CN104728160A - 径流式叶轮和风机单元 - Google Patents

Abstract

径流式叶轮(10)和风机单元(20)，径流式叶轮具有轴向空气入口和在叶轮外周上的空气出口，径流式叶轮(10)包括底部轮盘(3)和顶部轮盘(1)，顶部轮盘(1)具有吸入开口(4)，径流式叶轮(10)还包括配置在底部轮盘(3)与顶部轮盘(1)之间的多个前弯式异型叶片(2)、在各种情况下在两个相邻叶片(2)之间形成的流道(5)，凸出地弯曲。底部轮盘(3)的外径(D_a,BS)比吸入开口(4)的内径(D_i,DS)至少大20％，顶部轮盘(1)形成用于流道(5)的顶部引导表面(8)，朝向吸入开口(4)张开并形成在第一切线(T₁)与第二切线(T₂)之间的角(α_DS)为至少30°，因而能够在保持高能量密度和低噪声生成的同时使效率增加。

Description

径流式叶轮和风机单元

技术领域

本发明涉及一种鼓风机用径流式叶轮(radial impeller)，其具有轴向空气入口和在叶轮外周上的空气出口，所述径流式叶轮优选在螺旋状壳体中使用，所述径流式叶轮包括：底部轮盘和顶部轮盘，所述底部轮盘具有外径，所述顶部轮盘以与所述底部轮盘有轴向距离的方式与所述底部轮盘同心地配置，并且所述顶部轮盘具有用于所述轴向空气入口的圆形的吸入开口，所述吸入开口具有内径，并且所述径流式叶轮还包括配置在所述底部轮盘与所述顶部轮盘之间的多个前弯式异型叶片、在各种情况下在两个相邻叶片之间形成的具有径向内部空气入口侧和径向外部空气出口侧的流道，当在径流式叶轮的运转方向上观察时，所述流道凸出地弯曲。该流道弯曲意思是叶片的吸入侧表面至少局部以凸出的方式弯曲，叶片的压力侧表面至少局部以凹入的方式弯曲。

本发明还涉及一种具有这种类型的径流式叶轮的风机单元，特别涉及一种具有这种类型的径流式叶轮的鼓风机。术语“风机”包含吸入侧与压力侧之间的压力比在1.0至1.1的范围内的风机和吸入侧与压力侧之间的压力比在1.1至3.0的范围内的风机。

背景技术

现今，在利用相对低的体积流量实现高压力的建立的场合优选使用径流式叶轮。由于在径流式叶轮的情况下，整个传送的气流在外径处离开叶轮，因此能够产生较大的空气分子的动能，由此还产生与轴流式风机相比更高的压力，轴流式风机的周向速度受限于轮毂。当气流必须从轴向向径向转向90°时，或者当组成部件、过滤器等阻碍空气自由流动时，使用径流式叶轮是特别有效的。虽然还可以使用将用于建立压力的空气传送装置集成为一个装置的不同的马达叶轮组合，但最普遍的构造是具有壳体的完整的径流式风机。

在径流式叶轮的情况下，具有在运转方向上向前弯曲的叶片的叶轮、具有在运转方向上向后弯曲的叶片的叶轮和具有径向尾端(radially ending)叶片的叶轮之间存在区别。在径流式叶轮的运转方向上观察时，在转动方向上向前弯曲的叶片导致从径向内部空气入口侧向径向外部空气出口侧延伸的流道以凸出的方式弯曲。因而叶片的吸入侧表面至少局部以凸出的方式弯曲，叶片的压力侧表面至少局部以凹入的方式弯曲。具有前弯式叶片的径流式叶轮允许为气流提供高的角动量并因而实现了高的能量转换。然而，这里存在的缺点是输出空气的高的动态压力。这个动态压力必须在例如螺旋状壳体的随后的引导设备中被转换成静态压力。具有前弯式叶片的径流式叶轮比具有后弯式叶片的径流式叶轮为气流提供更多的角动量。因而，具有前弯式叶片的径流式叶轮的到达相同运行点的必要速度实质上低于具有同尺寸的后弯式叶片的径流式叶轮的到达相同运行点的必要速度。与具有前弯式叶片的径流式叶轮相比，具有后弯式叶片的径流式叶轮的效率明显更高。

径流式风机的一种特殊构造是鼓风机。指定鼓风机为径流式风机，径流式风机的叶轮与鼓相同，即，与叶轮的直径相比，叶轮的宽度相对大。具体地，叶轮的宽度可以在底部轮盘的外径的40％至80％的范围内。在需要小径向尺寸的场合，使用设有前弯式叶片的、而且以Scirocco转子闻名大约80年的这种类型的转子。原始Scirocco转子的顶部轮盘的内径与底部轮盘的外径的比为0.875。

当前在螺旋状壳体中用作圆柱形转子(cylindrical rotor)的前弯式径流式叶轮以高能量密度而著名，即，以利用小安装空间的高传递体积(highconveyed volume)和良好的声学(acoustic)特性，特别是运行期间的低噪声水平而著名。然而，与后弯式叶轮相比，由于形成涡旋和涡流，空气动力效率相对低。圆柱形转子风机用在：基于一米叶轮直径和单流动构造，需要优选高达4000Pa压力增量和具有高达8m³/s体积流量的通风和空调领域的安装中。

在已知的径流式叶轮中，例如，德国DE102006031167A1在开始提到的该类型的径流式叶轮，在叶轮的外周上具有轴向空气入口和空气出口，叶片的强异型(strong profiling)能够防止或减少叶片之间的流道中的涡旋。在这方面，“异型”意思是叶片的厚度在其延伸方向上不同，更具体地当所谓的外形厚度比(即外形厚度与总外形长度的比)大于或等于0.15，特别是大于或等于0.2，以及更优选大于或等于0.25时，则叶片被认为是强异型的。在这方面，外形厚度比优选为至多0.5，特别地0.4，更优选0.35。上述文献的图中未示出的顶部轮盘在该文献中被称为框架并且是螺旋状壳体的一部分。不利地是，顶部轮盘处的涡旋被已知的叶片异型加强。因而，该手段仅能非常轻微地提高效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种在开始提到的类型的径流式叶轮和具有这种类型的径流式叶轮的风机单元，在该径流式叶轮和风机单元中，使圆柱形转子的优点与具有后弯式叶片的这种类型的叶轮的优点相结合，因而利用其能够特别地实现在保持高能量密度和低噪声生成的同时使效率增加。

根据本发明，实现了基于所述吸入开口的内径，所述径流式叶轮的底部轮盘的外径比所述吸入开口的内径至少大20％，所述顶部轮盘形成用于所述流道的顶部引导表面，朝向所述入口开口张开并形成在第一切线与第二切线之间的角为至少30°，其中所述第一切线为所述顶部引导表面的所述顶部轮盘的所述吸入开口的入口处的切线，所述第二切线为所述顶部引导表面的流道的径向外部空气出口侧的所述流道的出口处的切线。

根据本发明的风机单元，其特征在于，根据本发明的径流式叶轮配置在壳体内，特别是配置在螺旋状的壳体内。

归因于本发明，可以保持已知的迄今为止作为圆柱形转子的径流式叶轮的优点，与具有后弯式叶片的径流式叶轮相比，作为圆柱形转子的这些径流式叶轮的高能量密度和具有轻微转动噪声的低噪声的优点增大。有利的高能量密度可以促使高角动量通过前弯式叶片传递到气流。在这方面，通过优选数量多的叶片和优选运行期间的低速，促进了噪声降低。向前弯曲特别是还有数量多的叶片均防止或至少减少了叶片处和顶部轮盘处的涡旋，但向前弯曲和大量的叶片增加了摩擦力，这可能导致损耗和效率降低。这可以通过根据本发明的径流式叶轮的几何构造有效地抵消，优选的构造可以设置为所述底部轮盘的外径基于所述顶部轮盘的吸入开口的内径，比所述顶部轮盘的内径大50％，至多大90％。

根据本发明的轴向支流(onflow)向径向或向斜向的偏转的构造能够特别防止顶部轮盘处的涡旋，可以通过所谓的CFD气流仿真检测涡旋。计算流体动力学(CFD)是一种建立在流体力学中的方法，目的是通过数值迭代方法解决流体力学问题，然后将结果可视化，优选通过颜色来表现。在这方面，在预设定具体的边界条件(marginal condition)的同时，数学建模在流体力学中使用的、并说明了动量守恒和质量守恒的纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equation)。这是昂贵的例如在风洞中执行一系列实验测试的经济的替代，并且能够分析无法通过测量确定的气流参数，诸如湍流动能、涡流粘度等。

为了防止在顶部轮盘处的涡旋，优选顶部轮盘具有相对大轴向宽度的构造也是非常重要的，根据该构造，顶部轮盘的宽度可以优选占据叶轮的总宽度的至少30％。这种类型的宽度构造被认为与本发明结合是协同有效的，这是因为在传统的具有非异型叶片的圆柱形转子的情况下，不能通过这种构造实现改善。

利用预确定的轴输出功率(shaft output)，通过传送的体积流量和由风机引起的总压力增量来确定效率，体积流量与总压力增量的乘积给出了传送能力，术语“总压力”根据所谓的伯努利方程被理解为表示静态压力与动态压力之和。因而，效率说明了传送能力与轴驱动风机的功率的比，并根据以下公式计算效率：

η＝(V*Δp_t)/P_W

其中，η表示无量纲的效率，V表示体积流量，单位为m³/s，Δp_t表示总压力增量，单位为Pa，P_W表示轴输出功率，单位为W。

使“异型叶片”特征与根据本发明的流动构造的顶部轮盘的特征的结合可以显著地增加效率。然而，与之前已知实施方式相反，仅当底部轮盘的外径比顶部轮盘的确定吸入开口的尺寸的内径大至少20％时，这才是可能的。

然而，另一方面，利用同样从现有技术已知的非异型叶片，即使利用根据本发明设置的直径比且切线之间的最小角为30°，也不能在不发生任何涡旋的情况下使叶片通道中的气流转向。如已知的，涡旋涉及损耗并导致叶轮效率低下。因而，如已知的，甚至认为归因于过度陡峭的叶片的叶片入口处的不好的支流仍比在全等叶片(blade-congruent)气流中发生的不稳定的涡旋更有利。在根据本发明设计的顶部轮盘和底部轮盘的构造中，归因于叶片异型，尽管全等叶片支流(blade-congruent on-flow)(这意味着在叶片入口处的低冲击损失)，但气流可以在叶片通道中偏转而不在构造中产生任何涡旋。

利用根据本发明的径流式叶轮，可以通过选择叶轮出口处的壳体宽度与叶轮自身的叶轮出口宽度的宽度比为至少1.0到至多1.4，进一步增加整个风机的效率。

因而，利用本发明，能够实现效率在0.65至0.80之间的范围内，优选甚至达到0.90。

当根据现有技术的后弯式径流式风机运行在最优声学运行点时，即在最大效率时，可以根据以下公式估算总声音能级，精确度在±4dB：

L_W＝37+10log(V)+20*log(Δp_t)。

在该公式中，L_W表示总声音能级，单位是dB，V表示体积流量，单位是m³/s，Δp_t表示总压力增量，单位是Pa。然而，该公式不能应用于根据本发明的径流式叶轮。与测量值相比或与根据上述L_W公式计算的值相比，对于根据现有技术的径流式叶轮，根据本发明的例如具有170mm的外径的径流式叶轮实现了在声学上优化的运行范围内多于4dB的改善。

被认为是能量密度的指示的性能系数L根据公式：

被理解为能力系数(capacity coefficient)与压力系数ψ的乘积。在这方面，所有量均为无量纲，能力系数根据以下公式计算：

并且能力系数说明了实际传送量与理论上可能的传送量之比。能力系数由轮(wheel)的出口表面与周向速度的乘积得到。在该公式中，是能力系数，角标r表示“径向”，V仍是体积流量，单位是m³/s，D是由叶片的出口直径D_a,S确定的叶轮外径，单位是m，b是叶轮的出口宽度，单位是m，n是速度，单位是1/min。

压力系数是由轮产生的压力能级与周向速度的动态压力的比，并根据以下公式计算：

Ψ＝(Δp_t*2*60²)/(p*(D*π*n)²)

其中Ψ是无量纲的压力系数，p是密度，单位是kg/m³，Δp_t是总压力增量，单位是Pa，D仍是由叶片的出口直径D_a,S确定的叶轮外径，单位是m，以及n是速度，单位是1/min。

利用本发明，可以实现能力系数在0.6至1.0的范围内，优选在0.6至0.8的范围内，以及压力系数在2.2至3.2的范围内，优选在2.8至3.0的范围内，性能系数可以在0至1.5的范围内，优选在0至1.0的范围内。

与当安装叶轮时喷嘴与顶部轮盘之间通常有几毫米范围的轴向距离的传统圆柱形转子不同，在根据本发明的顶部轮盘的构造中，还可选择的有利可能是，提供喷嘴形状的构造的入口并且将喷嘴轴向伸入到顶部轮盘内。结果是，分气流可以对准与通过吸入开口进入的主体积流相同的方向。然后分气流有利地促进径向偏转的稳定，如已知的，这仅发生在具有后弯式叶片的径流式轮的情况下。

本发明提供一种径流式叶轮，其具有轴向空气入口和在叶轮外周上的空气出口，所述径流式叶轮优选在螺旋状壳体中使用，所述径流式叶轮包括：底部轮盘和顶部轮盘，所述底部轮盘具有外径，所述顶部轮盘以与所述底部轮盘有轴向距离的方式与所述底部轮盘同心地配置，并且所述顶部轮盘具有用于所述轴向空气入口的圆形的吸入开口，所述吸入开口具有内径，并且所述径流式叶轮还包括配置在所述底部轮盘与所述顶部轮盘之间的多个前弯式异型叶片、在各种情况下在两个相邻叶片之间形成的具有径向内部空气入口侧和径向外部空气出口侧的流道，当在径流式叶轮的运转方向上观察时，所述流道凸出地弯曲，其中，基于所述吸入开口的内径，所述底部轮盘的外径比所述吸入开口的内径至少大20％，所述顶部轮盘形成用于所述流道的顶部引导表面，朝向所述入口开口张开并形成在第一切线与第二切线之间的角为至少30°，其中所述第一切线为所述顶部引导表面的所述顶部轮盘的所述吸入开口的入口处的切线，所述第二切线为所述顶部引导表面的流道的径向外部空气出口侧的所述流道的出口处的切线。

优选地，所述底部轮盘的外径基于所述吸入开口的内径，比所述顶部轮盘的内径大至少50％且至多90％。

优选地，在所述异型叶片中，最大外形厚度与外形总长度的外形厚度比为至少0.15，特别是至少0.2，更优选至少0.25，所述外形厚度比为至多0.5，特别是0.4，更优选0.35。

优选地，所述叶片在所述顶部轮盘附近的前边缘的内半径大于或等于所述顶部轮盘中的所述吸入开口的内半径。

优选地，所述叶片在所述顶部轮盘上的出口直径小于或等于所述顶部轮盘的外径和/或小于或等于所述底部轮盘的外径。

优选地，叶片的数量为至少19个且至多54个，优选在22个至46个的范围内。

优选地，所述顶部轮盘、所述叶片和所述底部轮盘被构造成由两个部件组成的合成体，特别是由结合成一体的两个塑料注塑成型部件组成的合成体。

优选地，所述底部轮盘在所述流道中形成底部引导表面。

优选地，所述流道的所述顶部引导表面和/或所述底部引导表面具有持续弯曲。

优选地，在各种情况下，所述叶片的所述径向内部空气入口侧的前边缘和/或所述叶片的所述径向外部空气出口侧的后边缘被圆角化。

优选地，所述流道的截面从所述径向内部空气入口侧向所述径向外部空气出口侧逐渐变小，特别是所述底部轮盘与所述顶部轮盘之间的最短距离在流动方向上减小。

优选地，所述流道的所述径向外部空气出口侧的叶轮出口宽度的值为所述径流式叶轮的总宽度的至多70％。

优选地，所述径流式叶轮的总宽度在所述底部轮盘的外径的25％至70％的范围内。

优选地，朝向所述入口开口张开并形成在所述第一切线与所述第二切线之间的所述角为至多90°，优选至多75°。

本发明还提供一种风机单元，特别是鼓风机，其具有所述的径流式叶轮，其中，所述径流式叶轮配置在壳体内，特别是配置在螺旋状的壳体内。

优选地，用于所述径流式叶轮的所述壳体的入口为喷嘴形状，特别地所述壳体的所述入口伸入所述顶部轮盘中的所述吸入开口中。

优选地，所述壳体的在进入空气引导通道的空气入口开口处的宽度与所述径流式叶轮的在所述流道的径向外部空气出口侧处的叶轮出口宽度的比V_B的值在1.0≤V_B≤1.4的范围内。

优选地，所述径流式叶轮与电驱动马达同轴地配置在所述壳体内，所述驱动马达的外轮廓形状匹配地接合在所述底部轮盘的马达容纳开口中或被所述底部轮盘的整个表面覆盖，所述底部轮盘优选地与容纳在所述底部轮盘的所述马达容纳开口中的所述马达的所述轮廓一起具有圆顶形状的结构。

因而，能够在保持高能量密度和低噪声生成的同时使效率增加。

附图说明

将参照附图中示出的实施方式更详细地说明本发明的有利构造，其中：

图1是根据本发明的径流式叶轮的优选构造的轴向部分截面图，

图2是图1示出的根据本发明的径流式叶轮的构造的沿图1中的线II-II的截面图，

图3类似于图1，但是图3是安装在根据本发明的风机单元中的根据本发明的径流式叶轮的构造的全截面图，

图4是根据本发明的风机单元中的根据本发明的径流式叶轮的第二构造的轴向半截面图，

图5是根据本发明的风机单元中的根据本发明的径流式叶轮的第一构造的与图4类似且与图3相比简化的视图，

图6是根据本发明的径流式叶轮的第二构造的与图1类似的图。

附图标记列表

1    10的顶部轮盘

2    1与3之间的10的叶片

2a   2的前边缘(leading edge)

2b   2的后边缘(trailing edge)

2c   2的压力侧

2d   2的吸入侧

3    10的底部轮盘

3a   3中的用于6的马达容纳开口

4    1的吸入开口

5    10中的2/2之间和8/9之间的流道

5a   5的空气入口侧

5b   5的空气出口侧

6    用于10的驱动马达

6a   6的外轮廓

7    20的壳体

7a   7的空气引导通道

7b   7的进入7a的空气入口开口

8    5的顶部引导表面

9    5的底部引导表面

10   径流式叶轮

20   具有10的风机单元

21   7的入口

22   21与1之间的间隙

A     1与3之间的最短距离

B     7在7b处的宽度

b₂    10的叶轮出口宽度

b_DS   1的宽度

b_ges  10的总宽度

D_a,BS 3的外径

D_a,DS 1的外径

D_a,S  2在1处的出口直径

D_i,DS 1中4的内径

d_S    2的外形厚度

LR    10的运转方向

L_E    21进入1的伸入长度，22的长度

L_S    2的外形总长度

R_i,S  2在2a处的内半径

R_i,DS 1中4的内半径

S     在5中的从5a到5b的流动方向

T₁    8上的4处的切线

T₂    8上的5a处的切线

W     3与6之间的涡流(图4)

X-X   10、20的纵向轴线

α_DS  T₁与T₂之间的角

α_DS1 T₁与X-X之间的角

α_DS2 T₂与X-X之间的角

具体实施方式

在附图的不同图中，相同的部件或功能相同的部件由相同的附图标记和符号表示。然而，如果描述的具体特征和/或可以从根据本发明的径流式叶轮或风机单元的图或构造推断的具体特征仅与实施方式相关被提及，那么根据本发明并且不依赖于该实施方式，这些特征作为单个特征或者还与该实施方式的其它特征组合是显著的，并可以被要求属于本发明。

如首先可以从图1和图2中看到的，根据本发明的径流式叶轮10具有顶部轮盘1、多个前弯式异型(profiled)叶片2和底部轮盘3。顶部轮盘1形成吸入孔并因而具有用于轴向空气入口的圆形的吸入开口4，吸入开口4具有内径D_i,DS。底部轮盘3具有外径D_a,BS并且以与顶部轮盘1有轴向距离的方式与顶部轮盘1同心地配置。

叶片2位于顶部轮盘1与底部轮盘3之间。在各种情况下，在两个叶片2之间形成流道5，在径流式叶轮10的运转方向LR上观察流道5时，流道5凸出地弯曲，气流在流道5中在方向S上从径向内部空气入口侧5a移动到径向外部空气出口侧5b。在径流式叶轮10的运转方向LR上观察时流道5至少局部凸出的弯曲的意思是：如图2所示，在径流式叶轮10的运转方向LR上观察时叶片2的压力侧2c各自位于叶片2下方，并至少局部以凹入方式弯曲，在径流式叶轮10的运转方向LR上观察时叶片2的吸入侧2d各自位于叶片2上方，并至少局部以凸出方式弯曲。

顶部轮盘1、叶片2和底部轮盘3可以优选被构造成由两个部件组成的合成体，特别是由结合成一体的两个塑料注塑成型部件组成的合成体。

叶片2的异型的意思是指叶片2的外形厚度d_S在其整个长度上不恒定。在这方面，叶片2的异型的特征是由最大外形厚度d_S与外形总长度L_S的比V_P描述的外形厚度比(这方面见图2)，外形厚度比应当至少为0.15，特别是至少为0.2，更优选至少为0.25，外形厚度比V_P可以至多为0.5，特别是0.4，更优选为0.35。从空气入口侧5a看时，最大外形厚度d_S的位置可以优选在外形总长度L_S的5％至75％的范围内，并且外形厚度从该位置朝向叶片2的前边缘2a和朝向后边缘2b均减小。上述有利条件得到了这种特别的流线型外形，而且根据本发明在顶部轮盘1上不发生任何气流的涡旋(burbling)现象。

为了形成流体力学方面有利的形状，如图2所示，可以选择性地设置为叶片2的前边缘2a和/或后边缘2b在各种情况下均被圆角化。选择性地或优选地描述叶片形状的进一步的特征是：其为月牙形的，但叶片2的截面不对称，吸入侧2d的至少局部凸出的外弯曲比压力侧2c的至少局部凹入的内弯曲大，并且相对于通过叶片2的弯曲的中心轴线成液滴(drop)形状。

叶片2的最优数量为至少19个且至多54个，优选在22个至46个的范围内，该数量对于鼓风机来说通常较大。大数量的叶片能够阻挡流道5并减少最大可能的体积流量V。此外，叶片壁上的摩擦损耗可能增加，使得效率η降低。

此外，如图3以及图4和图5中所示，根据本发明的径流式叶轮10优选意在用于根据本发明的风机单元20。如图3所示，根据本发明的径流式叶轮10可以配置在根据本发明的该风机单元20中，优选径流式叶轮10与电驱动马达6同轴并位于壳体7内，壳体7优选可以是螺旋形状的壳体7。

在示出的构造中，根据本发明的风机单元20是具有前弯式径流式轮(wheel)的风机。风机单元20优选可以是鼓风机，其特征还在于，径流式叶轮10的总宽度b_ges在底部轮盘3的外径D_a,BS的25％至70％的范围内。如图1所示，总宽度b_ges是顶部轮盘1的宽度b_DS与在流道5的径向外部空气出口侧5b处的叶轮出口宽度b₂之和。

根据本发明，基于顶部轮盘1的内径D_i,DS，底部轮盘3的外径D_a,BS设置为比顶部轮盘1的内径D_i,DS大至少20％、优选大至少50％。顶部轮盘1形成用于流道5的顶部引导表面8，朝向入口开口4张开并且形成在切线T₁与切线T₂之间的角α_DS为至少30°，其中切线T₁为顶部引导表面8上的在顶部轮盘1的吸入开口4的入口处的切线，切线T₂为顶部引导表面8上的在流道5的径向外部空气出口侧5b的流道5的出口处的切线。该角的最大值可以是90°，优选75°。在第一构造中，切线T₁平行于径流式叶轮1的纵向轴线X-X延伸。在这种方式中，根据本发明使气流以有利的空气动力学方式从轴向方向转向到径向或倾斜方向，使得在保持传统的圆柱形转子的优点的同时增加了效率η。

如根据图6的第二构造所示，还可以有如下情况：切线T₁从与径流式叶轮1的纵向轴线X-X平行的情况偏离最大到±30°的角度值α_DS1，但优选仅偏离最大到±5°的角度值。附图标记α_DS2表示朝向入口开口4张开并形成在切线T₂与径流式叶轮10的纵向轴线X-X之间的角，其中切线T₂为顶部引导表面8上的在流道5的径向外部空气出口侧5b的流道5的出口处的切线。因而，以下等式应用于根据本发明要求的角α_DS：

α_DS＝α_DS2-α_DS1。

类似于顶部轮盘1上的引导表面8，底部轮盘3也可以在流道5中形成底部引导表面9。

如图所示，除了图4中底部轮盘3的构造的情况之外，特别地，流道5的顶部引导表面8和/或底部引导表面9的弯曲可以是持续的，这有利地抵消了流动湍流(flow turbulence)的形成。

代替在纵向轴线X-X的方向上轴向测量的底部轮盘3与顶部轮盘1之间的上述距离，图1、图2和图5示出了在流道5中底部轮盘3与顶部轮盘1之间的最短距离，该最短距离在各种情况下分别由附图标记A表示，A优选在流道5的空气入口侧5a与空气出口侧5b之间变化。可以有利地设置使得该距离A从径向内部空气入口侧5a到径向外部空气出口侧5b在方向S上减小，特别是在考虑到由叶片2的数量所确定的叶片间隔时，使得相应的流道5的截面也逐渐变小。这特别在图5中示出，在图5中，该优选构造被与由点划线表示的、距离A不变的假设的流道构造相比较。如该图中由“恒定”一词表示的，在假设的构造中，顶部引导表面8和底部引导表面9呈彼此等距离，虽然在本发明的上下文中该假设构造是可能的，但并非优选的。

通过图3至图5中的示例示出的，只要根据本发明的风机单元20涉及根据本发明的径流式叶轮10的安装，则与该安装的性质有关的各种技术手段可以选择性地更有利地促使在实现保持高能量密度L和低总声音能级L_W的同时增加效率η。

因而，如在图3中最清楚地看到，还可以在图4和图5中看到的，特别地，可以径流式叶轮10用的壳体7的入口21设置为喷嘴形状，特别地，壳体7的入口21伸(dip)入顶部轮盘1中的吸入开口4中。

该构造与专家的观点是相反的，专家的观点认为不能期望通常在具有后弯式叶片的径流式风机中的喷嘴形状的顶部轮盘来提高效率η。

在已知的具有前弯式叶片的径流式风机的情况下，喷嘴不伸入顶部轮盘中。在已知的具有前弯式叶片的径流式转子中，喷嘴形状的入口与顶部轮盘之间的间隙处的静态压力差太小而不能实现通过入口沿纵向轴线X-X轴向移动的主气流由于从另外地侧向穿过该间隙进入顶部轮盘的吸入开口的分气流的脉冲供给而施加到顶部轮盘。此外，结果是，叶片在顶部轮盘附近遭受到轴向支流，因此气流在叶片入口边缘处被分离。

然而，可替代地，在本发明中可以通过间隙22来避免这些缺点，通过将喷嘴形状的入口21伸入顶部轮盘1的吸入开口4伸入长度L_E形成间隙22。在这方面，间隙22的伸入长度L_E可以在顶部轮盘1的外径D_a,DS的0.5％至5.0％的范围内，优选在1.0％至3.0％的范围内，间隙22的间隙宽度S_W可以在顶部轮盘1的外径D_a,DS的0.5％至5.0％的范围内，优选在1.0％至3.0％的范围内。

已证明如果叶片2在顶部轮盘1附近的前边缘2a的内半径R_i,S(见图2)大于或等于顶部轮盘1的吸入开口4的内半径R_i,DS(见图3)，则对入口21下游的气流形成是极其有利的。

此外，如图3所示，可以优选地设置为：壳体7的在进入空气引导通道7a的空气入口开口7b处的宽度B与径流式叶轮10的在流道5的径向外部空气出口侧5b处的叶轮出口宽度b₂的比的值在1.0≤V_B≤1.4的区域内。结果是，在避免总压力损失Δp_t的同时，促进了动态压力到静态压力的转换。归因于根据所述比V_B宽度小幅增加的这种类型的壳体7的构造，积极地影响了壳体7中的二次气流，这与专家意见相反，并导致效率η显著增加。在这方面，如果在流道5的径向外部空气出口侧5b处的叶轮出口宽度b₂采取径流式叶轮10的总宽度b_ges的至多70％的值，则是特别有利的。

最后，从高效率η的观点看，如果壳体7具有螺旋状围绕径流式叶轮10的、不具有矩形截面而是具有卵形截面、优选地具有从径流式叶轮10侧恒定增加的椭圆形截面的空气引导通道7a，则是有利的。在这种类型的椭圆形截面中，椭圆的长半轴与短半轴的比可以优选在1.2至3.0的范围内，对于长半轴可以以不同方式定向，例如优选竖直或水平定向。

本发明不限于示出的和说明的实施方式，而且还包括在本发明意义内具有相同效果的全部构造。因而，本领域技术人员还可以在不脱离本发明范围的情况下提供有利的另外的技术手段。例如，可以有利的设置为叶片2在顶部轮盘1的出口直径D_a,S小于或等于顶部轮盘1的外径D_a,DS。还可以设置为该出口直径D_a,S小于或等于底部轮盘3的外径D_a,BS。

已经说明了流道5的顶部引导表面8和/或底部引导表面9可以以持续方式弯曲。同样优选的情况还应用于叶片2的各压力侧2c和吸入侧2d，前述“至少局部……”和“至少部分以凹入方式弯曲”(或“……以凸出方式弯曲”)的术语意思是各弯曲还可以包括直线部分，特别是在其端部处包括直线部分。

如果径流式叶轮10与电驱动马达6同轴地配置在壳体7中，如图3和图5所示，则驱动马达6的外轮廓6a可以形状匹配地(positively)接合在底部轮盘3的马达容纳开口3a(在图2中最清楚可见)中或者可选择地还可以被底部轮盘3的整个表面覆盖，底部轮盘3优选与容纳在底部轮盘3的马达容纳开口3a中的马达6的外轮廓6a一起具有圆顶形状的形式。当在叶轮区域内使用马达6时，通过圆顶形状的这种类型的底部轮盘3可以防止来自马达轮廓的涡旋和下游区域中的回流。例如，通过将图3和图5与图4相比，明显的是图4示出了在马达6与底部轮盘3之间的死空间(wake space)中不希望的旋涡W的形成。

在不脱离本发明的范围的情况下，根据本发明的径流式叶轮10的双气流构造也是可以的。

此外，本发明还不限于实施方式中限定的特征的组合，而且还可以由全部公开的所有单独特征的特定特征的任何其它组合限定。这意味着原则上，实施方式的每个单独特征实际上可以被省略或被其它申请公开的至少一个单独特征代替。

Claims (19)

1.一种径流式叶轮(10)，其具有轴向空气入口和在叶轮外周上的空气出口，所述径流式叶轮(10)优选在螺旋状壳体(7)中使用，所述径流式叶轮(10)包括：底部轮盘(3)和顶部轮盘(1)，所述底部轮盘(3)具有外径(D_a,BS)，所述顶部轮盘(1)以与所述底部轮盘(3)有轴向距离的方式与所述底部轮盘(3)同心地配置，并且所述顶部轮盘(1)具有用于所述轴向空气入口的圆形的吸入开口(4)，所述吸入开口(4)具有内径(D_i,DS)，并且所述径流式叶轮(10)还包括配置在所述底部轮盘(3)与所述顶部轮盘(1)之间的多个前弯式异型叶片(2)、在各种情况下在两个相邻叶片(2)之间形成的具有径向内部空气入口侧(5a)和径向外部空气出口侧(5b)的流道(5)，当在径流式叶轮(10)的运转方向(LR)上观察时，所述流道凸出地弯曲，其特征在于，基于所述吸入开口(4)的内径(D_i,DS)，所述底部轮盘(3)的外径(D_a,BS)比所述吸入开口(4)的内径(D_i,DS)至少大20％，所述顶部轮盘(1)形成用于所述流道(5)的顶部引导表面(8)，朝向所述入口开口(4)张开并形成在第一切线(T₁)与第二切线(T₂)之间的角(α_DS)为至少30°，其中所述第一切线(T₁)为所述顶部引导表面(8)的所述顶部轮盘(1)的所述吸入开口(4)的入口处的切线，所述第二切线(T₂)为所述顶部引导表面(8)的流道(5)的径向外部空气出口侧(5b)的所述流道(5)的出口处的切线。

2.根据权利要求1所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述底部轮盘(3)的外径(D_a,BS)基于所述吸入开口(4)的内径(D_i,DS)，比所述顶部轮盘(1)的内径(D_i,DS)大至少50％且至多90％。

3.根据权利要求1或2所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，在所述异型叶片(2)中，最大外形厚度(d_S)与外形总长度(L_S)的外形厚度比(V_P)为至少0.15，特别是至少0.2，更优选至少0.25，所述外形厚度比(V_P)为至多0.5，特别是0.4，更优选0.35。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述叶片(2)在所述顶部轮盘(1)附近的前边缘(2a)的内半径(R_i,S)大于或等于所述顶部轮盘(1)中的所述吸入开口(4)的内半径(R_i,DS)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述叶片(2)在所述顶部轮盘(1)上的出口直径(D_a,S)小于或等于所述顶部轮盘(1)的外径(D_a,DS)和/或小于或等于所述底部轮盘(3)的外径(D_a,BS)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，叶片(2)的数量为至少19个且至多54个，优选在22个至46个的范围内。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述顶部轮盘(1)、所述叶片(2)和所述底部轮盘(3)被构造成由两个部件组成的合成体，特别是由结合成一体的两个塑料注塑成型部件组成的合成体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述底部轮盘(3)在所述流道(5)中形成底部引导表面(9)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述流道(5)的所述顶部引导表面(8)和/或所述底部引导表面(9)具有持续弯曲。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，在各种情况下，所述叶片(2)的所述径向内部空气入口侧(5a)的前边缘(2a)和/或所述叶片(2)的所述径向外部空气出口侧(5b)的后边缘(2b)被圆角化。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述流道(5)的截面从所述径向内部空气入口侧(5a)向所述径向外部空气出口侧(5b)逐渐变小，特别是所述底部轮盘(3)与所述顶部轮盘(1)之间的最短距离(A)在流动方向(S)上减小。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述流道(5)的所述径向外部空气出口侧(5b)的叶轮出口宽度(b₂)的值为所述径流式叶轮(10)的总宽度(b_ges)的至多70％。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述径流式叶轮(10)的总宽度(b_ges)在所述底部轮盘(3)的外径(D_a,BS)的25％至70％的范围内。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，朝向所述入口开口(4)张开并形成在所述第一切线(T₁)与所述第二切线(T₂)之间的所述角(α_DS)为至多90°，优选至多75°。

15.一种风机单元(20)，特别是鼓风机，其具有根据权利要求1至14中任一项所述的径流式叶轮(10)，其特征在于，所述径流式叶轮(10)配置在壳体(7)内，特别是配置在螺旋状的壳体(7)内。

16.根据权利要求15所述的风机单元(20)，其特征在于，用于所述径流式叶轮(10)的所述壳体(7)的入口(21)为喷嘴形状，特别地所述壳体(7)的所述入口(21)伸入所述顶部轮盘(1)中的所述吸入开口(4)中。

17.根据权利要求15或16所述的风机单元(20)，其特征在于，所述壳体(7)的在进入空气引导通道(7a)的空气入口开口(7b)处的宽度(B)与所述径流式叶轮(10)的在所述流道(5)的径向外部空气出口侧(5b)处的叶轮出口宽度(b₂)的比V_B的值在1.0≤V_B≤1.4的范围内。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的风机单元(20)，其特征在于，所述径流式叶轮(10)与电驱动马达(6)同轴地配置在所述壳体(7)内，所述驱动马达(6)的外轮廓(6a)形状匹配地接合在所述底部轮盘(3)的马达容纳开口(3a)中或被所述底部轮盘(3)的整个表面覆盖，所述底部轮盘(3)优选地与容纳在所述底部轮盘(3)的所述马达容纳开口(3a)中的所述马达(6)的所述轮廓(6a)一起具有圆顶形状的结构。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的风机单元(20)，其特征在于，所述壳体(7)具有空气引导通道(7a)，所述空气引导通道(7a)螺旋状地围绕所述径流式叶轮(10)，所述空气引导通道(7a)具有从所述径流式叶轮(10)侧恒定增加的卵形截面。