具有仿生結構的蝸舌及使用該蝸舌的蝸殼的製作方法

2023-06-21 18:10:56 1

專利名稱：具有仿生結構的蝸舌及使用該蝸舌的蝸殼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有仿生結構的蝸舌及使用該蝸舌的蝸殼。
背景技術：
離心風機在旋轉時，由於蝸舌的存在，蝸舌與葉片出口邊緣間的間隙較蝸殼其他 地方小得多，旋轉的葉片通道掠過蝸舌，蝸舌處空氣就會出現周期性的壓力和速度脈動，產 生較高的旋轉噪聲，其頻率為葉片通過頻率f = ζ ·η/60(Ηζ)。高的旋轉噪聲通常形成難聽 的嘯叫噪聲，汙染環境，對於那些要求噪聲低的設備如空調等產品，會惡化音質。不僅如此，旋轉噪聲對於離心風機，通常表明其蝸舌處出口流場氣流紊亂，造成回 流區域擴大，在低流量時由為明顯，紊亂的流場增大葉輪徑向周期性脈動力，造成葉輪徑向 擺動增大，形成惡性循環；這種徑向振動會傳至風機電機軸，使得電機前端軸承徑向遊隙和 電機定轉子間隙發生變化，導致電機定轉子磁場發生擾動，產生2、4倍電源頻率電磁噪聲 和齒諧波噪聲。現有技術對於降低離心風機離散旋轉噪聲的方法是1、增大蝸舌間隙t ；2、增大 蝸舌舌部半徑r ;3、採用傾斜蝸舌；4、採用不等距葉片或斜葉片離心風葉；5、採用穿孔板 蝸舌消聲器等，專利文獻CN127(^81公開了「階梯蝸舌降噪蝸殼」，在一定程度上降低了 噪聲；CN201277205Y公開了一種「降噪離心通風機」，採用微穿孔和吸聲蝸殼的雙層蝸殼； CN101509506A公開了一種「仿生耦合消聲降噪蝸舌」，以上三種結構均設計複雜，製造難度 大，也沒有同時考慮風機旋轉噪聲和電機噪聲的蝸舌設計，降噪效果不甚理想。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種具有仿生結構的蝸舌及使用該 蝸舌的蝸殼，本發明的結構簡單，降噪效果好。其技術方案如下—種具有仿生結構的蝸舌，蝸舌的外輪廓線分別與蝸殼內型線及擴張室內壁相 連；在舌部設有多條導風槽，導風槽的一端與蝸殼內型線相接，另一端與擴張室內壁相接。採用前述蝸舌的蝸殼的結構是一種蝸殼，其蝸舌的外輪廓線分別與蝸殼內型線及擴張室內壁相連；在蝸舌上設 有多條導風槽，導風槽的一端與蝸殼內型線相接，另一端與擴張室內壁相接。實驗表明，蝸舌槽深h主要與風速、葉輪葉片通過頻率關聯，經過採用微型壓力傳 感器和風速計測量蝸舌處不同軸向位置處的壓力脈動情況和風速，表明其沿軸向分布並不 均勻，大致以中間部位為大，壓力脈動頻率與葉片通過頻率相同，脈動波形為鋸齒狀，風速 略小於葉片徑向出流速度。因此，本發明在蝸舌設有導風槽，對風的出流進行導流，將葉輪 相鄰兩個葉片出流脈動通過抵達蝸舌表面的時間差進行抵消，使氣流通過導風槽產生的氣 流再生噪聲降到最小，通過相位相消降低旋轉噪聲。經過實驗優化，有效的降低了風經過蝸 舌處的脈動，降低風機的旋轉噪聲。
前述技術方案進一步細化的技術方案可以是所述導風槽包括槽頂及槽底，所述導風槽的槽頂及槽底的軌跡均包括直線段及圓 角，所述直線段與圓角相切，所述槽頂軌跡直線段及槽底軌跡直線段均與擴張室內壁相接， 所述槽頂軌跡圓角及槽底軌跡圓角均與蝸殼內型線相接。所述導風槽的最大深度h不超過(λ/4+Δ)毫米，其中λ為蝸舌脈衝力波波長， Δ取值為0.5至1.0。所述頂部導風槽的斷面的頂部圓弧直徑R1、底部圓弧直徑R2的取值範圍為 0. 20 λ MO. 50 λ 0所述頂部導風槽的導風槽寬度L的取值範圍為0. 70 λ至0. 80 λ。所述導風槽包括頂部圓弧及底部圓弧，在所述頂部圓弧與底部圓弧之間具有中間 直線段，所述中間直線段分別與頂部圓弧和底部圓弧相切。位於所述蝸舌端部的所述導風槽為頂部導風槽，頂部導風槽的深度最大；頂部導 風槽向所述擴張室內壁方向，其深度逐漸變小，且其端部與所述擴張室內壁圓滑連接；頂部 導風槽向所述蝸殼內型線方向，其深度逐漸變小，且其端部與所述蝸殼內型圓滑連接。所述導風槽的槽頂軌跡為原蝸舌的軌跡，原蝸舌圓角與擴張室內壁的切點向擴張 室內壁方向3λ至4λ處為第一導風槽末端，原蝸舌圓角與蝸殼內型線之間的切點為第二 導向槽末端；從蝸舌圓角圓心向蝸輪圓心方向移動0. 12 λ至0. 13 λ的距離，再向蝸殼內型 線方向向內移動0.12λ至0. 13 λ的距離為槽底軌跡圓圓心，以槽底軌跡圓圓心為圓心並 過第二導向槽末端作圓形成槽底圓角，從第一導風槽末端向槽底圓角作切線形成切線段， 槽底圓角及該切線段為槽底軌跡。綜上所述，本發明的優點是本發膽所設計的仿生蝸舌結構，不但實現了對葉道空 氣出流進行導流的效果，而且改變了蝸舌表面較為均一的高靜壓，使葉片通道到達蝸舌的 時間錯開，通過仿鷹頭部輪廓，使得氣流通過導風槽產生的氣流再生噪聲降到很小。上一葉 片通道產生的脈衝氣流在仿生蝸舌表面形成氣墊，減緩下一葉片通道產生的脈衝力波，達 到削弱脈衝氣流衝擊的作用，由此也改善了葉輪葉片通道的出流條件，使出流更為順暢；同 時通過多個仿生導風槽錯開氣流反作用力波到達葉片時間，降低了氣流反衝力對葉輪葉片 的作用，使得氣流反作用力波避開葉片前幾階振動模態，降低葉片振動，從而減輕葉輪產生 的徑向擺動，降低因葉輪徑向擺動大而造成的電機倍頻電源電磁噪聲。本發明另一主要特 點是降噪結構可以直接在原有蝸舌上加工而成，對原蝸殼模具僅需簡單改動，不改變原有 蝸舌和葉輪間隙，設計及製造簡單，不需要增加任何結構件，成本低廉。應用技術方案的仿生蝸舌結構，還可以將原來較大的蝸舌半徑和蝸舌與葉輪間隙 改小，以獲得更高的風機風量，提高風機性能，而不產生旋轉噪聲，噪聲總值基本不變。


下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明圖1是本發明實施例中，離心風機的軸向視圖；圖2為圖1中，蝸舌截面的局部放大圖；圖3是圖1中，蝸殼的立體圖；圖4是圖3中，蝸舌的俯視圖5是圖4中，導風槽的局部放大剖視圖；附圖標記說明1、風葉，2、蝸殼，3、蝸舌，4、導風槽，5、蝸殼內型線，6、擴張室內壁，7、頂部導風槽， 8、第一導風槽末端，9、第二導風槽末端，10、原蝸舌圓角圓心，11、槽底軌跡圓圓心，12、槽底 軌跡圓角，13、切點，14、槽底軌跡直線段，15、槽底切點，R1、頂部圓弧直徑，R2、底部圓弧直 徑，L、頂部導風槽寬度，T、圓弧寬度，S、相鄰導風槽間距。
具體實施例方式如圖1至圖5所示，一種離心風機，包括蝸殼2及設於蝸殼2內的風葉1，蝸殼2上 蝸舌3的外輪廓線分別與蝸殼內型線5及擴張室內壁6相連；在蝸舌3設有多條導風槽4， 導風槽4的一端與蝸殼內型線5相接，另一端與擴張室內壁6相接。其中，位於蝸舌3凸出部的導風槽4為頂部導風槽7，頂部導風槽7的深度最大； 頂部導風槽7向擴張室內壁6方向，其深度逐漸變小，且其端部與擴張室內壁6圓滑連接； 頂部導風槽7向蝸殼內型線5方向，其深度逐漸變小，且其端部與蝸殼內型圓滑連接。所述 頂部導風槽7的最大深度h = ( λ /4+ Δ )毫米，Δ取值為0. 5至1. 0 ；頂部導風槽7的槽底 及槽頂的斷面均呈圓弧狀，頂部導風槽7的斷面的頂部圓弧直徑R1、底部圓弧直徑R2的取 值範圍為0.20 λ至0.50 λ ；所述頂部導風槽7中，導風槽寬度L的取值範圍為0.70 λ至 0. 80 λ ；所述導風槽的槽頂軌跡為原蝸舌的軌跡(原蝸舌圓角圓心圖示為標號10)，原蝸舌 圓角與擴張室內壁6的切點13向擴張室內壁6方向3 λ至4λ處為第一導風槽末端8，原 蝸舌圓角與蝸殼內型線5之間的切點為第二導向槽末端9;其中λ為蝸舌脈衝力波波長， 取λ =60*V/(11 ),其中V為蝸舌處的最大風速，η為風機每分種的轉速，ζ為風機的葉片 數。本實施例選取鷹為仿生對象，觀察其翅膀初級飛羽和頭部獨特的流體力學特徵， 以一定的高速氣流模擬其在空中高速飛翔的狀態，對此時的形體特徵進行實驗分析，並將 其應用在離心風機蝸舌旋轉噪聲的降噪處理，提出一種仿生消聲波浪形導風槽狀蝸舌結 構，仿生波浪形導風槽狀蝸舌在原有蝸舌基礎上開設仿生溝槽，不改變原有蝸舌和葉輪的 間隙，在不影響風量的前提下，滿足寬流速範圍的旋轉噪聲降噪要求，氣流再生噪聲小。1、蝸舌形態鷹的初級飛羽在不飛翔狀態呈現互相疊合的三角形溝槽狀，實驗表 明，在模擬飛翔狀態時，其初級飛羽三角形溝槽底部變為圓弧形，因此本實施例溝槽底部仿 鷹初級飛羽飛翔時形態採用圓弧結構；其頭部在高速飛行時，敷羽緊貼皮膚，頭部邊緣呈現 大圓角弧形，臉頰邊緣呈一定角度的坡度與翅膀前緣交接，觀察表明，大多數鳥類此處角度 處於直角的黃金分割點附近，因此本實施例齒部仿鳥類頭部形態；2、蝸舌導風槽尺寸2. 1、實驗表明，蝸舌槽深h主要與風速、葉輪葉片通過頻率關聯，經過採用微型壓 力傳感器和風速計測量蝸舌處不同軸向位置處的壓力脈動情況和風速，表明其沿軸向分布 並不均勻，大致以中間部位為大，壓力脈動頻率與葉片通過頻率相同，脈動波形為鋸齒狀， 風速略小於葉片徑向出流速度。因此，本實施例採用將葉輪相鄰兩個葉片出流脈動通過抵 達蝸舌表面的時間差進行抵消，通過相位相消降低旋轉噪聲，經過實驗優化，蝸舌脈衝力波 波長λ及槽深h符合公式
權利要求
1.一種具有仿生結構的蝸舌，所述蝸舌的外輪廓線分別與蝸殼內型線及擴張室內壁相 連；其特徵在於，所述蝸舌上設有多條導風槽，導風槽的一端與蝸殼內型線相接，另一端與 擴張室內壁相接。
2.如權利要求1所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述導風槽的槽深為漸變 的，所述導風槽的最大深度h不超過(λ/4+Δ)毫米，其中λ為蝸舌脈衝力波波長，Δ取 值為0.5至1.0。
3.如權利要求1所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述導風槽包括頂部圓弧 及底部圓弧，頂部圓弧與底部圓弧過渡連接。
4.如權利要求3所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述導風槽包括頂部圓弧 及底部圓弧，所述頂部圓弧與底部圓弧之間具有中間直線段，所述中間直線段分別與頂部 圓弧和底部圓弧相切。
5.如權利要求4所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述中間直線段與頂部圓 弧頂點的切線的夾角α的取值範圍為50°至65°。
6.如權利要求1所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述導風槽包括槽頂及槽 底，所述導風槽的槽頂及槽底的軌跡均包括直線段及圓角，所述直線段與圓角相切，所述槽 頂軌跡直線段及槽底軌跡直線段均與擴張室內壁相接，所述槽頂軌跡圓角及槽底軌跡圓角 均與蝸殼內型線相接。
7.如權利要求6所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，位於所述蝸舌凸出部的所 述導風槽為頂部導風槽，所述頂部導風槽的頂部圓弧直徑R1、底部圓弧直徑R2的取值範圍 為0.20 λ至0.50 λ，其中λ為蝸舌脈衝力波波長。
8.如權利要求7所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述頂部導風槽的寬度L的 取值範圍為0.70 λ至0.80 λ，其中λ為蝸舌脈衝力波波長。
9.如權利要求7或8所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，頂部導風槽的深度最 大；頂部導風槽向所述擴張室內壁方向，其深度逐漸變小，且其端部與所述擴張室內壁圓滑 過渡連接；頂部導風槽向所述蝸殼內型線方向，其深度逐漸變小，且其端部與所述蝸殼內型 圓滑過渡連接。
10.如權利要求9所述的具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述導風槽槽頂軌跡為原 蝸舌軌跡，包括原蝸舌圓角及槽頂軌跡直線段，原蝸舌圓角與擴張室內壁的切點(13)向擴張室內壁方向3 λ至4λ處為第一導風槽 末端(8)，原蝸舌圓角與蝸殼內型線的切點為第二導風槽末端(9)，所述切點(13)與第一導 風槽末端( 之間構成槽頂軌跡直線段；所述導風槽槽底軌跡包括槽底軌跡圓角及槽底軌跡直線段，以葉輪切向、葉輪旋轉方向為正向X軸，以垂直於X軸方向、指向葉輪方向為正向Y軸； 原蝸舌圓心沿正向X軸取λ/8距離，再沿正向Y軸方向取λ/8處為槽底軌跡圓角的圓心 (11)，以槽底軌跡圓圓心(11)過第二導風槽末端(9)作圓，形成槽底軌跡圓角；以第一導風槽末端(8)向槽底軌跡圓角作切線，形成的切線段為槽底軌跡直線段。
11.如權利要求1所述具有仿生結構的蝸舌，其特徵在於，所述多條導風槽之間的間距 S = 3λ/4+Δ，其中λ為蝸舌脈衝力波波長，Δ取值為0.5至1.0。
12.一種蝸殼，其特徵在於，所述蝸殼包括權利要求1至11任一項所述的具有仿生結構的蝸舌，蝸殼上蝸舌的外輪廓線分別與蝸殼內型線及擴張室內壁相連；其特徵在於，在舌部 設有多條導風槽，導風槽的一端與蝸殼內型線相接，另一端與擴張室內壁相接。
全文摘要
本發明公開了一種具有仿生結構的蝸舌及使用該蝸舌的蝸殼，該蝸舌的外輪廓線分別與蝸殼內型線及擴張室內壁相連；在蝸舌上設有多條導風槽，導風槽的一端與蝸殼內型線相接，另一端與擴張室內壁相接。採用本發明的蝸舌及蝸殼結構簡單，降噪效果好。
文檔編號F04D29/42GK102042264SQ20091019298
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月10日 優先權日2009年10月10日
發明者王彤, 肖彪, 肖忠弟, 董術海, 郭幸分 申請人:珠海格力電器股份有限公司