CN1981134A - 轴流风机 - Google Patents

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CN1981134A CNA2005800229236A CN200580022923A CN1981134A CN 1981134 A CN1981134 A CN 1981134A CN A2005800229236 A CNA2005800229236 A CN A2005800229236A CN 200580022923 A CN200580022923 A CN 200580022923A CN 1981134 A CN1981134 A CN 1981134A
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Abstract

一种轴流风机(1)，在一平面(XY)中绕一轴线(2)转动，包括一中心毂(3)、具有一根部(5)、一顶端(6)的多个叶片(4)，叶片(4)由一凸出的前缘(7)和一凹入的后缘(8)限定，它们在风机转动平面中的投影每个都由诸圆弧段形成；叶片(4)由具有空气动力学剖面的诸段制成，每段都从周边到毂长度减小并且更加弯曲。

Description

轴流风机
技术领域
本发明涉及一种具有在风机转动平面中成角度的叶片的轴流风机。
根据本发明的风机可用于多种用途，例如，使空气移动通过用于机动车辆或类似物的发动机的一冷却系统的一热交换器或散热器；或者使空气移动通过加热系统的热交换器、和/或通过机动车辆内部的空调系统的蒸发器。
而且，根据本发明的风机可用于在房屋用的固定的空调或加热系统中移动空气。
背景技术
这种类型的风机必须满足多种要求，包括：低噪声级、高效率、紧凑、实现适合压力和流量值的能力。
尤其，在保持低噪声级的同时实现良好的总体性能需要叶片及其包含的剖面的细致设计。
从美国专利第US-6241474号中已知一种此类型的风机，该专利描述了一种低噪声风机，该风机具有其角度或斜度在一预定的半径延伸部分上方从毂向顶端逐渐减小、然后向顶端再次增大的叶片。诸叶片通过一外圈彼此连接。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在低噪声级时具有良好的总体性能的风机。
根据本发明的一个方面，提出了一种如权利要求1所述的轴流风机。
从属权利要求涉及本发明的诸较佳的和有利的实施例。
附图说明
下面参见附图更详细地描述本发明，这些附图显示了一较佳的、非限制性的实施例，其中：
图1是根据本发明的风机的一前视图；
图2是在前面的图中显示的风机的一叶片的示意前视图；
图3是在风机的不同直径处几个剖面的截面图；以及
图4是一剖面和相应的几何特征的截面图。
具体实施方式
参见附图，风机1围绕一轴线2转动，并且包括一中心毂3，多个叶片4连接至该中心毂3，这些叶片在风机1的转动平面XY中弯曲。
叶片4具有一根部5、一顶端6，并且由一凸出的前缘7和一凹入的后缘8所限定。
为了在效率、流量和气压方面的最好结果，风机沿一转动方向V转动，如图1和4所示，从而每个叶片4的顶端6在根部5之后遭遇气流。
保持转动方向V，通过适当地修改叶片的剖面，风机1可生产成为一送风机或称为一抽风机。例如，下面的描述涉及一送风机。
图2显示了一叶片4的几何特征的一例子：前缘7由两个圆弧段9、10限定，而后缘8由一个圆弧段11限定。在前缘7中，一标示成R1的半径是从一个圆弧段到另一个圆弧段的变化之处。
根据图2中的例子，在平面XY中，一叶片4的投影的总体尺寸在表1中有概括：
表1-叶片4的尺寸
内段半径(mm) 变化处半径(mm) 外段半径(mm)
前缘(标号7) 133.57(标号9) 97.75(标号R1) 83.23(标号10)
                                                半径(mm)
后缘(标号8)                         67.25(标号11)
叶片4的总体几何特征相对于一毂而被限定，该毂具有110mm的直径，也就是说，叶片4在根部5处具有一最小半径Rmin＝55mm，并且该毂具有一302mm的外径，该外径在顶端6处给叶片一最大半径Rmax＝151mm，这意味着叶片4具有一96mm的径向延伸部分。
如图所示，风机的外侧可配装有一连接圈12，该连接圈12可以是几毫米厚，这意味着在示例的实施例中提供的风机1具有大约310mm的总直径。
众所周知，连接圈的一个作用是加固叶片4的外部，从而有助于保持冲角的角度并且改进叶片外部剖面的空气动力性能，在叶片4的顶端6处减少涡流的形成。
然而，应该注意到，使用根据本发明制成的、没有连接圈的一风机也可实现良好的效果。
考虑到叶片4具有一最小半径Rmin＝55mm和一最大半径Rmax＝151mm，前缘7具有一半径R1，在该半径R1处圆弧段发生变化，该处对应于前缘7的径向延伸部分的约44％处，该延伸部分如同已经描述的是96mm。
前缘7靠近根部5的部分9包括一圆弧，其半径等于半径Rmax的约88％，而前缘靠近顶端6的部分10包括一圆弧段，其半径等于叶片4的半径Rmax的约55％。
关于后缘8，圆弧段11具有等于叶片4的半径Rmax的约44.5％的一半径。
尺寸百分比在表2中有概括：
表2-百分比形式的叶片4的尺寸
 内段半径(％Rmax) 变化处半径(％叶片延伸部分＝Rmax-Rmin)   外段半径(％Rmax)
  前缘(标号7)   88(标号9)   44(标号R1)   55(标号10)
                                           半径(％Rmax)
  后缘(标号8)                44.5(标号11)
在流量、压力和噪声方面令人满意的结果恰好用大约这些百分比尺寸的值来实现。尤其，上述尺寸的10％左右的变化是可以的。
相对于尺寸的百分比范围在表3中有概括：
表3-叶片4的边的百分比范围
内段半径(％Rmax)   变化处半径(％叶片延伸部分＝Rmax-Rmin) 外段半径(％Rmax)
  前缘(标号7) 79-97(标号9)   40-48.5(标号R1) 49.5-60.5(标号10)
                                      半径(％Rmax)
  后缘(标号8)                       40-49(标号11)
对于前缘7，在圆弧段变化的区域中，可有一适当的圆角，从而前缘7是连续的并且没有尖突。
关于叶片的宽度或角度延伸部分，再次参见图2，在平面XY中叶片4的投影在根部5具有由约60度的角度B1所示的一幅度，并且在顶端6具有由约26度的角度B2所示的一幅度。
再次，在流量、压力和噪声方面令人满意的结果可用这些值附近的角度B1、B2的值来实现。尤其，所示角度的10％左右的变化是可以的。角度B1可在54-66度之间变化，而角度B2可在23-29度之间变化。
总之，还必须考虑到，根据用来制造风机的塑料材料，所有尺寸和角度的5％左右的变化必须全都被认为在所示值之内。考虑到相应的二等分线并且跟随风机1的转动方向V，顶端6在根部5之后约26度的一角度B3处。
叶片4的其它角度特征是角度B4、B5、B6、B7(图2)，这些角度由对于两边7、8相应的切线并且由通过点M、N、S、T的相应的线形成：角度B4和B5分别是28和54度，而角度B6和B7分别是28和45度。
可以有三个到七个叶片4，根据一较佳实施例，有五个叶片4，并且它们以相同的角度分开。
每个叶片4包括一组空气动力学剖面，这些剖面从根部5开始逐渐连接至顶端6。
图3显示了七个剖面13-19，相对于沿着一叶片4的径向延伸部分在不同间距处的相应段。
剖面13-19还由几何特征来形成，在图4中对于诸剖面中的一个提供了一例子。
如图4所示，每个剖面13-19由一没有拐折或尖突点的连续中心线L1和一弦L2形成。
每个剖面13-19还由与前缘和后缘的两个倾角BLE、BTE形成，所述倾角由与前缘和与后缘相交处的中心线L1的相应切线以及垂直于平面XY通过对应相交处的一相应直线形成。
关于七个剖面13-19，下面的表4显示了一叶片4的剖面的前缘BLE和后缘BTE的角度、中心线L1和弦L2的长度。
表4-一叶片4的剖面的径向位置、前缘和后缘的角度、中心线和弦的长度
  剖面   径向延伸部分(％)   半径(mm)   BLE(度)   BTE(度) L1(中心线mm)   L2(弦mm)
  13   0   55   78.47   55.15 64.12   63.66
  14   17.9   72.15   81.38   49.31 65.37   64.53
    15     44.5   97.75   82.93   48.46     69.40     68.30
    16     71.2   123.35   83.53   51.96     73.28     73.31
    17     81.5   133.27   83.99   53.96     73.95     73.04
    18     97.9   148.95   84.82   54.96     72.63     71.64
    19     100   151   85.28   54.85     72.18     71.14
应该注意到，根据翼形剖面的一典型倾向，每个剖面13-19的厚度首先增加，在中心线L1长度的约40％处达到一最大值S-MAX，然后厚度逐渐减小到远至后缘8。
以百分比形式，厚度S-MAX是半径Rmax的约1.6％；剖面的厚度相对于中心线L1而对称分布。
剖面13-19相对于一叶片4的径向延伸部分的位置以及用于根据相对于中心线L1的位置的厚度趋向的相对值在表5中有概括。
表5-叶片4剖面的径向位置和厚度趋向
剖面    径向延伸部分(％)     半径(mm)                                          厚度
  S-MAX(mm)                       相对于S-MAX的无量纲的
0％L1  20％L1   40％L1  60％L1  80％L1  100％L1
13     0     55   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
14     17.9     72.15   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
15     44.5     97.75   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
16     71.2     123.35   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
17     81.5     133.27   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
18     97.9     148.95   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
19     100     151   2.45  0.681633  0.967347   1  0.808163  0.534694  0.2
参照所示的实施例，下面的表6概括了用于每个剖面13-19的根据相对于中心线L1的位置的厚度趋向的实际mm值。
表6-叶片4的剖面13-19的厚度趋向(mm)
  剖面                                     厚度(mm)
  0％L1     20％L1     40％L1     60％L1     80％L1   100％L1
  13   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
  14   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
  15   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
  16   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
  17   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
  18   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
  19   1.67     2.37     2.45     1.98     1.31   0.49
剖面13-19较佳地用前缘7侧面上的一半圆角和使用后缘8侧面上的一直线段而产生的一平截来限定。
在另一实施例中，在噪声、流量和压力方面的良好性能通过所提供的描述成具有更厚剖面的风机来实现。根据所述的另一实施例，剖面13-19相对于叶片延伸部分的位置以及根据相对于中心线L1的位置的相对厚度趋向值在表7中有概括。
应该注意到，在此实施例中，在中心线L1的长度的30％处到达厚度S-MAX。
表7-叶片4剖面的径向位置和厚度趋向
    剖面   径向延伸部分(％)     半径(mm)                                       厚度
  S-MAX(mm)                           相对于S-MAX的无量纲的
 0％L1  20％L1  40％L1   60％L1  80％L1   100％L1
    13     0     55   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
    14     17.9     72.15   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
    15     44.5     97.75   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
    16     71.2     123.35   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
    17     84.5     136.15   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
    18     97.9     148.95   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
    19     100     151   3.98  0.42  0.9486  0.9667   0.75   0.46   0.125
下面的表8概括了相对于附图中所示的实施例，用于每个剖面13-19的相对于中心线L1的位置的厚度趋向的实际mm值。
表8-叶片4的剖面13-19的厚度趋向(mm)
  剖面                                 厚度(mm)
  0％L1   20％L1   40％L1   60％L1     80％L1   100％L1
  13   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
  14   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
  15   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
  16   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
  17   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
  18   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
  19   1.67   3.77   3.85   2.99     1.83   0.49
如同可看到的，在两个实施例中，剖面13-19在沿着中心线L1的延伸部分的对应位置(0％L1、20％L1、……、80％L1等)具有相同的厚度。
具有较薄剖面的第一实施例在轻度、成本和易于成型方面有优势。
具有较厚剖面的第二实施例在空气动力效率方面有优势，因为较厚的剖面对于防止失速具有较好的性能。
所述的本发明可作出修改和变化，但因此并不脱离权利要求书中描述的本发明概念的范围。
                                      参考标号表
    标号     说明
     1     轴流风机
     2     转动轴线
     3     中心毂
     4     风机1的叶片
     5     叶片4的根部
     6     叶片4的顶端
     7     凸出的前缘
     8     凹入的后缘
     9     圆弧段(内)
     10     圆弧段(外)
     11     圆弧段
     12     连接圈
     13-19     空气动力学剖面
     XY     转动平面
     V     转动方向
     R1     段9和10变化处的半径
     XY     平面中的投影
     B1-B7     叶片4的特征角
     M、N、S、T     叶片4的特征点
     L1     中心线
     L2     弦
     BLE     前缘的倾角
     BTE     后缘的倾角

Claims (18)

1.一种轴流风机(1)，在一平面(XY)中绕一轴线(2)沿一方向(V)转动，包括具有一半径(Rmin)的一中心毂(3)；多个叶片(4)，每个叶片(4)都具有一根部(5)、一顶端(6)，该顶端(6)延伸至一顶端半径(Rmax)，所述叶片(4)由一凸出的前缘(7)和一凹入的后缘(8)界定，其特征在于，所述前缘(7)包括一第一圆弧段(9)、一第二圆弧段(10)、以及在所述两个圆弧段(9、10)之间的变化处的一半径，该第一圆弧段(9)接近所述根部(5)，具有所述顶端半径(Rmax)的79-97％之间的一半径，该第二圆弧段(10)接近所述顶端(6)，具有所述顶端半径(Rmax)的49.5-60.5％之间的一半径，该变化处的半径在所述叶片的延伸部分(Rmax-Rmin)的40-48.5％之间。
2.如权利要求1所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述后缘(8)包括一圆弧段(11)，该圆弧段(11)具有所述顶端半径(Rmax)的40-49％之间的一半径。
3.如权利要求1或2所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述前缘(7)包括一第一圆弧段(9)、一第二圆弧段(10)、以及在所述两个圆弧段(9、10)之间的变化处的一半径，该第一圆弧段(9)接近所述根部(5)，具有所述顶端半径(Rmax)的88％的一半径，该第二圆弧段(10)接近所述顶端(6)，具有所述顶端半径(Rmax)的55％的一半径，该变化处的半径是所述叶片的延伸部分(Rmax-Rmin)的44％。
4.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述后缘包括一圆弧段(11)，该圆弧段(11)具有所述顶端半径(Rmax)的44.5％的一半径。
5.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影在所述根部(5)处具有一幅度，该幅度具有54-66度之间的一角度(B1)。
6.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影在所述顶端(6)处具有一幅度，该幅度具有23-29度之间的一角度(B2)。
7.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影在所述根部(5)处具有一幅度，该幅度具有约60度的一角度(B1)。
8.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影在所述顶端(6)处具有一幅度，该幅度具有约26度的一角度(B2)。
9.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，考虑到所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影和风机(1)的转动方向(V)，所述顶端(6)在所述根部(5)之后约26度的一角度(B3)处。
10.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影以一28度的角度(B4)形成所述前缘(7)和所述毂(3)之间的一交点(M)，所述角度(B4)由在所述点(M)对于所述前缘(7)的相应切线和从所述风机(1)的所述轴线(2)通过所述点(M)的一相应线形成。
11.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影以一54度的角度(B5)形成所述前缘(7)和所述顶端(6)之间的一交点(N)，所述角度(B5)由在所述点(N)对于所述前缘(7)的相应切线和从所述风机(1)的所述轴线(2)通过所述点(N)的一相应线形成。
12.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影以一28度的角度(B6)形成所述后缘(8)和所述毂(3)之间的一交点(S)，所述角度(B6)由在所述点(S)对于所述后缘(8)的相应切线和从所述风机(1)的所述轴线(2)通过所述点(S)的一相应线形成。
13.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述平面(XY)中的投影以一45度的角度(B7)形成所述后缘(8)和所述顶端(6)之间的一交点(T)，所述角度(B5)由在所述点(T)对于所述后缘(8)的相应切线和从所述风机(1)的所述轴线(2)通过所述点(T)的一相应线形成。
14.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)相对于沿着一叶片(4)的所述径向延伸部分在不同间距处的相应段包括至少几个空气动力学剖面(13-19)，每个剖面(13-19)由一中心线(L1)和所述前缘和所述后缘的两个倾角(BLE、BTE)形成，该中心线(L1)是连续的并且没有拐折或尖突点，所述倾角由在与所述前缘和所述后缘的交点处对于所述中心线(L1)的相应切线和垂直于所述平面(XY)通过对应交点的一相应直线来形成，并且所述剖面(13-19)的所述倾角(BLE、BTE)具有下表中所示的值：
  剖面   径向延伸部分(％)   半径(mm)   BLE(度)   BTE(度)   13   0   55   78.47   55.15   14   17.9   72.15   81.38   49.31   15   44.5   97.75   82.93   48.46   16   71.2   123.35   83.53   51.96   17   81.5   133.27   83.99   53.96   18   97.9   148.95   84.82   54.96   19   100   151   85.28   54.85
15.如前述权利要求中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)相对于沿着一叶片(4)的所述径向延伸部分在不同间距处的相应段包括至少几个空气动力学剖面(13-19)，每个剖面(13-19)由一中心线(L1)形成，该中心线(L1)是连续的并且没有拐折或尖突点，并且所述剖面(13-19)具有一厚度S-MAX，该厚度S-MAX等于所述顶端半径Rmax的1.6％。
16.如权利要求15所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述剖面(13-19)具有一厚度和一厚度趋向，该厚度设置成关于所述中心线(L1)对称，该厚度趋向首先增加，在所述中心线(L1)的所述长度的约40％处达到一最大值S-MAX，然后逐渐减小到远至所述后缘8，并且所述厚度趋向由下表限定：
  剖面   径向延伸部分(％)   半径(mm)                          相对于S-MAX的无量纲的厚度  0％L1   20％L1   40％L1   60％L1   80％L1   100％L1   13   0   55  0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2   14   17.9   72.15   0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2   15   44.5   97.75  0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2   16   71.2   123.35  0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2
  17   81.5   133.27   0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2   18   97.9   148.95   0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2   19   100   151   0.681633   0.967347   1   0.808163   0.534694   0.2
17.如权利要求1-14中的任意一项所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述叶片(4)相对于沿着一叶片(4)的所述径向延伸部分在不同间距处的相应段包括至少几个空气动力学剖面(13-19)，每个剖面(13-19)由一中心线(L1)形成，该中心线(L1)是连续的并且没有拐折或尖突点，并且所述剖面(13-19)具有一厚度S-MAX，该厚度S-MAX等于所述顶端半径Rmax的2.6％。
18.如权利要求17所述的轴流风机(1)，其特征在于，所述剖面(13-19)具有一厚度和一厚度趋向，该厚度设置成关于所述中心线(L1)对称，该厚度趋向首先增加，在所述中心线(L1)的所述长度的约30％处达到一最大值S-MAX，然后逐渐减小到远至所述后缘8，并且所述厚度趋向由下表限定：
  剖面     径向延伸部分(％)     半径(mm)                      相对于S-MAX的无量纲的厚度   0％L1   20％L1   40％L1   60％L1   80％L1   100％L1   13     0     55   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125   14     17.9     72.15   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125   15     44.5     97.75   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125   16     71.2     123.35   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125   17     84.5     136.15   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125   18     97.9     148.95   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125   19     100     151   0.42   0.9486   0.9667   0.75   0.46   0.125
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