CN102763054B

CN102763054B - 混合流导管式风扇

Info

Publication number: CN102763054B
Application number: CN201080064656.XA
Authority: CN
Inventors: J.P.弗兰斯; W.D.文森; Y.贾拉
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: US8649171B2; GB201200849D0; GB2483615B; DE112010005127T5; WO2011106020A1; CN102763054A; GB2483615A; US20120307440A1; DE112010005127B4

Abstract

根据至少一些实施例，一种计算机系统包括外壳（202），所述外壳（202）配置成保持至少一个资源单元（204）。该计算机系统还包括选择性地附连到所述外壳（202）的多个混合流导管式风扇单元（400）。每个混合流导管式风扇单元（400）都包括导管（102），所述导管（102）具有进气直径、钟形口直径和排气直径。钟形口直径小于进气直径和排气直径。

Description

混合流导管式风扇

背景技术

一些电子装置在机壳或外壳内达到高的背压水平。例如，在具有多个计算节点的服务器外壳中，可达到这些高的背压水平。风扇通常用于移动电子装置内的空气。然而，现有风扇设计在具有高的背压水平的电子装置中通常不够或效率低。

附图说明

为了详细描述本发明的示例性实施例，现在将参考附图，在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇的截面；

图2A-2B示出了根据本公开的实施例的服务器机架结构；

图3A-3B示出了根据本公开的实施例的另一个服务器机架结构；

图4A-4B示出了与图3A-3B和图4A-4B的服务器机架结构相容的导管式风扇单元；

图5示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇的对比流动性能图；

图6示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇的对比压力性能图；

图7示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇的对比功率消耗图；和

图8示出了根据本公开的实施例的另一个对比功率消耗图。

具体实施方式

某些措辞在以下描述和权利要求中用于指代具体系统部件。本领域技术人员将理解，计算机部件可以指代不同名称的部件。该文件不旨在区分名称不同而不是功能不同的部件。在以下讨论和权利要求中，措辞“包括”和“包含”以开放的方式使用，因而应当理解为表示“包括但不限于…”。同样，措辞“联接”旨在表示间接、直接、光学或无线电连接。因而，如果第一装置联接到第二装置，那么该连接可以通过直接电连接、通过经由其它装置和连接件的间接电连接、通过光学电连接或者通过无线电连接。

以下讨论涉及本发明的各个实施例。虽然这些实施例中的一个或多个可以是优选的，但是所公开的实施例不应理解或以其它方式使用为限制本公开的范围（包括权利要求）。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛应用，且任何实施例的讨论仅仅表示例示该实施例，而不旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）限于该实施例。

根据本公开的实施例，混合流导管式风扇包括导管，所述导管具有进气直径、钟形口直径和排气直径，其中，钟形口直径小于进气直径和排气直径。叶轮插入到钟形口直径和排气直径之间的导管内。混合流导管式风扇可理解为导管“混合流”叶片轴流式风扇，其中，“混合流”指的是径向空气流和轴向空气流。混合流导管式风扇可以与多节点服务器外壳或者内部达到高背压水平的其它电子装置一起实施。在一些实施例中，混合流导管式风扇实施为与多节点服务器外壳或其它电子装置的风扇位（fan bay，或风扇架）相容的混合流导管式风扇单元。

图1示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇100的截面。如图1所示，混合流导管式风扇100包括环状导管103（图示为部分102A-102F），其具有导管入口，导管入口具有大于钟形口直径的进气直径。环状导管102还包括导管出口，导管出口具有大于钟形口直径的排气直径。

环状导管102的各个部段显示为部段102A-102F。导管部段102A和102E是唇缘部段或钟形曲线部段，其将导管直径从进气直径减少为钟形口直径。导管部段102B和102E分别从导管部段102A和102D延伸，以将导管直径从钟形口直径增加至排气直径。根据至少一些实施例，在钟形口直径和排气直径之间的增加导管直径是线性的（即，在与导管部段102B和102E相对应的部段中环状导管102的形状是截头锥形）。因而，导管部段102B从导管部段102A到导管部段102C相对于中心轴线以线性方式径向地增加。类似地，导管部段102E从导管部段102D到导管部段102F相对于中心轴线以线性方式径向地增加。根据至少一些实施例，导管部段102B和102E之间的角度是大约10°。

导管部段102C和102F分别从导管部段102B和102E延伸，直到终止于导管出口。根据至少一些实施例，导管部段102C和102F保持排气直径，同时相对于中心轴线轴向延伸（即，在与导管部段102C和102F相对应的部段中环状导管102的形状是圆柱形）。

如图1所示，导管式风扇100包括叶轮103，叶轮103具有毂104和从毂104径向延伸的叶片106。毂104联接到定子108，定子108支撑在环状导管102内。在至少一些实施例中，毂104的直径随着环状导管102直径从钟形口直径线性地增加至排气直径而线性地增加（即，毂104的形状是截头锥形或部分截头锥形）。相对于中心轴线朝向导管排气口径向延伸的毂104的相对侧之间的角度可以是例如40°至50°之间。因而，在一些实施例中，毂104的线性增加直径部分比环状导管102的在钟形口直径和排气直径之间的线性增加直径部分的角度更大（例如，40°至50°对比10°）。

根据至少一些实施例，混合流导管式风扇100的某些尺寸可以相对于期望风扇尺寸确定。为了简单起见，风扇尺寸可以对应于排气直径（X）。在这种实施例中，钟形口直径为大约0.89*X，叶片插入（即，距叶片106的前缘开始从毂104延伸所在的导管入口的最小距离）为大约0.20*X，叶片偏移（即，在从毂104延伸的叶片106之间的最小径向距离）为大约0.36*X，且每个钟形口部段（即，与导管部段102A和102D相对应的曲线弧形部段）具有大约0.14*X的半径。

根据至少一些实施例，混合流导管式风扇100是混合流导管式风扇单元的一部分。例如，混合流导管式风扇单元可以与服务器机架风扇位相容。图2A-2B示出了根据本公开的实施例的服务器机架结构200。更具体地，图2A示出了服务器机架结构200的前侧图，图2B示出了服务器机架结构200的后侧图。如图2A所示，服务器机架结构200包括具有多个资源单元位203的机壳202。在图2A中，8个资源单元位203中的7个由资源单元204（例如，叶片）占据。服务器机架结构200还包括控制/信息接口205。在图2B中，机壳202显示为包括多个电源位210和多个风扇单元位207。更具体地，6个风扇单元位207中的5个由风扇单元208占据，且6个电源位210中的5个由电源206占据。根据至少一些实施例，每个风扇单元208包括混合流导管式风扇100。在图2A-2B中，所安装的资源单元204、电源单元206和风扇单元208的数量可以变化。

图3A-3B示出了根据本公开的实施例的另一个服务器机架结构300。更具体地，图3A示出了服务器机架结构300的前侧图，图3B示出了服务器机架结构300的后侧图。如图3A所示，服务器机架结构300包括具有多个资源单元位304和多个电源位308的机壳302。在图3A中，16个资源单元位304中的2个由资源单元307（例如，叶片）占据，且6个电源位308中的5个由电源306占据。服务器机架结构300还包括控制/信息接口305。在图3B中，机壳302显示为包括多个互连位311和多个风扇单元位312。更具体地，在图3B中，8个互连位311中的7个由互连单元310占据，且10个风扇单元位312中的9个由风扇单元308占据。根据至少一些实施例，每个风扇单元308包括混合流导管式风扇100。在图3A-3B中，所安装的资源单元307、电源单元306和风扇单元308的数量可以变化。

图4A-4B示出了与图3A-3B和图4A-4B的服务器机架结构相容的导管式风扇单元400。如图4A所示，导管式风扇单元400包括与服务器机架结构200或300中的任一个的风扇位（即，风扇位207或312）相容的外壳402。混合流导管式风扇100装配在外壳402内。导管式风扇单元400还可以包括状态指示器406（例如，发光二极管（LED）），状态指示器406指示导管式风扇单元400是工作还是发生故障，或者与导管式风扇单元400有关的信息是否由显示屏（例如，控制/信息接口205或305）显示。导管式风扇单元400还可以包括手柄404，手柄404允许将导管式风扇单元400锁定在其安装位置和解锁导管式风扇单元400。

图4B示出了服务器机架420，其中，导管式风扇单元400安装在机壳422中。导管式风扇单元400中的每个都可以根据需要选择性地移除或更换。例如，在图4B中，中间导管式风扇单元显示为从机壳422移除。

图5示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇100的对比流动性能图500。在图500中，混合流导管式风扇100的流动性能根据体积（单位：立方英尺每分钟（cfm））和静压力（英寸水标）确定。如图所示，混合流导管式风扇100的流动性能与2级轴流式风扇大约相同。此外，混合流导管式风扇100的流动性能大于1级叶片轴流式风扇、管状轴流风扇和标准叶轮风扇的流动性能。虽然混合流导管式风扇100的流动性能显示为大约等于2级轴流式风扇的流动性能，但是与2级轴流式风扇相比，混合流导管式风扇100提供诸如更大效率和较少噪音的益处。

图6示出了根据本公开的实施例的混合流导管式风扇100的对比压力性能图600。在图600中，混合流导管式风扇100的压力性能根据体积（单位：立方英尺每分钟（cfm））和差压（dP）确定。在图6中，混合流导管式风扇100的压力性能与1级叶片轴流式风扇进行比较。在低速时，混合流导管式风扇100表现大约等于1级叶片轴流式风扇，直到大约0.25 dP。在低速时，高于0.25 dP，混合流导管式风扇100比1级叶片轴流式风扇表现更好。如图所示，在低速时，与1级叶片轴流式风扇的失速点相比，混合流导管式风扇100的失速点被调节以避免表示受益于混合流导管式风扇100的系统环境（例如，结构200和300）的高阻力曲线。在高速时，混合流导管式风扇100比1级叶片轴流式风扇表现稍差，直到大约1.5 dP。在高速时，高于1.5 dP，混合流导管式风扇100比1级叶片轴流式风扇表现更好。如图所示，在高速时，与1级叶片轴流式风扇的失速点相比，混合流导管式风扇100的失速点被调节以避免表示受益于混合流导管式风扇100的系统环境（例如，结构200和300）的高阻力曲线。

图7示出了根据本公开的实施例的对比功率消耗图700。在图700中，功率消耗性能通过不同风扇机组和风扇速度消耗的瓦特数示出。在图7中，混合流导管式风扇机组与1级叶片轴流式风扇机组进行比较。如图所示，与1级叶片轴流式风扇机组相比，混合流导管式风扇机组（5个或6个风扇）在各个速度下减少功率消耗（在18％至35％之间）。例如，图700与图2A-2B的服务器机架结构200的功率消耗分析相对应，其中，采用高达6个风扇单元。

图8示出了根据本公开的实施例的另一个对比功率消耗图800。在图800中，功率消耗性能通过不同风扇机组和风扇速度消耗的瓦特数示出。在图8中，混合流导管式风扇机组与1级叶片轴流式风扇机组进行比较。如图所示，与1级叶片轴流式风扇机组相比，混合流导管式风扇机组（7个至10个风扇）在各个速度下减少功率消耗（在5％至22％之间）。例如，图800与图3A-3B的服务器机架结构300的功率消耗分析相对应，其中，采用高达10个风扇单元。

上述讨论意在说明本发明的原理和各个实施例。一旦完全理解上述公开内容，本领域技术人员将清楚许多变化和变型。所附权利要求旨在理解为包含所有这种变化和变型。

Claims

1.一种计算机系统，包括：

外壳（202），所述外壳（202）配置成保持至少一个资源单元（204）；和

选择性地附连到所述外壳（202）的多个混合流导管式风扇单元（400），其中，每个混合流导管式风扇单元（400）都包括导管（102），所述导管（102）具有进气直径、钟形口直径和排气直径，其中，钟形口直径小于进气直径和排气直径；并且

其中，每个混合流导管式风扇单元（400）还包括叶轮（103），所述叶轮（103）在钟形口直径和排气直径之间插入到导管（102）中。

2.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述外壳（202）是服务器机架机壳，所述服务器机架机壳具有多个资源单元位（203）和与所述多个混合流导管式风扇单元（400）相容的多个风扇位（207）。

3.根据权利要求2所述的计算机系统，其中，所述多个风扇位（207）位于服务器机架机壳的后侧上，且其中，混合流导管式风扇单元（208）安装到所述多个风扇位（207）中是可定制的。

4.根据权利要求1或2所述的计算机系统（200），其中，每个导管（102）都具有在钟形口直径和排气直径之间的线性增加直径部分（102B，102E），且其中，排气直径等于进气直径。

5.根据权利要求1或2所述的计算机系统（200），其中，所述叶轮（103）包括具有线性增加直径部分的毂（104）。

6.根据权利要求5所述的计算机系统，其中，毂（104）的线性增加直径部分比导管（102）在钟形口直径和排气直径之间的线性增加直径部分的角度更大。

7.一种混合流导管式风扇（100），包括：

导管（102），所述导管（102）具有进气直径、钟形口直径和排气直径，其中，钟形口直径小于进气直径和排气直径；和

叶轮（103），所述叶轮（103）在钟形口直径和排气直径之间插入到导管（102）中。

8.根据权利要求7所述的混合流导管式风扇（100），其中，所述导管（102）具有在钟形口直径和排气直径之间的线性增加直径部分（102B，102E），且其中，排气直径等于进气直径。

9.根据权利要求8所述的混合流导管式风扇（100），其中，所述导管（102）的线性增加直径部分（102B，102E）具有10度的角度。

10.根据权利要求7、8或9所述的混合流导管式风扇（100），其中，所述叶轮（103）包括具有线性增加直径部分的毂（104），毂（104）的线性增加直径部分比导管（102）在钟形口直径和排气直径之间的线性增加直径部分（102B，102E）的角度更大。

11.根据权利要求10所述的混合流导管式风扇（100），其中，毂（104）的与毂（104）的线性增加直径部分相对应的相对侧形成40-50度的角度。

12.根据权利要求7、8或9所述的混合流导管式风扇（100），其中，如果排气直径为X，那么钟形口直径为0.89*X。

13.根据权利要求7、8或9所述的混合流导管式风扇（100），其中，如果排气直径为X，那么距导管（102）进口的最小叶轮插入距离为0.2*X。

14.根据权利要求7所述的混合流导管式风扇（100），其中，所述混合流导管式风扇（100）是与服务器机架风扇位（207）相容的风扇单元（400）的一部分。

15.根据权利要求7、8或9所述的混合流导管式风扇（100），其中，与1级叶片轴流式风扇的失速区域相比，所述混合流导管式风扇（100）的失速区域在较高压力下发生。