CN104204541B - 轴流式通风装置或斜流式通风装置 - Google Patents

轴流式通风装置或斜流式通风装置 Download PDF

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Abstract

轴流式通风机或斜流式通风机具有转动轮(34)，其设有特定轮廓的转动叶片(32)。这些转动叶片相应具有吸入侧(46)、在旋转方向(36)上看处在前面的带有流入边(44)的区段和在旋转方向(36)上看处在后面的带有排出边(92)的区段。在这两个区段之间在相关的叶片(32)的吸入侧(46)上设置有分离边(66)，其在子午截面中具有S形的轮廓。

Description

轴流式通风装置或斜流式通风装置
技术领域
本发明涉及带有通风装置叶轮的轴流式通风机或斜流式通风机，该通风装置叶轮也被称为转动轮。
背景技术
在转动叶片的吸入侧上在运行中形成边界层。在通风机中，由通风机所产生的正的压力梯度作用到该边界层上，且由此的结果是边界层可分离。边界层的这样的分离的缺点是更高的阻力和升力损失(英文：stall，即失速)。由此不利地影响通风机的效率，并且其声发射增加。
为了防止流分离或者使流分离的开始朝相关的翼片的排出边的方向上移动，开发了所谓的紊流器。该概念意指用于迫使层流至紊流的转变的措施。紊流边界层相对层流边界层的优点在于其更高的动能，因此其可在没有分离的情况下克服更大的压力上升。但这种紊流器对于快速旋转的通风机而言没有意义，因为在快速旋转的通风机中流本来就是紊流。文献 FR 2 282 548 A1显示了一种带有特定轮廓的转子叶片的通风装置，其具有流入边和排出边，在它们之间存在在不同的部位处突出的波状的区域。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种带有改善的特性的新型通风机。
该目的通过根据本发明的通风机来实现。
为了改善在叶片表面上的流动情况，本发明使用在叶片表面上的不连续部(Diskontinuität)。不连续部在专业术语中例如被称为分流棱边(Abrisskante)、梯级部(Stufe)或“绊索(Stolperdraht)”。常规的绊索沿径向伸延且在通风机缓慢旋转时在转动叶片的流入边(进入边)附近引起层流至紊流的转变。已经显示出，在这样的绊索中，流取决于转动叶片的负荷在叶片轮廓的吸入侧处被分离。自该时刻起，轮廓由突然变厚的、未紧贴的且杂乱的流包围。对于毗邻的流而言，这具有与当转动叶片明显更厚时相同的效果。由此，通风机的叶片间通道被部分或完全封锁，并且所输送的容积流因此而减少。(“叶片间通道”理解成在相邻的两个转动叶片之间的通道)。
出于该原因，已优化轮廓的分离边的形状跟随在相关的叶片的排出边附近的分离区域的轮廓。由此为边界层在分离开始的部位处供应附加的能量。在梯级部之后形成由微型旋涡构成的再循环区，毗邻的流可在该再循环区上低摩擦地滑动。不同于在常规的分离边中的情况，相比通过常规形状的梯级部，该分离区或者关于相关的翼片的排出边更明显地移位，或者完全排除分离区。因此得出下面的优点：
• 大约6.3%的压力收益(通过CFD模拟确定)(CFD模拟意指通过数字流体力学的模拟)
• 降低在自由吹出的区域中的声功率，即降低通风装置噪声。
通过在相关的转动叶片的吸入侧上的轮廓已优化的分离边在沿着叶片表面(在吸入侧上)下游形成扩展的再循环区域。该再循环区域降低了处在其上的流体层的摩擦。由此可为边界层重新供应动能。其能量平衡转移到稳定的区域中，并且流分开移动到处在下游的区域中。这延长了转动叶片的有效区域，且因此将流相应其排出轮廓导引通过该转动叶片。因为此时对于通风机的整个工作范围而言近似最佳地流入该转动叶片，所以在设计点旁边的区域中降低由通风机发出的声功率。
分离边的形状在理想情况下匹配于在设计点中的分离区的轮廓，并且其描述了相对于分离区域的轮廓成通风机叶轮的直径D的大约1%至2%的间距DS的平行曲线。这是必要的，以便在不同于设计点的运行状态中达到有效性。因此，分离边通常具有伸展的S形的形状，其近似平行于相关的转动叶片的分离边伸延。
附图说明
本发明的其他的细节和有利的改进方案由在下面说明的且在附图中示出的、决不可理解为限制本发明的实施例以及从属权利要求得出。其中：
图1显示了轴流式通风装置的通风装置叶轮的一优选的实施方式的图示，其中，仅针对一个转动叶片示出了分离边和在其处出现的流，
图2显示了在常规的转动叶片(图2a))中和在改善的转动叶片(图2b))中的涡流形成的图示，
图3显示了转动叶片的优选的区域的图示，在该区域中优选布置有S形的分离边，
图4显示了显示出可获得的优点的图表，
图5显示了通风装置的分解图示，在其中在转动叶片的吸入侧上设置有相应的“绊索”，以及
图6的图6a)至6d)显示了用于说明本发明的结构图。
具体实施方式
图1显示了用于轴流式通风机的转动轮(通风装置叶轮)30的主要部分，该轴流式通风机例如示例性地在图5中以分解图示进行了显示。
在该示例中，转动轮30具有特定轮廓的五个转动叶片(翼片)32，其与轮毂34相连接。转动轮30的旋转方向以36来表示、且在该示例中当从上方在箭头38的方向上观察转动轮30时顺时针移动。
轮毂34具有开口40，在平衡时，只要确定不平衡，便可将所谓的平衡重物插入到该开口中。
因为转动叶片32大多是相同的并且彼此具有相同的或类似的角距，所以详细地考虑转动叶片32中的其中一个便已足够，在图1中左下侧示出了该转动叶片。转动叶片通常与轮毂34和其他的转动叶片32一起制成，经常作为注射成型件由合适的塑料或合适的金属制成。
转动叶片32具有流入边(进入边)44，其在此轻微地呈镰刀状。转动叶片32的在图1中可见的上侧是该转动叶片32的吸入侧46。转动叶片32的在图1中不可见的下侧48是该转动叶片32的压力侧。在相邻的转动叶片32之间延伸有叶片间通道50，所泵送的空气流动通过该叶片间通道。叶片间通道50应尽可能地没有流的阻碍物，以便通风装置(通风机)20可以高效的方式将空气或其他气体在箭头38的方向上从吸入侧输送至压力侧。
根据图1，气流在转动叶片的吸入侧(上侧)46上自其流入边44起首先近似在周向方向上移动，且然后由于空气动力学的作用在分离区(分开区域)45中过渡到更多地向外指向的流中。过渡发生在分离边(梯级部、棱边、不连续部)66的区域中。分离边从在转动叶片根部(翼片根部)70处的中间区域68且首先在区域72中以近似径向的方向延伸，区域72然后过渡到左弯曲部74中。左弯曲部74然后过渡到右弯曲部76中，其近似延伸直至相关的转动叶片32的外缘78。分离边66于是具有交替弯曲的曲线的形状，其还可被称为在长度方面伸展的S形。曲线处在带区B中，其限制线100、102向外落在0º与40º之间(参见图3)。相对于流入边44来测量，带区B处在在图6中示出的转动叶片长度(翼片长度)L的30%－100％的区域中。
在理想情况下，分离边66的形状匹配于在通风装置的设计点中的分离区45的轮廓。其描述了关于分离区的轮廓成转动轮直径D的大约1％至2%的间距的平行曲线。这是必需的，以便即使在不同于设计点的运行状态中同样达到有效性。因此，分离边66通常具有交替地弯曲的曲线的形状，如在图1中示出的那样。
为了说明参考图2。根据图2a)的上面的图示显示了作为通过不带有分离边66的转动叶片32old的截面的轮廓33old以及环绕转动叶片32old的气流80。因此，在32old和33old中的字母“old”表明未设置分离边66。取决于转动叶片32old的负荷，流80可在轮廓33old的吸入侧46上的分离区45中分离，例如在图2a)中以“A”表示的部位处开始。分离区45的位置可通过CFD模拟来确定，或通过所谓的涂色试验(Anstrichbilder)来确定。在此将油涂到相关的转动叶片32old上，且使通风装置20置于运行中。只要油不干燥，油就跟随在转动叶片的表面上的流线。在流分开的区域中，流线62不再在周向方向上伸延，而是更确切地说在沿径向向外的方向上伸延。
对于轮廓33old，自位置A起，其由突然变厚的、未紧贴的且不规则的流82环绕。毗邻的流84此时感觉转动叶片32old的轮廓33old比其实际情况明显更厚。通风机的叶片间通道50(即其有效的通过截面)由此变窄，并且通风功率(所输送的容积流)降低。
为了避免或至少减少该问题，根据示出转动叶片32的轮廓33的图2b)，在区域“A”(参见图2a)，流在该区域处分开)之前不远处设置有分离边66。在此处为边界层重新加载动能，并且由此可避免流的分开。在分离边(梯级部)66之后形成由微型旋涡构成的再循环区域88，毗邻的流90可在该再循环区域88上低摩擦地滑动。同样在图3中示出了区域88。分离区45或者相比通过常规的绊索还要更多地朝排出边92的方向上移位，或者甚至完全排除分离区45，参见图2b)。因此得出下面的优点：
• 大约6.3%的压力收益，通过CFD模拟来确定
• 降低在自由吹出的区域中的声功率。
因为为边界层在半途中重新供应动能，所以其能量的平衡移位到稳定的区域中，并且流分开移动到处在下游的区域中。这延长了转动叶片32的有效区域且因此将流相应于其排出轮廓导引到导向器上。因为此时在通风机的整个运行区域中近似最佳地流入导向器，所以在设计点旁边(即在针对其设计通风机的部位旁边)的区域中降低了由通风机发出的声功率。
因此，在图1中，在分离边(梯级部)66的下游的区域中形成薄的再循环区域88(图2b))，并且该再循环区域可为处在其之上的流体层90供应以附加的能量。由此使流分离延迟，即使流朝排出边92的方向上移动。排出边92可是锯齿状的，以便降低通风装置噪音。
分离边66应在分离区45(图1)之前已存在短的间距，由此可在该处避免流的分开。
排出边92可是锯齿状的。该有利的设计对分离边66没有影响。其用于降低在排出边92的区域中的噪音生成。
图4显示了运行特征曲线的比较。在横坐标上标绘了(未示出的)节气门的位置POS，而在纵坐标上示出了以dB/1pW为单位的声功率LWA。实线的特征曲线130是带有优化的分离边66的轮廓的通风机的特征曲线，而虚线的特征曲线132是不带有分流棱边(如在图2a)中示出的那样)的通风机的特征曲线。特别的通风机的设计点处在节流位置POS=1400处。自由吹出的区域处在节流位置POS=2500处。轴流式通风机经常在这两个点(1400和2500)之间的区域中运行，并且在此带有分离边66的通风机是有利的。(该特别的通风机的设计点处在POS=1400处。)
图6d)显示了转动轮30的直径D。分离边66在图6d)中并未直接在分离区45的边缘处伸延，而是与该区域成预先给定的安全间距DS(其大约为D的百分之一至百分之二)。在此，分离边66如在图6d)中示出的那样匹配于分离区45的轮廓带有很大的优点。
图3显示了带区B，分离边66在该带区中伸延。因为分离边66跟随分离区45的轮廓，所以其是弯曲的且因此处在带区B的限制线100与102之间。限制线优选并未正好沿径向伸延，而是其内部的部分关于旋转方向36相比外部的部分更加向前。
图5显示了通风机的分解图示。在下面看出通风装置壳体110，在其中固定有承载支承管114的凸缘112。在该支承管上固定有ECM118(电子换向马达118)的内定子116。马达118具有永磁式的外转子120，在其上固定有转动轮30的轮毂34，例如通过粘接或压装。
在支承管114中支承有外转子120的(在图5中不可见的)轴。为此利用两个球轴承124、126，其通过弹簧128彼此挤压。
图6a)至图6d)以结构图显示了在设计转动轮30时的思想。
步骤S1至S4具有如下内容：
S1=步骤1：针对所定义的工作点(输送量、压力、转速)来设计通风装置；
S2=步骤2：确定分离区45；
S3=步骤3：确定毗邻于分离区45的棱边69(虚线)的形状；
S4=步骤4：安全裕度DS限定分离边的最终形状。
在图6a)中，针对所定义的工作点设计通风装置，例如，在图4中针对POS=1400的节流位置，并且针对根据降低的音强的曲线形状(图4)，特别在POS=1400－2500的范围中，其中，POS=2500相应于自由吹出的区域。例如，现存的通风装置类型还可根据本发明如此改善，即，在无额外成本的情况下降低其声功率。
在图6b)中，确定分离区45的位置，例如通过所谓的涂色试验，如已描述的那样。CFD模拟同样可用于确定分离区45的位置。
分离区45具有边界69，其在图6d)中示出且可根据运行条件少许改变。因此，在图6d)中增加很小的安全区DS，以便获得分离边66的最终形状。在此，安全区的间距DS在许多情况下为在图6d)中绘出的转动轮直径D的1%至2%。当然，分离边66的确定的位置还通过试验来控制且必要时进一步改良。
分离边66具有交替弯曲的曲线的形状且通常平行于分离区45的边界69伸延。
以该方式，本发明的实现方案证实为非常简单且必要时可在很大程度上自动化地来进行。如果在制造转动轮时使用塑料，分离边例如可在注射成型时制成。
附图和说明书显示出了一种带有转动轮30的轴流式通风机或斜流式通风机，转动轮30设有特定轮廓的转动叶片32，转动叶片32相应具有吸入侧46、在旋转方向36上看处在前面的带有流入边44的区段和关于旋转方向36处在后面的带有排出边92的区段，在这些区段之间存在分离边66，其在子午截面中具有S形的轮廓，该轮廓处在带区B之内，带区从流入边44起测量处在转动叶片32的长度L的30%至100%的区域内。
优选地，带区B由限制线100、102来限定，其与关于转动轮30沿径向伸延通过相关的转动叶片32的线条101围成角度α，角度α相对于该线条101在大约0º与大约30º之间。
优选地，分离边66构造为在相关联的转动叶片32的吸入侧46中的梯级部。
优选地，分离边66从转动叶片32在其吸入侧46上的径向内侧朝该转动叶片32的径向外侧的方向上伸延。
优选地，分离边66从转动叶片32的径向内侧近似以伸长的S形的形状伸延至该转动叶片32的径向外侧。
优选地，分离边66的伸长的S形部在其径向内侧上延伸直至相关联的转动叶片32的关于其周向延伸部正中的区域68。
优选地，伸长的S形部在其径向外侧上延伸直至转动叶片32的这样的区域，其处在该转动叶片32的排出边92与转动叶片32的周向延伸部的中间区域之间。
优选地，分离边66主要与分离区45的轮廓成间距DS伸延、且至少以其纵向延伸部的主要部分在分离区45之外伸延。
优选地，与分离区45的轮廓的间距DS大约为转动轮30的直径D的百分之一至百分之二。
当然，在本发明的范围中可实现多种变型方案和修改方案。

Claims (8)

1.一种轴流式通风机或斜流式通风机，其带有转动轮(30)，该转动轮(30)设有特定轮廓的转动叶片(32)，该转动叶片(32)相应具有吸入侧(46)、在旋转方向(36)上看处在前面的带有流入边(44)的区段和关于旋转方向(36)处在后面的带有排出边(92)的区段，在这些区段之间存在分离边(66)，其在子午截面中具有S形的轮廓，该轮廓处在带区(B)内，从所述流入边(44)起测量，该带区处在转动叶片(32)的长度(L)的30%至100%的区域内，其中，所述分离边(66)从转动叶片(32)的径向内侧近似以伸长的S形的形状伸延至该转动叶片(32)的径向外侧。
2.根据权利要求1所述的通风机，其特征在于，带区(B)通过限制线(100,102)来限定，限制线与相对所述转动轮(30)沿径向伸延通过相关的所述转动叶片(32)的线条(101)围成角度(α)，其相对于线条(101)在0º与30º之间。
3.根据权利要求1或2所述的通风机，其特征在于，所述分离边(66)构造为在相关联的所述转动叶片(32)的吸入侧(46)中的梯级部。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的通风机，其特征在于，所述分离边(66)从转动叶片(32)在其吸入侧(46)上的径向内侧朝该转动叶片(32)的径向外侧的方向上伸延。
5.根据前述权利要求1至2中任一项所述的通风机，其特征在于，所述分离边(66)的伸长的S形部在其径向内侧上延伸直至相关联的所述转动叶片(32)的关于其周向延伸部正中的区域(68)。
6.根据前述权利要求1至2中任一项所述的通风机，其特征在于，所述分离边(66)的伸长的S形部在其径向外侧上延伸直至所述转动叶片(32)的这样的区域，其处在该转动叶片(32)的排出边(92)与所述转动叶片(32)的周向延伸部的中间区域之间。
7.根据前述权利要求1至2中任一项所述的通风机，其针对预定的工作点来设计，在该通风机中，所述分离边(66)主要与分离区(45)的轮廓成间距(DS)伸延、且至少以其纵向延伸部的主要部分在所述分离区(45)之外伸延，相应的通风机在预定的工作点中具有分离区(45)，该相应的通风机具有无分离边(66)的转动叶片(32old)。
8.根据权利要求7所述的通风机，其特征在于，与所述分离区(45)的轮廓的间距(DS)为所述转动轮(30)的直径(D)的百分之一至百分之二。
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