一種型線可調節的風機蝸殼的制作方法

本發明涉及離心風機
技術領域：
，尤其涉及一種型線可調節的風機蝸殼。
背景技術：
：離心風機被廣泛應用于農業、工業、交通以及各種通風換氣場所。蝸殼是離心風機的重要組成部件，離開葉輪的氣流必須經過蝸殼的收集及擴壓，才能進行輸送；合適的蝸殼型線設計可以降低氣流在蝸殼中的損失，提升離心風機氣動性能。為方便加工，離心風機的蝸殼截面一般為矩形，所以蝸殼型線直接決定了蝸殼的形狀，是離心風機蝸殼設計的關鍵。然而，受風機具體運行環境的影響，蝸殼型線的設計理論不能滿足工程上的需求，往往還需要輔助以大量的氣動性能實驗，才能設計出最優的蝸殼型線。考慮到蝸殼型線是一段自由度較高的曲線，參數眾多，且各參數對不同風機、不同工況下性能的影響規律可能大相徑庭，試驗人員往往需要制作大量的蝸殼樣品進行比對試驗才能從中選優，這將使得整個設計、優化的周期較長，樣品加工量較大。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是提供一種型線可調節的風機蝸殼，其環壁型線形狀可以在一定范圍內任意變動，利用它可以快速實現所設計的型線形狀并測試其氣動性能，將大幅減少試驗樣品的制作數量，降低成本，縮短設計時間。本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種型線可調節的風機蝸殼，其包括軌道底座、前蓋板、固定支架以及分段式可伸縮的環壁，所述環壁位于所述前蓋板、后蓋板之間，為實現蝸殼形狀的可調節，三者相互分離設置，所述固定支架與所述軌道底座、前蓋板分別相互固定連接，以壓緊兩者之間的分段式可伸縮環壁。所述軌道底座的截面為矩形，且具有一定厚度，中部設有用于安裝電機的電機孔；所述電機孔的外周均勻分布有多個不同長度的徑向軌道，所述環壁的控制節點沿所述徑向軌道實現徑向位置的改變。所述徑向軌道均由限位通孔和定位滑槽組成，所述定位滑槽的長度大于所述限位通孔的長度。隨著位置角的增大，所述徑向軌道長度也逐漸增大。每個所述徑向軌道一側均標有表示所述環壁控制節點距離軸心的距離的刻度線。所述前蓋板的尺寸和厚度均與軌道底座相同，所述前蓋板的中部設有與所述徑向軌道的電機孔相對應的圓形孔，且所述圓形孔的直徑大于所述電機孔的直徑，所述圓形孔用以安裝離心風機的集流器。所述固定支架包括立體方框結構，其尺寸與所述軌道底座和所述前蓋板的尺寸分別對應，所述固定支架分別通過螺栓鎖緊所述軌道底座和所述前蓋板，使兩者共同壓緊之間的分段式可伸縮環壁。所述環壁包括多個環壁單元、多個控制節點、一個蝸舌端隔板、一個可替換的蝸舌、一個環壁末端隔板和兩塊用于密封型線首尾處的出口密封塊，多個所述環壁單元和控制節點依次相互連接。所述蝸舌為可替換部件，和環壁上第一個控制節點直接相連，試驗測試中可以通過沿軌道改變該環壁控制節點的徑向位置來對蝸舌和葉輪之間的間隙進行調節。所述蝸舌端隔板和環壁末端隔板分別位于蝸殼出口兩側，出口端的兩側各設有一個控制節點，所述控制節點在所述軌道底座的水平軌道上移動，用于控制所述蝸舌端隔板和環壁末端隔板的角度和蝸殼出口的位置。所述環壁單元包括兩個主隔板、一個副隔板、兩條連接桿以及鎖緊螺釘；所述副隔板的兩端分別與兩個所述主隔板連接，三個隔板相互重疊設置且重疊寬度可調整，使三個隔板的拼接長度可在一定范圍內改變；所述主隔板和副隔板的上下兩端邊緣分別設有相互咬合的凸起和凹槽，使得三塊隔板在厚度方向被限制后只能沿著拼接長度方向相對滑動；兩條所述連接桿相互交叉地連接在兩個所述主隔板上，所述鎖緊螺釘位于兩條所述連接桿的中間交叉處，用于限制所述隔板和連接桿厚度方向的相對位置。當環壁單元長度變化時，所述連接桿兩端的凸緣會在主隔板的滑槽中滑動，兩個所述連接桿間的角度隨之改變，動態地維持環壁單元中三塊隔板間結構的穩定。所述連接桿上設有用于限制兩個所述連接桿間轉動角度的限位柱，從而限制兩個所述主隔板之間所能拉伸的最遠距離，避免三塊隔板之間相互脫離。所述環壁單元的兩側均設有軸套，裝配時套在對應的所述控制節點的節點軸上。所述控制節點包括節點主體、節點端蓋和節點軸；所述節點軸位于所述節點主體和所述節點端蓋之間，且通過螺釘固定。裝配時，控制節點連同限位滑塊一起在軌道底盤上的定位滑槽中移動，鎖緊滑塊從軌道底座的底部將控制節點、限位滑塊以及軌道底盤通過兩顆螺釘鎖緊在一起，控制螺釘的鎖緊程度使控制節點在不松動的前提下可沿著定位滑槽移動。此外，在長度較長的軌道中，所述限位滑塊中還包含一塊密封拉板，在控制節點移動到較遠位置時拉出，對軌道進行密封。環壁單元和控制節點依次相連，一系列首尾相接的環壁單元內側壁面構成了一段折線型線，近似了真實狀態下的曲線型線。當控制節點沿軌道移動時，每一段環壁單元會隨著其兩端控制節點的移動對自身的長度和角度進行調整，進而完成整個蝸殼形狀的改變。所述控制節點和所述軌道底座上均有刻度線，使得每個控制節點在各自軌道上的位置可以被精確控制，從而達到準確調節蝸殼型線的目的。對中低壓風機而言，蝸殼內部氣壓并不高，故本發明采用壓緊的方式對分段式可伸縮環壁與軌道底座和前蓋板之間實施密封。所述環壁與所述軌道底座、環壁和前蓋板之間均設有密封橡膠層，以增強蝸殼的密封。本發明所有零部件均采用鋁合金材料通過精密加工手段制作，以保證各零部件間的配合關系和相對運動。基于上述技術方案，本發明的有益效果是：本發明用于離心風機蝸殼的設計和優化階段，其分段式可伸縮環壁以折線型線的形式快速近似的實現各種型線形狀，縮短了打樣時間；同時本發明多控制節點的設計可以實現蝸殼型線在設計范圍內的高自由度的變動，在找到最優折線型線形狀后，再反推出對應的最優曲線型線，避免了以往重復、多次的打樣過程。在離心風機蝸殼的設計和優化中，使用本發明可以為研究機構和企業節約研發成本，為研究人員尋求蝸殼型線對風機性能的影響規律提供捷徑。附圖說明圖1是本發明實施例的設計示意圖；圖2是本發明實施例的三維造型圖；圖3是本發明實施例的正視圖和側視圖；圖4是本發明實施例的軌道底座的結構示意圖；圖5是本發明實施例的軌道的截面尺寸示意圖；圖6是本發明實施例的分段式可伸縮環壁的結構示意圖；圖7是本發明實施例的環壁隔板單元的結構示意圖；圖8是本發明實施例的環壁隔板單元的截面尺寸示意圖；圖9是本發明實施例的環壁隔板單元不同長度下的形態示意圖；圖10是本發明實施例的控制節點及其和軌道間連接關系的示意圖；圖11是本發明實施例的分段式可伸縮環壁的結構示意圖；圖12是本發明實施例的安裝了葉輪等部件后從前方觀察的三維造型圖；圖13是本發明實施例的安裝了葉輪等部件后從出口方向觀察的三維造型圖。具體實施方式以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。本發明在實際的蝸殼型線上以一定間隔選取控制點，然后將相鄰控制點用線段兩兩連接，用生成的這一系列線段來近似描述蝸殼型線。可見當控制節點越多、越密集，每段線段的長度就越短，所描述出的折線型線也就越接近實際型線，但為了實現型線的任意變動，減小了型線控制點的數量，相鄰控制節點之間的位置夾角Δθ＝10～15°。當相鄰控制點的位置夾角Δθ＝15°時，折線型線已經十分趨近于實際型線。如圖1所示，取蝸舌位置對應的第一個控制點作為型線的起點，其位置角度一般取θ1＝45°～90°，則位置角θ2＝360°的控制點則為型線的終點，相鄰控制節點之間的位置夾角Δθ＝10～15°，θ1和Δθ共同決定了控制節點的個數。圖1(I)中的M為型線控制點，徑向線N表示控制點移動軌跡，曲線P表示控制點最大移動范圍，θ表示位置角，D2表示葉輪外徑，圖1(I)中的A處放大圖如圖1(II)所示。用折線型線近似實際型線之后，就可以通過調節每個控制點的位置來調節整段蝸殼型線形狀。進一步的，為使控制節點的位置可以被精確調節，本發明限制了每個控制節點的自由度，使其只能沿著徑向進行位置的改變。在控制點沿徑向進行移動的同時，相鄰節點間的距離必然發生改變，所以需要讓相鄰節點間的環壁段的結構具有可伸縮性，本發明利用三塊板的相互重疊達到此目的，具體結構將結合實施例進行介紹。然而，相鄰節點間的環壁段的可伸縮性是有限度的，這使得型線控制點不可能也不需要無限向外延伸，只需要在一定的范圍內進行移動即可，本發明所設計的控制點最大移動范圍由以下螺旋線方程確定：Rθ＝0.5·D2·e0.001659·θ其中D2為本發明所匹配葉輪的外徑。圖2至圖13為本發明一種型線可調節的風機蝸殼的一種實施例，一款為外徑D2＝270mm,葉輪高度b＝100mm的多翼離心葉輪所設計的型線可調節風機蝸殼。圖2為本發明的三維造型圖。為了實現蝸殼型線形狀的可變，必須將蝸殼環壁和蝸殼前、后蓋板分離開來；同時由于環壁需要和前后蓋板保持相對的移動，無法進行嚴格的固定，需要一定的外力使前后蓋板將環壁壓緊，從而保持蝸殼的總體穩定和基本密封。故一種型線可調節風機蝸殼被分為軌道底座1、前蓋板2、固定支架3以及分段式可伸縮環壁4。固定支架3和軌道底座1和前蓋板2之間通過四周的螺栓鎖緊，以壓緊兩者之間的分段式可伸縮環壁4。圖3的(I)、(II)為本發明的正視圖和側視圖，同時也示出了本發明的總體尺寸，長度LA和寬度LB沒有定值，均結合實際設計，以包含所有其他結構在其框架內為準。高度B為軌道底座1和前蓋板2之間的距離，也就是分段式可伸縮環壁4的總體高度，由匹配葉輪的高度b所決定，B＝1.2～1.5b，以保證葉輪和軌道底座1和前蓋板2之間具有一定的間隙，本實施例中B＝1.4b＝140mm。圖4所示，為軌道底座1的結構示意圖。主要包括水平軌道11、徑向軌道12、軌道刻度13，進一步還包括用于安置電機的電機孔位14、用于固定電機的螺釘孔15以及用于和固定支架3連接的孔16。徑向軌道12圍繞電機孔位14均勻分布，對應圖1中所示控制點移動軌跡，本實施例中的徑向軌道的設計參數則選取θ1＝45°，θ2＝360°，Δθ＝15°，共有21個徑向軌道12。水平軌道11和徑向軌道12均由長度較短的限位通孔和長度較長的定位滑槽組成。軌道截面及尺寸如圖5所示，t為軌道底座1的總厚度，可依據結構強度確定，本實施例中t＝6mm；所述定位滑槽的深度t1＝0.5t＝3mm。寬度s1＝12mm；所述限位通孔貫穿整個軌道底座1，寬度s2＝8mm。限位通孔限制了控制節點的移動范圍，其靠近軸心的近端和軸心的距離Rmin＝0.5D2，遠離軸心的遠端的距離Rmax＝Rθ+0.2b+s。其中Rθ為如圖1設計中確定的型線控制點的最大調節范圍；0.2b為實際控制節點42的長度，以確保其和軌道底座1的相互垂直；s為環壁單元41隔板的厚度，本實施例中s＝7mm。本實施例中21個徑向軌道12依照位置角由小至大編號為1-21，其近端和遠端距離如下表：節點編號Rmin/mmRmax/mm節點編號Rmin/mmRmax/mm1135.00175.1312135.00222.092135.00178.8913135.00227.033135.00182.7414135.00232.094135.00186.6915135.00237.285135.00190.7416135.00242.616135.00194.8917135.00248.077135.00199.1418135.00253.668135.00203.5119135.00259.409135.00207.9820135.00265.2810135.00212.5721135.00271.3111135.00217.27———圖6為分段式可伸縮環壁的結構示意圖，對應圖1中的設計，其主要由一系列環壁單元41和控制節點42相互連接而成，此外還包含一段蝸舌端隔板43、一個可替換的蝸舌44、一段環壁末端隔板45、以及兩塊用于型線首尾處密封的出口密封塊46。上述各部件的高度均和分段式可伸縮環壁4的總體高度相等。蝸舌的形狀和其與葉輪之間的間隙是影響離心風機氣動性能和運行噪聲的關鍵部件，故本發明中蝸舌44被設計為可替換部件；進一步，蝸舌44和環壁第一個控制點42-1直接相連，試驗測試中可以通過調節環壁第一個控制點42-1的位置來對蝸舌和葉輪之前的間隙進行調節。所述蝸舌端隔板43和環壁末端隔板45則構成了完整蝸殼形狀中出口左右兩側的形狀。出口處兩側各有一個控制節點42在軌道底座的水平軌道11上移動，控制著蝸舌端隔板43和環壁末端隔板45的角度和蝸殼出口的位置。圖7中的(I)(II)為本發明環壁單元的結構示意圖。環壁單元41和控制節點42是分段式可伸縮環壁實現型線最為關鍵的兩個部件。環壁單元41由兩塊主隔板411、一塊副隔板412、兩條連接桿413以及鎖緊螺釘414組成。如圖7(I)所示，副隔板412將相對的兩塊主隔板411相連接，對三塊隔板重疊的寬度進行調整，使三塊隔板的總長度可在一定范圍內改變。如圖7(II)所示，在三個隔板的背部，兩條連接桿413相互交叉構成環壁單元41的骨架，鎖緊螺釘414將上述部件鎖緊在一起，隔板上下兩端邊緣的凸起和凹槽相互咬合，使得三塊隔板只能沿著長度方向相對滑動。當環壁單元41長度變化時，連接桿兩端的凸緣415會在主隔板背面的滑槽417中滑動，兩個連接桿413間的角度隨之改變，動態地維持環壁單元41中三塊隔板間結構的穩定。連接桿413上設有限位柱416，用于限制兩個連接桿413間轉動的角度，從而限制了兩塊主隔板之間所能拉伸的最遠距離，避免三塊隔板之間相互脫離。環壁單元41的兩側有軸套418，裝配時套在對應控制節點42的節點軸423上。圖8為本發明環壁單元的截面示意圖，可見三塊隔板的相對位置，主隔板411的寬度La＝0.13D2＝17.5mm，副隔板412的寬度Lb＝2La＝35mm，整個隔板單元寬度L的調節范圍為1倍Lb-1.9倍Lb，這個調節范圍配合軌道底座1上徑向軌道12的設計，使分段式可伸縮型線不僅可以滿足所有漸擴型型線的變化需求，還可以調整出部分異型的型線形狀。s為環壁單元41三塊隔板的總厚度，本實施例中s＝7mm。圖9示出了三種不同長度下環壁單元41的形態，分別為圖(I)所示的完全收縮狀態；圖(II)所示的中間狀態；圖(III)所示的完全伸長狀態。圖10為本發明實施例的控制節點及其和軌道間連接關系的示意圖。控制節點42包含節點主體421、節點端蓋422和節點軸423，總體高度為B，本實施例中B＝140mm。節點主體421和節點端蓋422通過螺釘連接將節點軸423固定在兩者之間。進一步，控制節點42連同限位滑塊52一起在軌道底盤1上的滑槽中移動，鎖緊滑塊51則從軌道底座1的底部將控制節點41、限位滑塊52以及軌道底盤1通過兩顆螺釘鎖緊在一起，控制鎖緊的程度使得控制節點42在不松動的前提下可以沿著滑槽移動。此外，在長度較長的軌道中，所述限位滑塊52中還包含一塊密封拉板53，在控制節點42移動到較遠位置時拉出，對軌道進行密封。圖11是本發明分段式可伸縮環壁中間一段的正視圖。可見環壁單元41和控制節點42依次相連，一系列首尾相連的環壁單元41的內側壁面構成了圖1設計示意圖中所示的折線型線，近似了曲線型線，見圖中虛線所示。控制節點42和軌道底座1上均有刻度線，使得每個控制節點42在各自軌道上的位置可以被精確控制，從而達到準確調節蝸殼型線形狀的目的。圖12、13為本發明安裝了葉輪等部件后的三維造型圖。本發明為一種型線可調節風機蝸殼，在所有結構鎖緊后，可以在蝸殼內安裝外徑D2等于或小于設計外徑270mm、葉輪高度等于或小于140mm的離心葉輪用于進行蝸殼型線尋優的試驗測試，試驗時只需將蝸殼出口和氣動性能測量臺連接即可。本發明的實施例的裝配過程如下：(1)固定軌道底座；(2)將控制節點的節點主體安裝到軌道底座的對應軌道中，將鎖緊滑塊從軌道底座底部對齊節點主體并通過螺釘將其限定在軌道中，控制螺釘的鎖緊程度使控制節點在不松動的前提下可以沿著滑槽移動；(3)將每個環壁單元分別進行組裝，其背面鎖緊螺母擰緊到三塊隔板在不松動的前提下可以保持平行的相對滑動；(4)調整同一個控制節點兩側環壁單元的軸套位置，然后插入節點軸，最后擰緊控制節點頂部的螺釘鎖緊控制節點端蓋。依次可以完成整個分段式可伸縮環壁的安裝；(5)將外支架通過螺栓固定在軌道底座上；(6)安裝前蓋板，并用螺栓固定在外支架上，壓緊、固定整段分段式可伸縮環壁。本發明的實施例在使用時必須完成如下操作：(1)在預留的電機孔位安裝電機并密封；(2)安裝測試用葉輪；(3)安裝集流器。本發明在使用時進行如下操作來實現蝸殼型線的調節：(1)松開并卸下前蓋板；(2)滑動所有需要調節的控制節點至指定位置；(3)重新安裝前蓋板，壓緊、固定調節后的分段式可伸縮環壁。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3