CN115720608A

CN115720608A - 扩散器

Info

Publication number: CN115720608A
Application number: CN202080102527.9A
Authority: CN
Inventors: W·M·怀特; P·霍尔克斯
Original assignee: Howden Netherlands BV
Current assignee: Howden Netherlands BV
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2023-02-28
Also published as: US20230082029A1; WO2021240218A1; EP4158203A1; AU2020449612A1; BR112022023929A2; KR20230011426A; US12038020B2; AU2020449612B2

Abstract

公开了一种扩散器和扩散工作流体的方法。组件(300)包括护罩(310)和设置在护罩内的轮毂(321)。轮毂包括上游部分(324)、下游部分(326)，下游部分具有轴向延伸到轮毂中的凹槽(328)，轮毂被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动。

Description

扩散器

技术领域

本发明涉及轴流式风扇组件的领域，并且特别是涉及构造成扩散风扇出口流体的轮毂。

背景技术

在涡轮机中，希望使出口处的静压力恢复最大。自身单独旋转的叶轮或风扇具有在组件出口处引起大的动压力损失并因此减少静压力恢复的流动状况。该流动状况的特征可在于：1)离开风扇的周向旋转流动和2)有时被称作“轮毂死水”的近轮毂再循环流动。设置在叶轮下游的导向叶片已被用于使周向旋转流动改变方向。导向叶片将流动的旋转速度分量转换为静压力。扩散器也已被用于降低速度和增加出口流动的均匀性。因此，扩散器可以将动压力转换为静压力。

导向叶片轮毂可通过使叶片轮毂附近的出口流动的一部分在出口处再循环或回流到叶片中而降低整个系统的效率。扩散器可以不减少回流或轮毂死水并且可以增加风扇组件的整体尺寸。另外，轮毂死水可引起回流并阻塞通过风扇、导向叶片和/或扩散器的流动。

至少鉴于上述问题，需要一种用于减少轮毂死水和改进静压力恢复的系统。

发明内容

本发明涉及一种轴流式风扇组件。根据本发明的至少一个实施例，组件包括沿轴向长度具有基本上均匀的半径的护罩和设置在护罩内的轮毂。轮毂包括：上游部分；具有轴向延伸到轮毂中的凹槽的下游部分，下游部分被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括沿轴向长度具有基本上均匀的半径的护罩、轮毂和具有与设置在护罩内的轮毂的中心轴线对准的旋转轴线的轴向风扇。轮毂包括上游部分；具有轴向延伸到轮毂中的凹槽的下游部分，下游部分被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括沿轴向长度具有基本上均匀的半径的护罩、轮毂和具有与设置在护罩内的轮毂的中心轴线对准的旋转轴线的轴向风扇。轮毂包括上游部分；具有轴向延伸到轮毂中的凹槽的下游部分，下游部分被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。轴向风扇设置在轮毂的上游。轮毂的上游部分被构造成加速流体朝向轮毂的外周的流动。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括沿轴向长度具有基本上均匀的半径的护罩、轮毂和具有与设置在护罩内的轮毂的中心轴线对准的旋转轴线的轴向风扇。轮毂包括上游部分；具有轴向延伸到轮毂中的凹槽的下游部分，下游部分被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。在风扇的前缘和轮毂的上游端之间的轴向距离可以是风扇半径的大约10％到60％。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括沿轴向长度具有基本上均匀的半径的护罩、轮毂和具有与设置在护罩内的轮毂的中心轴线对准的旋转轴线的轴向风扇。轮毂包括上游部分；具有轴向延伸到轮毂中的凹槽的下游部分，下游部分被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。轮毂的半径可以是风扇半径的大约45％。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括沿轴向长度具有基本上均匀的半径的护罩、轮毂和具有与设置在护罩内的轮毂的中心轴线对准的旋转轴线的轴向风扇。轮毂包括上游部分；具有轴向延伸到轮毂中的凹槽的下游部分，下游部分被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。轮毂还包括再循环通道，再循环通道具有在凹槽处的通道入口和在轮毂的上游部分处的通道出口。再循环通道可被构造成引导再循环流动从通道入口通过轮毂到达通道出口。通道出口可被构造成将再循环流动朝向轴向风扇的中心轴线引导。通道出口还可被构造成使再循环流动在轴向风扇的旋转方向上涡旋。

根据本发明的至少一个实施例，一种扩散流体的流动的方法包括：经由轴向风扇引发流体的流动；朝向具有导向叶片的轮毂引导流动；沿着轮毂的上游端并朝向导向叶片加速流动的第一部分；以及经由导向叶片整流流动。在经由导向叶片整流流动之后，将流体的流动的第二部分朝向轮毂的下游部分中的凹槽引导，其中，引导流体流动的第二部分使流动的第三部分径向向内扩散。

根据本发明的至少一个实施例，一种扩散流体的流动的方法包括：经由轴向风扇引发流体的流动；朝向具有导向叶片的轮毂引导流动；沿着轮毂的上游端并朝向导向叶片加速流动的第一部分；以及经由导向叶片整流流动。在经由导向叶片整流流动之后，将流体的流动的第二部分朝向轮毂的下游部分中的凹槽引导，其中，引导流动的第二部分使流动的第三部分径向向内扩散。流动的第二部分可以是再循环流动。该方法还可以包括：引导再循环流动从凹槽经由再循环通道穿过轮毂；以及从再循环通道朝向轴向风扇排出再循环流动。该方法还可以包括使再循环流动在轴向风扇的旋转方向上涡旋。使再循环流动涡旋可包括经由叶片引导再循环流动。替代地，或附加地，使再循环流动涡旋可包括经由再循环通道的多个通道出口引导再循环流动，所述多个通道出口朝向轴向风扇的旋转方向倾斜。替代地，或附加地，使再循环流动涡旋可包括经由再循环通道的多个通道出口引导再循环流动，所述多个通道出口朝向轴向风扇的旋转方向倾斜。

根据本发明的至少一个实施例，一种扩散流体的流动的方法包括：经由轴向风扇引发流体的流动；朝向具有导向叶片的轮毂引导流动；沿着轮毂的上游端并朝向导向叶片加速流动的第一部分；以及经由导向叶片整流流动。在经由导向叶片整流流动之后，将流体的流动的第二部分朝向轮毂的下游部分中的凹槽引导，其中，引导流体流动的第二部分使流体流动的第三部分径向向内扩散。引导流体流动的再循环流动朝向轮毂的下游部分中的凹槽保持通过叶片的均匀的或单向的流动。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括：护罩；设置在护罩内的轮毂，轮毂包括上游部分、具有轴向延伸到轮毂内的凹槽的下游部分、从凹槽延伸到上游部分的再循环通道，所述通道被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括：护罩；设置在护罩内的轮毂，轮毂包括上游部分、具有轴向延伸到轮毂内的凹槽的下游部分、从凹槽延伸到上游部分的再循环通道，所述通道被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。再循环通道包括在凹槽处的通道入口和在轮毂的上游部分处的通道出口，再循环通道可被构造成引导再循环流动从通道入口通过轮毂到达通道出口。通道出口可被构造成将再循环流动朝向设置在轮毂上游的轴向风扇的中心轴线引导。通道出口还可被构造成使再循环流动在轴向风扇的旋转方向上涡旋。通道出口还可包括一个或多个叶片。

根据本发明的至少一个实施例，组件包括：护罩；设置在护罩内的轮毂，轮毂包括上游部分、具有轴向延伸到轮毂内的凹槽的下游部分、从凹槽延伸到上游部分的再循环通道，所述通道被构造成在轮毂的下游扩散流体的流动；以及在轮毂和护罩之间径向延伸的叶片。轮毂还可包括多个再循环通道，所述多个再循环通道包括所述再循环通道。所述多个再循环通道中的每个再循环通道可具有在凹槽处的通道入口和在轮毂的上游部分处的通道出口。所述多个再循环通道可被构造成引导再循环流动从通道入口通过轮毂到达通道出口。通道出口可以朝向轴向风扇的旋转方向倾斜，通道出口被构造为沿轴向风扇的旋转方向朝向轴向风扇排出再循环流动。

附图说明

为了完成描述并且为了更好地理解本发明，提供了一组附图。附图形成了说明书的整体部分并示出了本发明的实施例，其不应被解释为限制本发明的范围，而仅仅作为如何能够实施本发明的示例。附图包括以下各图：

图1A是示出具有风扇流动特性的轴流式风扇组件的透视图。

图1B是示出具有风扇流动特性的图1A的轴流式风扇组件的局部侧视图。

图2A是示出具有风扇流动特性的具有轴向风扇和导向叶片的轴流式风扇组件的透视图。

图2B是示出具有风扇流动特性的图2A的轴流式风扇组件的局部侧视图。

图3A是根据本发明一实施例的具有轴向风扇和轮毂组件的轴流式风扇组件的透视图。

图3B是图3A的轴流式风扇组件的局部侧视图。

图3C是示出具有风扇流动特性的图3A的轴流式风扇组件的透视图。

图3D是示出具有风扇流动特性的图3A的轴流式风扇组件的局部侧视图。

图4A是根据本发明另一实施例的具有轴向风扇和轮毂组件的轴流式风扇组件的透视图。

图4B是图4A的轴流式风扇组件的局部侧视图。

图4C是示出具有风扇流动特性的图4A的轴流式风扇组件的透视图。

图4D是示出具有风扇流动特性的图4A的轴流式风扇组件的局部侧视图。

图5A是比较风扇组件出口流动的风扇全静压力与图2A、3A和4A的风扇组件的流速的曲线图。

图5B是比较风扇组件出口流动的全静压效率与图2A、3A和4A的风扇组件的流速的曲线图。

图6是根据本发明第三实施例的具有轴向风扇和轮毂组件的轴流式风扇组件的局部横截面图。

具体实施方式

下面的描述不应视为限制性的，而是仅为了描述本发明的广泛原理而给出。本发明的各实施例将参考示出根据本发明的元件和结果的上述附图以示例的方式进行描述。

通常，风扇的效率或静压效率基于提供给风扇的功率量、静压力和总压力、例如静压力和动压力、以及风扇的输出来确定。因此，被转换成静压力的动压力越多，风扇的效率就越高。也就是说，将流动速度转换成风扇下游的静压力提高了静压效率。

此处所示的轴流式风扇组件包括风扇和轮毂组件，该风扇和轮毂组件被构造成减少通过该组件的回流并扩散出口流动以将动压力转换为静压力。轮毂在尺寸上设计成并被布置成使得接近风扇的中心轴线的工作流体(例如空气)的流动沿着轮毂径向向外加速。被加速的流动沿着轮毂从轮毂的上游端行进到下游端。在下游端处，该流动遵循轮毂的轮廓径向向内，从而在紧邻轮毂下游处形成再循环流动的阱。再循环流动的阱径向向内拉动出口流动的一部分，从而扩散出口流动并将大部分动压力转换成静压力，而几乎没有回流或没有回流。因此，无需使用大的扩散器就可以实现具有期望静压效率的风扇。

参照图1A和IB，示出了传统的轴流式风扇组件。该风扇组件包括具有风扇扇叶102的轴向风扇100，各风扇扇叶围绕风扇轮毂104布置并从该风扇轮毂径向延伸。风扇100设置在护罩110内，该护罩围绕风扇100周向延伸。当风扇100旋转时，扇叶102在工作流体(例如空气、气体和/或液体)中引发流动150。如图1A中的流动线所示，由于风扇100的旋转，来自风扇100的风扇流动150的一部分包括周向分量。如图1B所示，流动150在扇叶102的末端112处的移动速度快于在扇叶102的接近风扇轮毂104的基部114处的移动速度。周向分量和沿风扇100的半径的流速差引起末端112和基部114之间的压力差。由于压力差，在风扇轮毂104下游的风扇流动150的一部分可以回流到风扇100中。该回流152可以阻塞或引起风扇100上的额外应变，这可以导致使用额外的功率来操作风扇100并且可以降低风扇的静压效率。另外，很少的回流152(如果有的话)被转换成静压力，因此进一步降低风扇的静压效率。

参照图2A和2B，示出了配备有导向叶片组件的传统的轴流式风扇组件。所述轴流式风扇组件包括轴向风扇200，所述轴向风扇具有围绕风扇轮毂206布置并从该风扇轮毂径向延伸的风扇扇叶202。导向叶片组件包括围绕轮毂220设置并从该轮毂径向延伸的叶片222。风扇和导向叶片组件都设置在护罩210内，所述护罩围绕风扇200和导向叶片组件周向延伸。当风扇200旋转时，扇叶202在工作流体(例如空气)中引发流动250。由于风扇200的旋转，来自风扇200的风扇流动250的一部分包括周向分量。如图2A和2B中的流动图所示，当流动250通过导向叶片组件时，叶片222整流风扇流动250的旋转分量，从而增加总的静压力。流动250在扇叶202的末端212处的移动速度快于在扇叶202的接近风扇轮毂206的基部214处的移动速度。速度差示于图2A中。在该流动的径向最外部区域254中是来自风扇200的高速流动。该流动的径向最内部区域是再循环或轮毂死水区域252。在再循环区域252和高速区域254之间是低速区域256。

沿着风扇200的半径和/或沿着护罩210的半径(例如，在三个区域252、254、256之间)的流速差引起扇叶202的末端212和基部214之间的压力差。如图2B所示，由于压力差和轮毂死水，在叶片轮毂220下游的风扇流动250的一部分258可以回流到叶片组件和风扇200中。该回流258可阻塞导向叶片组件和/或引起在风扇200上的额外应变。这可导致使用额外的功率来操作风扇200，从而降低风扇组件的静压效率。另外，很少的回流252(如果有的话)被转换成静压力，因此进一步降低风扇的静压效率。

参照图3A-3D，示出了根据一示例性实施例的轴流式风扇组件300。风扇组件300包括风扇301、导向叶片组件320和围绕风扇301和导向叶片组件320周向延伸的护罩310。护罩310可沿其轴向长度具有均匀的半径。风扇301包括风扇轮毂306和从风扇轮毂306径向延伸的至少一个风扇扇叶302。每个风扇扇叶302可以包括前缘304和后缘308，所述前缘和后缘从靠近风扇轮毂306设置的扇叶基部316径向延伸到接近护罩310设置或定位的扇叶末端312。轴向风扇301的至少一个扇叶302围绕轮毂306的旋转产生具有通过护罩310的旋转分量的流动350。

导向叶片组件320设置在风扇301的下游并包括轮毂321和从轮毂321径向延伸到护罩310的叶片322。导向叶片322可以具有空气动力学形状，用于将从风扇301输出的风扇流动350的旋转分量转换为静压力。例如，每个导向叶片322可以是翼型。轮毂321包括上游部分324和下游部分326。上游部分324是轮毂321的靠近风扇301的一部分，而下游部分326是轮毂321的远离风扇301的一部分。下游部分326可以径向向内成斜坡。例如，轮毂321可以具有倒圆的下游部分326。轮毂321还包括凹槽328，该凹槽从下游部分326的端部沿平行于轴流式风扇组件300的中心轴线370的方向延伸到轮毂321中。

参照图3C和3D，示出了工作流体通过风扇组件300的风扇流动350的流动图。轮毂321被布置成且在尺寸上设计成使风扇流动350的第一部分356从风扇301接近扇叶基部315处沿上游部分324径向朝向轮毂321和导向叶片322的外周加速。风扇流动350的第二部分354或出口流动354穿过叶片322，在此处风扇流动350的第二部分354的一段遵循轮毂321的轮廓到达下游部分326并进入轮毂凹槽328。在轮毂321的下游产生轮毂死水或再循环区域352。再循环区域352可具有比风扇流动350的第二部分354的总压力低的总压力。再循环区域352径向向内拉动风扇流动350的第二部分354，从而扩散风扇流动350的第二部分354，例如，将风扇流动350速度的第二部分354转换成静压力。从风扇流动350速度的第二部分354恢复静压力提高了风扇301的静压效率。在一些实施方式中，风扇流动350的第二部分354包括均匀的或单向的流动。

如图3B和3D所示，轮毂321与风扇301同轴并与风扇扇叶302的一部分重叠。轮毂321相对于风扇301在尺寸上设计成并被布置成引起来自扇叶基部316的风扇流动350的第一部分356沿着轮毂321加速并在轮毂321的下游产生再循环区域352。风扇流动350的被加速的第一部分356为通过导向叶片组件320的风扇流动350的第二部分354提供基本上均匀的速度。再循环区域352将风扇流动350的第二部分354在轮毂321的下游径向向内抽吸。因此，以基本上均匀的速度扩散的出口流动354离开风扇组件300的护罩310。例如，轮毂321的半径可以是风扇301的半径的大约四分之一(1/4)到二分之一(1/2)。也就是说，轮毂321的半径可以在风扇301的半径的大约四分之一(1/4)到二分之一(1/2)的范围内。在一些实施方式中，轮毂321的半径大约为风扇301的半径的四分之一(1/4)；风扇301的半径的三分之一(1/3)；或风扇301的半径的二分之一(1/2)。轮毂321可以布置在距风扇301的前缘304一定距离处。例如，该距离可以是风扇扇叶302的半径的大约十分之一(1/10)到五分之三(3/5)。也就是说，该距离可以在风扇扇叶302的半径的大约十分之一(1/10)到五分之三(3/5)的范围内。在一些实施方式中，该距离可以是风扇扇叶302的半径的十分之一(1/10)；风扇扇叶302的半径的五分之一(1/5)；风扇扇叶302的半径的四分之一(1/4)；风扇扇叶302的半径的十分之三(3/10)；风扇扇叶302的半径的五分之二(2/5)；风扇扇叶302的半径的二分之一(1/2)；或风扇扇叶302的半径的五分之三(3/5)。然而，实施例并不限于上述布置。例如，轮毂321可以不与风扇扇叶302重叠，并且轮毂321的半径和距风扇扇叶302的前缘304的距离可以设定为足以产生上述以基本上均匀的速度扩散的出口流动354的任何量。

凹槽328可以在轮毂321内在尺寸上设计成进一步在轮毂321的下游产生再循环区域352，从而下拉并扩散风扇流动350的第二部分354。例如，凹槽328的半径可以是轮毂321的半径的大约60％到80％并且从下游部分326轴向延伸到轮毂321中5％到20％。也就是说，凹槽328的半径可以在轮毂321的半径的大约60％到80％的范围内，并且凹槽328的轴向深度可以在轮毂321的轴向长度的大约5％到20％的范围内。在一些实施方式中，凹槽328的半径大约为轮毂321的半径的80％；轮毂321的半径的75％；轮毂321的半径的70％；轮毂321的半径的65％；或轮毂321的半径的60％。在一些实施方式中，凹槽328可从下游部分326轴向延伸到轮毂321的大约5％、10％、15％或20％(例如轮毂321的轴向长度的5％、10％、15％或20％)。然而，实施例不限于此，并且凹槽328的半径和轴向深度可以设定为足以产生上述以基本上均匀的速度扩散的出口流动354的任何值。

参照图4A-4D，示出了根据一示例性实施例的轴流式风扇组件400。风扇组件400包括风扇401、导向叶片组件420和围绕风扇401和导向叶片组件420周向延伸的护罩410。护罩410可沿其轴向长度具有均匀的半径。风扇401包括风扇轮毂406和从风扇轮毂406径向延伸的至少一个风扇扇叶402。每个风扇扇叶402可包括前缘404和后缘408，所述前缘和后缘从靠近风扇轮毂406设置的扇叶基部414径向延伸到接近护罩410设置或定位的扇叶末端412。轴向风扇401的至少一个扇叶402围绕风扇轮毂406的旋转产生具有通过护罩410的旋转分量的风扇流动450。

导向叶片组件420设置在风扇401的下游并包括轮毂421和从轮毂421径向延伸到护罩410的叶片422。导向叶片422可以具有空气动力学形状，用于将来自风扇401的流动450的旋转分量转换为静压力。例如，每个导向叶片422可以是翼型。轮毂421包括上游部分424和下游部分426。上游部分424是轮毂421的靠近风扇401的一部分，而下游部分426是轮毂421的远离风扇401的一部分。下游部分426可以径向向内成斜坡。例如，轮毂421可以具有倒圆的下游部分426。轮毂421还包括凹槽428，该凹槽从下游部分426的端部沿平行于轴流式风扇组件400的中心轴线470的方向延伸到轮毂421中。

轮毂421还包括再循环通道430，用于将流动450的一部分460从轮毂424的下游部分426再循环到上游部分424。再循环通道430从设置在凹槽428处的通道入口432延伸到设置在上游部分424处的通道出口434。例如，通道入口432可以设置在轮毂421的限定凹槽428的径向侧壁中。在一些实施方式中，通道入口432可以是轮毂421的侧壁中的开口，该开口围绕凹槽428周向延伸。在一些实施方式中，通道入口432可以是在轮毂421的径向侧壁中围绕凹槽428周向设置的多个开口。通道出口434可以设置在上游部分424处，接近轮毂421的中心，例如接近中心轴线470。再循环通道430被构造成在通道入口432处接收再循环流动460，引导再循环流动460通过通道430到达通道出口434。通道出口434被构造成朝向扇叶基部414排放再循环流动。在一些实施方式中，通道出口434可以是在中心轴线470附近或沿着中心轴线轴向延伸通过轮毂421的上游部分424的开口。在一些实施方式中，通道出口434可以是轴向延伸通过轮毂421的上游部分424的多个开口，所述多个开口可以围绕中心轴线470径向布置。

在一些实施方式中，再循环通道430可以使再循环流动460在风扇401的旋转方向上涡旋。例如，再循环通道430、通道入口432和通道出口434中的至少一个可以使再循环流动460在风扇401的旋转方向上倾斜。在一些实施方式中，再循环通道430、通道入口432和通道出口434中的至少一个相对于中心轴线470在风扇401的旋转方向上倾斜。在一些实施方式中，再循环通道430、通道入口432和通道出口434中的至少一个包括一个或多个翅片或叶片，所述翅片或叶片被构造为沿风扇401的旋转方向引导再循环流动460。例如，通道出口434可包括一个或多个叶片，所述叶片被构造成将再循环流动460朝向风扇401并沿风扇401的旋转方向引导。在一些实施方式中，通道出口434可包括围绕中心轴线470径向布置的多个开口。所述多个开口可被构造成朝向风扇401的旋转方向并沿该旋转方向排放再循环流动460。也就是说，通道出口434的所述多个开口可以朝向风扇401的旋转方向并沿该旋转方向倾斜。

参照图4C-4D，示出了工作流体通过风扇组件400的风扇流动450的流动图。轮毂421被布置成且在尺寸上设计成使风扇流动450的第一部分456从风扇401接近扇叶基部416处沿上游部分424径向朝向轮毂421和导向叶片422的外周加速。出口流动454或风扇流动450的第二部分454穿过叶片422，在该处出口流动450的第二部分454的一段遵循轮毂421的轮廓到达下游部分426并进入轮毂凹槽428。在轮毂421的下游产生轮毂死水或再循环区域452。再循环区域452可具有比出口流动454的总压力低的总压力。再循环区域452径向向内拉动出口流动454，从而扩散出口流动454，例如，将风扇流动450速度的第二部分454转换成静压力。从流动454速度恢复静压力提供了风扇401的高静压效率。例如，风扇401的静压效率可以在55％到68％的范围内。在一些实施方式中，风扇401的静压效率在大约20m³/s的流速下为大约66％。

如图4B和4D所示，轮毂421与风扇401同轴并与风扇扇叶402的一部分重叠。轮毂421相对于风扇401在尺寸上设计成并被布置成引起来自扇叶基部416的风扇流动450的第一部分456沿着轮毂421加速并在轮毂421的下游产生再循环区域452。因此，基本上均匀的扩散流动454离开风扇组件400的护罩410。例如，轮毂421的半径可以是风扇401的半径的大约四分之一(1/4)到二分之一(1/2)。也就是说，轮毂421的半径可以在风扇401的半径的大约四分之一(1/4)到二分之一(1/2)的范围内。在一些实施方式中，轮毂421的半径大约为风扇401的半径的四分之一(1/4)；风扇401的半径的三分之一(1/3)；或风扇401的半径的二分之一(1/2)。轮毂421可以布置在距风扇401的前缘404一定距离处。例如，该距离可以是风扇扇叶402的半径的大约十分之一(1/10)到五分之三(3/5)。也就是说，该距离可以在风扇扇叶402的半径的大约十分之一(1/10)到五分之三(3/5)的范围内。在一些实施方式中，该距离可以是风扇扇叶402的半径的十分之一(1/10)；风扇扇叶402的半径的五分之一(1/5)；风扇扇叶302的半径的四分之一(1/4)；风扇扇叶402的半径的十分之三(3/10)；风扇扇叶402的半径的五分之二(2/5)；风扇扇叶402的半径的二分之一(1/2)；或风扇扇叶402的半径的五分之三(3/5)。然而，实施例不限于此，并且轮毂421的半径和距风扇扇叶402的前缘404的距离可以设定为足以产生以上述基本上均匀的速度扩散的出口流动454的任何量。

与分别在图1A-3D中示出的风扇组件100、200和300的再循环区域152、252和352相比，再循环通道430可以为再循环区域452提供更低的总压力。因此，与以上分别讨论的风扇组件100、200和300的风扇流动150、250和350相比，风扇组件400可以使风扇流动450的扩散更大。因此，与风扇组件100、200和300相比，风扇组件400可以在更高的静压效率下操作。

参照图5A和5B，示出了两个曲线图，其中一个曲线图(图5A)比较风扇组件200、风扇组件300和风扇组件400的风扇全静压力(total-to-static pressure)与流速，并且另一个曲线图(图5B)比较风扇组件200、风扇组件300和风扇组件400的风扇的静压效率与流速。在图5A中，对于风扇组件200、风扇组件300和风扇组件400中的每一个，相对于流速(x轴)绘制以帕斯卡为单位的风扇全静压力(y轴)。如该曲线图所示，与风扇组件200相比，风扇组件300在大的流速范围内(例如大约12m³/s至大约26m³/s)具有较高的风扇全静压力。与风扇组件200和风扇组件300相比，风扇组件400在基本上相同的流速范围内具有更高的风扇全静压力。

在图5B中，对于风扇组件200、风扇组件300和风扇组件400中的每一个，相对于流速(X轴)绘制作为百分比的风扇全静压效率(total-to-static efficiency)(Y轴)。如该曲线图所示，与风扇组件200相比，风扇组件300在大的流速范围内(例如大约12m³/s至大约26m³/s)具有较高的风扇全静压效率。与风扇组件200相比，风扇组件400在基本上相同的流速范围内具有更高的风扇全静压效率，并且与风扇组件300相比，在大约17m³/s至大约22m³/s的范围内具有提高的效率。

虽然图5A和5B中的曲线图提供了在特定流速范围内的示例性全静压效率和全静压力，但是实施例并不限于所公开的特定全静压效率、全静压力和/或流速。相反，用于实现期望的静压效率和静压力的流速可以通过调节风扇组件的尺寸来调节。例如，风扇组件、例如风扇401和叶片轮毂组件402的半径可以被调节，以在期望的流速下提供期望的效率。

参照图6，示出了根据一示例性实施例的轴流式风扇组件500。风扇组件500包括风扇501、轮毂组件520和围绕风扇501和轮毂组件520周向延伸的护罩510。护罩510可沿其轴向长度具有基本上均匀的半径。风扇501包括从轮毂组件520延伸的风扇转子506和从风扇转子506径向延伸的至少一个风扇扇叶502。风扇扇叶502包括前缘504和后缘508，所述前缘和后缘从风扇转子506处的扇叶基部514径向延伸到接近护罩510的扇叶末端512。轴向风扇501的至少一个扇叶502的旋转产生具有通过护罩510的旋转分量的风扇流动550。风扇组件500的各部件可以被布置成、在尺寸和形状上设计成与风扇组件400的各部件基本上相似，以提供与图4C-5B所示的风扇组件400基本上相似的流动特性。

轮毂组件520设置在风扇501的下游并且包括轮毂521和从轮毂521径向延伸到护罩510的至少一个支柱522，用于支撑轮毂521和风扇501。在一些实施方式中，支柱522可以是具有空气动力学形状的导向叶片，用于将流动550的旋转分量转换成静压力。例如，导向叶片522可以是翼型。轮毂521包括上游部分524和下游部分526。上游部分524是轮毂521的轴向靠近风扇501的一部分，而下游部分526是轮毂521的轴向远离风扇501的一部分。下游部分526可以径向向内成斜坡。例如，轮毂521可以具有倒圆的下游部分526。轮毂521还包括从下游部分526的端部延伸的凹槽528并平行于轴流式风扇组件500的中心轴线570延伸到轮毂521中。

轮毂521还至少包括第一再循环通道530A和第二再循环通道530B，用于将流动550的一部分560从轮毂524的下游部分526再循环到上游部分524。再循环通道530A、530B从分别设置在凹槽528处的第一通道入口532A和第二通道入口532B延伸到分别设置在上游部分524处的第一通道出口534A和第二通道出口534B。例如，通道入口532A、532B可以设置在轮毂521的限定凹槽528的径向侧壁中。在一些实施方式中，通道入口532A、532B可以是轮毂521的侧壁中的开口。在一些实施方式中，可以包括多于两个的通道入口532A、532B。例如，轮毂521的径向侧壁中的多个开口围绕凹槽528径向设置。通道出口534A、534B可设置在上游部分524处，接近轮毂521的中心，例如接近中心轴线570。再循环通道530A、530B被构造成在通道入口532A、532B处接收再循环流动560，引导再循环流动560通过通道530A、530B到达通道出口534A、534B。通道出口534A、534B被构造成将再循环流动560朝向扇叶基部516排放。在一些实施方式中，通道出口534A、534B可以是在中心轴线570附近或沿着该中心轴线轴向延伸通过轮毂521的上游部分524的开口。在一些实施方式中，轮毂521可以包括多于两个的通道出口534A、534B。例如，轮毂521可包括轴向延伸通过轮毂521的上游部分524的多个开口，所述多个开口可围绕中心轴线570径向布置。

在一些实施方式中，再循环通道530A、530B可以使再循环流动560在风扇501的旋转方向上涡旋。例如，再循环通道530A、530B；通道入口532A、532B；和通道出口534A、534B中的至少一个可以使再循环流动560在风扇501的旋转方向上倾斜。在一些实施方式中，再循环通道530A、530B；通道入口532A、532B；和通道出口534A、534B中的至少一个相对于中心轴线570在风扇501的旋转方向上倾斜。在一些实施方式中，再循环通道530A、530B；通道入口532A、532B；和通道出口534A、534B中的至少一个包括一个或多个翅片或叶片，所述翅片或叶片被构造成在风扇501的旋转方向上引导流动560。例如，通道出口534A、534B中的每一个可以包括一个或多个叶片，所述叶片被构造成将再循环流动560朝向风扇501并沿风扇501的旋转方向引导。在一些实施方式中，通道出口534A、534B可包括围绕中心轴线570径向布置的多个开口。所述多个开口可被构造成朝向风扇501的旋转方向并沿该旋转方向排放再循环流动560。也就是说，通道出口534A、534B的多个开口可以朝向风扇501的旋转方向并沿该旋转方向倾斜。如图6所示，再循环通道530A、530B可具有可变的横截面，以便于流动560通过通道530A、530B。通道530A、530B可限定通过轮毂521的蛇形路径。例如，蛇形路径可以由平行于中心线570设置的“S”形通道限定。

在一些实施方式中，轮毂521可被构造为容纳风扇马达(未示出)。风扇马达可被构造成经由风扇转子506驱动风扇501。风扇马达和/或风扇转子506的外径向表面可限定再循环通道530A、530B的一部分。再循环流动560可以直接接触马达和/或风扇转子506的外表面并向该外表面提供冷却流动。

虽然在图3A-4D中示出了三个风扇扇叶302、402，在图6中示出了两个风扇扇叶，但是实施例并不限于此。风扇301、401、501可具有任何数量的风扇扇叶302、402、502。例如，风扇301、401、501可以包括2、3、4、5、6、7、8、9或10个风扇扇叶。

虽然本发明已经详细地并参考其具体实施例被说明和描述，但并不意味着限于所示的细节，因为很明显，在不脱离本发明的范围和权利要求的等同物的范围和界限的情况下，可以在其中进行各种修改和结构改变。另外，来自一个实施例的各种特征可以并入另一实施例中。因此，适当的是，所附权利要求被广义地且以与所附权利要求中所述的公开范围一致的方式解释。

还应当理解，这里所述的风扇组件或其部分可以由任何合适的材料或材料组合制造，例如塑料、泡沫塑料、木材、纸板、压纸、金属、柔软的天然或合成材料，其包括但不限于棉、弹性体、聚酯、塑料、橡胶、其衍生物及其组合。合适的塑料可以包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)等。合适的泡沫塑料可以包括发泡或挤出的聚苯乙烯、发泡或挤出的聚丙烯、EVA泡沫、其衍生物及其组合。

最后，本发明意欲覆盖本发明的在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。例如，应当理解，术语如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“侧”、“高”、“长”、“宽”、“上”、“下”、“内部”、“外部”、“内”、“外”以及本文可使用的类似物仅仅描述了参考点，而不是将本发明局限于任何特定的取向或构造。另外，术语“示例性”在本文用于描述一个示例或图解。本文作为示例性描述的任何实施例不应被解释为优选或有利的实施例，而是本发明的可能实施例的示例或图解。

类似地，当在本文使用时，术语“包括”及其派生词(例如“包含”等)不应被理解为排除的含义，也就是说，这些术语不应被解释为排除所描述和限定的内容可包括另外的元件、步骤等的可能性。同时，当在本文使用时，术语“近似”及其同族的术语(例如“大致”等)应当被理解为与伴随前述术语的那些值非常接近的指示值。也就是说，应当接受与精确值在合理范围内的偏差，因为本领域技术人员将会理解，由于测量不准确等原因，这种与所示值的偏差是不可避免的。这同样适用于术语“大约”和“左右”和“基本上”。

Claims

1.一种组件，包括：

护罩，所述护罩具有沿轴向长度基本上均匀的半径；

设置在所述护罩内的轮毂，所述轮毂包括：

上游部分，

具有轴向延伸到所述轮毂内的凹槽的下游部分，所述下游部分被构造成在所述轮毂的下游扩散流体的流动；以及

在所述轮毂和所述护罩之间径向延伸的叶片。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

具有与所述轮毂的中心轴线对准的旋转轴线的轴向风扇。

3.如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述轴向风扇设置在所述轮毂的上游；并且

所述轮毂的上游部分被构造成加速流体径向朝向所述轮毂的外周的流动。

4.如权利要求2所述的组件，其特征在于，在所述风扇的前缘与所述轮毂的上游端之间的轴向距离为所述风扇的半径的大约10％至60％。

5.如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述轮毂的半径为所述风扇的半径的大约45％。

6.如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述轮毂还包括再循环通道，所述再循环通道具有在所述凹槽处的通道入口和在所述轮毂的上游部分处的通道出口，所述再循环通道被构造成引导再循环流动从所述通道入口通过所述轮毂到达所述通道出口，所述通道出口被构造成将所述再循环流动朝向所述轴向风扇的中心轴线引导。

7.如权利要求6所述的组件，其特征在于，所述通道出口还被构造成使所述再循环流动在所述轴向风扇的旋转方向上涡旋。

8.一种扩散流体的流动的方法，包括：

经由轴向风扇引发流体的流动；

将所述流动朝向具有导向叶片的轮毂引导；

沿着所述轮毂的上游端并朝向所述导向叶片加速所述流动的第一部分；

经由所述导向叶片整流所述流动；

在经由所述导向叶片整流所述流动之后，将流体的所述流动的第二部分朝向所述轮毂的下游部分中的凹槽引导，其中，引导所述流动的第二部分使所述流动的第三部分径向向内扩散。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述流动的第二部分是再循环流动，所述方法还包括：

经由再循环通道引导所述再循环流动从所述凹槽通过所述轮毂；以及

将所述再循环流动从所述再循环通道朝向所述轴向风扇排出。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包括使所述再循环流动在所述轴向风扇的旋转方向上涡旋。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述再循环流动涡旋包括经由叶片引导所述再循环流动。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述再循环流动涡旋包括经由所述再循环通道的多个通道出口引导所述再循环流动，所述多个通道出口朝向所述轴向风扇的旋转方向倾斜。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将流体的所述流动的再循环流动朝向所述轮毂的下游部分中的凹槽引导保持通过所述叶片的层流。

14.一种组件，包括：

护罩；

设置在所述护罩内的轮毂，所述轮毂包括：

上游部分，

具有轴向延伸到所述轮毂内的凹槽的下游部分，

从所述凹槽延伸到所述上游部分的再循环通道，所述再循环通道被构造成在所述轮毂的下游扩散流体的流动；以及

在所述轮毂和所述护罩之间径向延伸的叶片。

15.如权利要求14所述的组件，其特征在于，所述再循环通道包括在所述凹槽处的通道入口和在所述轮毂的上游部分处的通道出口，所述再循环通道被构造成引导再循环流动从所述通道入口通过所述轮毂到达所述通道出口。

16.如权利要求15所述的组件，其特征在于，所述通道出口被构造成将所述再循环流动朝向设置在所述轮毂上游的轴向风扇的中心轴线引导。

17.如权利要求16所述的组件，其特征在于，所述通道出口还被构造成使所述再循环流动在所述轴向风扇的旋转方向上涡旋。

18.如权利要求17所述的组件，其特征在于，所述通道出口还包括一个或多个叶片。

19.如权利要求14所述的组件，其特征在于，所述轮毂还包括多个再循环通道，所述多个再循环通道包括所述再循环通道，所述多个再循环通道中的每个再循环通道具有在所述凹槽处的通道入口和在所述轮毂的上游部分处的通道出口，所述多个再循环通道被构造成引导再循环流动从所述通道入口通过所述轮毂到达所述通道出口。

20.如权利要求19所述的组件，其特征在于，所述通道出口朝向所述轴向风扇的旋转方向倾斜，所述通道出口被构造成沿所述轴向风扇的旋转方向朝向所述轴向风扇排出所述再循环流动。