CN1072318C - 送风装置 - Google Patents

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Abstract

一种通过抑制涡流产生实现改善P-Q特性并降低噪音的送风装置。一环状壁被设计成从叶片梢隔开。该环状壁由多个环状板和带有一在相邻环状板间限定的狭缝的间隔片形成。狭缝宽度设定为使风扇回转时将空气以层流状态穿过狭缝吸入环状壁的内周部。从而可抑制空气流在叶片背压侧分离及产生涡流，故可改善送风状态。

Description

送风装置
本发明涉及一种用于电子设备和仪器等冷却的送风装置。
随着设备和仪器的小型化或和电子设计变动，电子线路的高密度包装已经普遍。随着这种趋势，电子设备和仪器的发热密度增加，为此已采用轴流式或斜流式送风装置对其进行冷却。
如图9所示，现有送风装置具有一与一轴流风扇1的叶片梢隔开的环形壁2。在以马达3通电的送风状态中，轴流风扇1绕轴4的轴线转动，产生一从入口侧到出口侧的空气流5。
另外，美国专利第2628020号和5292088号揭示了一种配置，其中，上述环形壁被多个环体代替，而环体之间的间隔则作为空气流入口并从风扇外缘将空气吸入。
然而，在图9所示的送风状态下，叶片梢背压侧的气流速度增加，在将速度转换为压力能的叶片后缘侧由于叶片间二次流动的影响而产生一低能量区域。在该区域易产生损失大且流向分离，气流与叶片表面分离，并在分离区域产生涡流，增加了紊流噪音，从而使噪音级和静压-风量特性(以下称为P-Q特性)恶化。
这种现象特别是在出口流动侧受到一流动阻力(即系统阻抗)时频繁出现，在这种情况下，叶片梢处的泄漏涡流增加，直至风扇陷入失速状态。
然而，美国专利第2628Q20号揭示的送风装置是设计成使从外周导入的空气向斜后方向流动，而使通过空气流入口流入的空气与风扇送出空气合流。但这并不倾向于抑制涡流的产生，因而对改善P-Q特性和降低噪音作用不大。
还有，美国专利第5292088号揭示的送风装置是设计成通过从环体间的空气流入口导入的空气形成用以增加绕风扇外周风量的涡流，或利用绕风扇外周的涡流以通过加强涡流流动来增加风量。
与此相反，本发明与上述美国专利第5292088号利用涡流增加风量的技术构思不同，而是通过抑制涡流的产生来改善P-Q特性和安静程度。
本发明第一种技术方案的送风装置包括一个沿周向包围所有叶片并与叶片梢隔开一定距离的环状壁，所述环状壁在与所述叶片梢相对部分形成连通环状壁的内周部和外周部的狭缝，其特征在于，该带狭缝的环状壁为将多个环状板在风扇回转轴方向积层以限定相邻环状板的间隔W而形成，所述狭缝的宽度按满足以下条件设定
W≤(ν·Rec/V)
其中：ν为空气的动黏度；V为叶片梢的圆周速度；W为狭缝的宽度；Rec为临界雷诺数；这样，在风扇转动时，空气即以层流形式穿过所述狭缝吸入环状壁的内周部。
采用这种构成，由于从风扇的叶片梢间隔形成一环状壁，所述环状壁在与所述叶片梢相对部分形成连通环状壁的内周部和外周部的狭缝，其宽度适应在风扇转动时，空气即以层流形式穿过所述狭缝吸入环状壁的内周部，可通过抑制上述风扇背压侧空气流的分离和上述涡流的产生来改善送风状态，与现有送风装置相比可改善P-Q特性并减少噪音。
本发明第二种技术方案的特征在于，限定狭缝的间隔片相对于风扇回转轴倾斜排列。
本发明第三种技术方案的特征在于，所述间隔片系采用相对于风扇径向成直线或曲线或组合形状的线段弯曲而成。
本发明第四种技术方案的特征在于，所述径向间隔片的数量为3或3以上的素数。
本发明第五种技术方案的特征在于，所述风扇是一轴向流动风扇或一斜流式风扇。
附图简单说明：
图1表示按照本发明一实施例1的轴流式送风装置，其中，图1(a)为该送风装置的正面图，图1(b)为该送风装置的侧面图，图1(c)为该送风装置的剖面图；
图2为上述实施例的立体图；
图3为说明上述实施例动作原理的图；
图4为说明上述实施例动作原理的图；
图5为按照本发明一实施例2的轴流式送风装置的立体图；
图6表示按照本发明一实施例3的轴流式送风装置，其中，图6(a)为该送风装置的正面图，图6(b)为该送风装置的侧面图；
图7表示按照本发明一实施例4的轴流式送风装置，其中，图7(a)为该送风装置的正面图，图7(b)为该送风装置的侧面图；
图8表示按照本发明一实施例5的轴流式送风装置，图8(a)为该送风装置的正面图，图8(b)为该送风装置的侧面图；
图9为现有轴流式送风装置的剖面图；
图10为现有轴流式送风装置与按照本发明一实施例1装置的实测特性图。
以下参照图1至8及图10说明本发明的各实施例。
(实施例1)
图1至图4示出一第一实施例1。
该送风装置在一围绕轴向流动风扇1的环状壁中形成有狭缝6。具体地说，环状盘或板71、72、73、74、75是以间隔片8在相邻环状板间间隔积层，而在相邻环状板间分别形成狭缝6。
如图1(c)所示，被积层的环状板71-75的宽度设定为与轴流风扇1的轴向宽度相等或基本相等。而且，每个狭缝6的宽度w设定如下。
图3示意性地表示狭缝6的宽度w大于所需要的情况。在这种情况下，由于轴流风扇1沿箭头9方向驱动回转，在叶片梢处产生从正压侧到背压侧的泄漏涡流10。而且，随着轴流风扇1驱动回转，产生从每个狭缝6向内侧的空气流入11。在狭缝6的宽度w大于所需要的情况下，从每个狭缝6流入的空气流是一紊流A，该紊流A穿过叶片梢与环状壁2的内周面之间的间隙而成为漏流12流入背压侧，空气流在该背压侧与叶片面分离。标号19表示背压表面分离边界线，在分离区域产生涡流13,P-Q特性恶化，噪音增加。在这种情况下，并产生一旦空气流通过一狭缝流入则通过下一狭缝流出的盘状循环18，从而导致P-Q特性的进一步恶化，并进一步增加噪音。
与此相反，图4示出一种对狭缝6的宽度w适当设定的情况。在狭缝6的宽度w已被适当设定到从每个狭缝6向内侧流入的空气流成为一层流B的情况下，在叶片梢处从正压侧流到背压侧的泄漏涡流10与图3所示情况相比受到更多的抑制，以至在背压面没有空气流的分离。标号14表示一改善P-Q特性并减少噪音的背压面无分离流线。
下面以具体实例说明保证从狭缝6流入内侧的空气流为层流的所述狭缝6的宽度w的数值。
决定一空气流是层流或紊流的无量纲雷诺数为：
Re=(V·W)/ν
其中：ν为空气的动黏度(20℃时为15.6mm2/s)；V为叶片梢的圆周速度；W为狭缝的宽度。从而
W=(Re·ν)/V
将由层流变为紊流的发生点用临界雷诺数Rec表示，以下取Rec为约2000(准确地说为2320：为一管道内流的近似值)，计算上述狭缝的宽度W。
假定一外壳尺寸为92×92mm的普通轴流式风扇马达的轴流式风扇的直径d为约86.5mm，转速N为3000转/分。该轴流式风扇的叶片梢的圆周速度V为：
V=(π·d·N)/(1000×60)
=(π·86·5·3000)/(1000×60)
=13.8m/s
将该数值代入上式则得
W=(2000×15.6)/(13.58×1000)
 =2.297×10-3m
 =2.297mm。
可见，在外壳尺寸为92×92mm的普通轴流式风扇马达的情况下，如果将间隔片8制作成使为狭缝的宽度设定为“W≤2.297”，则穿过狭缝6向内侧流入的空气流为一层流。
毋庸置言，如果狭缝宽度W过小，则狭缝成为空气流入的阻力，这种情况下当然不可能得到上述改善P-Q特性并减少噪音的效果。
可见，以这种方式在环状壁2中形成狭缝6并适当地设定狭缝的宽度W可改善P-Q特性并减少噪音。
图10为一外壳尺寸为92×92mm的现有技术普通轴流式送风装置与实施例1的装置在实际使用过程中受到一背压时实测值的对照图表。在N(转/分)-Q特性、S(噪音)-Q特性、以及P-Q特性曲线中，虚线表示现有技术装置，实线表示实施例装置，其中Q表示风量，S表示声压级。由该对照图可一目了然地看到实施例装置效果显著。
(实施例2)
图5示出一实施例2。在实施例1中，使形成环状壁2的环状板71-75保持间隔的间隔片8的位置在上层(流动的上游侧)和下层(流动的下游侧)设置在同一圆周位置。如图5所示，实施例2与实施例1的不同在于上层和下层中的间隔片8在相反于叶片梢倾斜方向变换。在适当设定狭缝的宽度W方面则相同。
采用这种构成，由于可使间隔片与叶片梢的空气通过位置不同步，故可进一步降低噪音。
(实施例3)
图6(a)、图6(b)示出一实施例3。该实施例3是实施例1的一个变型。在实施例1中，环状壁2为其外部形状在每个上下左右边缘16的中间附近从长方形外壳本体15进一步向外突出。而在实施例3中，构成环状壁2的环状板71-75为与上下左右边缘16的中间区域相应的部分与外壳本体15齐平成形。其他配置与实施例1相同。此外，在图6(b)中略去了轴向流动风扇1。
采用这样的构成，尽管通过狭缝6的以层流状态将空气吸入内部的作用稍低于实施例1，但与现有技术轴向流动风扇相比可改善P-Q特性并减少噪音。还有一个优点是实际所需安装空间与现有技术装置相同。
(实施例4)
图7(a)、图7(b)示出一实施例4。该实施例4是实施例2的一个变型；与实施例3一样，构成环状壁2的环状板71-75为与上下左右边缘16的中间区域相应的部分与外壳本体15齐平成形。其他配置与实施例2相同。此外，在图7(b)中略去了轴向流动风扇，可以看到，上层和下层中的间隔片8由于在相反于叶片梢倾斜方向变换，故从上层向下层倾斜。
采用这样的构成，尽管通过狭缝6的以层流状态将空气吸入内部的作用稍低于实施例2，但与现有技术轴向流动风扇相比可改善P-Q特性并减少噪音。还有一个优点是实际所需安装空间与现有技术装置相同。
另外，由于穿过狭缝外周流入的空气可在风扇叶片梢表面处以一反冲(counterattack)方式流入，故可进一步改善P-Q特性，尽管改善并不多。
(实施例5)
图8(a)、图8(b)示出一实施例5。该实施例5是图6(a)、图6(b)中实施例3的一个变型；与实施例3唯一的不同在于间隔片8在轴向流动风扇1的径向被弯曲。此外，在图7(b)中略去了轴向流动风扇。
采用这样的构成，通过狭缝的流入空气事先受过压缩作用，故可进一步改善P-Q特性。间隔片的弯曲系采用相对于轴流风扇的径向为直线、曲线或组合形状的线段加以弯曲而成。
还有，在实施例1-4中也可采用如实施例5一样，将间隔片8在轴流风扇1的径向加以弯曲。
在上述各实施例中，如果采用这样的配置，其中，径向间隔片的数目为3或以上的一个素数，而风扇叶片的数目和辐条17的数目与该质数不同步，则可避免共振现象(这种情况下为空气共振)，对降低噪音有很大效果。
虽然上述各实施例都是以轴流式风扇为例进行说明的，但本发明对一斜流式风扇同样适用。

Claims (5)

1．一种送风装置，包括一个沿周向包围所有叶片并与叶片梢隔开一定距离的环状壁，所述环状壁在与所述叶片梢的相对部分形成连通环状壁的内周部和外周部的狭缝，其特征在于，所述带狭缝的环状壁为将多个环状板沿风扇回转轴方向积层以限定相邻环状板的间隔W而形成，所述狭缝的宽度按满足以下条件设定
W≤(ν·Rec/V)
其中：ν为空气的动黏度；V为叶片梢的圆周速度；W为狭缝的宽度；Rec为临界雷诺数；这样，在风扇转动时，空气即以层流形式穿过所述狭缝吸入环状壁的内周部。
2．如权利要求1所述的送风装置，其特征在于，限定狭缝的间隔片相对于风扇回转轴倾斜排列。
3．如权利要求1所述的送风装置，其特征在于，所述间隔片系采用相对于风扇径向成直线或曲线或组合形状的线段弯曲而成。
4．如权利要求1所述的送风装置，其特征在于，所述径向间隔片的数量为3或3以上的素数。
5．如权利要求1所述的送风装置，其特征在于，所述风扇是一轴向流动风扇或一斜流式风扇。
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