CN111094758A - 通风装置的叶轮叶片、叶轮、及轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通风装置的叶轮的叶片，所述通风装置尤其是轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置，叶片包括波状前缘和波状后缘，其中在所述前缘的波部的波长大于在所述后缘的波部的波长。本发明也涉及一种具有相应的叶片的叶轮，以及涉及包括装有相应叶片的叶轮的轴流式通风装置/斜流式通风装置和径流式通风装置。

Description

通风装置的叶轮叶片、叶轮、及轴流式通风装置、斜流式通风 装置或径流式通风装置
技术领域
本发明涉及用于通风装置的叶轮的叶片，特别是用于轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置的叶轮的叶片。
再者，本发明涉及装有该叶片的叶轮，以及具有装有相应叶片的叶轮的轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置。
背景技术
通风装置制造商的基本关注点在于提供发出低噪声的通风装置的同时，实现规定及所需的空气动力性能(容积流量和气压增加)以及效率。具体而言，安装在系统内的通风装置应发出低噪声。
从EP2418389A2中得知一种轴流式风扇，由于风扇轮在其轴向外部区域的特别构造，气流在头部间隙漏出，导致该轴流式风扇在宽带频带具有特别低的噪声。该特别构造的实现具体在于，在叶片跨度方向看，风扇叶片的轴向外部区域的外形具有与风扇叶片的其他区域的外形有显著不同的特征。然而，风扇轮的这种构造不可减少或只可稍微减少由流入扰动所引起的音调噪声。同样地，这样的构造不可减少或只能稍微减少后缘噪声。
从US 2013/0164488 A1中得知一种成型风扇叶片，该叶片藉由其前缘的特别波状构造可减少由流入扰动所引起的音调噪声。
从WO 17036470 A1中得知一种用于轴流式通风装置或斜流式通风装置的叶轮或叶片轮，其中前缘和后缘皆呈波状。在前缘和后缘的波部具有大致相同的波长和相同的波幅。实践证明，流入的气流引起相当大的音调噪声，尤其是在高旋转速度时。
发明内容
本发明所要解决的问题是设计和修改用于通风装置的叶轮的叶片，特别是用于轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置的叶轮的叶片，使得通风装置操作期间的声音问题得到改善，尤其发出的噪声降低。
上述问题藉由具有根据权利要求1的特征的本发明的叶片来解决。于是，叶片具有波状前缘和波状后缘，其中在前缘的波部的波长大于在后缘的波部的波长。
已经发现的是，由于权利要求1的特征，通过减少前缘的声音，亦即最佳化前缘，声音问题得到改善。至少当前缘的波部的波长大于在后缘的波部的波长时，同时提供前缘和后缘会产生协同效应。最后，结合后缘区域的最佳化来考虑前缘的几何形状来实现前缘最佳化。
具体而言，有利的是，前缘的波部的波长是后缘的波部的波长的至少1.5倍。优选地，前缘的波部的波长比后缘的波部的波长大2至10倍。
下述示例性实施例中，优选地，在前缘的跨度上平均地或不平均地分布5至10个波峰。优选地，在后缘的跨度上平均地或不平均地分布5至50个波峰，波部不必延伸横跨整个前缘和/或整个后缘。波部优选地形成在远离轮毂或毂环的区域或背向轮毂或毂环的区域即可。
另一有利的方式中，在前缘的波部的波长和/或波部的波幅从轮毂或毂环开始向叶片尖端或盖环增大。在后缘的波部的波长和/或波部的波幅从轮毂或毂环开始向叶片尖端或盖环减小。
因后缘的波部具有特殊的几何形状，可将之称为“齿状”。因此，可称后缘的形状为齿部，此术语将以最广泛的意义采用。后缘的齿部与前缘的波部差异在于，相对于波幅或波部/齿部的高度而言，后缘的齿部的波长较短，以及可能在于后缘的侧缘较陡斜并且具有较尖锐的波峰。
波部或齿部的自由端可具有稍稍锋利的边缘。为了安装时的安全操作，有利的是使自由端上的波部或齿部变得圆滑和扁平。也可设想的是，在齿部上涂上保护膜、瓷漆等等。
本发明主要涉及叶片前缘和后缘的构造。本发明的另一优点在于，叶片被三维扭转，而叶片本身不会呈波状。这种构造也减低发出的声音。
只要叶片用于轴流式或斜流式通风装置，也有利的是在叶片尖端设置所谓的小翼，亦即使叶片的端部弯曲或变圆，从压力侧向抽吸侧弯曲。这样的小翼在现有技术中已为人熟悉。此构造也可减少声音发出以及提高性能。
如前所述，在前缘和后缘的波部至少在叶片跨度的一部分上延伸。也可设想的是，不同区域或组别的波部具有不同波长和/或不同波幅。
叶片可由不同材料制成，例如金属片材。在这样的实施例中，有利的是至少在后缘区域(亦即齿部区域)搪瓷或涂布粉末。
一种特别简单的设计/实施例中的叶片可使用注塑成型法由塑料制成，或使用模铸法由铝制成。如叶片由金属片材制造，优选地使用冲压法或激光切割制造该部件，然后使用压花法、接合/焊接、互锁等方法将各部件组装成完整的叶轮，该叶轮可用于轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置。叶轮按要求设计及制造，其中用于轴流式通风装置的叶轮的叶片从轮毂向外延伸到自由端。
在叶轮用于径流式通风装置的情况下，叶片在毂环与盖环之间延伸，并且牢固地与毂环和盖环连接。同样的前缘和后缘的构造实施例适用于上述提及的各类通风装置，特别是当主要问题是涉及使用前缘和后缘的构造来减少声音发出，尤其是减少前缘和后缘的声音。
附图说明
现在有不同可能的方法去有利地体现和修改本发明的教导。为此，一方面参考权利要求1的附属权利要求，而另一方面参考结合附图对本发明的叶片或叶轮的优选示例性实施例的以下说明。结合附图对本发明的优选示例性实施例的说明将总体描述本发明教导的优选实施例和变化。附图中：
图1以立体正视图示出了根据本发明的轴流式设计的叶轮的示例性实施例；
图2以轴向顶视图示出了从流出侧观察的图1的叶轮；
图3以轴向顶视图示出了从流入侧观察的图1的叶轮；
图4以轴向顶视图示出了从流出侧观察的图1至图3所示的示例性实施例叶轮的示意图；
图4a示出了图4的叶片后缘区域的详细视图；
图4b示出了图4的叶片前缘区域的详细视图；
图5示出了具有根据本发明的叶轮的通风装置的声音功率水平与现有技术比较的曲线图；
图6以立体正视图示出了根据本发明的径流式设计的叶轮的示例性实施例；
图7以侧视图示出了图6的示例性实施例；
图8示出了从抽吸侧观看的图6和图7的示例性实施例的个别叶片；
图9以立体正视图示出了图8的叶片；
图10以侧视图示出了图6和图7的叶轮的放大图；
图11示出了从抽吸侧观看的另一示例性实施例的叶片，该叶片具有定心装置，图中所示的是叶片的展开视图；
图12示出了图11的叶片的展开视图，图中标出了波长；
图13是图12的叶片后缘区域的放大正视图；
图14是与图13类似的放大正视图，图中示出的是叶片后缘区域的三维压花；
图15示出了图6和图7的叶轮的横截面的放大侧视图。
具体实施方式
图1以立体正视图示出了用于轴流式通风装置的本发明的叶轮1。轮毂3上设有五片叶片2。可以想到这种叶轮也可使用其他数目的叶片，有利地三至九片叶片。叶轮1使用注塑成型法由纤维增强塑料制成。可以想到使用其他制造方法，例如铝模铸法或焊接金属片材设计。在该示例性实施例中，叶轮1显示为一体式叶轮，但叶轮1也可从独立叶片与轮毂组装而成，或由一个完整的模铸转子与电机的各转子部件连接成一个叶轮。
叶片2包括前缘区域6和后缘区域7。叶片前缘区域6和叶片后缘区域7每次把叶片2的压力侧和叶片2的抽吸侧连接起来，这可见于图3。叶片尖端5形成在径向方向上的外端部。在叶片2的前缘区域6可看到有波部，大约七个波峰不平均地分布在叶片跨度上。同样地有波部形成在后缘区域7，所述后缘的波部呈齿状。后缘区域7的波部的波长明显地小于所述前缘的波部，且至少小1.5倍。示例性实施例中，十三个波峰或齿分布于后缘区域7的跨度上。
图2以轴向顶视图示出了从流出侧观看的图1的示例性实施例。叶片2具有三维扭转的形状，但叶片本身并不呈波状起伏，亦即这样的叶片2的扁平横截面将不呈波状起伏。在前缘区域6可见到波部，而在后缘区域7可见到齿状外形。叶片尖端5具有小翼，所述小翼从所述压力侧向所述抽吸侧弯曲，以便进一步改善声音问题。在图2中也看到前缘区域6的波部的波长明显大于后缘区域7的波部的波长，有利地大约二至十倍。这比率经证实是特别有利于实现低噪声水平的。由于气体流入扰动而产生的音调噪声水平和后缘噪声都获得了降低。前缘区域6的波部具较大波长但较小波幅，后缘区域7的波部具较小波长但较大波幅，看起来类似齿状，这两种波部之间的相互作用导致配备叶轮1的通风装置具有特别低的总体声音。
图3以轴向顶视图示出了从流入侧观看的图1和图2的示例性实施例。在该视图看到的是叶片2的抽吸侧29。该视图中的叶轮1的旋转方向是顺时针方向的。叶片前缘区域6的叶片尖端5在旋转方向上先于叶片2，而叶片2向前倾呈镰刀状。这有助于低噪声水平和压力稳定，特别是径向方向上的外区域。波形齿状叶片后缘区域7与叶片抽吸侧29的过渡处具有尖锐的分离边缘，这种分离边缘特别有利于实现低后缘噪声。
图4以轴向顶视图示出了从流出侧观看的图1至图3的叶轮的叶片2，其中示意性地放大示出了具体细节。显示了在叶片2的前缘区域6的波部的每个波峰和每个波谷的部分直径10。波状前缘区域6的波长11(λw)从(位于外直径RA上的)叶片尖端5到(位于轮毂直径RN上的)轮毂2增大。波状或齿状后缘区域7的波长12(λz)比波状前缘区域的波长11(λw)小1.5至3倍，并且波长12(λz)从叶片尖端5到轮毂2减小。也可看到的是，后缘区域7接近轮毂3的区域不是呈波状或齿状的。
图4a示出了图4的叶片后缘区域7的详细视图。显示了叶片后缘区域7的波部的波长12(λz)，从波峰到波峰或从波谷到波谷可量度波长12(λz)。如图中例子所示，波长12(λz)沿叶片后缘区域7的跨度轮廓是可以变化的。图中还显示了叶片后缘区域7的波部或齿部的高度21(Hz)。高度21(Hz)大约相当于波部波幅的两倍。高度21(Hz)沿叶片后缘区域7的跨度轮廓也是可以变化的，但是在本示例性实施例，有利的是在整个阔的区域内大约维持不变。在叶片后缘区域7的波峰上形成相对小的圆角半径(<0.3*Hz)，以致波部类似齿状。
图4b示出了图4的叶片前缘区域6的详细视图。显示了叶片前缘区域6的波部的波长11(λw)，从波峰到波峰或从波谷到波谷可量度波长11(λw)。本示例性实施例中，波长11(λw)沿叶片前缘区域6的跨度轮廓是可变以化的。本示例性实施例还显示了叶片前缘区域6的波部的高度或全幅值22(Hw)。高度或全幅值22(Hw)大约相当于波部的波幅的两倍。波峰可由线24连接在一起，例如参见图4b中的轴向视图，而波谷可由线23连接在一起。线24和线23之间的距离大约相当于全幅值22(Hw)，本示例性实施例中的全幅值22(Hw)沿叶片前缘区域6的跨度轮廓大约保持不变。
图5示出了具有本发明的叶轮的通风装置与现有技术中具有齿状后缘的叶轮的声音功率水平在转速保持不变随容积流量变化的曲线图。根据本发明的构造导致声音功率水平在大范围的容积流量得以显著降低。
图6以立体图示出了根据本发明的径流式通风装置的叶轮1的示例性实施例。本示例性实施例由金属片材制成。对金属片材进行激光切割和压花制成五片叶片2。五片叶片2被焊接到轮毂3和盖环4。从轮廓线可看到叶片2的前缘区域6的波部，大约有八个波峰平均分布在前缘区域6的整个跨度。在叶片后缘区域7，可看到接近齿状的波状构造，叠加在第二波部上，该第二波部的波长和波幅与前缘区域6的波部相当。在后缘区域7的整个跨度上大约分布了四十八个波部或齿部。特别有利的是，叶片后缘区域7比叶片前缘区域6明显地有更多的波部或齿部，本示例性实施例中叶片后缘区域7具有的波部或齿部是叶片前缘区域6的六倍，有利地是二至十倍。
图7以侧视图示出了图6的示例性实施例。所述示例性实施例由轮毂3、五片叶片2和盖环2组成。盖环4具有空气流入口(图的右方)，空气在通风装置操作期间经由空气流入口被抽入。叶片2具有三维扭转形状。具体而言，叶片压力侧28和叶片抽吸侧29在大范围区域内与叶轮1的旋转轴线不平行。这样的三维构造对具有叶轮1的通风装置的空气动力性能、效率和噪声音是有利的。可清楚看到后缘区域7的较为细长的齿部或波部。也可看到前缘区域6的波部。前缘区域6的波部的波长比叶片后缘区域7的齿状波部的波长长得多。
图8示出了从压力侧28观看的图6和图7的示例性实施例的单个叶片2。本示例性实施例中，叶片2由金属片材经由两个步骤制成：激光切割和压花。叶片2具有波状前缘区域6和波状或齿状后缘区域7。前缘区域6的波部能减少因气流流入扰动而发生的叶片传递噪声(Drehton)。后缘区域7的齿状波部能减少或防止后缘噪声。就以上述方式制成的金属片材叶片而言，制造薄的后缘通常成本高昂，因此利用波状或齿状构造以减少后缘声音的技术特别适用于所述用金属片材制成的叶片。当与波状前缘区域6联用时，通风装置特别宁静。本实施例中，叶片2被焊接到被焊接到轮毂3和盖环4。其他连接方式也是可想到的(例如使用扣环)。一般而言，也可想到由塑料以注塑成型法制造根据本发明的一体式叶轮或多部件式叶轮。
图9以立体图示出了图8的叶片。本实施例中的叶片3的压力侧28和抽吸侧29的整个表面具有波部，波部是在金属片材叶片压花而成的。三维扭转构造颇为明显。由于三维扭转构造和压花而成的波部，叶片2变得更为坚固，亦即压花而成的波部对叶片2的强度和形状稳定性具有正面影响。
图10示出了图6和图7的叶轮1的详细侧视图。颇为明显的是，后缘区域7的波部或齿部的波长比前缘区域6的波部的波长短很多，即在本示例性实施例大约是前缘区域6的波部的波长的六分之一。
图11示出了从压力侧28观看的另一示例性实施例的叶片2，叶片2具有定心装置，图中所示的是叶片2的展开视图，亦即所示的叶片是进行压花前的金属片材切割件。对该金属片材切割件进行压花而制成完成品叶片2。已经可清楚看到所述切割件中的后缘区域7的波状/齿状轮廓。压花模不设有后缘区域7的齿部，因为该齿部已存在于该切割件中。这十分有利，因为不需要在压花工具中形成这种细长的结构。前缘区域6的波部亦已明显地存在于扁平的切割件上。不同的定心装置18，19位于叶片2在轮毂侧的端部9和叶片2在盖环侧的端部13。大约位于中心点的半圆形的定心装置19用于放置叶片2于所述压花工具，而角形定心装置18用于在焊接工序相对于所述轮毂和所述盖环放置叶片2。
图12示出了图11的叶片2并标出了其波长，图中所示的是叶片如图11般在进行压花前的金属片材切割件。图中也显示了叶片前缘区域6的一个波长11(λw)和叶片后缘区域7的一个波长12(λz)。也明显看到的是，本示例性实施例中的波长11(λw)叠加在叶片后缘区域7的波长12(λz)上，因为波长11(λw)在整个叶片2及其压力侧28和抽吸侧29都非常明显(参见图15)。后缘区域7的齿部的较短波长以λz表示。本示例性实施例中，波长11(λw)大约是波长12(λz)的六倍，有利地是二至十倍。
图13示出了图12的叶片后缘7的放大视图。后缘区域7的波部或齿部的高度21(Hz)有利地至少相当于后缘区域7的波部或齿部的波长12(λz)，更有利地是1.4*λz。因此，叶片后缘区域7的波部或齿部的高度与其波长比较相对地大。同样地，波长12(λz)有利地不超过金属片材厚度的两倍，尤其是金属片材的叶片，或者叶片2的后缘区域7的厚度有利地不超过金属片材厚度的1.5倍，以便藉由与呈波状的叶片前缘区域6的相互作用将包括具有叶片2的叶轮的通风装置的声音水平减至最低。
图14示出了类似图13的放大视图，该图示出的是叶片2的后缘区域7的三维压花。波部或齿部的外端部(波峰)并不是尖锐的，反而是扁平的。这降低在处理叶轮1时所述齿部受损的风险或受到破坏的风险。具有波状/齿状后缘区域7的金属片材叶片有利地设有粉末涂层或被搪瓷。这将使锋利的边缘钝化，且进一步降低受到破坏的风险。
图15示出了图6和图7的叶轮1的横截面的放大侧视图。叶片2在轮毂3与盖环4之间延伸。盖盘的流出端16和底盘的流出端15被弯曲成使得叶轮1的出口区域扩大，这样可提升静态效率。在叶片2的波部横截面中，颇为明显的是叶片2延伸的大范围区域至少都有波部。叶片压力侧28和不可见的叶片抽吸侧29都具有这种波部。叶片压力侧28和叶片抽吸侧29的这种波部的波长等于或接近叶片前缘区域6的波长。所述波部可延伸到叶片后缘区域7，在叶片后缘区域7中所述波部与叶片后缘区域7的波部/齿部叠加，但具有明显较短的波长。
附图标记列表
1 叶轮
2 叶片
3 轮毂/毂环
4 盖环
5 叶片尖端，小翼
6 叶片前缘区域
7 叶片后缘区域
8 叶片跨度
9 轮毂侧叶片端部
10 部分直径，跨度位置
11 前缘波长λw
12 后缘波长λz
13 盖环侧叶片端部
14 空气流入口
15 轮毂/毂环的流出端
16 盖环的流出端
17 叶片/轮毂定心装置
18 叶片/盖环定心装置
19 用于压花工具的叶片定心装置
20 叶片的横截面
21 后缘区域的齿部/波部的高度Hz，全幅值
22 前缘区域的齿部/波部的高度Hw，全幅值
23 前缘区域的波谷线
24 前缘区域的波峰线
25 前缘区域的波部的中线
26 后缘区域的波谷线
27 后缘区域的波峰线
28 叶片压力侧
29 叶片抽吸侧

Claims (16)

1.一种用于通风装置的叶轮的叶片，所述通风装置尤其是轴流式通风装置、斜流式通风装置或径流式通风装置，所述叶片具有波状前缘和波状后缘，其中，在所述前缘的波部的波长大于在所述后缘的波部的波长。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，在所述前缘的波部的波长是在所述后缘的波部的波长的至少1.5倍，优选地大2至10倍。
3.根据权利要求1或2所述的叶片，其特征在于，优选地在所述前缘的跨度上平均地或不平均地分布5至10个波峰。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片，其特征在于，优选地在所述后缘的跨度上平均地或不平均地分布10至50个波峰。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片，其特征在于，在所述前缘的波部的波长和/或波部的波幅从轮毂或毂环开始向叶片尖端或盖环增大。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，在所述后缘的波部的波长和/或波部的波幅从轮毂或毂环开始向叶片尖端或盖环减小。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶片，其特征在于，在所述后缘的波部经设计成齿部。
8.根据权利要求7所述的叶片，其特征在于，所述齿部的自由端呈圆形或扁平状。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片被三维地扭转，而非本身呈波状。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的叶片，所述叶片用于轴流式或斜流式通风装置，其特征在于，在所述叶片尖端设置小翼，所述小翼从压力侧向抽吸侧弯曲。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的叶片，其特征在于，所述波部在所述前缘和所述后缘的至少一部分上延伸。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片由金属片材制成，并且优选地至少在所述后缘区域搪瓷或设有粉末涂层。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片由塑料制成，优选地使用注塑成型法制成；或所述叶片由铝制成，优选地使用模铸法制成；或所述叶片由金属片材制成，优选地使用冲压法制成。
14.一种叶轮，其具有至少两片、优选地三至九片根据权利要求1至13中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片独立制造，或整个所述叶轮使用注塑成型法由塑料以一体成型的方式制造，或使用模铸法由铝制造，或使用冲压法或激光切割和压花法、以及各部分的接合/焊接、互锁等方法由金属片材制造。
15.一种轴流式通风装置或斜流式通风装置，其具有轮毂和根据权利要求1至13中任一项所述的叶片，所述叶片从所述轮毂向外延伸。
16.一种径流式通风装置，其具有毂环、盖环和叶轮，所述叶轮在所述毂环与所述盖环之间延伸，所述径流式通风装置具有根据权利要求1至13中任一项所述的叶片。
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