CN100460689C

CN100460689C - 风扇、风扇组合及风扇系统

Info

Publication number: CN100460689C
Application number: CNB2005800322292A
Authority: CN
Inventors: Y·王; P·R·布什内尔; X·吉罗
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2025-09-07
Also published as: US7086825B2; US20060067820A1; WO2006036511A3; EP1800009A4; EP1800009B1; BRPI0514240A; WO2006036511A2; ES2403173T3; CN101027489A; EP1800009A2

Abstract

一种风扇，装配有具有钟形口和管道部分的壳体。这种风扇具有毂、多个从所述毂伸出的叶片和护罩。与所述叶片一体成形的护罩具有：上游的第一边缘；下游的第二边缘；在所述第一边缘和第二边缘之间延伸的内侧表面，和在所述第一边缘和第二边缘之间延伸的外侧表面，其中：沿着最接近所述第二边缘的护罩部分，所述外侧表面径向向内沿着纵向跨度朝所述第二边缘会聚。在与壳体和包围护罩的管道部分的配合中，该护罩具有用于产生隔离气泡以有效限制再循环流的装置。

Description

风扇、风扇组合及风扇系统

技术领域

本发明涉及供热通风和空气调节(HVAC)系统.更具体地说，本发明涉及用于这种系统的轴向流动旋转护罩风扇.

背景技术

在HVAC系统中风扇是普遍存在的.存在有多种风扇结构.一组风扇结构是轴向流动旋转的护罩风扇或者带状风扇.这些风扇包括在叶片外侧末端上的圆周护罩.为了提供较轻的重量和易于制造，许多这种风扇的叶片和护罩由塑料一体模塑成形.这种风扇通常位于接近热交换器下游的位置以便吸引气流穿越该交换器(例如，空气冷却的冷凝器).

多种效率问题使得更加注重风扇和相关环境(例如，外壳或外罩)的设计.一块损失效率的区域来自于叶片尖部附近空气的再流通.护罩的存在可以略微解决这种再流通的问题.不过，还提出了多种附加装置来进一步减少再流通.例如，美国专利5,489,186显示了一种这样的方案.

发明内容

本发明的一个方面涉及一种具有毂和多个从所述毂伸出的叶片的风扇.护罩与所述叶片一体成形，并具有第一边缘和第二边缘以及在所述第一边缘和第二边缘之间延伸的内侧表面和外侧表面.沿着最接近所述第二边缘的护罩部分，所述外侧表面径向向内沿着纵向跨度朝所述第二边缘会聚，以便有效产生用于限制再循环流的隔离气泡.

在各种实施中，所述纵向跨度可以至少为3mm。所述第一边缘可以具有第一直径，所述第二边缘可以具有大于第一直径的第二直径。第一风扇和第二风扇可以用同心容纳于所述第二风扇的部分护罩中的所述第一风扇的第一边缘叠置.所述风扇可以与壳体组合，该壳体包括具有边缘的第一部分，该边缘具有小于第一直径的第三直径；以及至少部分包围所述护罩的第二部分。所述壳体的第一部分可以为基本上向外纵向凹陷的钟形口。所述第二部分可以为伸出所述钟形口的排气道(stack)。所述风扇可以是可定向的，因此所述护罩的第一边缘面向上。所述排气道可以具有超出所述护罩第一边缘的远端。所述壳体第一部分可以部分地在所述护罩中。最接近第二边缘的部分护罩的外表面可以径向向内沿着至少3mm纵向跨度朝第二边缘会聚。部分护罩的横截面中部可以类似地沿着这样的纵向跨度会聚。所述毂可以支撑具有中心纵向孔和侧表面的中心金属元件。所述毂可以与叶片和护罩一体成形。所述毂形成为具有侧壁和底部的开口杯。所述毂还可以包括用于接合轴安装插入物的中心轮毂和多个沿着底部从轮毂延伸至侧壁并具有边缘的基本上径向延伸的肋。对于每一个叶片，可以设置有一条相关的与这种叶片根部对齐的肋。对于每一条肋，所述毂还可以包括形成在相关肋外侧部分中的纵向和横向延伸的柱状体。每一根柱状体具有特征为扁平中心腹板(web)和第一、第二末端突起的横截面。在相关柱状体的内侧，每根基本上径向延伸的肋的边缘一般在从内侧到外侧的纵向位置上增加。在相关柱状体的外侧，每根基本上径向延伸的肋棱的边缘一般具有从内侧到外侧的固定纵向位置。所述风扇还包括固定在毂开口端的聚合物盖子。所述风扇可以与带有轴的电动机组合，该电动机设置有与所述毂配合防止旋转的部分和与所述轴配合的定子，从而驱动该风扇。

本发明的另一方面涉及一种具有电动机的风扇系统。风扇由所述电动机驱动，并设置有毂、多个从所述毂伸出的叶片和护罩。壳体设置有至少部分包围所述护罩的管道。装置在所述壳体和所述护罩上用于在所述壳体与所述护罩之间产生有效限制再循环流的隔离气泡。所述壳体可以具有超出护罩下游边缘的下游边缘。所述护罩具有外径小于上游部分外径的下游边缘部分，从而在关闭电动机时有效地允许多个相同风扇按照部分嵌套的结构叠置。

本发明的再一方面涉及一种具有毂、多个从所述毂伸出的叶片和护罩的风扇。在与具有钟形口和至少部分包围护罩的壳体的配合中，所述护罩具有用于产生隔离气泡以有效限制再循环流的装置。

附图说明

在下面的附图和说明书中描述了本发明一个或多个实施方式的细节。从说明书和附图中以及从技术方案中将清楚本发明的其他特征、目的和优点。

图1是一对电风扇单元的局部分解图。

图2是图1电风扇单元之一的风扇组件的视图。

图3是图2风扇组件的局部纵向剖视图。

图4是图2风扇组件插入物的前端视图。

图5是图4插入物沿线5-5的纵向剖视图。

图6是图2风扇组件的毂的视图。

图7是图2风扇组件的护罩上游部分的纵向剖视图。

图8是叠置风扇组件的纵向剖视图。

图9是通过图2风扇组件的气流的局部纵向流动图。

图10是图9流动图的上游部分的放大图。

在各个附图中，同样的引用数字和标号表示同样的元件。

具体实施方式

图1显示了一对由HVAC系统的壳体元件22装配的电风扇单元20。每个风扇单元包括具有轴26的电动机24，该轴带有从容纳定子(图中未示)的壳体或壳体28中伸出的部分。在操作中，该电动机轴围绕风扇单元的共同中心纵轴500传动，从而在沿流动线路的下游方向上(例如，从直接下方/上游的冷凝器(图中未示))推动气流400。该风扇单元还包括安装在轴伸出部分的风扇(叶轮/转子)组件30。

在示例性实施例中，每个风扇单元20通过一对安装托架32安装到壳体组件上。在示例性实施例，每个风扇组件30同心安装在显示为从平面壳体壁42上的近端延伸到承载栅格篦44的远端(例如，下游边缘43)的排气道40的环形圆柱壳体管道部分中。也可能是其他结构。

图2和图3显示了该示例性风扇组件30的更多细节。该风扇组件30包括一体模塑成形的塑料元件50(图2)与金属插入物52(图3)的结合。该金属插入物至少部分地嵌入模塑组件的毂部分54中。叶片56从毂侧壁57的内侧根部末端向外旋转。该模塑组件还包括在叶片外侧末端的环形护罩58。该金属插入物包括用于容纳电动机轴的伸出端的中心纵向孔60。示例性中心孔60在金属插入物的作为第一端面的末端62与作为第二端面的末端64之间延伸，并且基本上包括与风扇轴共轴的右侧环形圆柱钻孔66(图4)和从至少一部分钻孔向外径向延伸的长孔状键槽68。该键槽容纳一部分销子70(图1)，该销子的另一部分类似地容纳于轴的键槽中，从而将该金属插入物与轴锁定以防止相对旋转。螺钉、螺栓或类似的固定件71(图1)可以设置有螺旋轴，延伸进入电动机轴和紧靠(例如，通过垫圈)前表面(第一表面)的止端轴承的螺旋孔中，从而防止风扇的意外纵向弹出。

金属插入物52具有侧表面，该侧表面的特征为4个棱面72(图4)限定了正方形的横截面。该正方形横截面可以与切割成这种插入物的条形原料(例如，黄铜)相对应。在示例性实施例中，为了改进插入物与模塑组件之间的纵向接合，可以在侧表面设置一个或多个凹槽74(图5)。示例性凹槽包括设置有环形圆柱底部76和带有轻微圆角过渡、接近径向的一对侧壁78和80的接近右侧的环形导槽。此外，示例性实施例还包括一对从前表面向内纵向延伸的螺纹盲孔82。如在下面更详细地描述，孔82偏离中心并且有助于将风扇从电动机/轴中取出。

在示例性制造过程中，从正方形截面的条形原料切割插入物的前体。这种切割(可能包括一个或多个阶段，比如粗切割和表面研磨)基本上形成了端面和侧表面的主要部分。切割的前体可以被固定(例如，在车床或类似设备上)，然后钻成中心钻孔66并切割成作为导槽的凹槽74。然后该前体被重新固定来打磨键槽68，然后再次重新固定来钻并敲打出孔82。

在形成插入物之后，它可以装在用于模塑成形模塑组件50的一部分模子(图中未示)中。可以组装该模子并注入塑料(例如，玻璃加强的聚丙烯)以形成该模塑组件。这种示例性模塑成形几乎完全将该插入物嵌入毂中。在示例性实施例中，模塑材料的腹板84和86(图3)沿着插入物末端62和64外侧部分延伸，并且其中设置有孔，以在此暴露在两个末端的导槽和末端62的钻孔。该孔优选径向远离该导槽充分延伸，以便允许固定件71与末端62接合(例如，通过容纳垫圈)以及电动机轴的肩部与上游末端64接合，从而纵向固定该插入物(例如，通过直接压缩接触)。由于电动机预先安装在适当的包围结构上，因此模塑组件与插入物的组合可以安装在轴上(例如，通过在轴26和销子70上滑动该插入物然后安装固定件71，和/或通过按压/干扰配合)。之后，可以在毂上(例如，通过毂圆周内的扣合)放置盖子88(例如，模塑塑料，比如未加固的聚丙烯)(图3)。

图3显示了风扇毂54的更多细节。该毂包括从容纳插入物52的中心轮毂102向外径向延伸的基壁100。在示例性实施例中，该基壁100接近轮毂上游末端，其中轮毂的上游端部包括轻微突出基壁上游表面上游的腹板86。该基壁设置有具有/到达侧壁57的圆角过渡的肩部103。圆周排列的腹板状径向延伸的肋104从轮毂102的外表面或者外周105的最近根部延伸至侧壁57的远端。每根肋104设置有从根部向外分叉的下游端面106。在相对外侧位置上(例如，大约在肋104径向跨度2/3的位置)，每根肋设置有柱状部分107。柱状部分107具有一对带有圆周末端突起110的圆周/横向延伸部分108(图6)。在示例性实施例中，下游柱状表面112(图3)基本上与侧壁57的下游边缘114和护罩58的下游边缘116对齐。柱状部分107将相关的肋104分别分成内侧部分118和外侧部分119。沿着该外侧部分119，末端106相对于下游边缘114和116仅略微凹进。末端106沿着内侧肋部分118的主要径向跨度部分基本上凹进。在示例性实施例中，该柱状部分装配有用于注入模塑成形材料的门。该柱状部分下游表面112可以通过模塑喷射针从模具中喷射模塑组件。表面112还可以装配有用于盖子88的相关底座120的邻接表面。盖子接头122以扣合/插销关系与侧壁57下游部分的内表面接合。

图3和图7显示了护罩58的更多细节。一般来说，护罩58通常具有内侧表面126和外侧表面128(图3)。护罩58具有从边缘116的上游伸出长度为L₁、基本上纵向延伸的第一部分130(图3)，该部分是护罩高度H₁的主要部分(例如，80-90％)。然后，该护罩具有向外弯曲的部分132(图7)，该弯曲部分从凹面向外过渡到向外凸出并且基本上延伸至半径最大位置134。上游在这里延伸成为锥形部分136，沿着该锥形部分内侧表面基本上是纵向的，外侧表面向内会聚于一半角度θ₁。示例性θ₁值为5-30°，更精确为12-25°。剖面的中线会聚于一半角度θ₂。示例性θ₂值为3-15°，更精确为6-12°。

从外罩22的平面壁42向外/向下游延伸的为钟形口146。示例性钟形口146是向外径向凹入的，下游接近纵向地会聚于下游边缘148。该钟形口部分地同心容纳于上游部分136中，其示例性径向间隔为S₁，示例性纵向重叠为S₂。示例性S₂为0-10mm。护罩外侧表面128与排气道内侧表面160之间的示例性间隔显示为沿着护罩第一部分130的常数S₃和在护罩半径最大位置134的最小数值S₄。

图8显示了风扇组件如何能够叠置运输。在叠置中，两个叠置风扇的第一个的护罩58下游部分伸进第二个风扇的护罩上游部分。第二个风扇的毂底部100同心容纳于第一风扇的毂侧壁57的下游部分中。尺寸优选使得：在第一风扇的毂边缘114的内侧部分与第二风扇毂肩部103的外表面间存在接触；以及第一风扇的护罩边缘116的外部与沿第二风扇的向外弯曲部分132的护罩内部表面间存在接触。这种双重接合(可能存在于空载条件下或者在非常轻微负载条件下(例如，示例性2-10个叠置风扇的重量负载))可以提供特殊的稳定性和防止运输叠置风扇时的损坏。在叠置中，示例性重叠S₅可以为H的10-15％。图8还显示了具有示例性外部直径最大值D1的风扇。示例性D₁值为0.5-1.0m。示例性高度H为0.08-0.15m。在其下游边缘114处，示例性毂内径D₃为0.25-0.35m。沿着部分130的示例性特征(例如，平均值或中间值)厚度T₁可以为2-4mm。在位置134处，示例性厚度T₂与之相似。在上游边缘117(或与之接近)(例如，0.5mm或1.0mm内)处，示例性厚度T₃等于或小于T₂的一半(例如，1.0-2.0mm)。会聚可以发生在纵向跨度(例如，位置134与上游边缘之间)上，超过T₂的150％。

图9示意性显示了从钟形口146下游的壳体内部401上游到外部402形成的流动400。这种流动穿过护罩的中心环形区域403。这种流动的特征为多条环形流动线路(连路以剖面显示)，其中显示了单条线路400A。穿过环形外侧护罩区域404，在内侧区域403与护罩内侧表面126之间的是向下后方穿过在护罩外侧表面128与排气道内侧表面之间的区域406的再循环流。多条示例性流动线路408A、408B和408C说明了这种再循环流。所见的这些流动线路408C的最内部基本上沿着护罩内侧表面通过。向外弯曲部分132和向内锥形部分134的存在有助于在再循环流与邻接部分的内侧表面126之间产生环形间隔区域/气泡410(图10)。在间隔区域内，具有特征为流动线路412的再循环流。这种隔离气泡的作用是，对于给出的物理径向间隔S1，具有更小的用于主要再循环流通过的径向截面跨度S₆(例如，截面面积)。需要避免由振动、空气扰动和外部物体冲击等在护罩与钟形口之间产生的碰撞。这表明支持大间隔(例如，对于所示实施例的S₁)。然而，最小化由主要再循环流产生的损失反对大间隔。因此，隔离气泡410的存在有助于兼顾大间隔抗干扰的好处和小间隔高功效的好处。

已经描述了本发明一个或多个实施方式。不过，应当理解在本发明精神和范围内可以进行各种修改。例如，当对现有电风扇进行再设计或再制造时，现有风扇的细节可以影响任何具体实施的细节。因此，其他实施方式都将落入所附技术方案的范围内。

Claims

1.一种风扇，包括：

毂；

多个从所述毂伸出的叶片；以及

与所述叶片一体成形的护罩，并且所述护罩具有：

上游的第一边缘；

下游的第二边缘；

在所述第一边缘和第二边缘之间延伸的内侧表面，和

在所述第一边缘和第二边缘之间延伸的外侧表面，

其中：

沿着最接近所述第二边缘的护罩部分，所述外侧表面径向向内沿着纵向跨度朝所述第二边缘会聚，以便有效产生用于限制再循环流的隔离气泡。

2.如权利要求1所述的风扇，其中：

所述纵向跨度至少为3mm。

3.如权利要求1所述的风扇，其中：

所述第一边缘具有第一直径；以及

所述第二边缘具有大于第一直径的第二直径。

4.如权利要求1所述的风扇，其中：

最接近第二边缘的部分护罩的横截面中部径向向内沿着至少3mm纵向跨度朝第二边缘会聚。

5.如权利要求1所述的风扇，其中所述毂与叶片和护罩一体成形。

6.如权利要求1所述的风扇，其中所述毂形成为具有侧壁和底部的开口杯。

7.如权利要求6所述的风扇，其中所述毂还包括：

用于接合轴安装插入物的中心轮毂；以及

多个径向延伸的肋，所述肋沿着底部从轮毂延伸至侧壁并具有边缘。

8.如权利要求7所述的风扇，其中：

对于每一个叶片，设置有相关的所述肋中的一条，与这种叶片根部对齐。

9.如权利要求7所述的风扇，其中所述毂还包括：

对于所述每一条肋，一纵向和横向延伸的柱状体形成在该相关的所述肋的外侧部分中。

10.如权利要求9所述的风扇，其中

每一根柱状体具有特征为扁平中心腹板和第一、第二末端突起的横截面；

在相关柱状体的内侧，每根径向延伸的肋的边缘在从内侧到外侧的纵向位置上增加；以及

在相关柱状体的外侧，每根径向延伸的肋的边缘具有从内侧到外侧的固定纵向位置。

11.如权利要求1所述的风扇，还包括固定在毂开口端的聚合物盖子。

12.如权利要求1所述的风扇，其与驱动该风扇的电动机组合。

13.一种风扇组合，其包括一壳体和如权利要求3所述的风扇，该壳体包括：

具有第一边缘的第一部分，该第一边缘具有小于第一直径的第三直径；以及

至少部分包围所述护罩的第二部分。

14.如权利要求13所述的风扇组合，其中：

所述第一部分为纵向凹陷的钟形口；以及

所述第二部分为伸出所述钟形口的排气道。

15.如权利要求14所述的风扇组合，其中：

所述护罩的第一边缘面向上；以及

所述排气道具有超出所述护罩第一边缘的远端。

16.如权利要求13所述的风扇组合，其中：

所述壳体第一部分部分地位于所述护罩中。

17.一种风扇系统，具有：

电动机；

由所述电动机驱动的如权利要求1所述的风扇；以及

具有至少部分地包围所述护罩的管道的壳体。

18.如权利要求17所述的风扇系统，其中：

所述壳体具有远端的下游边缘，所述远端的下游边缘位于护罩下游的第二边缘的下游。

19.如权利要求17所述的风扇系统，其中：

调节所述护罩的内侧表面和外侧表面的尺寸，从而在关闭电动机时有效地允许多个相同风扇按照部分嵌套的结构叠置。