的设计过程中，工程师通常会利用计算机辅助设计软件和数值仿真方法来进行蜗壳的设计和分析。
他们会根据实际工作条件和性能要求，确定蜗壳的尺寸、导流面曲线和导向舌的结构。
然后，利用数值仿真方法对蜗壳的流动特性进行模拟和优化，以达到最佳的性能。
离心式通风机蜗壳线型设计方法
离心式通风机蜗壳线型设计方法Centrifugal fans are widely used in various industries for ventilation and air circulation. The design of the scroll line in a centrifugal fan is crucial to its performance and efficiency.离心式通风机广泛应用于各种行业，用于通风和空气循环。
在离心风机中，蜗壳线的设计对其性能和效率至关重要。
The scroll line of a centrifugal fan plays a key role in guiding the airflow and increasing the pressure of the air passing through the fan. It essentially determines the fan's ability to move air efficiently and effectively.离心风机的蜗壳线在引导空气流动和增压方面起着关键作用。
它实质上决定了风机有效高效地移动空气的能力。
When designing the scroll line of a centrifugal fan, engineers must consider various factors such as the fan's operating conditions, airflow requirements, and desired performance outcomes. Each ofthese factors will influence the shape and dimensions of the scroll line.在设计离心风机的蜗壳线时，工程师必须考虑各种因素，如风机的运行条件、空气流量要求和期望的性能结果。
风机蜗壳设计原理
风机蜗壳设计原理风机蜗壳是风机的重要部件之一，其设计原理对于风机的性能和效率有着重要的影响。
蜗壳的设计原理涉及到流体力学、结构设计和材料工程等多个领域。
本文将从这些方面详细介绍风机蜗壳的设计原理。
一、蜗壳的作用和特点风机蜗壳是用来将风机叶片吸入的气流引导至风机出口并增加风速的重要构件。
在风机中，蜗壳的作用主要体现在两个方面：一是通过蜗壳的设计优化，可以提高风机的效率和性能；二是蜗壳的结构设计能够保证风机在高速运转时的稳定性和安全性。
蜗壳的设计需要考虑到流体的运动规律、工程材料的性能、结构的强度等因素。
一个合理的蜗壳设计可以使得风机的风压损失减小，从而提高了风机的效率；合理的蜗壳结构设计可以减小风机在高速运转时的振动和噪音，提高了风机的稳定性和安全性。
二、蜗壳的流体力学设计原理在蜗壳的设计中，流体力学是至关重要的一环。
蜗壳能够通过特定的内部结构将进入的气流加速并引导至风机出口，其内部的几何形状和表面光滑度对气流运动和能量转换具有重要影响。
1. 蜗壳的截面设计蜗壳的截面设计直接影响了气流在蜗壳内部的运动规律和速度分布。
通常，蜗壳的截面呈渐变曲线型，从叶片进口到出口逐渐扩大。
这种设计能够使得气流在蜗壳中受到加速，从而提高了风机的效率。
截面的曲线形状还能够减小气流的阻力和损失，提高了风机的性能。
2. 蜗壳表面的光滑度设计蜗壳内部的表面光滑度对气流的摩擦阻力和流动分离有着重要的影响。
为了减小摩擦阻力和气流的能量损失，在蜗壳的内部表面通常采用光滑的表面处理技术，如抛光和涂层等。
这些表面处理技术可以降低摩擦阻力，使得气流在蜗壳内部能够更为顺畅地运动，从而提高了风机的效率。
三、蜗壳的结构设计原理蜗壳除了具有良好的流体力学性能外，其结构设计也十分重要。
合理的结构设计可以保证蜗壳在高速运转时的稳定性和安全性。
1. 蜗壳的叶片接口设计蜗壳与叶片的连接部分是蜗壳结构设计的重点。
这一区域需要保证叶片与蜗壳的良好连接，并且能够承受高速运转时的受力和振动。
(完整word版)Fluent风机计算教程
离心风机数值计算教程西北工业大学航海学院编制1. 流场建模1.1蜗壳部分流场建模（1）草绘蜗壳轮廓（2）拉伸草图，绘制流域（3）扣除叶轮部分（4）增加风机出口1.2叶轮流场建模（1）拉伸草图（2）扣除叶轮电机和进风口（3）扣除叶片和叶轮盘（4）静态线框图1.3保存（1）建立的三维模型需要保存成iges 、step或X-T等三维模型通用格式，便于导入CFD前处理软件。
2．CFD前处理2.1 Gambit软件介绍（1）Gambit 快捷键快捷键功能鼠标左键旋转鼠标中键平移鼠标右键缩放Shift+鼠标左键选中Shift+鼠标中键框选、反向、替换换当先选中项Shift+鼠标右键确定（相当于点击Apply按钮）（2）各按钮功能简要介绍几何体操作按钮，激活后第二排分别为点、线、面、体和几何组按钮，分别激活可以进一步操作。
网格划分操作按钮，激活后第二排分别为边界层网格、边网格、面网格、体网格和几何组网格按钮，分别激活可以进一步操作。
边界条件设置操作按钮，激活后第二排分别为边界边界条件设置（进出口设置）和区域类型设置（定区域、静区域设置）按钮，分别激活可以进一步操作。
常用工具操作按钮，激活后第二排分别为坐标系设置、函数法生成网格、轴流叶轮工具等，分别激活可以进一步操作。
对于该模型，没有使用这一项。
功能按钮区，常用的有：适应窗口大小、调整显示坐标方向、隐藏几何体、转换静态线框模型和和实体模型、撤销和重做以及网格质量统计等功能。
2.2 文件导入（1）打开Fluent前处理软件Gambit 2.4.6，分别导入蜗壳和叶轮部分的step 文件woke.stp和yelun.stp。
File→Import→STEP...（2）先导入叶轮部分，再导入蜗壳部分（3）全部导入后发现建模时，叶轮和蜗壳的坐标系不统一，二者位置关系不正确。
此时需要将蜗壳部分相对于xoy平面翻转180度。
（4）以实体图显示：（5）将叶轮部分两端凹进部分补齐，分别作为叶轮进口。
风机蜗壳设计
0 引言蜗壳的作用是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口，并将部分动压转变为静压。
蜗壳的结构是复杂的空间曲面体，理论上，蜗壳的型线是螺旋线，但是由于螺旋线结构较复杂，难于手工绘制。
因此，在生产中通常用简化的模型来近似。
由于蜗壳是离心通风机的关键部件，蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失，还对叶轮的气动性能有很大影响，它直接影响风机的效率及输出流量、压力等性能参数，当工况变化时，需要重新计算并设计 , 使得产品设计周期延长。
本文应用三维建模工具CATIA，对蜗壳型线进行精确参数化建模，实现蜗壳的快速设计。
1 蜗壳的型线及结构参数1. 1 蜗壳的对数螺线型线及结构蜗壳的型线见图1。
图中R为蜗壳处半径，R 2 为叶道出口半径。
对于每一个角度φ值都可以得到一个R值，把各点连接起来就是蜗壳的型线。
其中：截面a-a 称为终了截面，A称为终了截面的张开度。
蜗壳的尺寸与张开度A有关，任意角度φ处的张开度Aφ为理论上，为了便于分析和计算，假定气流在蜗壳中为定常流动，忽略气体的粘性,气体沿着整个叶轮出口均匀地流出[1]。
图2表示在蜗壳型线起始段气体在蜗壳内的流动。
图中：R2为叶轮半径（即叶道出口半径），c为距离轮心R处的气流速度，a为气流角，c u、c m分别为R处的周向速度和径向速度。
c′2为叶道出口速度，c′2u、c′2m、a′2分别为叶道出口后的周向速度、径向速度及气流角(叶道出口后速度——刚出口时气流未充满截面，很快即互相混合，混合后的速度也即蜗壳的进口速度)。
蜗壳整个截面充满有效气流，由于忽略空气黏性，蜗壳内的流动满足动量守恒定律，当蜗壳宽度B为常数时，得任意截面处R与φ的函数关系式[1]为式中b 2 为叶片出口宽度，mm；α’ 2 为叶道出口后气流角，(°)；φ为该截面与起始截面之间的夹角，rad。
此式表明蜗壳型线为对数螺线。
将式（2）按照泰勒级数展开，并代入式（1），得任意角度φ处的张开度为式（3）即为按等环量法[4]设计的蜗壳型线模型。
离心风机蜗壳型线设计方法探讨
离心风机蜗壳型线设计方法探讨宋宝军;谢文霞【摘要】对传统和新理论蜗壳型线设计方法进行分析,总结出各设计方法的优缺点.提出考虑曲率对湍流结构的影响,引入流量修正系数为主线设计蜗壳型线,以提高风机性能.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P33-36)【关键词】离心风机;蜗壳型线;设计方法【作者】宋宝军;谢文霞【作者单位】陕西清水川能源股份有限公司,陕西榆林719400;陕西清水川能源股份有限公司,陕西榆林719400【正文语种】中文【中图分类】TK14离心风机蜗壳的任务是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口，并将气体的一部分动能转变为静压，同时伴有气体能量的损耗[1]。
如何能在满足离心风机对风量、风压要求的同时，最大限度地降低能耗，控制噪声是风机设计中蜗壳与叶轮适配问题的重要课题。
蜗壳作为离心风机的关键部件，其结构是复杂的空间曲面体。
理论上，蜗壳型线是对数螺旋线；但由于其型线难于手工绘制，在生产中通常用简化的模型来近似。
蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失，还对叶轮的气动性能有反影响[2]。
在实际工程中大多采用基于一元流动假设的传统设计方法设计蜗壳型线[3-5]，传统方法以风机的气动性能为主要考虑对象，在一定程度上需要依赖设计者的经验。
1.1 结构方形法在叶轮的中央作正方形，它的边长a=A/4。
然后分别以正方形四个角的顶点为中心，从P点开始(P点如图1所示)，依次以Rd、Rc、Rb和Ra为半径画圆弧，便获得所需的螺旋线:式中：。
用此法绘制的型线与对数螺旋线有一定差距。
通风机的比转速越高误差越大。
为了使结构方形法绘制的蜗壳型线近似为对数螺旋线，对于尺寸较大和相对较小的蜗壳型线，可令，φ=2π，分别按下面公式(2)和公式(3)计算其张开度A。
式中；R2为叶道出口直径，m；B为蜗壳宽度，m；Qn为风机额定流量，m3/s；为叶轮出口后周向平均速度，一般取其中C2u为叶轮出口周向平均速度，m/s；φ为位置角，rad。
风机蜗壳设计
0 引言蜗壳的作用就是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口,并将部分动压转变为静压。
蜗壳的结构就是复杂的空间曲面体,理论上,蜗壳的型线就是螺旋线,但就是由于螺旋线结构较复杂,难于手工绘制。
因此,在生产中通常用简化的模型来近似。
由于蜗壳就是离心通风机的关键部件,蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失,还对叶轮的气动性能有很大影响,它直接影响风机的效率及输出流量、压力等性能参数,当工况变化时,需要重新计算并设计 , 使得产品设计周期延长。
本文应用三维建模工具CATIA,对蜗壳型线进行精确参数化建模,实现蜗壳的快速设计。
1 蜗壳的型线及结构参数1、 1 蜗壳的对数螺线型线及结构蜗壳的型线见图1。
图中R为蜗壳处半径,R 2 为叶道出口半径。
对于每一个角度φ值都可以得到一个R值,把各点连接起来就就是蜗壳的型线。
其中:截面a-a 称为终了截面,A称为终了截面的张开度。
蜗壳的尺寸与张开度A有关,任意角度φ处的张开度Aφ为理论上,为了便于分析与计算,假定气流在蜗壳中为定常流动,忽略气体的粘性,气体沿着整个叶轮出口均匀地流出[1]。
图2表示在蜗壳型线起始段气体在蜗壳内的流动。
图中:R2为叶轮半径(即叶道出口半径),c为距离轮心R处的气流速度,a为气流角,c u、c m分别为R处的周向速度与径向速度。
c′2为叶道出口速度, c′2u、c′2m、a′2分别为叶道出口后的周向速度、径向速度及气流角(叶道出口后速度——刚出口时气流未充满截面,很快即互相混合,混合后的速度也即蜗壳的进口速度)。
蜗壳整个截面充满有效气流,由于忽略空气黏性,蜗壳内的流动满足动量守恒定律,当蜗壳宽度B为常数时,得任意截面处R与φ的函数关系式[1]为式中b 2 为叶片出口宽度,mm;α’ 2 为叶道出口后气流角,(°);φ为该截面与起始截面之间的夹角,rad。
此式表明蜗壳型线为对数螺线。
将式(2)按照泰勒级数展开,并代入式(1),得任意角度φ处的张开度为式(3)即为按等环量法[4]设计的蜗壳型线模型。
风机蜗壳设计原理
风机蜗壳设计原理风机蜗壳是风机的重要部件，其设计原理直接影响了风机的性能和效率。
蜗壳的主要作用是将风机吸入的空气或气体转换成高速旋转的气流，从而产生气流动能，供给涡轮叶片转动，从而驱动轴的旋转，实现工作。
蜗壳设计合理与否对于风机的工作效率、功率消耗、噪音大小、气流均匀性等方面都有着重要的影响。
下面就风机蜗壳的设计原理展开详细的介绍。
风机蜗壳的设计原理要遵循流体力学的基本原理。
流体力学是研究流体运动规律和性质的学科，其中涉及了蜗壳内部气流的流速、压力、温度等参数的计算和分析。
蜗壳的设计需要根据流体流动的基本规律进行几何形状的优化，使得气流在蜗壳内能够顺畅流动，同时产生最大的动能，从而提高风机的效率。
蜗壳的设计原理也涉及了空气动力学方面的知识。
空气动力学是研究空气在风机内部流动规律的学科，其原理主要包括了气流受到的阻力、惯性、湍流等方面的影响。
蜗壳的设计需要考虑到这些因素，并且在设计中进行优化，以减小阻力、提高气流的稳定性，从而减小风机的功率消耗，提高效率。
蜗壳的设计原理还需要考虑到材料力学和制造工艺的因素。
蜗壳在工作中需要承受来自气流的压力和动力的作用，因此需要具有足够的强度和刚度。
在设计中需要根据材料的性能和风机的工作条件来选择合适的材料，并且进行适当的结构设计，以保证蜗壳在长时间的工作中不会发生变形或破裂。
制造工艺的选择和加工精度也会直接影响蜗壳的性能和使用寿命，因此也需要在设计中进行合理考虑。
蜗壳的设计原理还需要考虑到风机的具体应用场景和工作要求。
不同类型的风机在使用的过程中，对于风流的要求可能有所不同，比如需要大流量的风机、需要高压的风机、需要低噪音的风机等。
在设计蜗壳时需要根据具体的应用需求来确定设计参数和优化方案，以满足不同场景下的工作要求。
蜗壳的设计原理还需要考虑到与风机其他部件的匹配性和协同工作性。
风机是一个复杂的系统，包括了蜗壳、叶片、轴承、驱动装置等多个部件，这些部件在工作时需要协同工作，互相匹配。
风管机的风叶和蜗壳优化
降低噪音
合理设计蜗壳的形状和结 构，降低风管机运行时的 噪音。
增强结构强度
确保蜗壳具有足够的结构 强度，以承受高速气流的 冲击。
优化蜗壳设计的策略
采用先进的流线型设计
通过采用先进的流线型设计，减少气流在蜗壳内的涡流和扰动。
增加蜗壳扩压段的长度
增加蜗壳扩压段的长度，以减小出口气流的流动损失。
优化蜗壳的截面形状
风管机的风叶和蜗壳是影响其性能的重要部 件。
优化后的风管机在效率和压力方面均有所提 升，且具有较低的噪音。
研究不足与展望
虽然本文对风管机的风叶和蜗 壳进行了优化设计研究，但仍 存在一些不足之处。
实验测试数据较少，未能全面 验证优化设计的有效性。
在未来的研究中，需要进一步 拓展实验测试数据，以更准确 地评估优化设计的效果。
风管机的风叶和蜗壳优化
2023-11-05
目 录
• 风管机的风叶和蜗壳优化概述 • 风叶优化 • 蜗壳优化 • 风管机的性能测试与评估 • 优化方案实施及效果评估 • 结论与展望
01
风管机的风叶和蜗壳优化 概述
风管机的基本原理
• 风管机是一种利用空气动力学原理，通过风叶和蜗壳等结构 实现空气的吸入和排出，以达到通风、制冷或制热等目的的 设备。风管机的基本原理是利用风扇转动产生的风压，将室 内空气吸入，然后通过蜗壳的导向作用，将风向改变并送入 排风口，排出室外。
评估风管机的外观美观度、结构强度及安装 便利性。
测试与评估案例分析
案例一
某型号风管机在风洞实验中发 现进口风速不均，导致性能下 降，通过优化蜗壳设计，提高 了风速均匀性，提高了性能。
案例二
某型号风管机在计算机模拟中发 现内部流场紊乱，通过优化风叶 设计，改善了流场状态，提高了 性能。
离心风机蜗壳型线设计方法探讨
（ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｑｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ｕ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ， Ｙ ｕ ｌ ｉ ｎ ７ １ ９ ４ ０ ０ ， Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ５年 第 １期 （ 总第 ２ ０ ５期 ）
应用 能 源技术
３ ３
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离心风机蜗 壳型线设计方法探讨
宋 宝军 ，谢文 霞
Ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｖｏ ｌ ｕ ｔ ｅ Ｓ ｈａ ｐ ｅ ｏ ｆ Ｃｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ Ｆａ ｎ
Ｓ Ｏ Ｎ Ｇ Ｂ ａ ｏ— ｊ ａ ｎ ， Ｘ Ｉ Ｅ Ｗｅ ｎ—ｘ ｉ ａ
１ 传 统设 计 方 法
在实 际工 程 中大 多采 用基 于一 元流 动假设 的
传统 设计 方 法设 计 蜗 壳 型 线
， 传 统 方 法 以风
机 的气动 性 能为 主 要 考 虑 对 象 ， 在 一 定 程 度上 需 要依 赖设 计 者 的经验 。
１ ． １ 结构 方 形 法 在 叶轮 的 中央 作 正 方形 ， 它 的边 长 ｎ＝ Ａ ／ ４ 。
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ Ｏ ｆ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎｉ ｎ ｇ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ｌ ｆ ａ ａ ｎｓ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ａ ｎ ｄ
离心风机蜗壳的优化设计
ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｆ ａ ｎ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｏ ｎ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ： ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ
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于 同一个 参 数 ，改进 方 法 也 并 不 唯 一 。本 文在 一 维 设 计理论 基 础上 ，试 图 寻找 到一 种 新 的 蜗壳 外 形 线
的优化方法。
１ 对 蜗 壳 进 行 优 化
离心风机蜗壳型线设计方法的分析研究
Vol.59，2017,No.2AChinese Journal of TurbomachineryAbstract：The volute plays an important role in the centrifugal fan,and it's structure is complex curved solid.The profile section shape and arrangement form of volute has effect on the design.This paper introduced the design methods of the present centrifugal fans volute profile,and summarized the advantages and disadvantages and applicable range of each method.Then,the influence factors of volute profile and section shape to the performance of centrifugal fan are analyzed,which have the reference value on the improvement of design methods for volute shape of centrifugal fan.Key words：centrifugal fans，volute shape，design methods，analysis and research离心风机蜗壳型线设计方法的分析研究向同琼周黎明罗培勇黄凯郑邦华（四川省特种设备检验研究院）摘要：蜗壳是离心式通风机的一个重要部件，其结构是复杂的空间曲面体。
蜗壳设计较明显的影响参数是蜗壳的型线、蜗壳截面形状和布置方式，如何绘制蜗壳型线将直接影响蜗壳内的流动损失。
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0 引言
蜗壳的作用是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口，并将部分动压转变为静压。
蜗壳的结构是复杂的空间曲面体，理论上，蜗壳的型线是螺旋线，但是由于螺旋线结构较复杂，难于手工绘制。
因此，在生产中通常用简化的模型来近似。
由于蜗壳是离心通风机的关键部件，蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失，还对叶轮的气动性能有很大影响，它直接影响风机的效率及输出流量、压力等性能参数，当工况变化时，需要重新计算并设计 , 使得产品设计周期延长。
本文应用三维建模工具CATIA，对蜗壳型线进行精确参数化建模，实现蜗壳的快速设计。
1 蜗壳的型线及结构参数
1. 1 蜗壳的对数螺线型线及结构
蜗壳的型线见图1。
图中R为蜗壳处半径，R 2 为叶道出口半径。
对于每一个角度φ值都可以得到一个R值，把各点连接起来就是蜗壳的型线。
其中：截面a-a 称为终了截面，A称为终了截面的张开度。
蜗壳的尺寸与张开度A有关，任意角度φ处的张开度Aφ为
理论上，为了便于分析和计算，假定气流在蜗壳中为定常流动，忽略气体的粘性,气体沿着整个叶轮出口均匀地流出[1]。
图2表示在蜗壳型线起始段气体在蜗壳内的流动。
图中：R2为叶轮半径（即叶道出口半径），c为距离轮心R处的气流速度，a为气流角，c u、c m分别为R处的周向速度和径向速度。
c′2为叶道出口速度，c′2u、c′2m、a′2分别为叶道出口后的周向速度、径向速度及气流角(叶道出口后速度——刚出口时气流未充满截面，很快即互相混合，混合后的速度也即蜗壳的进口速度)。
蜗壳整个截面充满有效气流，由于忽略空气黏性，蜗壳内的流动满足动量守恒定律，当蜗壳宽度B为常数时，得任意截面处R与φ的函数关系式[1]为
式中b 2 为叶片出口宽度，mm；α’ 2 为叶道出口后气流角，(°)；φ为该截面与起始截面之间的夹角，rad。
此式表明蜗壳型线为对数螺线。
将式（2）按照泰勒级数展开，并代入式（1），得任意角度φ处的张开度为
式（3）即为按等环量法[4]设计的蜗壳型线模型。
如要精确绘制，可用方程生成蜗壳型线，根据极坐标方程式(2)得到直角坐标方程式：
1.2 不等边距法的蜗壳结构设计
如采用的不等边距的方法，见图3，其绘制方法：设P为螺旋线起始点，以坐标原为中心做出4个不等边矩形，为此，需要计算各相关截面的张开度。
从P点开始，分别以4个小正方形的顶点为圆心，依次以相应的半径画圆弧，再将4段圆弧进行光滑连接，便获得所需要的螺旋线，其中：
应用三维参数化建模工具CATIA分别用上述两种方法建立蜗壳模型。
2 蜗壳的参数化三维建模
在CATIA中，建立蜗壳这样形状复杂的零件，主要是在Generative shape design （简称 GSD）模块中进行[5]。
GSD模块由于其曲面功能强大，不仅能创建线架构，而且提供了一系列全面的工具，用于创建和修改复杂曲面外形，同时也可作高级曲面分析，其特有的法则 law功能及平行曲线功能更是为实现参数化设计及精确绘制提供了便利。
参数化设计的关键在于将对数螺线方程表示为软件能识别的特征值数
学公式。
为设计方便，采用t代替角度φ，先建立函数关系式，通过函数做出蜗壳的轮廓线，对生成的轮廓线，利用实体拉伸、抽壳等功能得到蜗壳的实体造型。
2.1 基于对数螺线型线的蜗壳参数化建模过程
基于对数螺线型线的蜗壳参数化建模过程为
（1）进入GSD模块，选择函数f(x)功能，新建长度参数b2、R2、B、Rπ、R t及角度参数α2，分别为叶片出口宽度、叶轮半径、蜗壳宽度、蜗壳半径、蜗舌处圆角半径及叶道出口后气流角。
根据设计要求，设：b2=360mm、R2=800mm、B=1020mm、R t=64mm、α2=26.7°，在函数表中输入公式
（2）选择fog功能,建立法则X、Y、X2、Y2，在每个相应法则里新建长度参数X、Y、X2、Y2和角度参数t,输入公式：
（3）在XY平面画一个半径为R2的圆，再从原点做一条Z轴正方向的直线段，命名为line1，长度为R2。
选择parallel功能，在XZ平面上，选择参考线line1、法则X，做出一条曲线。
在YZ平面上，选择参考线line1、法则Y，做出一条曲线。
选择combine功能，将XZ 、YZ平面上两条曲线合并成一条空间曲线，再选择project
功能，将合并生成的空间曲线投影到XY平面，此即为0~π弧度上的对数螺线。
按同样的方法，选择法则X2、Y2做出π~2π弧度上的对数螺线，见图4。
（4）画出口处直线，以半径R t在蜗舌处倒圆角、修剪，将轮廓曲线合并后拉伸，拉伸厚度为B，
（5）最后对实体进行shell、pocket操作，得到蜗壳实体，见图5。
2.2 基于不等边距法的蜗壳参数化建模过程
基于不等边距法的蜗壳参数化建模过程：
（1）进入GSD模块，选择函数f(x)功能，建立相应的长度参数R2、R a、R b、R c、R d、R t、A1、A2、A3、A4、a、b、c、d、B=1020mm、b2=360mm，实参数m，角度参数α2=26.7°。
将各自的公式输入函数表中（参考2.1节和1.2节），B、b2、α2是根据设计要求选取或计算得出，采用与前述相同的数值。
（2）选择一个平面进行草绘，以坐标原点为中心，画不等边距正方形，边长分别为a、b、c、d，以4个小正方形的相应顶点为圆心，见图6，分别以R a，R b，R c，R d为半径画出4段圆弧。