CN104685220A - 用于轴流式风扇的稳流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于轴流式风扇(2)的稳流装置(1),其具有基体(3),该基体包含由圆柱形的罩面(5,6)径向内外划界的轮圈(4a,4b,4c,4d,4e),这些轮圈具有在周向上围绕纵轴(X-X)分布、基本上径向安置且在罩面(5,6)之间延伸的多个导气叶片(7),而且,从周向上看,导气叶片(7)在迎流侧叶缘(7a)与流出侧叶缘(7b)之间是以具有相对轴向方向(X-X)的弯曲(R1)的形式延伸的。为了在体积流量大及投送距离远的情况下,减小从该种稳流装置(1)中出来的气流的发散度,本发明提出,在基体(3)中设置带有导气叶片(7)的两个或多个轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于轴流式风扇的稳流装置,其具有基体,所述基体包含由圆柱体罩面径向内外划界的轮圈,所述轮圈具有在周向上围绕纵轴分布、基本上径向安置且在罩面之间延伸的多个导气叶片,而且,从周向上看,所述导气叶片在迎流侧叶缘与流出侧叶缘之间是以相对于轴向方向弯曲的形式延伸的。
背景技术
这样的稳流装置是一导气件,该导气件以其导气叶片直接安装在轴流式风扇的后面,以便使被轴流式风扇叶轮所偏流的空气转流向为尽可能地沿轴向方向均匀流动。此种导气件也常被称作“出口导向叶轮”。
轴流式风扇可被应用在制冷室的汽化器中,在这里,经过热交换器后,冷气由轴流式风扇分散到制冷室中。在大的制冷室内,为能使置于远处的冷藏货物同样得到冷却,将冷气在制冷室中输送得尽可能远就显得十分重要。为此就需要一种准备提供体积流量尽可能大且投送距离远的轴流式风扇。术语“投送距离”是指这样一个距离:在到达这一距离前,能够一直保持气流的极限速度。由于轴流式风扇的出气流是带旋流的,因而限制了该投送距离。借助于串接在后部的、将旋流转变回均匀轴流的稳流装置,能够显著提升投送距离。此时,重要的是使稳流装置的流动阻力尽可能地小,以便使穿流过该稳流装置的空气量中仅会出现微不足道的压降。
德国专利申请文件DE 44 04 262 A1公开了开头提到的那类稳流装置中的一种,该种装置基本满足前述要求。要减少流动介质旋流尤其可采取如下方式实现,即,令导气叶片沿周向看在迎流侧叶缘与流出侧叶缘之间以相对轴向方向弯曲的形式延伸。在一特定实施方式中也是这样设计的,即,使其中一叶缘,确切地说,使导向轮叶片前侧的边缘的高度在径向方向上是变动的。此叶缘被制成直线型,并朝向着叶轮中轴倾斜地延伸。与此实施方式相关的可能效果没有被提及。
此种公开的稳流装置的不足之处在于,轴流从叶轮出来之后只有在距离风扇或者说距离出口很远之处才会被调整为真正均匀。就像DE 44 04 262 A1中包含的图1所展现的那样,尽管在稳流装置的导气叶片的径向长度的边缘的理想区域内,气流与风扇轴之间的角度接近零度,但这一角度径向向外增大,并且尤其径向向内相对增大地更快。这就导致了气流发散(divergierendenLuftstrom)。在壁的圆柱体罩面的直径确定时,其在径向上内外地对导气叶片的轮圈划界,从稳定流体流动的角度来看,仅存在一个理想的叶片长度,而根据DE 44 04 262 A1,这一理想值需要通过借助于康拉逊探测仪的成本不菲的气体动力学测量手段来确定。此外,为保证接触保护,此种已公开的稳流装置还需结合一防护栅来使用。
发明内容
本发明的基本目的是提供一种开头所述类型的稳流装置,利用此稳流装置能够在体积流量大且投送距离远的情况下克服前述诸缺点。
根据本发明,这一目的是这样实现的:在基体中设置有两个或多个轮圈,该轮圈具有在周向上围绕纵轴分布、基本上沿径向安置且在罩面之间延伸的多个导气叶片。
通过这种根据本发明存在的将稳流装置的横截面径向分割开的设计,可以有利地实现以下目的:在保持同样大的体积流量的情况下,能够更有效地阻止从轴流式风扇吹出的流动气体出现旋流。与公知的现有技术相比,能够在距离稳流装置更近处形成均匀的流体形态(),而且也增大了投送距离。另外,通过增加叶片轮圈的数量,能够有效防止从根据本发明的稳流装置中出来的气流出现明显发散的问题。在尺寸发生变化,例如风扇的轴向叶轮的内径和外径改变并使得叶片长度随之发生变化(其变化会导致稳流装置的尺寸发生相应改变)时,无需进行成本高昂的测量和/或优化计算,因为各叶片轮圈能够以具有相同径向宽度且具有公知有效的方式来进行彼此排列。
从周向上看,导气叶片在其迎流侧叶缘与其流出侧叶缘之间具有相对轴线方向的弯曲,在所述弯曲处,叶片的流入角可选定为基本上与轴流式风扇的流出角相当,而叶片的流出角则可以选定成能够使叶片在这该区域中以实施为与沿着纵轴方向延伸的供风方向平行。不同轮圈中的导气叶片的各个流入角可以全部一样大,或者也可以根据不同轮圈而有所变化,特别是令其根据从风扇中出来的流动介质的流出特性而变化。
通过选定根据本发明的具有导气叶片的轮圈的合适数量、导气叶片本身的数量,并且作为可选或额外方案,优选通过选择其安装叶片(即导气叶片的排布)的有效高度,能够实现使根据本发明的稳流装置同时承担接触保护功能的目的。由此可以省去额外的防护栅,因为在轮圈壁与导气叶片之间存在的通孔可设置得足够小,或者说,尤其是因为稳流装置的轴向长度可被设置得足够大,以致用手或单个手指不可能伸至旋转的叶轮处。这样,就保证了到轴流式风扇的旋转叶轮的安全间距。
从外侧轮圈到内侧轮圈,导气叶片的数量可逐渐减少,以便通过该方法能够实现在每一轮圈内的每排叶片之间均能具有几乎相同的间距,从而达到使流阻尽可能小的目的。
根据本发明的稳流装置可以以在加工技术方面成本较为低廉的方式制成一件式结构,优选用塑料制成注塑成型件。而且优选可以有利地将其这样设计,即使之在加工完毕后能够以可松脱的方式安装到业已存在的风扇的壁环或者防护栅或支承栅上。在这些情况下,稳流装置的固定方式可设计成这样,即只需举手之劳即可将其从风扇上取下,并例如在冲洗机中毫无问题地对其进行清洁。
通过对根据本发明的稳流装置选择合适的制造材料,并确定其轴向长度的合适尺寸,还可以确保其在承受外部施加的机械负荷方面的大的坚实性。这样,在例如根据本发明的稳流装置与蒸发器风扇结合使用时,就可以强制(例如用螺丝刀)从表面去除形成的冰,而不至于损坏稳定装置结构。此种设计尤其还可以符合根据保险实验室(Underwriters Laboratories)的所谓球冲击试验(Ball-Impact-Test,例如根据UL 2218)的相应强度要求。在该种试验中,具体来说是这样进行的,即,令一直径约50mm的标准化钢球从不同高度(代表不同的强度等级,例如0.38m,1.2m,......等)自由下落到稳流装置上。在受到此等碰撞情况下,稳流装置仍应能针为旋转部分与电气部分提供完整的接触保护功能。
叶缘的其中之一,特别是导气叶片后面的边缘可优选具有沿径向变化的高度。朝向流出方向的叶片末端尤其可具有一非直线式延伸的边缘,该边缘尤其为了减少噪声而具有一半径。
在两个叶片轮圈之间可以同心地置入一第三轮圈,该第三轮圈通过减小其轴向长度并连接到弯曲的叶片末端上的方式,在两个轮圈之间形成过渡。因此,每两个叶片轮圈环可以具有比与其相邻布置的另外的轮圈减短的轴向长度。
附图说明
本发明的有利的设计方案包含在各从属权利要求中,并将通过在附图中示出的实施例进行更详细的解释。在附图中:
图1在立体分解图中示出了连同有轴流式风扇的根据本发明的稳流装置的一个优选实施例;
图2示出了处于已装配到轴流式风扇上的状态的图1中示出的根据本发明的稳流装置;
图3示出了根据本发明的稳流装置相对于图1与图2放大且局部剖开的立体视图;
图4示出了根据本发明的稳流装置的正视图;
图5在局部剖开的纵向视图中示出了根据图4的根据本发明的稳流装置的实施方式;
图6和图7在极度放大的示图中示出了根据本发明的稳流装置在图5中以VI与VII标识的个别部分。
具体实施方式
在附图中,对相同部件或功能相同的部件均以相同的附图标记标识。尽管根据本发明的稳流装置或其组件的一些业已提到的和/或可从附图中获知的特征可能仅在对实施例的说明中被提及,但是根据本发明,这些特征并不依附于该实施例,无论是作为单个特征,还是与各实施例中的其它特征组合应用,它们均具有意义,因此需被做为发明的一部分。
首先,由图1和图2可知,根据本发明的稳流装置1被用来与轴流式风扇2结合使用。这种组合使用形式在复杂的制冷应用中制冷室中理想的空气分布重要的情况尤为常见,其中,在此种应用情形下,全部冷藏货物须被循环流转的空气均匀地围绕,因此。在制冷室中应用根据本发明的稳流装置1的优点尤其在于,通过它与轴流式风扇2协同作用,能够提供具有较大投送距离(Wurfweite)的束状气流。
如图所示,轴流式风扇2尤其可构造成包含壁环(Wandring)2a的所谓壁环风机,所述壁环2a具有支承栅2b,风机单元2c即固定于其中。风机单元2c具有电机,尤其是外转子电机,在优选的实施例中,外转子电机的转子直接集成在轴向叶轮上。轴流式风扇2上用于固定风机单元2c的支承栅3可以实施为网眼大的,这是由于它不必实现接触保护的功能,因为此功能由稳流装置1提供。
根据本发明的稳流装置1具有基体3(除了图1和图2,图3至图5也都示出了这一点),所述基体包含至少两个轮圈,但优选包含更多个轮圈,在示出的实施方式中,其包含5个轮圈4a、4b、4c、4d、4e。由圆柱体罩面径向内外地分别对每个轮圈4a、4b、4c、4d、4e划界。对此,仅在图3中示例性地绘出了以附图标记5标识的中部轮圈4d的内罩面以及与之相对而置的以附图标记6标识的中部轮圈4d的外罩面。
在每一轮圈4a、4b、4c、4d、4e中都有多个在周向上围绕稳流装置1的纵轴X-X分布的导气叶片7,所述导气叶片基本上沿径向布置,并且在轮圈4a、4b、4c、4d、4e的罩面5、6之间延伸。同时,导气叶片7分别从迎流侧叶缘7a开始并结束于流出侧叶缘7b,从周向上看以相对轴线方向X-X弯曲的形式延伸(对此尤其请参考图3中以剖视图形式示例性地绘出的轮圈4c)。相对轴向方向X-X的弯曲R1可以例如通过一圆弧来确定,通过相对轴线方向X-X的弯曲,尤其可起到这样的作用,即,使得在迎流侧叶缘7a处流入导气叶片7的空气的流入角μz基本上与从轴流式风扇2中出来的带有旋流的空气的流出角μA相当,而在流出侧叶缘7b处流出导流叶片7的空气的流出角μA则可以选择成这样,即,能够使导气叶片7在这个区域中与顺着纵轴X-X方向延伸的供风方向平行地延伸。在图6中以尤为直观的方式展示出了这一特征。
如图6所示,流入导气叶片7的空气的流入角μz定义为由迎流侧叶缘7a处的切线Tz与纵轴X-X之间的锐角。其优选可以处于下述区间内:20°≤μz≤80°。流出角μΑ同样以流出侧叶缘7b处的切线TA来定义,其值优选为0°。位于某一轮圈4a、4b、4c、4d、4e内的所有导气叶片7处的空气的流入角μz尤其可以同样大,但其与其它轮圈4a、4b、4c、4d、4e中的导气叶片7处空气的流入角μz则可以不同。在这种情况下,轮圈4a、4b、4c、4d、4e的流入角μz可根据从轴流式风扇2中流出的空气的流出特征而有所变化。
在示出的根据本发明的稳流装置1的实施例中,在所有导气叶片7处的空气的流入角μz都是等大的。通过选择具有相等宽度B并带有导气叶片7的轮圈4a、4b、4c、4d、4e的合适数量(见图4)以及从轮圈4a、4b、4c、4d、4e至轮圈4a、4b、4c、4d、4e由外向内减少的导气叶片7的数量,能够达到如下目的,即使得所有的导气叶片7、以及导气叶片7各自所处的空间或者说导气叶片7彼此的相对间距都几乎一致并制成同等大小,因此,从减小旋流、增大投送距离所达到的效果方面来看,它们以同样的方式起到了提升效率的作用。
通过这种方式,根据本发明的稳流装置1还可具有十分稳固的蜂巢结构,而且,如图所示并且特别是如图4中以附图标记所标识的那样,当各彼此相邻的轮圈4a、4b、4c、4d、4e中的导气叶片7的迎流侧叶缘7a与流出侧叶缘7b以彼此之间存在周向错位V的方式布置,那么,还将能够额外提升前述蜂巢结构的坚固性。在这种情况下,将导气叶片7彼此间隔开的各个间距A的大小可优选相同。对此,在图4中示例性地画出了两个相邻而置的迎流侧叶缘7a之间的这种间距A。
通过选择带有导气叶片7的轮圈4a、4b、4c、4d、4e的合适数量以及导气叶片7本身的数量,以及可选地或补充地及优选地,通过选择能够显著影响根据本发明的稳流装置1的轴向长度L的安装叶片的总高度H(参照图6和图7),还能使根据本发明的稳流装置1承担接触保护的功能。
为改善空气从叶片7分离的分离特性,并因而相应地减少噪声,在优选示出的实施方式中是这样设计的:流出侧叶缘7b的高度沿径向变化,该高度尤其连续地变化。在这里尤其可这样设计:为调节上述沿径向变化的高度,导气叶片7的流出侧叶缘7b具有弯曲R2,就像在周向上的叶片弯曲R1一样,弯曲R2可同样优选通过圆弧来说明。
根据本发明的稳流装置1的另一优选特征是,以带有导气叶片7的轮圈4a、4b、4c、4d、4e的径向方向的顺序,轮圈4a、4b、4c、4d、4e分别具有不同的高度,尤其是两个交替出现的高度H1、H2。在每两个其所含叶片具有较高边缘高度H1(其在轮圈4a、4c、4e的宽度上径向向内递减)的叶片组(轮圈4a、4c、4e)之间,分别同心地嵌入一个环(轮圈4b、4d),该环在其边缘的高度H2上有所减小,其中,叶片高度又在轮圈宽度B上径向向内增加。这种设计方式改善了导气叶片7的分离特性,而且在根据本发明的稳流装置1的轴向总长度L,例如出于接触保护的原因而选择维持不变的情况下,以理想的方式减小了流阻。通过导气叶片7的流出侧叶缘7b的径向弯曲R2可以调节优选每一叶片沿径向方向变化的高度,所述径向弯曲R2的曲线在每两个相邻而置的轮圈4a、4b、4c、4d、4e中可以呈镜像对称地延伸。
也就是说,尤其像在图3中示出的那样,例如在轮圈4c中,其径向外侧由具有较高高度H1的壁(即外罩面6)限定,而径向内侧由具有较低高度H2的壁(即內罩面5)限定,叶缘7a的轮廓上那由弯曲R2所造成的凸出径向朝外,那么在相邻的轮圈4d中,其径向外侧由具有较低高度H2的壁限定,而径向内侧则由具有较高高度H1的壁限定叶缘7a的轮廓上由弯曲R2所造成的凸出径向朝内,就轮圈4c、4d之间的壁而言,轮圈4d中的弯曲R2与相邻而置的轮圈4c中的弯曲R2呈镜像对称。在根据本发明的稳流装置1因高度H2缩减从而使制造材料减少的情况下,通过这种结构设计能够起到遏制流动气体回旋(Rückverwirbelung)的效果,因为,流动空气会在导流叶片7上形成层状边界层(laminaren Grenzschicht)的情况下被一直引导至较高高度H1。
本发明并不受限于已示出并已说明的实施例,而是还包括所有在发明意义上起同样功能的实施方式。就像作为优选示出的那样,根据本发明的稳流装置1的基体3可优选制成一件式结构,并优选用塑料制成注塑成型件,但是,多件式的实施方式,必要时采用金属材料来制造基体的设计方案同样也包括在本发明的范围内。
此外,本领域技术人员可以设计恰当的附加技术措施,这不会脱离本发明的范围。例如,在基体3上可设置用来以可松脱方式固定到轴流式风扇2上的固定装置8、9,尤其是例如用来与附属于轴流式风扇2的壁环2a连接的卡合件8和/或用于让用来与轴流式风扇2拧接的螺丝10穿过的固定孔9。另外,如图所示,在根据本发明的稳流装置1上还可设置用于轴流式风扇2的连接及遮盖部分11,但由于它会导致轴向长度增加因而长度实施得尽可能短。
叶片组的总高度可优选处在25mm至100mm之间,其优选与轴流式风扇叶轮外径尺寸的5%至40%的数值区间相当。
另外,本发明迄今为止并也不受限于在权利要求1中所限定的特征组合,其也可以被定义为由全部已公开的单个特征中的一定特征组合而成的任意一种其他组合。这意味着,原则上并在实践中,独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以删去,或者由至少一个在本申请中其他地方所公开的单个特征所取代。就此而言,各权利要求仅应被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。
附图标记
1 稳流装置
2 轴流式风扇
2a 2的壁环
2b 2的支承栅
2c 2的排气单元
3 1的基体
4a 2中具有7的第一轮圈
4b 2中具有7的第二轮圈
4c 2中具有7的第三轮圈
4d 2中具有7的第四轮圈
4e 2中具有7的第五轮圈
5 4a、4b、4c、4d、4e的内罩面
6 4a、4b、4c、4d、4e的外罩面
7 导气叶片
7a 7的迎流侧叶缘
7b 7的流出侧叶缘
8 1上用于2的止动件
9 1中用于10的贯穿孔
10 用来连接1与2的螺丝
A 7彼此间的间隔或7a彼此间的间隔(图4)
B 4a、4b、4c、4d、4e的宽度(图4)
H 带有7的叶片组的总高度(图6、图7)
H1 7的较高高度(图3)
H2 7的较低高度(图3)
L 1的轴向长度(图3、图5)
R1 7在方向X-X上的周向弯曲(图3、图6)
R2 7b在方向X-X上的径向弯曲(图3、图7)
Tz 7a处的切线
TA 7b处的切线
V 7彼此间的周向错位(图4)
X-X 1的纵轴
μz 空气流入7的流入角(Tz与X-X之间的夹角)
μΑ 空气流出7的流出角(TA与X-X之间的夹角)
Claims (14)
1.一种用于轴流式风扇(2)的稳流装置(1),其具有基体(3),所述基体包含分别由圆柱形的罩面(5,6)径向内外进行划界的轮圈(4a,4b,4c,4d,4e),所述轮圈具有在周向上围绕纵轴(X-X)分布、基本上径向安置且在罩面(5,6)之间延伸的多个导气叶片(7),而且,从周向上看,所述导气叶片(7)在迎流侧叶缘(7a)与流出侧叶缘(7b)之间是以具有相对轴向方向(X-X)的弯曲(R1)的形式延伸的,
其特征在于,在所述基体(3)中设置有两个或多个轮圈(4a,4b,4c,4d,4e),该轮圈具有在周向上围绕所述纵轴(X-X)分布、基本上沿径向安置且在罩面(5,6)之间延伸的多个导气叶片(7)。
2.根据权利要求1所述的稳流装置(1),其特征在于,所述导气叶片(7)的至少一个叶缘(7a,7b),尤其是流出侧叶缘(7b)的高度沿径向方向变化,尤其是连续变化。
3.根据权利要求2所述的稳流装置(1),其特征在于,所述导气叶片(7)的高度沿径向方向变化的叶缘(7b)具有弯曲(R2),尤其是圆弧形的弯曲。
4.根据权利要求1至3之一所述的稳流装置(1),其特征在于,从周向上看,所述导气叶片(7)在其迎流侧叶缘(7a)与其流出侧叶缘(7b)之间具有相对轴线方向(X-X)的弯曲(R1),在所述弯曲(R1)处,空气流入所述导气叶片(7)的流入角(μz)按如下方式选定,即使之基本上与从装配了所述基体(3)的轴流式风扇(2)中流出的空气的流出角(μA)相当,而空气从所述导气叶片(7)流出的流出角(μA)则被选定成能够使所述导气叶片(7)在这一区域中实施为与沿着所述纵轴(X-X)方向延伸的供气方向平行。
5.根据权利要求1至4之一所述的稳流装置(1),其特征在于,在所有导气叶片(7)处,空气的流入角(μz)都一样大。
6.根据权利要求1至4之一所述的稳流装置(1),其特征在于,位于一轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)内的所有导气叶片(7)处的空气的流入角(μz)都一样大,但其与位于其它轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)中的导气叶片(7)处的空气的各流入角(μz)则不同。
7.根据权利要求6所述的稳流装置(1),其特征在于,根据从所述轴流式风扇(2)中流出的空气的流出特性,不同轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)之间的所述导气叶片(7)的空气的流入角(μz)变化。
8.根据权利要求1至7之一所述的稳流装置(1),其特征在于,所述基体(3)制成为一件式结构,并且优选制成为注塑成型件,特别是用塑料制成。
9.根据权利要求1至8之一所述的稳流装置(1),其特征在于,在所有轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)中,所述导气叶片(7)之间的通孔被设置得很小,和/或,尤其是所述导气叶片(7)结构的轴向高度(H)被设置得很大,使得手或单个手指不可能伸至旋转的叶轮处。
10.根据权利要求1至9之一所述的稳流装置(1),其特征在于,在所述基体(3)上设置有用来以可脱开的方式固定到所述轴流式风扇(2)上的固定装置(8、9),尤其是例如用来与附属于所述轴流式风扇(2)的壁环(2a)连接的卡合件(8)和/或用于让用来与所述轴流式风扇(2)拧接的螺丝(10)穿过的固定孔(9)。
11.根据权利要求1至10之一所述的稳流装置(1),其特征在于,设置在轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)内的导气叶片(7)的数量从轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)至轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)径向向内逐渐减少,从而使得在每一轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)中,各导气叶片(7)彼此间的间距(A)都几乎一致。
12.根据权利要求1至11之一所述的稳流装置(1),其特征在于,在带有所述导气叶片(7)的轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)径向次序中,这些轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)分别具有不同的高度(H1,H2),尤其具有在不同轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)之间交替出现的两个高度(H1,H2)。
13.根据权利要求3和12所述的稳流装置(1),其特征在于,所述叶缘(7b)的径向弯曲(R2)用来调节优选每一导气叶片(7)的沿径向方向变化的高度,在任意两个相邻的轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)中,所述叶缘(7b)的径向弯曲(R2)的曲线被实施为彼此镜像对称。
14.根据权利要求1至13之一所述的稳流装置(1),其特征在于,在轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)的径向次序中,彼此相邻而置的轮圈(4a,4b,4c,4d,4e)中的导气叶片(7)的迎流侧叶缘(7a)与流出侧叶缘(7b)以互相间存在周向错位(V)的方式布置。
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