CN106030117B - 轴流送风机 - Google Patents

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Abstract

得到一种在应用了用于使风量‑静压特性提高并进一步低噪音化的形状的情况下，也能够使叶片根部的前缘部产生的应力缓和的轴流送风机。具备毂部(2)和多个旋转叶片(10)的轴流送风机(100)。将旋转叶片(10')划分为：从毂部(2)开始朝向外周侧的第一区域(11)和与第一区域(11)连接并从第一区域(11)到旋转叶片(10')的最外周的第二区域(12)，前掠角的分布在第一区域(11)中以二次函数变化，使第一区域(11)的前掠角的最大值为所述第二区域(12)的前掠角以下的值。弦节比的分布在第一区域(11)中以根部为最小值呈曲线地变化，在第二区域(12)中具有线性分布。

Description

轴流送风机
技术领域
本发明涉及用于换气扇、空调机、冷却用风扇等的轴流送风机。
背景技术
轴流送风机用的旋转叶片主要为了低噪音化而应用了向旋转方向的前掠化和向抽吸气流上游侧的前倾化，进一步为了大风量和静压化而应用了在产品尺寸的限制内的叶片外径和叶片弦长的大型化。
如上所述，在采用了用于低噪音化且大风量及高静压化的形状的情况下，经常成为在叶片前缘根部产生应力集中的叶片形状，也需要确保对于偏流或阵风的强度。
以往，有针对上述的应力集中部而设定为使板厚变化来避免应力集中的轴流风扇(例如参照专利文献1)。
另外，有如下的轴流风扇：通过使比叶片前缘部的任意点更靠近毂部的部分的叶片前缘部在旋转方向上延长，以使叶片前缘部的毂部侧的部分连续，从而设定为避免应力集中而不会局部地增厚毂部附近的叶片厚度(例如参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5079063号
专利文献2：日本专利第2932975号
发明内容
发明所要解决的课题
用于换气或空调机的室外机等的轴流送风机在提高送风特性和实现低噪音化时，由于叶片弦长越长则送风-噪音特性越好，所以经常在产品限制内较大地取值。特别是，为了确保叶片强度，叶片根基部分的叶片弦长越长则在强度上也越有利。
但是，在利用树脂或金属将旋转叶片一体成形时，如果没有在一定程度上取得各叶片的叶片间距离以进行脱模，则在成形时会产生困难，并且也会导致成本提高。因此，需要充分地取得各叶片的叶片间距离。但是，如专利文献2那样，在使比叶片前缘部的任意点靠近毂部的部分的叶片前缘部在旋转方向延长的情况下，不能够充分地取得各叶片的根基部分的叶片间距离。
另外，为了提高强度，如专利文献1那样，采用了使叶片根基部分的板厚局部地增大的方法，或采用了导入肋形状等方法。但是，由于叶片根基部分的板厚增大或肋形状，在成形时，板厚变得不连续。因此，成形时的冷却和收缩变得不均匀，叶片整体有可能产生歪斜。
另外，近年来，在旋转叶片中，应用了叶片的前掠化和前倾化或应用了使叶片外周部向气流的上游侧弯曲的形状的旋转叶片逐渐变多，由于叶片外周部的变形等，作用于叶片根基部分的应力倾向于增大。
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于得到一种轴流送风机，即使在应用了用于使风量-静压特性提高并进一步低噪音化的形状的情况下，也能够使叶片根部的前缘部产生的应力缓和。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题并实现上述目的，本发明的轴流送风机具备：毂部，所述毂部由马达旋转驱动；和多个旋转叶片，所述多个旋转叶片呈放射状地安装于所述毂部，并在旋转轴方向上送风，将所述多个旋转叶片的每一个划分为：从所述毂部开始朝向外周侧的第一区域和与所述第一区域连接并从所述第一区域到所述旋转叶片的最外周的第二区域，前掠角的分布在所述第一区域中以二次函数变化，使所述第一区域的前掠角的最大值为所述第二区域的前掠角以下的值，弦节比的分布在所述第一区域中以根部为最小值呈曲线地变化，在所述第二区域中具有线性分布。
发明效果
根据本发明，通过采用上述结构，得到如下效果：可得到能够进行旋转叶片的应力集中部分的应力缓和且送风-噪音特性的恶化小的送风机。
附图说明
图1是表示轴流送风机的旋转叶片的立体图。
图2是从与旋转轴正交的X-Y平面观察图1的旋转叶片的俯视图。
图3是仅抽出图2的旋转叶片的一个叶片并表示前掠角的定义的图。
图4是表示图2的旋转叶片的弦节比的定义的图。
图5是表示使叶片根部的弦长部分地增加而成的旋转叶片的俯视图。
图6是本发明的一个实施方式的轴流送风机的俯视图。
图7是表示本实施方式的旋转叶片上的前掠角的分布和以往的旋转叶片上的前掠角的分布的图。
图8是表示本实施方式的旋转叶片上的弦节比的分布和以往的旋转叶片上的弦节比的分布的图。
图9是表示本实施方式的旋转叶片的应力集中部的图。
图10是表示以往的旋转叶片上的应力分布的图。
图11是表示根部的叶片弦长比以往长的情况下的以往的旋转叶片(图5)上的应力分布的图。
图12是表示本实施方式的旋转叶片上的应力分布的图。
图13是最大应力的比较表。
图14是表示本实施方式的旋转叶片与以往的旋转叶片上的送风-静压特性的图。
图15是表示本实施方式的旋转叶片与以往的旋转叶片上的送风-噪音特性的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的轴流送风机的实施方式。此外，本发明并不由本实施方式限定。
实施方式
在说明本发明的一个实施方式前，基于图1～图5说明采用本实施方式的结构的理由。
图1是表示轴流送风机的旋转叶片的立体图，图2是将图1的旋转叶片投影在与旋转轴3正交的X-Y平面上而得到的俯视图。此外，图1的轴流送风机的旋转叶片1为5片的例子，但本实施方式的旋转叶片的片数也可以是除此以外的片数。在以下的说明中，关于旋转叶片1，主要说明一片旋转叶片的形状，但其他旋转叶片的形状也是相同的形状。
如图1所示，旋转叶片1具有整体上向气流的下游方向后倾的三维立体形状，并且其根部呈放射状地安装在圆柱状的毂部2的外周部。毂部2由未图示的马达旋转驱动而以旋转轴3为中心旋转，由此，旋转叶片1向箭头4方向旋转。通过旋转叶片1的箭头4方向的旋转，产生箭头A方向的气流。旋转叶片1的上游侧成为负压面，下游侧成为正压面。
图3是抽出图2的旋转叶片1'的一片叶片并表示前掠角的定义的图。
在图3中，Pt'表示叶片外周部1d'上的从叶片前缘部1b'到叶片后缘部1c'的叶片弦线中心点(中点)。线Pr'表示从毂部的叶片弦线中心点Pb'到外周部的叶片弦线中心点Pt'的叶片弦线中心点的轨迹(叶片弦中心线)。
另外，在图3中，连结毂部2的叶片弦线中心点Pb'和旋转中心O而成的直线、以及连结任意的半径R与叶片弦中心线的交点和旋转中心O而成的直线所形成的角度定义为前掠角δθ。
图4是表示图2的旋转叶片1'的弦节比的定义的图。
在图4中，在将剖开任意的半径R处的旋转叶片1'的截面而得到的圆弧展开在平面上时，像A-A'截面展开图那样表示上述任意的半径R处的旋转叶片1'的截面。当将旋转叶片1'的叶片弦长设为L，将旋转叶片1的叶片间距设为t时，弦节比σ能够定义为σ＝L/t。
图5是具备使叶片根部的弦长部分地增加而成的旋转叶片1'的轴流送风机的俯视图。叶片内周侧的叶片弦长较长(使叶片根部的弦长部分地增加)的情况下的前缘部1e成为图5所示的形态。结果，图5的旋转叶片1'成为如下形态：其根部的叶片弦长变大，到一定半径为止，叶片弦长的分布逐渐变化，当超过一定半径时，到外周为止线性地变化。
通过将旋转叶片1'的前缘部1e设为图5的形态，能够仅使产生最大应力的叶片根部前缘附近的叶片面积增加，所以能够缓和应力集中。
但是，在图5所示的形态中，虽然能够缓和应力，但仍然存在如下问题：叶片根基部的叶片间间隙变小，在通过一体成形等来成形旋转叶片时，模具的设计和制造变得困难。
本实施方式的旋转叶片将以上的研究事项作为背景而构成，在图6～图15中，说明本实施方式。
图6是本发明的一个实施方式的轴流送风机100的俯视图。
本实施方式的旋转叶片10'与图5的形态的不同点在于：形成有叶片根基部的叶片后缘部1c'被切割而得到的形态的后缘部1f。此外，与图2的例子同样地，旋转叶片10'是投影于与旋转轴3正交的面上的本实施方式的旋转叶片。本实施方式的轴流送风机100的整体形状与图1基本相同，旋转叶片10'具有整体上向气流的下游方向后倾的三维立体形状，并呈放射状地安装于毂部2。
在图6所示的形态的旋转叶片10'中，在产生最大应力的叶片根部前缘附近，由于叶片面积增加，因此能够缓和应力集中。并且，为了确保叶片间的间隙，叶片后缘部1c'的后缘形状呈曲线地变化。当着眼于前掠角的分布和弦节比的分布时，按以下方式确定该旋转叶片10'的形态。
旋转叶片10'被划分为从毂部2起的叶片的内周侧的第一区域11和第一区域11的外周侧的第二区域12。而且，旋转叶片10'的前掠角δθ的分布在第一区域11中以二次函数变化而增加(其中，其最大值是第二区域12的前掠角以下的值)，在第二区域12中具有线性分布(第一区域11的最终值进一步呈直线地增加)(详细情况参照图7)。并且，旋转叶片10'的弦节比的分布在第一区域11中以根部为最小值呈曲线地变化而增加，在第二区域12中，具有线性分布(大致呈直线地减小)(详细情况参照图8)。
通过强度解析判明：虽然与图5的旋转叶片相比图6的旋转叶片10'的应力稍高，但与图2的旋转叶片相比，应力能够缓和约30(％)左右(参照后述的图12、图13)。
图7是表示本实施方式的旋转叶片10'的前掠角δθ的分布和以往的旋转叶片的前掠角δθ的分布的图。如上所述，本实施方式的旋转叶片10'的前掠角δθ在第一区域11中以二次函数变化而增加，在第二区域12中呈线性分布(呈直线地增加)。另一方面，以往的旋转叶片的前掠角δθ在第一区域和第二区域中都呈线性分布(呈直线地增加)。
图8是表示本实施方式的旋转叶片10'的弦节比的分布和以往的旋转叶片的弦节比的分布的图。本实施方式的旋转叶片10'的弦节比在第一区域11中弦节比的分布以根部为最小值呈曲线地变化而增加，在第二区域12中呈线性分布(大致呈直线地减小)。另一方面，以往的旋转叶片的弦节比在第一区域11和第二区域中都呈线性分布(呈直线地减小)。
当使用图7和图8所示的前掠角和弦节比的分布时，能够得到图6所示的本实施方式的旋转叶片10'。根据这种形态的旋转叶片10'，能够得到缓和应力集中且送风-噪音特性的恶化小的轴流送风机。
在本实施方式的旋转叶片10'中，在外径Rt＝130(mm)的旋转叶片中，第一区域11为从叶片根部到0.65×Rt的位置，并应用了图7和图8所示的前掠角和弦节比的分布。此外，在本实施方式中，旋转叶片10'的外径Rt是指从旋转轴3到旋转叶片10'的外周部的长度。
图9是表示旋转叶片10的应力分布的图。
如图9所示，由于旋转的离心力，因此，在旋转叶片10的前缘附近的部位5产生了应力集中。
图10是表示以往的旋转叶片的应力分布的图。图11是表示根部的叶片弦长比以往长的情况下的以往的旋转叶片(图5)的应力分布的图。图12是表示本实施方式的旋转叶片的应力分布的图。图13是最大应力的比较表。
比较图10的应力分布与图11及图12的应力分布可知，在图11和图12的旋转叶片的前缘附近产生的应力集中被缓和。另外，如图13所示，当比较最大应力时，能够确认：延长根部的叶片弦长而成的旋转叶片(图5)和本实施方式比以往的旋转叶片减少约-30(％)左右。
图14是表示本实施方式的旋转叶片和以往的旋转叶片(前掠角和弦节比为线性分布的旋转叶片)的送风-静压特性的图。图15是表示本实施方式的旋转叶片和以往的旋转叶片(前掠角和弦节比为线性分布的旋转叶片)的送风-噪音特性的图。
从图14和图15的特性可知，本实施方式的旋转叶片10与以往的旋转叶片相比，在实际使用点附近，送风/静压-噪音特性之差较小。
此外，在上述具体例中，说明了将划分第一区域11与第二区域12的基准值设为“0.65×Rt”的例子，以下说明其理由。
由于图1所示的形状的旋转叶片在其吹出的流速分布中，流速快的区域部分大致集中在0.7Rt～Rt(Rt：叶片外径)，所以该部分对送风性能的贡献较大。另外，由于比其靠内侧处流速慢，所以与外周部相比对送风性能的贡献变小。因此，优选的是，在对送风性能的贡献小的范围内，设定用于使叶片形状变化的基准值。另外，若从强度方面考虑，由于当在内周部使形状急剧变化时会产生应力集中部，所以在对送风性能影响小的范围平稳地变化时在构造上不会产生不合理。出于这样的理由，在上述具体例中将基准值设定为“0.65Rt”。但是，该基准值不限定于“0.65Rt”，出于上述理由，只要是0.5Rt～0.65Rt的范围内，就能够解决本发明的问题。
从以上说明可以清楚知道，在本实施方式的旋转叶片10(即轴流送风机100)中，能够改善强度特性而几乎不会给送风-噪音特性带来影响。另外，在利用树脂或金属一体成形旋转叶片10时，由于能够确保各叶片的叶片间距离以便进行脱模，所以模板不会变薄而能够确保模具强度，即使是简单的模具结构(轴向上一分为二而脱模的构造)也能够成形。也就是说，无需使用滑动模具而仅针对旋转叶片的根部使脱模方向部分地变更。
工业实用性
如上所述，本发明的轴流送风机作为能够进行旋转叶片的应力集中部分的应力缓和且送风-噪音特性的恶化小的送风机，能应用于换气扇、空调机、冷却风扇等。
附图标记说明
1、10旋转叶片，1'、10'投影在与旋转轴正交的面上的旋转叶片，1b'叶片前缘部，1c'叶片后缘部，1d'叶片外周部，2毂部，3旋转轴，4旋转方向的箭头，A气流方向的箭头，O旋转中心，Pb、Pb'毂部的叶片弦线中心点，Pt、Pt'叶片外周部的叶片弦线中心点，Pr、Pr'叶片弦线中心点的轨迹(叶片弦中心线)，δθ前掠角，L叶片弦长，t叶片间距，σ弦节比，1e叶片内周侧的叶片弦长较长的情况下的前缘部，1f本实施方式的后缘部，5应力集中部，11第一区域，12第二区域，100轴流送风机。

Claims (3)

1.一种轴流送风机，具备：
毂部，所述毂部由马达旋转驱动；和
多个旋转叶片，所述多个旋转叶片呈放射状地安装于所述毂部，并在旋转轴方向上送风，
所述轴流送风机的特征在于，
将所述多个旋转叶片的每一个划分为：从所述毂部开始朝向外周侧的第一区域和与所述第一区域连接并从所述第一区域到所述旋转叶片的最外周的第二区域，
前掠角的分布在所述第一区域中以二次函数变化，使所述第一区域的前掠角的最大值为所述第二区域的前掠角以下的值，
弦节比的分布在所述第一区域中以根部为最小值呈曲线地变化，在所述第二区域中具有线性分布。
2.根据权利要求1所述的轴流送风机，其特征在于，
前掠角的分布在所述第二区域中具有线性分布。
3.根据权利要求1或2所述的轴流送风机，其特征在于，
所述多个旋转叶片的每一个具有整体上向气流的下游方向后倾的形状。
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