CN111656019B - 轴流送风机 - Google Patents

Abstract

轴流送风机(10)具有：具备多个叶片的旋转叶轮；使旋转叶轮旋转而产生气流的马达(3)；以及从与旋转叶轮的旋转轴正交的方向包围旋转叶轮的框状的喇叭口，喇叭口在气流的上游侧具有在旋转轴的轴向上越靠气流的下游侧而越窄的吸入曲面(51)，在将旋转叶轮的外径设为D，将吸入曲面(51)的曲率半径设为R1时，R1/D≤0.05。

Description

轴流送风机

技术领域

本发明涉及产生沿旋转轴的轴向流动的气流的轴流送风机。

背景技术

轴流送风机大多设置在靠近居住空间的场所，要求低噪音化。在实现轴流送风机的低噪音化时，提出了使旋转叶轮的叶片向气流的上游侧倾斜、或使旋转叶轮的叶片的外周部向气流的上游侧弯曲的方案。

在轴流送风机的旋转叶轮的周围，以顺畅地吸入空气的方式在旋转叶轮上设置有喇叭口。喇叭口的形状对轴流送风机的送风性能及噪音特性产生影响。因此，如专利文献1所公开的那样，通过对喇叭口的形状进行研究，来提高轴流送风机的送风性能及静音性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-257096号公报

发明内容

发明所要解决的课题

轴流送风机的送风性能及噪音特性不仅受旋转叶轮的形状较大影响，还受喇叭口的形状较大影响，因此设计旋转叶轮的形状及喇叭口的形状，以满足所要求的送风性能及噪音特性。但是，若单独设计旋转叶轮和喇叭口，则由于尺寸上的制约，也有时未必能够获得送风性能以及噪音特性上理想的形状。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种基于喇叭口的形状及旋转叶轮的形状而谋求送风性能及噪音特性的提高的轴流送风机。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，实现目的，本发明具有：旋转叶轮，具备多个叶片；马达，使旋转叶轮旋转而产生气流；以及框状的喇叭口，从与旋转叶轮的旋转轴正交的方向包围旋转叶轮。喇叭口在气流的上游侧具有在旋转轴的轴向上越靠气流的下游侧而越窄的吸入曲面。在将旋转叶轮的外径设为D，将吸入曲面的曲率半径设为R1时，R1/D≤0.05。

发明效果

本发明所涉及的轴流送风机发挥基于喇叭口的形状及旋转叶轮的形状而谋求送风性能及噪音特性的提高的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的轴流送风机的旋转叶轮的立体图。

图2是表示实施方式1的轴流送风机的旋转叶轮与喇叭口的位置关系的图。

图3是实施方式1的轴流送风机的主视图。

图4是实施方式1的轴流送风机的剖视图。

图5是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的形状的俯视图。

图6是实施方式1的轴流送风机的叶片的剖视图。

图7是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面形状和气流的状态的图。

图8是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面形状和气流的状态的图。

图9是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面形状和气流的状态的图。

图10是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面形状和气流的状态的图。

图11是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面位置与曲率半径的关系的图。

图12是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的半径与旋转叶轮的外径之比同静压为0的开放点处的风量的关系的图。

图13是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的半径与旋转叶轮的外径之比同开放点处的正面噪音的噪音等级的关系的图。

图14是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的半径与旋转叶轮的外径之比同开放点处的倾斜45°方向的噪音的噪音等级的关系的图。

图15是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比同开放点处的风量的关系的图。

图16是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比同开放点处的正面噪音的噪音等级的关系的图。

图17是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比同开放点处的倾斜45°方向的噪音的噪音等级的关系的图。

图18是针对喇叭口的吸入曲面的曲率半径与旋转叶轮的外径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与静压的关系的图。

图19是针对喇叭口的吸入曲面的曲率半径与旋转叶轮的外径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与正面噪音的噪音等级的关系的图。

图20是针对喇叭口的吸入曲面的曲率半径与旋转叶轮的外径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与倾斜噪音的噪音等级的关系的图。

图21是针对喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与静压的关系的图。

图22是针对喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与正面噪音的噪音等级的关系的图。

图23是针对喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与倾斜噪音的噪音等级的关系的图。

图24是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的曲率半径的不同所导致的风量与静压的关系的差的图。

图25是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的曲率半径的不同所导致的风量与正面噪音的噪音等级的关系的差的图。

图26是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的曲率半径的不同所导致的风量与倾斜噪音的噪音等级的关系的差的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式所涉及的轴流送风机进行详细说明。此外，本发明并不限定于该实施方式。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1的轴流送风机的旋转叶轮的立体图。图2是表示实施方式1的轴流送风机的旋转叶轮与喇叭口的位置关系的图。实施方式1的旋转叶轮1具有圆柱状的轮毂2和安装于轮毂2的三张叶片1a。在以下的说明中，主要对三张叶片1a中的一张的形状进行说明，但三张叶片1a均是相同的形状。

叶片1a具有三维形状。叶片1a呈放射状安装于轮毂2的外周。轮毂2通过马达3驱动而绕旋转轴AX旋转。叶片1a与轮毂2一起沿箭头S方向旋转，产生沿箭头A方向流动的气流。

旋转叶轮1设置在包括喇叭口5的送风机本体6的中央部。送风机本体6为框状，从正面观察时的外形为正方形。马达3配置于比喇叭口5靠气流的下游侧的位置。另外，马达3也可以配置于比喇叭口5靠气流的上游侧的位置。

图3是实施方式1的轴流送风机的主视图。图4是实施方式1的轴流送风机的剖视图。另外，在图4中，叶片1a以子午面形状图示。喇叭口5具有吸入曲面51、平直部53及排出曲面52。吸入曲面51位于气流的上游侧，在旋转轴AX的轴向上，越靠近气流的下游侧而流路越窄。排出曲面52位于气流的下游侧，在旋转轴AX的轴向上，越靠近气流的下游侧而流路越宽。通常，喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1比排出曲面52的曲率半径R2大。

若将送风机本体6的正面观察时的外形的一个边的长度设为L，将旋转叶轮1的外径设为D，将喇叭口5的吸入曲面51的外径设为DR1，则鉴于设置性及制造成本，轴流送风机10被设计成DR1＜L。吸入曲面51在送风机本体6的正面观察时的外形的一个边的长度L的范围内尽可能大地形成，在旋转叶轮1内顺畅地引导气流。

实施方式1的轴流送风机10的旋转叶轮1的外径D为260mm。旋转叶轮1的外周后缘端I位于喇叭口5的平直部53与排出曲面52的交界部附近。另外，旋转叶轮1的叶轮前缘部1b以及叶轮外缘部1d比喇叭口5的吸入曲面51向气流的上游侧突出。

由于旋转叶轮1的叶轮前缘部1b以及叶轮外缘部1d比喇叭口5的吸入曲面51向气流的上游侧突出，因此，空气不仅从叶轮前缘部1b流入旋转叶轮1，而且也从叶轮外缘部1d流入旋转叶轮1。因此，流入旋转叶轮1的空气的流路的截面积增加，流入旋转叶轮1的气流的速度降低。由于气流的速度降低，气流的紊乱减少，实现低噪音化。

平直部53防止在施加静压时空气逆流。

排出曲面52使从旋转叶轮1流出的空气流所包含的离心方向的流动顺畅地流出到旋转叶轮1的外部。而且，排出曲面52也发挥使静压上升的扩散器(日文：ディフューザ)的作用。

在实施方式1的轴流送风机10中，旋转叶轮1的外径D和喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1满足R1/D≤0.05的关系。另外，若将吸入曲面51延长到喇叭口5的吸入曲面51的上游端51a处的切线TL与旋转轴AX垂直为止时的喇叭口5的吸入曲面51的外径DR1’与喇叭口5的吸入曲面51的外径DR1的差值作为R1’，则满足0＜R1’/R1≤0.505的关系。

实施方式1的轴流送风机10的喇叭口5的吸入曲面51为从外径DR1’的吸入曲面51’的外周去除了长度R1’的部分而成的形状，外径能够视为DR1。即，实施方式1的轴流送风机10通过从外径DR1’的吸入曲面51’的外周去除长度R1’的部分，喇叭口5的吸入曲面51的外径能够视为DR1。以下，将视为从外径DR1’的吸入曲面51’去除了的部分称为切割部。另外，将切割部的长度称为切割长度。因此，在实施方式1中，切割长度为R1’。

在切割部包含比送风机本体6的正面观察时的外形的一个边伸出的部分ΔL的情况下，喇叭口5的吸入曲面51的外径DR1比送风机本体6的一个边的长度L小。如上所述，通过设为0＜R1’/R1≤0.505，能够增大喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1，并且使喇叭口5比送风机本体6的正面观察时的外形小。

图5是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的形状的俯视图。图6是实施方式1的轴流送风机的叶片的剖视图。图6表示沿着通过旋转轴AX以及叶轮内缘部1e的平面的平面上的叶片1a的叶轮截面。叶片1a在通过旋转轴AX以及叶轮内缘部1e的叶轮截面中，在外周侧与内周侧之间具有拐点IP。叶片1a在比拐点IP靠近轮毂2的内周侧，是向气流的上游侧凸出的叶轮截面，在比拐点IP远离轮毂2的外周侧，是向气流的下游侧凸出的叶轮截面。叶片1a在比拐点IP靠内周侧的叶轮截面的曲率为R1b。叶片1a在比拐点IP靠外周侧的叶轮截面的曲率为R2b。叶片1a的曲率半径R1b、R2b从叶轮前缘部1b到叶轮后缘部1c连续地变化。

图7、图8、图9以及图10是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面形状和气流的状态的图。图7表示图5中的叶轮截面位置O-D1处的沿着通过旋转轴AX的径向的平面上的叶轮截面形状。图8表示图5中的叶轮截面位置O-D2处的沿着通过旋转轴AX的径向的平面上的叶轮截面形状。图9表示图5中的叶轮截面位置O-D3处的沿着通过旋转轴AX的径向的平面上的叶轮截面形状。图10表示图5中的叶轮截面位置O-D4处的沿着通过旋转轴AX的径向的平面上的叶轮截面形状。叶片1a在叶轮截面位置O-D1处，向气流的上游侧倾斜θ(O-D1)，而叶轮截面位置O-D2处的倾斜角θ(O-D2)、叶轮截面位置O-D3处的倾斜角θ(O-D3)以及叶轮截面位置O-D4处的倾斜角θ(O-D4)的斜率以越接近叶轮后缘部1c则越向气流的下游侧倾斜的方式变化。在旋转叶轮1的叶轮前缘部1b附近，存在与叶轮截面平行的横流9，但由于旋转叶轮1的侧面比喇叭口5向气流的上游侧突出，因此能够将横流9取入到旋转叶轮1。叶轮截面的斜率以随着接近旋转叶轮1的叶轮后缘部1c而叶轮截面整体向气流的下游侧倾斜的方式变化，通过抑制欲沿离心方向流动的径向流11随着压力的上升而泄漏到旋转叶轮1之外，从而使气流升压。

如图7以及图8所示，叶片1a在旋转方向的靠前方的位置成为内周侧远离轮毂2的叶轮截面。

若旋转叶轮1旋转，则因叶片1a的压力面与负压面的压力差而形成叶轮端涡流7。当叶轮端涡流7与叶片1a的负压面、相邻的其他叶片1a或喇叭口5干涉时，轴流送风机10的噪音特性降低。叶片1a为在内周侧向气流的上游侧凸出且在外周侧向气流的下游侧凸出的S字形状的叶轮截面，因此能够抑制叶轮端涡流7的产生，防止升压后的气流泄漏到旋转叶轮1的外部。

图11是表示实施方式1的轴流送风机的叶片的叶轮截面位置与曲率半径的关系的图。叶片1a的内周侧的曲率半径R1b从叶轮前缘部1b朝向叶轮后缘部1c逐渐减小。另一方面，叶片1a的外周侧的曲率半径R2b从叶轮前缘部1b到叶轮截面位置O-D3逐渐减小，从叶轮截面位置O-D3到叶轮后缘部1c逐渐增加。

图12是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的半径与旋转叶轮的外径之比同静压为0的开放点处的风量的关系的图。另外，在图12中，以开放点处的风量为100％的方式进行标准化来表示风量。如图12所示，具有喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1与旋转叶轮1的外径D之比R1/D越大而风量越增加的倾向。

图13是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的半径与旋转叶轮的外径之比同开放点处的正面噪音的噪音等级的关系的图。另外，在图13中，以开放点处的噪音等级为0dB的方式进行标准化来表示噪音等级。喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1与旋转叶轮1的外径D之比R1/D越大而正面噪音的噪音等级越小，但与风量不同，当噪音等级减小到一定程度的大小时，即使R1/D变大，正面噪音的噪音等级也几乎不变化。

图14是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的半径与旋转叶轮的外径之比同开放点处的倾斜45°方向的噪音的噪音等级的关系的图。另外，在图14中，以开放点处的噪音等级为0dB的方式进行标准化来表示噪音等级。与正面噪音的噪音等级相同，R1/D越大而噪音等级越小。但是，开放点处的倾斜45°方向的噪音的噪音等级不会在一定程度的大小处停止降低，在这一点上与正面噪音的噪音等级不同。

根据图12、图13以及图14可知，喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1与旋转叶轮1的外径D之比R1/D越大，风量及噪音特性越提高。

图15是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比同开放点处的风量的关系的图。另外，在图15中，以开放点处的风量为100％的方式进行标准化来表示风量。如图15所示，在喇叭口5的吸入曲面51的切割长度R1’与喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1之比R1’/R1为0.45以下时，风量不取决于R1’/R1。另外，若R1’/R1超过0.45，则风量急剧减少。

图16是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比同开放点处的正面噪音的噪音等级的关系的图。另外，在图16中，以开放点处的噪音等级为0dB的方式进行标准化来表示噪音等级。如图16所示，在R1’/R1为0.45以下时，正面噪音的噪音等级降低。但是，若R1’/R1超过0.5，则正面噪音的噪音等级比R1’/R1＝0的情况大。

图17是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比同开放点处的倾斜45°方向的噪音的噪音等级的关系的图。另外，在图17中，以开放点处的噪音等级为0dB的方式进行标准化来表示噪音等级。与正面噪音的噪音等级相同，在R1’/R1为0.45以下时，噪音的噪音等级降低。但是，若R1’/R1超过0.5，则噪音的噪音等级比R1’/R1＝0的情况大。

根据图15、图16以及图17可知，在喇叭口5的吸入曲面51的切割长度R1’与喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1之比R1’/R1同风量或噪音的噪音等级之间存在变化比例适当的范围。如果在0＜R1’/R1≤0.505的范围内，则相对于与删除切割部之前的吸入曲面的外径为DR1’的喇叭口相当的R1’/R1＝0时的噪音的变化为+0.5(dB)以内，能够实现低噪音化。

图18是针对喇叭口的吸入曲面的曲率半径与旋转叶轮的外径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与静压的关系的图。图19是针对喇叭口的吸入曲面的曲率半径与旋转叶轮的外径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与正面噪音的噪音等级的关系的图。图20是针对喇叭口的吸入曲面的曲率半径与旋转叶轮的外径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与倾斜噪音的噪音等级的关系的图。如图18、图19以及图20所示，喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1与旋转叶轮1的外径D之比R1/D越大，则不仅静压为0的开放点处的特性，而且在其他的实用的风量的范围内静压也越高且噪音的噪音等级也越小。

图21是针对喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与静压的关系的图。图22是针对喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与正面噪音的噪音等级的关系的图。图23是针对喇叭口的吸入曲面的切割长度与喇叭口的吸入曲面的曲率半径之比表示实施方式1的轴流送风机的风量与倾斜噪音的噪音等级的关系的图。如图21、图22以及图23所示，在R1’/R1为适当范围的R1’/R1＝0.447时，不仅静压为0的开放点处的特性，而且在其他的实用的风量的范围内，静压与R1’/R1＝0的状态相比也几乎没有变化，对噪音进行改善。另外，在R1’/R1为适当范围外的R1’/R1＝0.733时，不仅开放点处的特性，而且在其他的实用的风量的范围内静压及噪音特性也降低。

图24是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的曲率半径的不同所导致的风量与静压的关系的差的图。图25是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的曲率半径的不同所导致的风量与正面噪音的噪音等级的关系的差的图。图26是表示实施方式1的轴流送风机的喇叭口的吸入曲面的曲率半径的不同所导致的风量与倾斜噪音的噪音等级的关系的差的图。R1₁＞R1₂。R1₁的曲线图为R1’/R1₁＝0.333。R1₂的曲线图为R1’/R1₂＝0。如图24、图25及图26所示，喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径越大，风量、静压及噪音特性越提高。

实施方式1的轴流送风机10的喇叭口5的吸入曲面51的曲率半径R1与旋转叶轮1的外径D之比R1/D≤0.05，因此能够抑制在喇叭口5的吸入曲面51产生的气流的紊乱被吸入到旋转叶轮1而噪音增大。另外，由于喇叭口5的吸入曲面51的外径为送风机本体6的一个边的长度以下，因此能够防止装置尺寸的增大。另外，由于喇叭口5的吸入曲面51的外径为送风机本体6的一个边的长度以下，因此不需要将与送风机本体6分体部件化的喇叭口5与送风机本体6组装，能够防止作业工时的增大。

以上的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一例，也能够与其他公知的技术组合，也能够在不脱离本发明的主旨的范围内而省略、变更结构的一部分。

附图标记说明

1旋转叶轮、1a叶片、1b叶轮前缘部、1c叶轮后缘部、1d叶轮外缘部、1e叶轮内缘部、2轮毂、3马达、5喇叭口、6送风机本体、7叶轮端涡流、9横流、10轴流送风机、51、51’吸入曲面、51a上游端、52排出曲面。

Claims (6)

1.一种轴流送风机，其特征在于，

该轴流送风机具有：

旋转叶轮，具备多个叶片；

马达，使所述旋转叶轮旋转而产生气流；以及

框状的喇叭口，从与所述旋转叶轮的旋转轴正交的方向包围所述旋转叶轮，

所述喇叭口具有：位于所述气流的上游侧，在所述旋转轴的轴向上越靠所述气流的下游侧而越窄的吸入曲面；以及位于所述气流的下游侧，在所述旋转轴的轴向上越靠所述气流的下游侧而越宽的排出曲面，

在将所述吸入曲面的曲率半径设为R1，将所述吸入曲面的外径与以下的距离的2倍的长度之差设为R1’时，0＜R1’/R1≤0.505，所述距离为所述吸入曲面延长到所述吸入曲面的上游端处的切线同所述旋转轴正交的位置为止的位置与所述旋转轴的距离，

所述吸入曲面的曲率半径比所述排出曲面的曲率半径大，

在将所述旋转叶轮的外径设为D时，R1/D≤0.05。

2.根据权利要求1所述的轴流送风机，其特征在于，

沿着通过所述旋转轴的径向的平面上的所述叶片的叶轮截面在旋转方向上成为前方的叶轮前缘部向所述气流的上游侧倾斜，倾斜角以随着接近旋转方向上成为后方的叶轮后缘部而向所述气流的下游侧倾斜的方式连续地变化。

3.根据权利要求1所述的轴流送风机，其特征在于，

所述叶片在外周侧与内周侧之间具有叶轮截面凸出的方向变化的拐点，

所述叶片的叶轮截面在比所述拐点靠内周侧的位置向所述气流的上游侧凸出，在比所述拐点靠外周侧的位置向所述气流的下游侧凸出。

4.根据权利要求2所述的轴流送风机，其特征在于，

所述叶片在外周侧与内周侧之间具有叶轮截面凸出的方向变化的拐点，

所述叶片的叶轮截面在比所述拐点靠内周侧的位置向所述气流的上游侧凸出，在比所述拐点靠外周侧的位置向所述气流的下游侧凸出。

5.根据权利要求3所述的轴流送风机，其特征在于，

所述叶片的比所述拐点靠外周侧的曲率半径从叶轮前缘部朝向叶轮后缘部逐渐减小之后取得极小值而后逐渐增加，

所述叶片的比所述拐点靠内周侧的曲率半径从所述叶轮前缘部朝向所述叶轮后缘部逐渐减小。

6.根据权利要求4所述的轴流送风机，其特征在于，

所述叶片的比所述拐点靠外周侧的曲率半径从叶轮前缘部朝向叶轮后缘部逐渐减小之后取得极小值而后逐渐增加，

所述叶片的比所述拐点靠内周侧的曲率半径从所述叶轮前缘部朝向所述叶轮后缘部逐渐减小。

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