CN109268313A - 离心风扇叶轮和离心风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供离心风扇叶轮和离心风扇，该离心风扇具有离心风扇叶轮。离心风扇叶轮具有旋转轴线，并且具有：环；背面板；以及在环与背面板之间绕旋转轴线排列的多个风扇叶片。多个风扇叶片是后掠叶片。从旋转轴线到风扇叶片的后缘的距离R由作为自背面板起的高度h的函数的R(h)来表达。在设叶片自背面板起的高度为H、设叶片的第一端部的位置处的R(h)的大小为R(H)、设叶片的第二端部的位置处的R(0)的大小为R(0)时，|R(H)‑R(0)|/H大于等于0.1。

Description

离心风扇叶轮和离心风扇

技术领域

本申请涉及离心风扇叶轮和具有该离心风扇叶轮的离心风扇。

背景技术

离心风扇是通过绕轴线旋转的多个叶片而使空气或其他的气体向半径方向外侧流动的送风装置。

日本公开公报2002-349486号公开了从旋转轴线的方向观察的叶片的形状具有特征的离心送风机。

发明内容

本发明的目的在于，提供提高了动作点时的轴输出和效率的离心风扇叶轮以及具有该叶轮的离心风扇。

在本申请的例示的一个实施方式中，离心风扇叶轮具有旋转轴线，该离心风扇叶轮具有环、背面板以及多个风扇叶片。多个风扇叶片在环与背面板之间绕旋转轴线排列。多个风扇叶片分别具有：径向内侧的前缘、径向外侧的后缘、与环连结的第一端部、与背面板连结的第二端部、以及正面和反面。正面和反面是由前缘、后缘、第一端部和第二端部划分而成的。多个风扇叶片是后掠叶片。从旋转轴线到风扇叶片的后缘的距离R由作为自背面板的高度h的函数的R(h)来表达。在设风扇叶片自背面板的高度为H、设风扇叶片的第一端部的位置处的R(h)的大小为R(H)、设风扇叶片的第二端部的位置处的R(h)的大小为R(0)时，|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1。

离心风扇具有：马达、与马达连结的上述的离心风扇叶轮、以及收容离心风扇叶轮的外壳。

根据本申请的例示的一个实施方式，能够提高离心风扇叶轮的动作点时的轴输出和效率。此外，由于离心风扇具有上述的离心风扇叶轮，因此能够提供提高了动作点时的轴输出和效率的离心风扇。

由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是本发明的实施方式的离心风扇叶轮的立体图。

图2是本发明的实施方式的离心风扇叶轮的侧视图。

图3是示出本发明的实施方式的离心风扇叶轮的剖面结构的示意图。

图4是本发明的实施方式的离心风扇叶轮的俯视图。

图5是示意性示出本发明的实施方式的位于背面板上的代表性的1个叶片的立体图。

图6是用于更详细地说明本发明的实施方式的叶片的形状的示意图。

图7是示意性示出本发明的离心风扇的实施方式的结构例的图。

图8是示出比较例和实施例各自的“出入口的压力差”的图表。

图9是示出比较例和实施例各自的“轴输出”的图表。

图10是示出比较例和实施例各自的“效率”的图表。

图11是示出比较例的代表性的叶片的立体图。

图12是示出凹面区域和凸面区域沿着旋转轴线的方向连结的S字状叶片的立体图。

具体实施方式

以下，对本发明的离心风扇叶轮的实施方式进行说明。在以下的说明中，有时省略过于详细的说明。例如，有时省略已经普遍了解的事项的详细说明或对实质上同一结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。本发明者们为了使本领域技术人员充分理解本发明而提供附图和以下的说明。这并不用于限定权利要求中记载的主题。

＜离心风扇叶轮＞

首先，参照图1和图2。图1是本实施方式的离心风扇叶轮100的立体图。图2是离心风扇叶轮100的侧视图。“离心风扇叶轮”有时被称为多叶片风扇或西洛克风扇。如图1所示，本实施方式的离心风扇叶轮100具有旋转轴线(中心轴线)10，在动作时，该离心风扇叶轮100通过未图示的电动马达等而绕旋转轴线10旋转。旋转轴线10并不是旋转的轴，而是位于旋转中心的假想的直线。

为了参考，图1和图2中示出了由相互垂直的X轴、Y轴和Z轴构成的XYZ坐标系。在图示的例中，旋转轴线10与Z轴平行，与旋转轴线10垂直的平面与XY平面平行。图示的旋转轴线10的方向对实际使用时的离心风扇叶轮100的姿态没有任何限定。另外，在本发明中，“旋转轴线的方向”是指“与旋转轴线平行的方向”。“径向”是指“从旋转轴线向与旋转轴线垂直的方向延伸的半直线的方向”。“径向”与图示的XY平面平行。

本实施方式的离心风扇叶轮100具有环12、背面板14以及多个风扇叶片20。以下，为了简单，将风扇叶片称为“叶片”。

环12具有由内径、外径和厚度规定的环形状。内径规定圆形的开口。典型地说，环12能够由合成树脂材料和/或金属材料形成。

背面板14具有由外径和厚度规定的盘形状。背面板14不需要是平板，也可以具有呈凸状隆起的中央部。并且，也可以在背面板14的一部分形成有肋或槽。典型地说，背面板14也能够由合成树脂材料和/或金属材料形成。

多个叶片20在环12与背面板14之间绕旋转轴线10排列。在典型例中，叶片20的配置关于旋转轴线10呈轴对称。在本实施方式中，各个叶片20具有同一形状和尺寸，各个叶片20的关于旋转轴线10的姿态在所有的叶片20之间是相通的。从旋转轴线10到各叶片20的距离也相同。但是，只要关于旋转轴线10呈轴对称，则各个叶片20不需要具有同一形状。在图1所示的例中，叶片20的个数是36个，但叶片20的个数不限于该例。典型地说，叶片20能够由合成树脂材料、金属材料、木材、或复合材料形成。复合材料的例子包括纤维强化塑料(例如FRP、CFRP)等强化树脂。

接着，参照图3和图4。图3是示出离心风扇叶轮100的剖面结构例的示意图。图4是示出离心风扇叶轮100的上表面的示意图。

如图3所示，各叶片20具有：位于径向内侧的前缘21、位于径向外侧的后缘22、与环12连结的第一端部23、以及与背面板14连结的第二端部24。“径向内侧”和“径向外侧”分别是“接近旋转轴线10的一侧”和“远离旋转轴线10的一侧”。各叶片20具有由前缘21、后缘22、第一端部23和第二端部24划分出的正面25和反面26。在本发明中，各叶片20的正面25是在离心风扇叶轮100旋转时位于加压侧的面。各叶片20的反面26是在离心风扇叶轮100旋转时位于减压侧的面。也可以将正面25和反面26分别称为第一面25和第二面26。

在图3中，位于旋转轴线10的左侧的叶片20通过旋转而从图的里面向近前移动，在图的近前侧具有正面25。这里，正面25作为加压面发挥功能。另一方面，位于旋转轴线10的右侧的叶片20通过旋转而从图的近前向里面移动，在图的近前侧具有反面26。这里，反面26作为减压面发挥功能。

在图3中，通过4个空白箭头而示意性示出气流的方向。环12的开口作为气流的入口(进入口)发挥功能。从进入口被吸入到内部的空气或其他气体通过叶轮100的旋转而向径向外侧流动从而从叶轮100向外侧吹出。

如图4所示，本实施方式的叶片20是后掠叶片。后掠叶片的后缘22在旋转的方向上位于比前缘21靠后方的位置。与之相反，前掠叶片的后缘22在旋转的方向上位于比前缘21靠前方的位置。直线叶片的前缘21和后缘22在径向上位于同一直线上。

各叶片20的从前缘21到后缘22的长度被称为“叶片弦长”。叶片20在旋转轴线10的方向上的尺寸和叶片弦长能够根据配置离心风扇叶轮的空间的大小而适当地决定。

接着，参照图5和图6。图5是仅示意性示出本实施方式的与背面板14结合的代表性的1个叶片20的立体图。图6是用于更详细地说明叶片20的形状的示意图。

如图5和图6所示，本实施方式的叶片20的第一端部23位于比第二端部24靠径向外侧的位置。换言之，从旋转轴线10到叶片20的第一端部23的中央为止的距离比从旋转轴线10到叶片20的第二端部24的中央为止的距离长。

在图示的例中，叶片20的前缘21和后缘22与旋转轴线10的方向并不平行，而是相对于旋转轴线10倾斜。如图6所示，在将叶片20的前缘21与旋转轴线10的方向之间的角度设为θL、将叶片20的后缘22与旋转轴线10的方向之间的角度设为θT时，本实施方式的θL为例如1°以上且45°以下，θT为例如1°以上且45°以下。θL与θT可以相等，也可以不同。

当将从旋转轴线10到叶片20的后缘22的距离设为R时，距离R根据自背面板14起在轴向上的高度h而变化。即，距离R由作为高度h的函数的R(h)来表达。本实施方式的R(h)在叶片20的第一端部23的位置(h＝H)处表现出最大的值，在叶片20的第二端部24的位置(h＝0)处表现出最小的值。该情况下的R(h)的典型例是单调增加函数，但当在后缘22形成有凹凸的情况下，R(h)是复杂的函数。在将长度的单位设为毫米(mm)时，本实施方式的R(h)能够利用a×h+b[mm]而近似性地表达。另外，在本发明中最重要的点在于，叶片20具有构成后掠叶片的曲面，并且第一端部23的径向上的位置与第二端部24的径向上的位置不同。因此，R(h)的函数形不限于上述的例子。

本发明的离心风扇叶轮100不限于上述的例子。R(h)也可以是伴随着h的增加而减少的函数。在本发明中，定义为：R(h)是增加函数的离心风扇叶轮100具有“正梯度”，R(h)是减少函数的离心风扇叶轮100具有“逆梯度”。

在将叶片20的第一端部23处的叶片弦长设为C1，将叶片20的第二端部24处的叶片弦长设为C2，将叶片20在旋转轴线10的方向上的长度设为H时，C1/H和C2/H分别例如大于等于0.1且小于等于0.9。在本发明的实施方式中，当叶片20的叶片弦长相对于高度H的比率相对小时，可得到防止由于叶片周围的流动剥离所引起的性能降低这样的效果。另外，C1与C2可以相等，也可以不同。叶片20的厚度为例如0.1mm以上且10mm以下。

本实施方式的叶片20不是在径向上呈平面状延伸的直线叶片，而是后掠叶片。并且，|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1。即，本实施方式的离心风扇叶轮100具有旋转轴线10，具有环12、背面板14、在环12与背面板14之间绕旋转轴线10排列的多个风扇叶片20，多个风扇叶片20分别具有：径向内侧的前缘21；径向外侧的后缘22；与环12连结的第一端部23；与背面板14连结的第二端部24；以及由前缘21、后缘22、第一端部23和第二端部24划分而成的正面25和反面26，多个风扇叶片20是后掠叶片，从旋转轴线10到风扇叶片20的后缘22的距离R由作为自背面板14起的高度h的函数的R(h)来表达，在将风扇叶片20自背面板14起的高度设为H，将风扇叶片20的第一端部23的位置处的R(h)的大小设为R(H)，将风扇叶片20的第二端部24的位置处的R(h)的大小设为R(0)时，|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1。根据本发明者的模拟结果，可知在使用后掠叶片且具有|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1的梯度时，具有本实施方式的离心风扇叶轮100的离心风扇1000的轴输出和效率能够提高。|R(H)-R(0)|/H例如能够设定在大于等于0.1且小于等于2.0的范围内。本实施方式的离心风扇叶轮100的特征在于，|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1且小于等于2.0。特别是在|R(H)-R(0)|/H处于大于等于0.2且小于等于1.0的范围时，离心风扇1000能够具有更优越的特性。本实施方式的离心风扇叶轮100的特征在于，|R(H)-R(0)|/H大于等于0.2且小于等于1.0。并且，本实施方式的离心风扇叶轮100的特征在于，由风扇叶片20的前缘21和后缘22规定的叶片弦的方向以径向为基准后退了大于等于5度且小于等于70度的角度。此时，离心风扇1000的轴输出和效率提高。

＜离心风扇＞

图7是示意性示出本发明的离心风扇的实施方式的结构例的图。

本实施方式的离心风扇1000的特征在于，具有：马达300、与马达连结的离心风扇叶轮100、以及收容上述的离心风扇叶轮100的外壳200。马达300使叶轮100旋转。马达300的结构没有特别限定，能够具有各种构造。

图7中的单点划线的箭头示出叶轮100的旋转方向。从叶轮100向外侧排出的空气或其他气体从外壳200的出口220喷出。外壳200的出口能够与未图示的管道等连接。

图8至图10是示出在本实施方式的离心风扇的实施例和比较例中得到的数值流体力学的模拟结果的图表。对模型No.1、No.2、No.3、No.4执行模拟。各模型的特征点如下。

【表1】

模型	|R(H)-R(0)|/H	前进叶/后掠叶片
			No.1	正梯度：0.353	后掠叶片
No.2	逆梯度：0.353	后掠叶片
			No.3	正梯度：0.348	前掠叶片
No.4	0	前掠叶片

模型No.1是具有图1和图2所示的离心风扇叶轮的离心风扇。模型No.2具有将模型No.1的离心风扇叶轮改变成逆梯度而得的结构。与它们相对，模型No.4是像图11所示那样具有与旋转轴线10平行的叶片20C的离心风扇叶轮。模型No.3具有图2所示的正梯度，但在叶片是前掠叶片这一点与模型No.1不同。模型No.1和No.2相当于实施例，模型No.3和No.4相当于比较例。

另外，下述的参数在所有的模型中是通用的。

环的外径、内径、厚度＝280mm、125mm、2mm

叶片在旋转轴线方向上的长度、叶片弦长、厚度＝100mm、46mm、2mm

叶片的个数＝36个

旋转速度＝1500rpm

动作流体＝空气

图8是示出各模型中的“出入口的压力差”的图表。出入口的压力差是从图7的出口220处的压力减去环12的开口中央部处的压力而得到的值。压力差的单位是帕斯卡(Pa)。从图8可知，在实施例中，动作点时的出入口的压力差减少。另外，“动作点”是用于模拟的模型中的“系统阻抗”与“风量-静压特性曲线”的交点。图表中的“动作点”与动作流体(空气)的体积流量为600[m³/h]时的动作状态对应。

图9是示出各模型中的“轴输出”的图表。单位是瓦(W)。从图9可知，根据实施例，能够降低为了实现同一体积流量所需的消耗电力。

图10是示出各模型中的“效率”的图表。效率是“将轴输出变换成流体能量的比例”。单位是百分数(％)。从图10可知，根据实施例，效率增加。

这样，根据本发明的离心风扇的实施方式，在同一动作条件下，与叶片相对于旋转轴线平行的离心风扇相比，出入口的压力差减少，但轴输出能够降低而效率变高。

另外，本发明的实施方式也可以像例如图12所示那样使用沿着旋转轴线10的方向呈S字状弯曲的叶片20。该叶片20具有这样的形状：高斯曲率为正的凸面区域30和高斯曲率为负的凹面区域32在旋转轴线10的方向上相连结。通过使这样的叶片20相对于旋转轴线10倾斜地排列，能够使叶片20的表面积有效地增加，因此能够实现更高的效率。

并且，离心风扇叶轮100的前缘21和后缘22中的至少一方也可以具有多个齿。即，前缘21和后缘22中的至少一方具有多个锯齿形状的槽。由此，能够降低气动力噪音。

本发明的离心风扇叶轮例如能够优选用于各种离心风扇。并且，根据本发明，例如能够提供使动作点时的轴输出和效率得以提高的离心风扇。

Claims (8)

1.一种离心风扇叶轮，其特征在于，

该离心风扇叶轮具有旋转轴线，

该离心风扇叶轮具有：

环；

背面板；以及

多个风扇叶片，它们在所述环与所述背面板之间绕所述旋转轴线排列，

所述多个风扇叶片分别具有：

径向内侧的前缘；

径向外侧的后缘；

第一端部，其与所述环连结；

第二端部，其与所述背面板连结；以及

正面和反面，它们由所述前缘、所述后缘、所述第一端部和所述第二端部划分而成，

所述多个风扇叶片是后掠叶片，

从所述旋转轴线到所述风扇叶片的所述后缘的距离R由作为自所述背面板起的高度h的函数的R(h)来表达，

在设所述风扇叶片自所述背面板起的高度为H、设所述风扇叶片的所述第一端部的位置处的R(h)的大小为R(H)、设所述风扇叶片的所述第二端部的位置处的R(h)的大小为R(0)时，

|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1。

2.根据权利要求1所述的离心风扇叶轮，其特征在于，

所述距离R由作为自所述背面板起的高度h的函数的R(h)来表达，

在设所述风扇叶片自所述背面板起的高度为H、设所述风扇叶片的所述第一端部的位置处的R(h)的大小为R(H)、设所述风扇叶片的所述第二端部的位置处的R(h)的大小为R(0)时，

|R(H)-R(0)|/H大于等于0.1且小于等于2.0。

3.根据权利要求1所述的离心风扇叶轮，其特征在于，

所述距离R由作为自所述背面板起的高度h的函数的R(h)来表达，

在设所述风扇叶片自所述背面板起的高度为H、设所述风扇叶片的所述第一端部的位置处的R(h)的大小为R(H)、设所述风扇叶片的所述第二端部的位置处的R(h)的大小为R(0)时，

|R(H)-R(0)|/H大于等于0.2且小于等于1.0。

4.根据权利要求1所述的离心风扇叶轮，其特征在于，

在设所述风扇叶片的所述第一端部处的叶片弦长为C1、设所述风扇叶片的所述第二端部处的叶片弦长为C2、设所述旋转轴线的方向上的所述风扇叶片的长度为H时，

C1/H和C2/H分别大于等于0.1且小于等于0.9。

5.根据权利要求1或4所述的离心风扇叶轮，其特征在于，

所述风扇叶片的由所述前缘和所述后缘规定的叶片弦的方向以径向为基准后退了大于等于5度且小于等于70度的角度。

6.根据权利要求1或4所述的离心风扇叶轮，其特征在于，

所述风扇叶片具有这样的形状：高斯曲率为正的凸面区域和高斯曲率为负的凹面区域在所述旋转轴线的方向上相连结。

7.根据权利要求1或4所述的离心风扇叶轮，其特征在于，

所述前缘和所述后缘中的至少一方具有多个齿。

8.一种离心风扇，其特征在于，该离心风扇具有：

马达；

离心风扇叶轮，其与所述马达连结；以及

外壳，其收容所述离心风扇叶轮，

所述离心风扇叶轮是权利要求1或4所述的离心风扇叶轮。