CN104214137A - 螺旋桨式风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋桨式风扇，其包括：轴毂，其与旋转轴相嵌合；多个叶片，其呈放射状设置于上述轴毂并沿旋转轴方向送风，在该螺旋桨式风扇中，在上述叶片的从上述旋转轴到规定的半径为止的第1区域内，上述叶片的从上述旋转轴沿任意的半径剖切的圆筒剖面中的最大弧高棱线从叶片前缘开始位于叶片弦长的50％以内，在上述叶片的从上述规定的半径到叶片外缘为止的第2区域内，上述叶片的从上述旋转轴沿任意的半径剖切的圆筒剖面中的最大弧高棱线在上述规定的半径位置与上述第1区域的最大弧高棱线连接，随着半径的增大而位于叶片后缘侧，在叶片外缘从叶片前缘开始位于叶片弦长的50％以内。

Description

螺旋桨式风扇

本申请是名称为“螺旋桨式风扇”、国际申请日为2009年4月28日、国际申请号为PCT/JP2009/058369、国家申请号为200980157715.5的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于换气扇、空调等的螺旋桨式风扇。

背景技术

以往，公开有如下螺旋桨式风扇，其在安装于旋转轴的毂的外周部设有多个叶片，在从上述旋转轴沿任意半径剖切上述叶片的圆筒剖面中，翘曲量最大的位置随着半径的增大而位于叶片的后缘侧(例如，参照专利文献1)。

另外，还公开有一种轴流风扇，其具有承受驱动力而旋转的轴毂和连结在该轴毂的周围的叶片，上述叶片为薄壁叶片且具有翘曲，该翘曲的最大弧高(camber)设置为叶片弦长的5％～8％的范围内，并且最大弧高位置设置于叶片弦长的20％～40％的范围内(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本专利3608038号公报

专利文献2：日本特开平2-233899号公报

但是，根据上述以往的技术，在叶片外缘产生大的叶片外缘涡流。因此，存在送风-噪音特性恶化的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于获得一种抑制了在螺旋桨式风扇的叶片外缘所产生的叶片外缘涡流并改善了送风-噪音特性的螺旋桨式风扇。

为了解决上述问题，达到本发明的目的，本发明的螺旋桨式风扇包括：轴毂，其与旋转轴嵌合；多个叶片，所述多个叶片呈放射状地设置于上述轴毂并沿旋转轴方向送风，所述螺旋桨式风扇的特征在于，在从上述旋转轴到规定的半径为止的上述叶片的第1区域内，从上述旋转轴沿任意的半径剖切的上述叶片的圆筒剖面中的最大弧高棱线距叶片前缘位于叶片弦长的50％以内，在从上述规定的半径到叶片外缘为止的上述叶片的第2区域，从上述旋转轴沿任意的半径剖切的上述叶片的圆筒剖面中的最大弧高棱线在上述规定的半径位置与上述第1区域的最大弧高棱线连接，随着半径的增大而位于叶片后缘侧，并且在叶片外缘处位于距叶片前缘叶片弦长的50％以内。

本发明的螺旋桨式风扇具有能够抑制在叶片外缘产生的叶片外缘涡流、改善送风-噪音特性的效果。

附图说明

图1是表示一般的螺旋桨式风扇的立体图。

图2-1是本发明的实施方式1的螺旋桨式风扇的俯视图。

图2-2是实施方式1的叶片的第1区域的圆筒剖面的图。

图3-1是示意地表示实施方式1的叶片的负压面侧的气流的立体图。

图3-2是沿图3-1中的F-F线的剖视图。

图4-1是表示具有图2-2中的以往的弧高CLD的叶片的叶片周围的气流的图。

图4-2是表示具有图2-2中的实施方式1的弧高CLD′的叶片的叶片周围的气流的图。

图5是比较并表示具有图2-1所示的、实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的比噪音特性和具有以往的最大弧高棱线CL的叶片的比噪音特性的图。

图6是表示具有实施方式2的叶片的螺旋桨式风扇的立体图，实施方式2的叶片使具有实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的叶片内周部前缘侧形成为波形。

图7是示意地表示图6所示的实施方式2的叶片的负压面侧的气流的立体图。

图8是表示具有实施方式3的叶片的螺旋桨式风扇的立体图，实施方式3的叶片使具有实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的叶片内周部后缘侧形成为波形。

图9是示意地表示图8所示的实施方式3的叶片的负压面侧的气流的立体图。

图10是表示图6和图8所示的叶片的比噪音的图。

图11是表示具有叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的螺旋桨式风扇的立体图。

图12是示意地表示图11所示的叶片的负压面侧的气流的立体图。

图13是将图1所示的螺旋桨式风扇投影到与旋转轴正交的平面上的俯视图。

图14是将图13中的各叶片弦中心点Pr的轨迹以半径R旋转投影到包含旋转轴和OX轴的垂直平面上的图。

图15是表示叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的叶片弦中心线Pr1的图。

图16是表示叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的叶片弦中心线Pr1的定义方法的、与图15同样的图。

图17是示意地表示叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的负压面侧的气流的图，其中，上述叶片是具有图2-1所示的实施方式1的弧高的棱线CL′的叶片。

图18是表示本发明的实施方式4的螺旋桨式风扇的比噪音的图。

图19是表示实施方式4的螺旋桨式风扇的风扇效率的图。

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明的螺旋桨式风扇的实施方式。另外，本发明并不限定于该实施方式。

实施方式1

图1是表示一般的螺旋桨式风扇的立体图，图2-1是本发明的实施方式1的螺旋桨式风扇的俯视图，图2-2是实施方式1的叶片的第1区域的圆筒剖面图。

图1所示的螺旋桨式风扇具有3个叶片，但在本发明中并不限定叶片的片数，也可以是其他的多个的片数。在以下的说明中，主要针对1片叶片的形状进行说明，其他的叶片的形状也是同一形状。

如图1所示，具有三维立体形状的叶片1呈放射状地安装于圆柱状的轴毂2的外周部，该轴毂2被未图示的马达旋转驱动，绕旋转轴3沿旋转方向B的方向旋转。另外，轴毂2为圆柱状，但也可以在弯折金属板而形成的毂的外周部上呈放射状地形成叶片1。通过叶片1的旋转，产生气流方向A的气流。叶片1的上游侧的面成为负压面，下游侧的面成为正压面。

若图1所示的叶片1投影到与旋转轴3正交的平面上，则形成图2-1所示的叶片1那样的形状。图2-1所示的虚线CL为叶片1的以往的最大弧高棱线(弧高的顶点的轨迹)，位于叶片1的叶片前缘1b和叶片后缘1c的中央。叶片1的弧高在任意的半径R1的圆筒剖面中，都为如图2-2所示的虚线CLD(以往的弧高)那样的圆弧形状。

在实施方式1的叶片1中，最大弧高棱线CL′以规定的半径R2为界，在半径R2的内周侧使最大弧高棱线位于CL1′，在半径R2的外周侧使最大弧高棱线位于CL2′。即，在半径R2的内周侧，最大弧高棱线CL1′与位于叶片1的叶片前缘1b和叶片后缘1c的中央的以往的最大弧高棱线CL相比位于叶片前缘1b侧，成为如图2-2所示的实线CLD′(实施方式1的弧高)那样的非圆弧形状。

图3-1是示意地表示实施方式1的叶片的负压面侧的气流的立体图，图3-2是沿图3-1的F-F线的剖视图。当叶片1沿旋转方向B的方向旋转时，空气沿气流的方向A流动。在叶片1的负压面1f和正压面1g之间产生压力差，如图3-2所示，在叶片外缘1d，产生从正压面1g侧朝向负压面1f侧的漏泄气流和叶片外缘涡流G。另一方面，在叶片内周侧，产生大致沿负压面1f的叶片内周气流E。这样，实施方式1的螺旋桨式风扇91的负压面1f侧的气流大致分为叶片外周气流D和叶片内周气流E这两种形态不同的气流。

图4-1是表示具有图2-2中的以往的弧高CLD的叶片的叶片周围的气流的图，图4-2是表示具有图2-2中的实施方式1的弧高CLD′的叶片的叶片周围的气流的图。

如图4-1所示，在叶片1朝向旋转方向B旋转时，产生从叶片前缘1b朝向叶片后缘1c的气流。具有最大弧高棱线CL的以往的弧高CLD的负压面气流H随着靠近叶片后缘1c而变得不稳定，产生涡流，在叶片后缘1c，与压力面气流合流而产生大的叶片后缘涡流J。由于这样的负压面气流H中的涡流和叶片后缘涡流J，产生噪音。

另一方面，如图4-2所示，在具有最大弧高棱线CL′的实施方式1的弧高CLD′的负压面气流H′中，从叶片前缘1b流入的空气与以往的弧高CLD相比沿负压面1f流动，抑制了涡流的产生，在叶片后缘1c所产生的叶片后缘涡流J′的规模也变小，与具有以往的弧高CLD的叶片相比，噪音变小。

如上述那样，通过将叶片1的形状形成为弧高CLD′那样的形状，负压面气流H′的紊乱减少且噪音减小，但如图3-1所示，在螺旋桨式风扇91中，在叶片外周气流D产生大的叶片外缘涡流G，因此，与叶片内周气流E的流动状态差别很大。所以，若使叶片外周部的弧高同样地形成为弧高CLD′，则叶片外缘涡流G大幅变化，有时会使送风-噪音特性恶化。

因此，在实施方式1的螺旋桨式风扇91中，如图2-1所示，使叶片1的最大弧高棱线CL′形成为CL1′和CL2′这样的形态不同的棱线，使最大弧高棱线CL1′距叶片前缘1b位于叶片弦长的50％以内，使叶片外周部的最大弧高棱线CL2′从与最大弧高棱线CL1′连接的位置开始，随着半径的变大而越来越位于叶片后缘1c侧，并且在叶片外缘1d处位于叶片弦长的50％以内。图2-1所示的附图标记CLt为叶片外缘的最大弧高位置，附图标记CLb为以往的叶片的叶片内缘的最大弧高位置，附图标记CLb′为实施方式1的叶片的叶片内缘的最大弧高位置。

图5是比较并表示具有图2-1所示的、实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的比噪音特性和具有以往的最大弧高棱线CL的叶片的比噪音特性的图。图5所示的实施方式1的最大弧高棱线CL′，在从叶片内缘1e到叶片的半径R2＝0.675×Rt(Rt为叶片外缘半径)为止的第1区域，位于距叶片前缘1b为叶片弦长的35％的位置，在从R2＝0.675×Rt到叶片外缘1d为止的第2区域，从距叶片前缘1b为叶片弦长的35％的位置开始，随着半径的变大而越来越位于叶片后缘1c侧，在叶片外缘1d，位于叶片弦长的50％的位置。用于比较的以往的叶片为最大弧高棱线CL位于距叶片前缘1b为叶片弦长的50％的位置的叶片。

另外，比噪音K_T通过下式来定义。

K_T＝SPL_A-10Log(Q·P_T ^2.5)

Q：风量[m³/min]

P_T：整体压力[Pa]

SPL_A：噪音特性(A校正后)[dB]

在图5中，纵轴表示比噪音，虚线所示的1刻度表示1[dBA]的差，横轴表示风量。如图5所示，具有实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的一方，噪音最大可减小-1[dBA]左右。

实施方式2

图6是表示具有实施方式2的叶片21的螺旋桨式风扇92的立体图，实施方式2的叶片21使具有实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的叶片内周部前缘侧形成为波形21m。叶片前缘21b的波形成为最大波形，朝向叶片中央部逐渐成为小波形。

图7是示意地表示图6所示的实施方式2的叶片21的负压面侧的气流的立体图。如图7所示，在流入叶片前缘21b的空气中，由于叶片21的波形21m而产生纵涡流，使叶片内周气流E成为紊乱少的气流E2，从而能够减小因气流的紊乱而引起的噪音。

实施方式3

图8是表示具有实施方式3的叶片31的螺旋桨式风扇93的立体图，实施方式3的叶片31将具有实施方式1的最大弧高棱线CL′的叶片的叶片内周部后缘侧形成为波形31m。叶片后缘31c的波形为最大波形，朝向叶片中央部逐渐成为小波形。

图9是示意地表示图8所示的实施方式3的叶片31的负压面侧的气流的立体图。如图9所示，通过由叶片31的波形31n产生的纵涡流，能够使在叶片后缘31c产生的涡流所引起的空气的紊乱减小，成为紊乱更少的气流E3，从而减小因气流的紊乱而引起的噪音。

图10是表示图6和图8所示的叶片21、31的比噪音的图。如图10所示，在风量大的区域，使叶片内周侧形成为波形的叶片21，31的一方噪音最大可减小-0.5[dBA]左右。

实施方式4

图11是表示具有叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的螺旋桨式风扇的立体图，图12是示意地表示图11所示的叶片的负压面侧的气流的立体图。图11和图12所示的具有叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的螺旋桨式风扇使在叶片外缘负压面产生的叶片外缘涡流减弱，能够减小因叶片外缘涡流引起的噪音，但由于叶片外周侧向气流的上游侧弯曲，由叶片的旋转而产生的升压成分的一部分泄漏到负压面侧，使风扇效率稍微降低。

另外，图1和图11所示那样的叶片的噪音源包括：在叶片外缘所产生的叶片外缘涡流引起的噪音；叶片负压面气流的紊乱引起的噪音；叶片后缘涡流引起的噪音。在叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片中，叶片外缘涡流引起的噪音的比例变小，相对地，由叶片内周气流产生的噪音的比例变大。因此，有必要改善叶片内周气流，研究不会给叶片外周气流带来影响的叶片的形状。

在叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片中，通过形成图2-1所示那样的最大弧高棱线CL′，也能够不对叶片外周气流产生影响地减小叶片外缘涡流引起的噪音，改善叶片内周气流而进一步实现低噪音化，提高风扇效率。

图13是将图1所示的螺旋桨式风扇投影到与旋转轴正交的平面上的俯视图，图14是将图13中的各叶片弦中心点Pr的轨迹以半径R旋转投影到包含旋转轴和OX轴的垂直平面上的图，图15是表示叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的叶片弦中心线Pr1的图，图16是表示叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的叶片弦中心线Pr1的定义方法的、与图15同样的图。

参照图13～图16说明叶片外周侧向气流的上游侧弯曲的叶片的形状的定义。若将图1所示的叶片1投影到与旋转轴3正交的平面Sc(参照图14)上，则成为图13所示的叶片1的形状。图13所示的点Pb表示从轴毂2的外周上的叶片前缘1b到叶片后缘1c的叶片弦中心点(中点)。

同样地，Pt表示从叶片外缘1d上的叶片前缘1b到叶片后缘1c的叶片弦中心点(中点)。图13所示的线Pr表示从轴毂上的叶片弦中心点Pb到叶片外缘的叶片弦中心点Pt的任意的半径R上的各叶片弦中心点的轨迹(叶片弦中心线)。

图14是表示图13中的从轴毂的叶片弦中心点Pb到叶片外缘的叶片弦中心点Pt的各叶片弦中心点的轨迹(叶片弦中心线)的图，即，表示关于叶片弦中心点Pb-Pr-Pt，将任意的半径R上的各叶片弦中心点Pr以半径R旋转投影到包含旋转轴3和OX轴的垂直平面上的各叶片弦中心点Pr的轨迹(叶片弦中心线)的图。

如图14所示，旋转投影到包含旋转轴3和OX轴的垂直平面上的叶片弦中心线Pr(各叶片弦中心点Pr的轨迹)的、从轴毂2的叶片弦中心点Pb到叶片外缘的叶片弦中心点Pt的、向气流的上游侧倾斜的前倾角δz，能够以与平面Sc成一定角度的线来表示，其中，上述平面Sc与旋转轴3正交。

在图15中以虚线表示的叶片弦中心线Pr为图14所示的、前倾角δz为一定角度的叶片1的叶片弦中心点的轨迹，叶片弦中心线Pr1在从轴毂的叶片弦中心点Pb到叶片外缘的叶片弦中心点Pt为止的区域内，位于前倾角一定的情况下的叶片弦中心线Pr和穿过轴毂的叶片弦中心点Pb且与旋转轴3正交的OX轴(前倾角＝0°)所夹的区域内，其中，所述叶片弦中心线Pr1表示叶片外周部向气流的上游侧弯曲的叶片的叶片弦中心点的轨迹。

叶片弦中心线Pr和叶片弦中心线Pr1的轴毂的叶片弦中心点Pb和叶片外缘的叶片弦中心点Pt位于同一位置，叶片外缘的叶片弦中心点Pt距平面Sc的距离为H。

在图16中，示出了叶片外周部向气流A的上游侧弯曲的实施方式4的叶片的各叶片弦中心点Pr2的轨迹和前倾角。将从旋转轴3开始的任意半径R上的叶片弦中心点设为Pr2，将位于叶片弦中心线Pr1上的叶片弦中心点Pr2距与旋转轴3正交的平面Sc的距离设为Ls。

在图16所示的实施方式4的叶片41中，从轴毂2(半径Rb)到径向中间部的弯曲点Pw为止的第1区域以一定的第1前倾角δzw向上游侧倾斜，从弯曲点Pw到叶片外缘为止的第2区域相比上述第1区域进一步向上游侧倾斜。

将叶片弦中心线Pr1上的弯曲点Pw的半径设为Rw，将连结叶片外缘上的叶片弦中心点Pt与轴毂2的外周上的叶片弦中心点Pb的线Pr的、作为向上游侧的倾斜角的第2前倾角设为δzt。第1前倾角δzw通过下式来表示。

δzw＝tan^-1(Ls/(R-Rb))

(Rb＜R≤Rw)

如下所示，从弯曲点Pw到叶片外缘(半径Rt)之间的第2区域内的任意的半径R上的叶片弦中心点Pr2所对应的倾斜角δzd形成为半径R的n次函数(1≤n)。

δzd＝α(R-Rb)ⁿ+δzw

α＝(δzt-δzw)/(Rt-Rw)ⁿ

(Rw＜R≤Rt)

另外，也可以不使上述的倾斜角δzd为半径R的n次函数(1≤n)，而是使第2区域的叶片弦中心线Pr1以一定的前倾角呈直线状地向上游侧倾斜。

图17是示意地表示叶片外周部向气流的上游侧弯曲的叶片41的负压面侧的气流的图，其中，该叶片41具有图2-1所示的实施方式1的最大弧高的棱线CL′。如图17所示，根据实施方式4的叶片41，能够同时改善叶片外周气流和叶片内周气流，改善送风-噪音特性。

图18是表示本发明的实施方式4的螺旋桨式风扇的比噪音的图，图19是表示实施方式4的螺旋桨式风扇的风扇效率的图。实施方式4的螺旋桨式风扇的叶片41在距叶片内缘R＝0.675×Rt的第1区域内，最大弧高棱线CL′位于距叶片前缘为叶片弦长的35％的位置，在从R＝0.675×Rt到叶片外缘为止的第2区域内，最大弧高棱线CL′配置在如下位置，即，距叶片弦长的35％的位置在叶片外缘为叶片弦长的50％的位置。

另外，在具有用于比较的以往的最大弧高棱线CL的叶片中，最大弧高棱线CL位于距叶片前缘为叶片弦长的50％的位置，使弯曲点半径为Rw＝0.7×Rt，通过半径R的2次函数来决定从弯曲点Pw到叶片外缘(半径Rt)为止的第2区域内的任意的半径R上的叶片弦中心点Pr2所对应的倾斜角δzd，并且，叶片外缘的叶片弦线中心点Pt上的、叶片弦中心线Pr1的切线15的倾斜角为δzs＝45°(参照图16)。图18表示通过实验求得的风量Q与比噪音K_T的关系的结果，图19表示通过实验求得的风量Q与风扇效率E_T的关系的结果。

如图17和图18所示，实施方式4的螺旋桨式风扇94与叶片外周部向气流的上游侧弯曲的以往的螺旋桨式风扇相比，在实际应用的范围内，比噪音K_T被减低(-1dBA)，且风扇效率E_T得到改善(最大+2～3个点左右)。

另外，风扇效率E_T通过下式来定义。

E_T＝(P_T·Q)/(60·P_W)

Q：风量[m³/min]

P_T：整体压力[Pa]

P_W：轴动力[W]

工业上的可利用性

如上所述，本发明的螺旋桨式风扇适用于换气扇、空调等。

附图标记说明

1、21、31、41 叶片

1b、21b 叶片前缘

1c、31c 叶片后缘

1d   叶片外缘

1e   叶片内缘

1f   负压面

1g   正压面

21m、31n  波形

2     轴毂

3     旋转轴

A     气流的方向

B     旋转方向

R1    叶片第1区域内的任意的半径

R2    叶片第1区域和叶片第2区域的边界半径

CL    以往的叶片的最大弧高棱线

CL′  实施方式1的叶片的最大弧高棱线

CLD      以往的叶片的弧高

CLD′    实施方式1的叶片的弧高

CL1′    实施方式1的叶片第1区域的最大弧高棱线

CL2′    实施方式1的叶片第2区域的最大弧高棱线

CLt      叶片外缘的最大弧高位置

CLb      以往的叶片的叶片内缘的最大弧高位置

CLb′    实施方式1的叶片的叶片内缘的最大弧高位置

D     叶片外周气流

E   叶片内周气流

E2、E3  气流

G   叶片外缘涡流

H   以往的叶片的负压面气流

H′ 实施方式1的叶片的负压面气流

J   以往的叶片的叶片后缘涡流

J′ 实施方式1的叶片的叶片后缘涡流

91、92、93、94  螺旋桨式风扇。

Claims (3)

1.一种螺旋桨式风扇，其包括：轴毂，所述轴毂与旋转轴嵌合；多个叶片，所述多个叶片呈放射状地设置于上述轴毂并沿旋转轴方向送风，其特征在于，

在从上述旋转轴到规定的半径为止的上述叶片的第1区域内，从上述旋转轴沿任意的半径剖切的上述叶片的圆筒剖面中的最大弧高棱线，距叶片前缘位于叶片弦长的50％以内，

在从上述规定的半径到叶片外缘为止的上述叶片的第2区域内，从上述旋转轴沿任意的半径剖切的上述叶片的圆筒剖面中的最大弧高棱线，在上述规定的半径位置与上述第1区域的最大弧高棱线连接，随着半径的增大而位于叶片后缘侧，在叶片外缘距叶片前缘位于叶片弦长的50％以内。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨式风扇，其特征在于，

叶片内周前缘侧或叶片内周后缘侧形成为波形。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨式风扇，其特征在于，

叶片外周侧向气流的上游侧弯曲。