CN101334043B - 轴流式风扇 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴流式风扇，其具有可提高轴流式风扇的效率、并可提高后缘薄壁部的强度和加工性的风扇的翼型。本发明的轴流式风扇包括具有背压侧表面(7)、正压侧表面(8)和后端面(9)的动叶片(1)。背压侧表面(7)的形状与规定翼型的形状相同，正压侧表面(8)的后端部(8a)对规定翼型的形状进行了变更。由正压侧表面(8)的后端部(8a)、与该后端部(8a)相对的背压侧表面(7)和后端面(9)构成的叶片后端部(10)的厚度是比规定翼型的叶片后端部的厚度厚并具有规定强度以上的厚度。

Description

轴流式风扇
技术领域
本发明涉及一种轴流式风扇，尤其涉及可提高在旋转电机中使用的轴流式风扇的效率、并可提高轴流式风扇的叶片后缘部的强度和加工性的轴流式风扇的叶片。
背景技术
一般而言，在作为旋转电机的冷却用风扇使用的轴流式风扇中，叶片的截面形状、即翼型使用的是基于NACA型空气动力学翼型(下面称为NACA翼型)的翼型。由于NACA翼型呈后缘部的形状朝着后端侧变薄的形状，因此该后缘薄壁部的强度减小，加工也很困难。因此，一般使用省略了该后缘薄壁部的翼型。
在专利文献1中公开了一种具有防紊流部的翼型，该翼型在NACA翼型的基础上减小了叶片中央部的厚度，但叶片后缘部与NACA翼型相同。
专利文献1：日本专利特开2003-74495号公报(0018段至0026段，图3)
然而，专利文献1的翼型是基于NACA翼型的翼型，其后缘部与NACA翼型相同，因而既不能确保后缘薄壁部的强度也不能解决加工困难的问题。
另外，对于省略了后缘薄壁部的翼型，叶片前端与叶片后端之间的距离、即叶片长度变短，风量减小，正压侧表面与背压侧表面之间的差压也减小。若为了弥补该风量和差压的减小而减小斜置角，则会存在轴流式风扇的效率下降的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种具有可提高轴流式风扇的效率、并可提高后缘薄壁部的强度和加工性的风扇的翼型的轴流式风扇。
本发明的轴流式风扇包括具有背压侧表面和正压侧表面的动叶片。背压侧表面的形状与规定翼型的形状相同，正压侧表面的后端部对规定翼型的形状进行了变更。夹在正压侧表面的后端部和与该后端部相对的背压侧表面之间的叶片后端部的厚度是比规定翼型的叶片后端部的厚度厚并具有规定强度以上的厚度。
在本发明的轴流式风扇中，动叶片的背压侧表面的形状与规定翼型的形状相同，动叶片的正压侧表面的后端部对该规定翼型的形状进行了变更，叶片后端部的厚度是具有规定强度以上的厚度，因此，可提高轴流式风扇的效率，并可提高翼型后端部的强度和加工性。
附图说明
图1是表示本发明实施形态1的轴流式风扇的叶片部的图。
图2是实施形态1的动叶片的鸟瞰图。
图3是表示图2的动叶片的后缘部的翼型形状的图。
图4是表示本发明实施形态2的轴流式风扇的动叶片的后缘部的图。
图5是表示实施形态2的轴流式风扇的风扇效率与叶片后端部的厚度比例之间的关系的图。
图6是表示本发明实施形态3的轴流式风扇的动叶片的后缘部的图。
图7是图6的叶片后端部的后端侧的放大图。
(符号说明)
1动叶片
4静叶片
7背压侧表面
8正压侧表面
8a正压侧表面的后端部
10叶片后端部
11后端直线
d1后端侧厚度
d2根部侧厚度
具体实施方式
实施形态1
图1是表示本发明实施形态1的轴流式风扇的叶片部的图。动叶片1安装在与轴流式风扇的转轴2相连的轮毂3上，并在驱动转轴2的驱动装置(未图示)的作用下旋转。静叶片4安装在外壳5上。外壳5包围动叶片1、静叶片4、轮毂3，并形成轴流式风扇的流路。
图2是实施形态1的动叶片的鸟瞰图，图3是表示图2的动叶片的后缘部的翼型形状的图。在图3所示的后缘部6，符号7表示背压侧表面，符号8表示正压侧表面，符号8a表示正压侧表面的后端部，符号9表示后端面。动叶片1的翼型将NACA翼型作为基本形状，并对NACA翼型的后缘部6进行了修正。图3在动叶片1的翼型上重叠表示了NACA翼型的形状，与动叶片1的翼型不同的部分用虚线来表示。在动叶片1的翼型与NACA翼型重叠的部分上表示了翼型和NACA翼型的符号，NACA翼型的符号表示在括号内。后面的附图和符号也同样地进行表示。
NACA翼型的背压侧表面20与动叶片1的翼型的背压侧表面7一致，但NACA翼型的正压侧表面21在叶片后端侧与动叶片1的翼型的正压侧表面8不同，朝着叶片后端逐渐靠近背压侧表面20。符号22是NACA翼型的叶片中心线(中弧线)。边界C是NACA翼型的正压侧表面21与正压侧表面8一致的边界。边界C也是正压侧表面的后端部8a与正压侧表面8的前缘侧之间的边界。边界D是过边界C的叶片中心线22的垂线与背压侧表面20相交的边界。符号21a是NACA翼型的从边界C起的后缘侧、即正压侧表面的后端部。
在动叶片1的翼型上，背压侧表面7与NACA翼型的背压侧表面20一致，正压侧表面8的从边界C起的前缘侧与NACA翼型的正压侧表面21一致，因此，边界D也是动叶片1的叶片中心线的垂线与背压侧表面7相交的边界。将从正压侧表面8的边界C和背压侧表面7的边界D起的后缘侧的部分作为动叶片1的叶片后端部10。
边界C需要比在NACA翼型上强度不足的后缘薄壁部的边界更靠前缘侧。另外，由于强度不足的边界因轴流式风扇的转速、送出或吸引的流体的变化而变化，因此需要在考虑余量的基础上适当选择该边界C。
在NACA翼型上，在背压侧表面20与正压侧表面21之间的后缘部的厚度朝着叶片后端逐渐变薄，越是靠近叶片后端侧，强度就越小，很难加工成强度小的部分较长的规定形状。因此，在实施形态1中，为了提高包括与NACA翼型的后缘薄壁部相应的部分在内的叶片后端部10的强度和加工性，将正压侧表面8的后端部8a与相对的背压侧表面7的后缘部之间的叶片后端部10的厚度、即后端部厚度做成一定的厚度d1。该厚度d1是通过考虑轴流式风扇的使用环境所得出的叶片寿命等计算出的具有规定强度以上的厚度。将背压侧表面7的形状做成与NACA翼型的背压侧表面20的形状相同，以不会导致轴流式风扇的效率下降。后端面9的形状例如是从背压侧表面7的后端A弓形地连接正压侧表面8后端B的形状。
在动叶片1的翼型上，背压侧表面7的形状做成与NACA翼型相同，正压侧表面8的形状仅在正压侧表面的后端部8a对NACA翼型进行了修正，因此，可将修正后的后端部上的气流的脱流限制在最小限度。由此，包括了具有上述形状的翼型的动叶片的轴流式风扇可获得不逊色于具有NACA翼型的情况的风扇性能、风扇效率。
由于将利用了NACA翼型的基本性能的翼型应用于轴流式风扇，因此无需通过试制来确认性能并重复地进行修正和调整。由此，可节省轴流式风扇的动叶片1的试制费用、时间，可缩短轴流式风扇的开发时间。此外，还可减少开发费用。
如上所述，在实施形态1的轴流式风扇中，动叶片1的背压侧表面7与规定翼型的形状相同，动叶片1的正压侧表面8的后端部8a基于该规定翼型的形状进行了变更，叶片后端部10的厚度为具有规定强度以上的厚度，因此，可提高轴流式风扇的效率，并可提高翼型后端部的强度和加工性。
实施形态2
图4是表示本发明实施形态2的轴流式风扇的动叶片的后缘部的图。与实施形态1的不同之处在于，通过改变动叶片1的叶片后端部10的后端侧厚度和根部侧厚度，使正压侧表面的后端部8a与正压侧表面8平滑地连接。图4在动叶片1的翼型上重叠表示了NACA翼型的形状，与动叶片1的翼型不同的部分用虚线来表示。
叶片后端部10的后端侧厚度为厚度d1。叶片后端部10的根部侧厚度为比厚度d1厚的厚度d2，该后端部厚度从后端部朝着前缘侧逐渐变化。例如，可使后端部厚度从后端部朝着前缘侧线性增加。由此，正压侧表面的后端部8a与比该后端部8a更靠近前缘侧的前缘部平滑地连接。因此，与实施形态1相比，可抑制后端部上的气流脱流。另外，由于动叶片1的根部端侧的厚度d2比厚度d1厚，因此边界C和边界D比实施形态1更靠近前缘侧，可使叶片后端部10的强度比实施形态1大。
图5是表示轴流式风扇的风扇效率与叶片后端部10的厚度比例之间的关系的图。横轴表示叶片后端部10的厚度比例、即d2/d1，纵轴表示轴流式风扇的风扇效率ηFAN。图5所示的η1是使用NACA翼型时的风扇效率，η2是叶片后端部10的厚度比例d2/d1为1时的风扇效率。在叶片后端部10的厚度比例d2/d1为1时与实施形态1时相当。
在使叶片后端部10的厚度比例d2/d1从1开始增大时，风扇效率提高，接近使用NACA翼型时的风扇效率η1。若继续增大叶片后端部10的厚度比例d2/d1，则风扇效率转为下降。在叶片后端部10的厚度比例d2/d1成为2时，风扇效率成为η2，若继续增大叶片后端部10的厚度比例d2/d1，则风扇效率变得比实施形态1时更低。因此，叶片后端部10的厚度比例d2/d1最好是在1以上2以下的范围内。
上面对后端部厚度从后端部朝着前缘部线性增加的情况进行了说明，但后端部厚度也可以到后端部的途中为止为一定厚度d1，之后逐渐增。这种情况下也可以使正压侧表面的后端部8a与正压侧表面8平滑地连接。另外，后端部的厚度变化并不局限于线性增加的情况。
实施形态3
图6是表示本发明实施形态3的轴流式风扇的动叶片的后缘部的图，图7是图6的叶片后端部的后端侧的放大图。与实施形态2的不同之处在于，可做成使正压侧表面的后端部8a与正压侧表面8的前方部更为平滑地连接的形状。图6和图7在动叶片1的翼型上重叠表示了NACA翼型的形状，与动叶片1的翼型不同的部分用虚线来表示。
实施形态3的动叶片1的翼型如下确定。在动叶片1的翼型上，背压侧表面7的形状做成与NACA翼型相同，正压侧表面8的形状仅在正压侧表面的后端部8a对NACA翼型进行修正。使从与NACA翼型的背压侧表面的后端相同的背压侧表面的后端A离开规定厚度d1的正压侧表面的后端B位于NACA翼型的后端直线11、即连接背压侧表面的后端A与NACA翼型的正压侧表面的后端E的直线上。另外，由于叶片厚度是在与叶片中心线正交的方向上测量得到的在翼型的背压侧表面7与正压侧表面8之间的距离，因此后端直线11也可以是规定后端侧厚度d1的与叶片中心线正交的线。
接着，将该NACA翼型的后端直线11上的位于正压侧表面8侧的点作为中心点O(未图示)，并将正面侧表面的后端部8a的形状做成以该中心点O为中心的圆弧形状。此时，选择正压侧表面的后端部8a与正压侧表面8的前缘侧之间的边界C，以使叶片后端部10的根部端侧的后端部厚度成为规定的d2。后端面9的形状例如可以使从背压侧表面7的后端A到正压侧表面8的后端B成为半圆形。
采用上述方法，即使任意选择叶片后端部10的根部端侧的后端部厚度d2，也可以在正压侧表面8的边界C上使叶片后端部10与正压侧表面8的前缘侧平滑地连接。
如上所述，与实施形态2相比，正压侧表面的后端部8a可使该后端部8a与前方的前方部更为平滑地连接。由此，与实施形态2相比，可抑制后端部上的气流脱流，并可提高轴流式风扇的风扇效率。此外，还具有如下优点，即通过确定动叶片1的叶片后端部10的后端侧厚度d1和根部侧厚度d2，可使正压侧表面的后端部8a的形状唯一确定。
在实施形态1～3中，作为规定翼型，对使用了NACA翼型的例子进行了说明，但也可应用于后缘部变薄的其它翼型的修正。此外，对将修正后的翼型应用于轴流式风扇的动叶片的例子进行了说明，但也可将修正后的翼型应用于轴流式风扇的静叶片。

Claims (4)

1.一种轴流式风扇，包括：可旋转的转轴、以围绕该转轴的形态配置并与转轴一起旋转的多个动叶片、以及以围绕所述转轴的形态配置的多个静叶片，其特征在于，
所述动叶片具有背压侧表面、正压侧表面和后端面，
所述背压侧表面的形状与规定翼型的形状相同，
所述正压侧表面的后端部对所述规定翼型的形状进行了变更，
夹在所述正压侧表面的后端部和与该后端部相对的所述背压侧表面之间的叶片后端部的厚度是比所述规定翼型的叶片后端部的厚度厚并具有规定强度以上的厚度，其中所述规定翼型是基于NACA型空气动力学翼型的翼型。
2.如权利要求1所述的轴流式风扇，其特征在于，所述叶片后端部的厚度一定。
3.如权利要求1所述的轴流式风扇，其特征在于，所述正压侧表面的后端部与该后端部的前缘侧的前缘部平滑地连接，叶片后端部的厚度比例为1以上2以下的范围，所述叶片后端部的厚度比例将所述叶片后端部的厚度中的后端侧的后端侧厚度作为分母，并将所述叶片后端部的厚度中的根部侧的根部侧厚度作为分子。
4.如权利要求1或3所述的轴流式风扇，其特征在于，所述正压侧表面的后端部的形状是以下述点为中心的圆弧形状，所述点在规定所述后端侧厚度的与所述动叶片的中心线正交的线上并位于所述正压侧表面侧。
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