CN1070582C - 具有椭圆形涡旋壁的横向风扇 - Google Patents

Abstract

一种用于横向风扇的椭圆形涡旋壁，将涡旋壁(116)的边(116-1)改变成一椭圆，即椭圆的短边形成一部分渐缩放部分可增强气流性能，椭圆的长边形成一部分渐缩放部部分以实现平稳的运行，而其它参数没有改变。通过结合利用椭圆形表面改变涡旋壁与叶轮之间的间隙及使椭圆表面再定向可实现增强气流和减少噪音的组合效果。

Description

具有椭圆形涡流壁的横向风扇

横向风扇也称为横流和切向风扇。由于它们具有串流性能以及由于在整个热交换器的长度延伸而与板片热交换器有适当关系，所以可用于调节空气。在一个横向风扇中，入口和出口名义上大致成直角，但0至180°也是可能的。叶轮与一前曲的离心式风扇轮相似，只是其两端部是封闭的。气流垂直于整个风扇的叶轮轴线(二维流)，并且径向向内进入上游侧的叶片中，穿过叶轮内部，然后径向向外再次流过叶片。该气流特征是由于一偏心涡流的形成而决定的，该涡流平行于转子轴线并且与转子以相同方向转动。

气流会发生两个阶段的作用，即气流先穿过吸气(上游)叶片，然后穿过排气叶片。气流穿过叶轮时发生收缩而在排气叶片处形成高速流(第二阶段)。该气流离开叶轮并且当它在涡流周围转过和挤压时再次收缩。这些作用的结合使横向风扇获得高压系数。一个涡流壁将入口与出口分开并且起到稳定涡流的作用。由于在涡流区域中仅存在再循环气流，所以没有产生有用功。涡流的主要影响是能量消散。然而风扇的稳定性对涡流壁的间隙很敏感。这一参数必须非常小心地控制，因为必须在稳定、高性能与由叶轮和涡流壁的相互作用产生的噪音之间取得折衷。

一涡流壁具有一面朝叶轮的椭圆形表面，而非传统的圆形表面。对于涡流壁和叶轮之间的给定间隙而言，与同样放置的圆形表面相比，一个椭圆形表面将具有一种改进的气流性能或减少噪音的作用。基本上，间隙或间隔越小，风扇越稳定而噪音就越大。气流增强或噪音减小取决于椭圆形表面的方向。如果椭圆形表面的长轴处于与涡流壁对应的直线上，曲面就较窄并且气流性能增强，而如果椭圆表面的长轴线是在与涡流壁垂直的线上时，曲面就较宽并且由于与穿过叶片的共同作用而使噪音减小。另外，可保持圆形曲面的声音或气流标准，而通过改变叶轮和椭圆形涡流壁之间的间隙提高其它因素。

本发明的一个目的在于改进横向风扇的性能。

本发明的另一个目的在于改进一横向风扇的噪音参数。

这些目的和其它目的在下文中更为明了，并都可由本发明实现。

基本上，叶轮和涡流壁的边缘共同作用以形成一渐缩放间隙，即壁形成一椭圆曲面，叶轮形成一圆曲面。

图1是一现有技术的横向风扇的截面图，示出了贯穿其中的流体通道；

图2是本发明的涡流壁的截面图；

图3是一种变形的涡流壁的截面图；以及

图4是第二种变形的涡流壁的截面图。

在图1中，标号10总的表示一种已有技术的横向风扇。风扇10包括一叶轮或转子12、一涡流壁16和后壁20。后壁20弯曲形入口部分20-1和涡流壁16的弯曲末端16-1与叶轮12共同作用以形成风扇10的吸气侧S，并将其与排气侧D分开。涡流壁16和后壁20的排出部形成一角度β。圆形弯曲末端16-1和圆柱形叶轮12共同作用在吸气和排气侧之间形成一渐缩放气流通道。因为末端16-1和叶轮12都是圆形的，它们存在面对的三维圆柱面，并且在相对渐缩放部分的喉颈部和末端16-1的最小圆形部分的两个方向上是对称的。

当如图所示的叶轮12逆时针方向转动时，空气的流动通道由箭头示出。将可注意到一个箭头V形成一封闭的气流通道或部分由涡流壁16确定的涡流。涡流V的存在使从叶轮12排出的空气在涡流V和后壁20之间被压缩，如图1中所示，并保持高速度。涡流V的下游，当气流向风扇出口移动时气流很快地在扩张段22膨胀。这种膨胀过程是由于涡流V而增强，因为没有涡流，气流就会离开扩散部分22的壁。

本发明可将图1所示的在三维方向上主要是半圆柱形的末端16-1改变成一部分椭圆形表面。在图2中，涡流壁116的末端116-1是半椭圆形面，其长轴由如图2中出现的壁116中心线上的焦点F-1和F-2形成。在图3中，涡流壁216的末端216-1是半椭圆形，其长轴由如图3中出现的壁216的中心垂直线的焦点F-1和F-2形成。图4与图3相同，关于朝着气流的壁316末端316-1表面。然而，壁316是由金属片材制成并弯曲成J形末端316-1，并且该末端具有一椭圆表面，而不是如图3实施例所示的较笨重的壁216。在焦点F-1和F-2之间的长轴中点是椭圆的中心，由其决定椭圆的长径和短径。因此，末端116-1和216-1及316-1之间的基本物理差别在于椭圆在图2实施例和图3、4实施例之间转过90°，并且存在不同的椭圆形表面。除了壁116、216或316的轴线是在叶轮12直径上的特殊情况以外，表面116-1、216-1和316-1与叶轮12共同作用以形成一渐缩放的喉颈部，它相对喉颈部是不对称的。假定这是涡流V的位置、叶轮12的叶片与边116-1、216-2和316-1有最小的间隙，那么共同作用就与图1所示已有技术的风扇10相当不同。

在图2中，椭圆的短边产生一较短的渐缩放部分。由于末端116-1的轮廓，气流将比所有其它参数都相同的末端16-1有所增强。

在图3中，椭圆的长边产生一较长的渐缩放部分。由于末端216-1的轮廓，将比所有其它参数皆相同的末端16-1有较平稳的运行和声音较低。图4采用相同方式运行。

图2的轮廓可以改变以增加渐缩放部分的喉颈或间隔以减弱气流而提供一较平稳的运行，并且气流和平稳运行都比末端16-1的情况好。相同的，图3和4的轮廓可通过减小渐缩放部分的喉颈而改变以增强气流，但噪音加大，只是气流和声音都比末端16-1的情况好。

在重新设计图1中现有的圆形末端16-1时，形成末端16-1的椭圆的短轴径R_minor范围必须在： $0.02\≤\frac{R_{\min \mathrm{or}}}{D_0}\≤0.15$

其中D₀是叶轮12的直径。在R_minor为给定值时，椭圆末端116-1或216-1的长径R_major必须在以下范围中： $1.1\≤\frac{R_{\mathrm{major}}}{R_{\min \mathrm{or}}}\≤6.0$

在图2和3所示实施例中，涡流壁和叶轮之间的最小间隔或间隙d_gap在以下范围中： $0.02\≤\frac{d_{\mathrm{gap}}}{D_0}\≤0.15$

并且涡流壁角度范围β是：

    0°≤β≤50°

从上文的说明中，应当明白现有技术的圆形末端16-1根据本发明的揭示可改变成末端116-1和216-1，并且还可通过改变如上所示的d_gap进一步变化。同样，图2和3表示椭圆表面取向的极限，并且中间位置都是可能的。

Claims (2)

1．一种横向风扇装置(10)，包括一具有外径D₀的转子(12)的叶轮、一个与所述转子隔开间隙d_gap的有末端(116-1)的涡流壁(116)，以及一与所述涡流壁共同作用以形成一有角度排出部分的后壁(20)，其特征在于：所述末端具有有焦点的椭圆表面，并与所述转子隔开，其中所述椭圆表面的长径R_major和短径R_minor是： $1.1\≤\frac{R_{\mathrm{major}}}{R_{\min \mathrm{or}}}\≤6.0$ 以及 $0.02\≤\frac{R_{\min \mathrm{or}}}{D_0}\≤0.15$

2．如权利要求1所述的风扇装置，其特征在于，所述后壁与所述涡流壁共同作用以形成一具有角度β的排出部分，并且： $0.02\≤\frac{d_{\mathrm{gap}}}{D_0}\≤0.15$ 以及

    0°≤β≤50°。

Images