CN210660750U - 出气导向装置和轴流式风扇 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种出气导向装置和轴流式风扇，该出气导向装置用于布置在轴流式风扇(1)的叶轮的流出侧气流中，其中，所述出气导向装置具有多个出气导向骨(6)，其中，每个出气导向骨(6)横截面构造为NACA翼型，其中，每个出气导向骨(6)的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α和延伸度Lax,N沿径向方向从内半径ri到外半径ra以预定距离匹配于轴流式风扇(1)的预定作业点或作业范围以及叶轮在作业点或作业范围内产生的气流，其中，至少一个出气导向骨(6)的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α或延伸度Lax,N沿其在径向方向上的曲线至少部分地变化，且其中，出气导向骨(6)区段之间的过渡部分流畅。

Description

出气导向装置和轴流式风扇
技术领域
本实用新型涉及一种出气导向装置，用于布置在尤其可应用于商用车领域的轴流式风扇的叶轮的流出侧气流中。
背景技术
现有技术中已揭示多种用于轴流式风扇的出气导向装置。这些通常构造成将轴流式风扇叶轮的驱动装置居中保持在壳体中，其中，由出气导向装置按预定的方式部分影响叶轮产生的气流。属于出气导向装置的出气导向骨的几何形状和定向既会影响轴流式风扇的效率或轴流式风扇能产生的体积流量或气流，又会影响轴流式风扇在产生体积流量或气流时的噪声强度，因此对于现有技术中公知出气导向装置的解决方案仍存在改进空间。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是克服上述缺陷并提出一种出气导向装置，通过这种出气导向装置能提高轴流式风扇的效率并降低噪音。
本实用新型用以达成上述目的的解决方案为一种出气导向装置，该出气导向装置构造用于布置在轴流式风扇的叶轮的流出侧气流中。出气导向装置具有壳体和多个出气导向骨，这些出气导向骨均连接到壳体。另外，出气导向骨均具有前缘和后缘。每个出气导向骨在轴流式风扇的叶轮的旋转轴线的径向方向上从内半径ri延伸到外半径ra，其中每个出气导向骨的横截面或型面构造为NACA翼型。优选地，出气导向骨均实施为四位数字NACA翼型，但其他NACA翼型原则上也可行。NACA翼型至少通过其翼型最大弯度f、其最大弯度位置xf、其翼型厚度d及其最大厚度位置xd来确定。每个出气导向骨具有沿轴流式风扇平行于旋转轴线的轴向方向z的延伸度Lax,N，其中，每个出气导向骨的取向均由攻角α确定，该攻角是正交于旋转轴线的平面与出气导向骨的弦线之间的角度。每个出气导向骨的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α和延伸度 Lax,N沿径向方向从内半径ri到外半径ra以预定距离匹配于轴流式风扇的预定作业点或作业范围以及叶轮在该作业点或作业范围内产生的气流。至少出气导向骨的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α或延伸度Lax,N沿其在径向方向上的曲线至少部分地变化。出气导向骨区段之间的过渡流畅。
根据本实用新型，这个目的通过下述方式得以实现：提供一种出气导向装置，用于布置在轴流式风扇的叶轮的流出侧气流中，其中，所述出气导向装置具有壳体和多个出气导向骨，所述出气导向骨均连接到所述壳体并且均具有前缘和后缘，其中，每个出气导向骨在所述轴流式风扇的叶轮的旋转轴线的径向方向上从内半径ri延伸到外半径ra，其中，每个出气导向骨的横截面构造为NACA翼型，所述NACA 翼型至少通过其翼型最大弯度f、其最大弯度位置xf、其翼型厚度d 及其最大厚度位置xd确定，其中，每个出气导向骨具有沿轴流式风扇平行于旋转轴线的轴向方向z的延伸度Lax,N，其中，每个出气导向骨的取向均由攻角α确定，所述攻角是正交于所述旋转轴线的平面与所述出气导向骨的弦线之间的角度，其中，每个出气导向骨的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α和延伸度Lax,N沿径向方向从内半径ri到外半径ra以预定距离匹配于所述轴流式风扇的预定作业点或作业范围以及叶轮在作业点或作业范围内产生的气流，其中，至少一个出气导向骨的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α或延伸度Lax,N沿其在径向方向上的曲线至少部分地变化，且其中，出气导向骨区段之间的过渡部分流畅。
优选地，所述出气导向骨的前缘完全位于第一平面内，所述出气导向骨的后缘位于第二平面内，并且所述第一平面与所述第二平面相互平行，且其中，沿所述轴流式风扇平行于所述旋转轴线的所述轴向方向z的延伸度Lax,N在所述出气导向骨在径向方向上的延伸恒定。
优选地，所述第一平面和所述第二平面均正交于所述旋转轴线。
优选地，每个所述出气导向骨的相应的前缘多重弯曲。
优选地，所述出气导向骨的后缘具有直线形曲线。
优选地，所述攻角α从所述内半径ri到所述外半径ra随半径r变化，所述攻角α从所述内半径ri增大到全局极大值，所述攻角α从所述全局极大值减小到全局极小值。
优选地，所述攻角α从所述内半径ri至少部分地呈线性增大到所述全局极大值，所述半径r与所述外半径ra的比率r/ra的极大值介于 0.65至0.85之间，并且所述攻角α从所述全局极大值减小到所述全局极小值。
优选地，所述极大值介于0.71至0.77之间。
优选地，所述全局极小值在所述外半径ra处。
优选地，所述NACA翼型的骨线的曲线由两段相互过渡的抛物弧线组成，这样对于所述骨线沿所述弦线的曲线，适用以下函数f：
Figure DEST_PATH_GDA0002386840530000031
其中，x沿着所述出气导向骨的弦线将所述前缘与后缘直接连成直线。
优选地，所述外半径ra处的翼型厚度d与所述内半径ri处的翼型厚度d成比率v，这样适用：d(ra)＝d(ri)·v。
优选地，所述翼型厚度d在所述外半径ra与所述内半径ri之间呈线性变化。
优选地，一种轴流式风扇，具有能绕旋转轴线旋转的叶轮，所述叶轮构造成产生从轴流式风扇流入侧到轴流式风扇流出侧的气流，其中，根据前述方案中任一项所述的出气导向装置布置在所述叶轮的流出侧。
优选地，所述叶轮具有轮毂和多个叶轮叶片，所述叶轮叶片均连接到所述轮毂并从所述轮毂在所述旋转轴线的径向方向上径向向外延伸。
优选地，所述叶轮叶片均具有指向流出侧的后缘，并且所述后缘具有直线形曲线。
优选地，所述轴流式风扇进一步包括能流通的壳体以及在所述旋转轴线上居中布置在所述壳体中的中央单元，所述叶轮以能绕所述旋转轴线旋转的方式支承在所述中央单元上，其中，所述出气导向装置的出气导向骨从所述中央单元径向向外延伸到所述壳体并与所述壳体连接。
优选地，所述中央单元中布置有驱动单元，通过所述驱动单元能驱动所述叶轮的轮毂并能绕所述旋转轴线驱动所述叶轮，其中，至少一个出气导向骨具有插口，沿着所述插口能容纳从所述壳体到所述中央单元接通所述驱动单元的至少一个电导体。
优选地，所述轴流式风扇的壳体构造为圆柱形壁圈。
优选地，该圆柱形壁圈构成用于固定所述轴流式风扇的紧固区段。
优选地，所述中央单元的罩盖具有面向流出侧的表面，所述轴流式风扇的壳体具有面向流出侧的表面，所述出气导向骨的后缘与所述中央单元的罩盖的流出侧表面和所述轴流式风扇的壳体的流出侧表面齐平。
优选地，某个叶轮叶片的后缘沿着斜向于所述旋转轴线的第三平面与正交于所述旋转轴线的第四平面成角度β，且其中，对于所述叶轮叶片的后缘到所述出气导向骨的前缘在轴向方向z上的距离Dax,LN，适用Dax,LN(r)＝Dax,min,LN+(tanβ·(r-ri))，Dax,min,LN为邻近所述轮毂的所述叶轮叶片的后缘到所述出气导向骨的前缘的最小轴向距离。
在下文中，“作业点”应指“作业点或作业范围”，其中作业点可在作业范围内。就此，作业点尤指轴流式风扇的转子或叶轮的预定转数，其中作业范围是设计用于轴流式风扇的转子或叶轮的转数范围。
本实用新型的基本构思是，特别是在商用车领域中，用于轴流式风扇的出气导向装置的出气导向骨的翼型曲线和横截面曲线在其径向延伸度上如此设计，即由所述轴流式风扇的叶轮产生的旋流中的动压分量在叶轮下游通过轴流式风扇的几乎整个特性曲线范围内的速度矢量减速而部分地变换为静压，这样就能显著减少风扇的排气损失，因此提高静流效率，并且在同等通风功率的情况下降低噪声功率水平。
出气导向骨在径向延伸度内的翼型曲线在大部分特性曲线上通过使用优选四位数字的NACA翼型作为出气导向骨的基础来减少排气损失。
NACA翼型是由美国国家航空咨询委员会(NACA，NASA的前身)为机翼开发的二维翼型截面。
在四位数字NACA翼型中，四位数字代表翼型的三个几何值(翼型弯度、最大弯度位置和翼型最大厚度)，这些值对翼型特性起决定性作用。指定相应NACA翼型的四位参数可以用在计算机翼精确截面及其特性的方程中。
NACA翼型的设计原理基于在线、骨线或型面中线上绘圆。以这些圆的切线建立翼型线。
四位数字的NACA系列通过以下方式定义翼型：
·第一位数字按占弦线或弦长的百分数表示翼型最大弯度f；
·第二位数字按占弦线或弦长的十分数表示最大弯度位置xf；
·第三位和第四位数字按占弦线的百分数表示翼型最大厚度d。
四位数字NACA翼型的最大厚度位置xd通常约为30％。
NACA翼型作为设计出气导向骨的基础能够使各个NACA翼型参数(如弯度分布和厚度分布)单独变化，这样就能根据出气导向骨的前缘的入流态势以及轴流式风扇的工作点或作业点与径向位置r来确定最优翼型。
举例而言，每个出气导向骨的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α和延伸度Lax,N关于轴流式风扇以几毫米距离的预定作业点或在该作业点产生的气流或者基于沿半径r在径向方向上与出气导向骨总长度的比率来确定，并且在如此确定的值之间建立流畅的过渡。这些距离也可能沿半径r变化。
一种出气导向装置的有利变型方案提出，每个出气导向骨的前缘面向轴流式风扇的流入侧，而每个出气导向骨的后缘面向轴流式风扇的流出侧。在出气导向骨的相应横截面中，前缘与后缘经由弦线直接连成直线并且经由弯曲或弯弧的骨线连成弧线。前缘和/或后缘还优选均完全形成圆形并由此均过渡到出气导向骨的上侧和下侧的半径。
另一种出气导向装置的有利变型方案提出，出气导向骨的前缘完全或在其整个延伸度内位于第一平面中，出气导向骨的后缘位于第二平面中，并且第一平面与第二平面相互平行。此外，一个或多个出气导向骨沿轴流式风扇平行于旋转轴线的轴向方向z的延伸度Lax,N(这特别是也对应于第一平面到第二平面的距离)在出气导向骨在径向方向的延伸上恒定。
进一步优选地，第一平面和第二平面均正交于旋转轴线。
在另一种出气导向装置的有利实施方案中，出气导向骨的相应前缘也多重弯曲。这一点特别是通过攻角α的变化而产生。
优选地，在另一种实施方案中还提出，出气导向骨的后缘具有直线形曲线。
当内半径ri与外半径ra的比率ri/ra在0.40至0.60之间，优选在 0.45至0.55之间时，出气导向装置中产生特别有利的流动条件。
出气导向骨沿弧段绕旋转轴线在圆周方向上延伸，其中沿弧段的延伸长度作为弧段长度Is随半径r变化。弧段长度Is适用于 Is(r)＝Lax,N(r)/(tanα(r))。如果考虑到出气导向骨沿轴流式风扇平行于旋转轴线的轴向方向z的延伸度Lax,N优选恒定，则对于弧段长度Is，适用下式：Is(r)＝Lax,N/(tanα(r))
在另一种出气导向装置的有利实施方案中提出，攻角α从内半径 ri到外半径ra随半径r变化。这时，攻角α从内半径ri开始增大到全局极大值，其中至少部分地呈线性增大。特别是关于半径r与外半径 ra的比率r/ra，极大值介在0.65至0.85之间，优选在0.71至0.77之间。攻角α从全局极大值开始下降或减小到全局极小值，其中全局极小值优选在外半径ra处。
在一种出气导向装置的有利变型方案中，对于出气导向骨的横截面或NACA翼型参数，适用：
·翼型最大弯度f在0.07至0.09之间，优选在0.077至0.083之间。
·最大弯度位置xf在0.40至0.50之间，优选在0.43至0.47之间。
·最大厚度位置xd在0.30至0.40之间，优选在0.33至0.37之间。
进一步优选提出，翼型最大弯度f和/或最大弯度位置xf和/或最大厚度位置xd在出气导向骨沿径向方向r的曲线上恒定。
在一种出气导向装置的同样有利的变型方案中，骨线的曲线由两段相互过渡的抛物弧线组成，这样对于骨线沿弦线的曲线，适用以下函数f：
Figure DEST_PATH_GDA0002386840530000081
参数x对应于沿出气导向骨的弦线的位置，其将前缘与后缘直接连成直线。
优选地提出，某个出气导向骨的NACA翼型或横截面在外半径 ra处的翼型厚度d与在内半径ri处的翼型厚度d的翼型厚度d成比率v，这样适用：d(ra)＝d(ri)·v。比率v优选在0.7至0.9之间，特别是0.8。
另外，在一种出气导向装置的有利变型方案中，翼型厚度d在外半径ra与内半径ri之间呈线性变化。
本实用新型的另一方面还涉及一种轴流式风扇，其具有能绕旋转轴线旋转的叶轮，该叶轮构造成产生从轴流式风扇流入侧到轴流式风扇流出侧的气流，其中在叶轮的流出侧布置有根据本实用新型所述的出气导向装置。
一种轴流式风扇的有利变型方案还提出，叶轮具有轮毂和多个叶轮叶片，这些叶轮叶片均连接到轮毂并且从轮毂在旋转轴线的径向方向上径向向外延伸。
另外，叶轮优选具有抛流圈，该抛流圈呈环形环绕轮毂并且连接到叶轮叶片。相应地，叶轮叶片均从轮毂径向向外延伸到抛流圈并使它们相互连接。
另外，叶轮叶片优选均具有面向流入侧的前缘，其中该前缘具有凸形曲线，使得叶轮叶片在它们各自的前缘处形成弯曲。
一种轴流式风扇的有利变型方案提出，叶轮叶片均具有面向流出侧的后缘，其中该后缘具有直线形曲线。
根据一种同样有利的变型方案，轴流式风扇进一步具有能流通的壳体以及在旋转轴线上居中布置在该壳体中的中央单元，叶轮以能绕旋转轴线旋转的方式支承在该中央单元上。出气导向装置的出气导向骨从中央单元径向向外延伸到轴流式风扇的壳体并且连接到中央单元和轴流式风扇的壳体。出气导向装置的壳体和轴流式风扇的壳体优选彼此一体成形。替选地或补充地，出气导向装置的壳体也形成轴流式风扇的壳体的一部分。
优选地，中央单元中布置有驱动单元，通过该驱动单元能驱动叶轮的轮毂并能绕旋转轴线驱动叶轮或叶轮叶片。为了对驱动单元供电，至少一个出气导向骨具有插口，沿着该插口能容纳或引导从壳体到中央单元接通驱动单元的至少一个电导体。插口可以实施为一个或多个例如钩形的夹具，该夹具为电缆提供支承面。但替选地，至少一个出气导向骨呈空心结构，使得一个或多个电导体能够从壳体穿过至少一个空心出气导向骨延伸到中央单元中。电导体也能直接铸造到优选由塑料制成的出气导向骨中或者由其注塑包封。
在一种有利的变型方案中，轴流式风扇的壳体构造为圆柱形壁圈，该圆柱形壁圈优选构成用于固定轴流式风扇的紧固区段。
圆柱形壁圈特别是具有圆柱形开口，叶轮、中央单元和出气导向装置布置在该圆柱形开口中，其中出气导向骨从壁圈延伸到中央单元。
在一种轴流式风扇的有利变型方案中提出，中央单元具有罩盖，该罩盖具有面向流出侧的表面。此外，轴流式风扇的壳体同样具有面向流出侧的表面。出气导向骨的后缘与中央单元的罩盖的流出侧表面和轴流式风扇的壳体的流出侧表面齐平。
叶轮叶片的后缘在斜向于旋转轴线的第三平面上延伸，该第三平面与正交于旋转轴线的第四平面成角度β。针对叶轮叶片的后缘到出气导向骨的前缘在轴向方向z上的距离Dax,LN，适用Dax,LN(r)＝ Dax,min,LN+(tanβ·(r-ri))，Dax,min,LN作为邻近轮毂的叶轮叶片的后缘到出气导向骨的前缘的最小轴向距离。
角度β特别是在2°至6°之间，优选在3.5°至4.5°之间。
由于轴流式风扇的作业点、相应径向位置r和相应叶轮叶片的后缘到出气导向骨的前缘的轴向距离Dax,LN(r)取决于速度矢量和叶轮或叶轮叶片与出气导向骨之间的相互作用，因此仅通过简单地定义叶轮与出气导向系统在某个作业点的速度三角关系以及出气导向骨在其径向延伸度内的圆弧整型方法无法在大部分特征曲线上实现最大地提高效率。为了克服这一点，本实用新型提出，针对多个预定径向圆柱段，调整或优化出气导向骨的翼型曲线参数对应于预定作业点在相应圆柱段内的主流，特别是参数f、xf、d(r)、xd、攻角α(r)和轴向延伸度Lax,N。例如，实现这一点具体是借助对轴流式风扇的特性曲线中的多条阻力抛物线进行CFD优化，默认提高效率，其中在预定的界限或界限区间内更改和调整变量或参数f、xf、d(r)、xd、α(r)和Lax,N。
在同样有利的实施方式中，轴流式风扇进一步包括最接近流入侧的第一面(该面优选为轮毂面向流入侧的表面)以及最接近流出侧的第二面(该面优选为轴流式风扇的中央单元和/或壳体面向流出侧的表面)。轴流式风扇的总高度Hges由第一面到第二面在轴向方向或沿旋转轴线的距离来确定。这时，出气导向骨的延伸度Lax,N与总高度Hges的比率Lax,N/Hges优选在0.20至0.35之间，特别是在0.25至0.30之间。
根据本实用新型的出气导向装置能提高轴流式风扇的效率并降低噪音。
附图说明
本实用新型的其他有利改进方案结合图1和图2与本实用新型优选实施例的描述来详细说明。图中：
图1示出具有出气导向装置的轴流式风扇的透视图；
图2示出从流出侧观察的具有出气导向装置的轴流式风扇；
图3示出从流入侧观察的出气导向装置；
图4示出轴流式风扇的局部纵截面图；
图5示出第一半径r1和第二半径r2处叶轮叶片和出气导向骨的横截面图；
图6示出攻角α和出气导向骨沿圆周方向绕旋转轴线延伸的弧段长度Is的翼型关于半径r与外半径ra的函数曲线；
图7示出出气导向骨的横截面图；
图8示出第二半径r2处出气导向骨的骨线的曲线；
图9示出内半径ri和外半径ra处沿骨线的翼型厚度d的曲线。
这些附图是示例性示意图。图中相同的附图标记代表相同的功能性和/或结构性特征。
附图标记列表
1 轴流式风扇
2 轮毂
3 叶轮叶片
3.1 叶轮叶片的前缘
3.2 叶轮叶片的后缘
4 抛流圈
5.1 圆柱形壁圈
5.2 紧固区段
5.3 中央单元的罩盖
6 出气导向骨
6.1 出气导向骨的前缘
6.2 出气导向骨的后缘
6.3 出气导向骨的上侧
6.4 出气导向骨的下侧
6.5 弦线
6.6 骨线
7 旋转轴线
8 主流方向
9 馈电线
z 轴向方向
ri 内半径
ra 外半径
r 绕旋转轴线(7)的半径
r1 第一半径
r2 第二半径
Is(r)出气导向骨(6)从前缘(6.1)到后缘(6.2)的弧段长度关于沿圆周方向绕旋转轴线(7)的半径(r)的函数
Lax,N(r)出气导向骨(6)沿轴向方向z的轴向延伸度关于半径(r)的函数
Dax,LN(r)叶轮叶片(3)的后缘(3.2)到出气导向骨(6)的前缘(6.1)沿轴向方向z的轴向距离关于半径(r)的函数
Dax,min,LN叶轮叶片(3)的后缘(3.2)到出气导向骨(6)的前缘(6.1)的最小轴向距离
Hges轴流式风扇(1)沿轴向方向z的总高度
f出气导向骨(6)的翼型最大弯度
xf出气导向骨(6)的翼型最大弯度位置
d(r)出气导向骨(6)的翼型的翼型厚度关于半径(r)的函数
xd出气导向骨(6)的翼型最大厚度位置
α(r)出气导向骨(6)的攻角关于半径(r)的函数
β叶轮叶片(3)的后缘(3.2)与出气导向骨(6)的前缘(6.1)之间的倾角。
具体实施方式
图1示出从流入侧观察的轴流式风扇1的透视图。轴流式风扇1 特别是设置在汽车领域并优选在商用车领域中，例如作为公共汽车的车顶空调系统的一部分。
轴流式风扇包括具有中央轮毂2的叶轮、具有前钩前缘3.1和直后缘3.2的多个叶轮叶片3以及环绕叶轮叶片的抛流圈4。叶轮叶片 3从轮毂2上各自的叶片根部向环绕抛流圈4的方向径向向外延伸，使得抛流圈4与轮毂2经由叶轮叶片3相互连接。轴流式风扇1还具有作为驱动单元的电动机以及相关的电子器件，它们布置在中央单元中并能驱动叶轮绕旋转轴线7(在图1和图2中未示出)旋转。此外，轴流式风扇1具有环绕抛流圈4的圆柱形壁圈5.1作为壳体，该壳体上设置有沿周向分布的紧固区段5.2。
如图2所示的视图，其中从流出侧示出轴流式风扇，在壁圈5.1 和抛流圈4的中心设置罩盖5.3，由该罩盖5.3覆盖中央单元。从流入侧到流出侧的方向布置在叶轮叶片3下游并且在流体技术方面优化的出气导向骨6从中央单元的罩盖5.3径向向外延伸到圆柱形壁圈 5.1，在所示的实施方式中，轴流式风扇1的壳体与出气导向装置的壳体经由圆柱形壁圈5.1整体成形。出气导向骨3同时形成撑骨，它们使中央单元与其罩盖5.3居中保持在圆柱形壁圈5.1中。
如图2所示，出气导向骨6中的一个或多个可以构造成例如通过专设的支承面或装配孔将对容置在中央单元和罩盖5.3中的驱动单元进行控制和/或供电的馈电线9从圆柱形壁圈5.1引导到罩盖5.3或中央单元。
图3中示出轴流式风扇1从流入侧观察的俯视图，其中隐藏叶轮，以便更清楚地显示出气导向装置。由于未见叶轮，图3中可以看出出气导向骨6的多重弯曲的前缘6.1以及直后缘6.2。为馈电线9提供支承面的出气导向骨6具有多重弯曲的后缘，以便至少部分地补偿馈电线9对气流的影响。出气导向骨6在径向延伸度内的翼型曲线始于内半径ri(其对应于罩盖5.3的半径)并且止于外半径ra(其对应于圆柱形壁圈5.1的内半径)。
在区间[ri,ra]中，在多个圆柱区段上限定另外的翼型曲线，其中出于说明目的，在图3中示出具有半径r1和r2的两个另外的圆柱段径向圆周位置。出气导向骨6从其各自前缘6.1到其各自后缘6.2的圆周弧段长度Is(r)随半径r变化。
图4示出轴流式风扇1的局部剖视图，具有旋转轴线7和由箭头指示的主流方向8。如图所示，出气导向骨6的轴向延伸度Lax,N(r)恒定。出气导向骨6的后缘6.2和前缘6.1均在垂直于旋转轴线7的平面中伸展，并且后缘6.2在轴向延伸度z内与圆柱形壁圈5.1和中央单元的罩盖5.3齐平。
叶轮叶片3的后缘3.2到出气导向骨6的前缘6.1的轴向距离 Dax,LN(r)以放大图X示出。这个距离对出气导向骨6的前缘6.1的入流、轴流式风扇1的噪声行为和总高度Hges有很大影响。噪声水平是轴流式风扇1设计中的关键标准，这可以利用增大距离Dax,LN(r)得以改善。一般要求尽量减小轴流式风扇1的总高度Hges，因此须在噪声水平优化与总高度Hges之间寻求一种折衷方案。满足这些相互矛盾要求的具体方案是，增加函数在区间[ri,ra]中的径向延伸距离。叶轮叶片的后缘3.2与出气导向骨的前缘6.1之间的倾角β可确保该距离在半径r上呈线性增大，从而能够至少部分地补偿因径向延伸度内的流速升高而增大的噪声强度。
图5中示出圆柱段中在r1和r2处的径向位置的翼型曲线，其中左侧显示叶轮叶片3和出气导向骨6(因其形状又称出气导向叶片)在第一半径r1处的横截面，右侧显示同一个叶轮叶片3和同一个出气导向骨6在第二半径r2处的横截面。显然，各个翼型的攻角α(r)随着出气导向骨6的前缘6.1处的相应速度矢量匹配选定或预定作业点的相应入流态势而大幅变化。
图6中示出攻角α(r)和与攻角α(r)相关的弧段长度Is(r)的曲线。图中首先示出攻角α从ri处开始呈线性增大到r/ra为0.65至0.85之间的高度转折点并随后稳定减小到外半径ra处的α(r)极小值。出气导向骨6的弧段长度的函数Is(r)根据其定义方向相反。
图7详细示出出气导向骨在第二半径r2处的NACA翼型曲线或横截面。x轴沿出气导向骨的弦线6.5延伸，从而覆盖弦线，其中x 轴上的值非绝对值，而是指与弦线6.5的总长度的比值。y轴上可读取沿弦线6.5的横截面的翼型弯度f，其对应于骨线6.6与弦线6.5或 x轴之间的距离。
针对轴流式风扇的预定作业点，可以看出翼型最大弯度f优选在 0.07至0.09之间，并且最大弯度位置xf优选在0.40至0.50之间。针对作业点所确定的翼型最大弯度f和最大弯度位置xf的值优选在出气导向骨6沿径向方向r的延伸度上恒定，因此在各段圆柱翼型中的每一段上恒定。
为了建模出气导向骨的上侧6.3和出气导向骨6的下侧6.4，翼型的厚度分布d相对于相应的骨线6.6叠合对称偏移的曲线。最大厚度位置xd应在0.3至0.4之间并且优选在出气导向骨6的径向延伸度上恒定，因此类似于最大弯度位置xf在每一段圆柱翼型上恒定。
另外在图7的左侧示出第二半径r2的攻角α(r2)，其对应于针对轴流式风扇1在作业点产生的气流在第二半径r2处的入流而优化的攻角α。
在图7中可将骨线6.6描述为函数f(x)，其优选由两段抛物弧线组成。这两个骨线6.6的函数可以通过换算成圆柱坐标r、θ和各圆柱段中的相应轴向位置z来映射。举例而言，图8示出这种圆柱段换算在径向位置等于第二半径r2(即，r＝r2)时的示意图。
在图9中，翼型厚度分布d(ri)和d(ra)由骨线6.6表示，其中优选成立关系式d(ra)＝d(ri)·0.8。区间[ri,ra]中的其他翼型厚度分布d(r)进一步优选地相应呈线性缩放，以便减少出气导向骨6使用的材料。在一种有利的改进方案中，最大厚度位置xd应在0.30至0.40之间并且优选在出气导向骨6的径向延伸度上恒定，因此类似于最大弯度位置 xf在各段圆柱翼型中的每一段上恒定。

Claims (21)

1.一种出气导向装置，其特征在于，用于布置在轴流式风扇(1)的叶轮的流出侧气流中，其中，
所述出气导向装置具有壳体和多个出气导向骨(6)，所述出气导向骨均连接到所述壳体并且均具有前缘(6.1)和后缘，其中，
每个出气导向骨(6)在所述轴流式风扇(1)的叶轮的旋转轴线(7)的径向方向上从内半径ri延伸到外半径ra，其中，
每个出气导向骨(6)的横截面构造为NACA翼型，所述NACA翼型至少通过其翼型最大弯度f、其最大弯度位置xf、其翼型厚度d及其最大厚度位置xd确定，其中，
每个出气导向骨具有沿轴流式风扇(1)平行于旋转轴线(7)的轴向方向z的延伸度Lax,N，其中，
每个出气导向骨(6)的取向均由攻角α确定，所述攻角是正交于所述旋转轴线(7)的平面与所述出气导向骨的弦线(6.5)之间的角度，其中，
每个出气导向骨(6)的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α和延伸度Lax,N沿径向方向从内半径ri到外半径ra以预定距离匹配于所述轴流式风扇(1)的预定作业点或作业范围以及叶轮在作业点或作业范围内产生的气流，其中，
至少一个出气导向骨(6)的翼型最大弯度f、最大弯度位置xf、翼型厚度d、最大厚度位置xd、攻角α或延伸度Lax,N沿其在径向方向上的曲线至少部分地变化，且其中，
出气导向骨(6)区段之间的过渡部分流畅。
2.根据权利要求1所述的出气导向装置，其特征在于，
所述出气导向骨(6)的前缘(6.1)完全位于第一平面内，所述出气导向骨(6)的后缘位于第二平面内，并且所述第一平面与所述第二平面相互平行，且其中，
沿所述轴流式风扇(1)平行于所述旋转轴线(7)的所述轴向方向z的延伸度Lax,N在所述出气导向骨(6)在径向方向上的延伸恒定。
3.根据权利要求2所述的出气导向装置，其特征在于，
所述第一平面和所述第二平面均正交于所述旋转轴线(7)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的出气导向装置，其特征在于，
每个所述出气导向骨(6)的相应的前缘(6.1)多重弯曲。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的出气导向装置，其特征在于，
所述出气导向骨(6)的后缘具有直线形曲线。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的出气导向装置，其特征在于，
所述攻角α从所述内半径ri到所述外半径ra随半径r变化，
所述攻角α从所述内半径ri增大到全局极大值，
所述攻角α从所述全局极大值减小到全局极小值。
7.根据权利要求6所述的出气导向装置，其特征在于，
所述攻角α从所述内半径ri至少部分地呈线性增大到所述全局极大值，
所述半径r与所述外半径ra的比率r/ra的极大值介于0.65至0.85之间，并且
所述攻角α从所述全局极大值减小到所述全局极小值。
8.根据权利要求7所述的出气导向装置，其特征在于，所述极大值介于0.71至0.77之间。
9.根据权利要求7所述的出气导向装置，其特征在于，所述全局极小值在所述外半径ra处。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的出气导向装置，其特征在于，
所述NACA翼型的骨线(6.6)的曲线由两段相互过渡的抛物弧线组成，这样对于所述骨线(6.6)沿所述弦线(6.5)的曲线，适用以下函数f：
Figure DEST_PATH_FDA0002431469740000031
Figure DEST_PATH_FDA0002431469740000032
其中，x沿着所述出气导向骨(6)的弦线(6.5)将所述前缘(6.1)与后缘直接连成直线。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的出气导向装置，其特征在于，
所述外半径ra处的翼型厚度d与所述内半径ri处的翼型厚度d成比率v，这样适用：d(ra)＝d(ri)·v。
12.根据权利要求11所述的出气导向装置，其特征在于，
所述翼型厚度d在所述外半径ra与所述内半径ri之间呈线性变化。
13.一种轴流式风扇(1)，其特征在于，具有能绕旋转轴线(7)旋转的叶轮，所述叶轮构造成产生从轴流式风扇流入侧到轴流式风扇流出侧的气流，其中，
根据权利要求1至12中任一项所述的出气导向装置布置在所述叶轮的流出侧。
14.根据权利要求13所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
所述叶轮具有轮毂(2)和多个叶轮叶片(3)，所述叶轮叶片均连接到所述轮毂(2)并从所述轮毂(2)在所述旋转轴线(7)的径向方向上径向向外延伸。
15.根据权利要求14所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
所述叶轮叶片(3)均具有指向流出侧的后缘，并且所述后缘具有直线形曲线。
16.根据权利要求13或14所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
所述轴流式风扇(1)进一步包括能流通的壳体以及在所述旋转轴线(7)上居中布置在所述壳体中的中央单元，所述叶轮以能绕所述旋转轴线(7)旋转的方式支承在所述中央单元上，其中，
所述出气导向装置的出气导向骨(6)从所述中央单元径向向外延伸到所述壳体并与所述壳体连接。
17.根据权利要求16所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
所述中央单元中布置有驱动单元，通过所述驱动单元能驱动所述叶轮的轮毂(2)并能绕所述旋转轴线(7)驱动所述叶轮，其中，至少一个出气导向骨具有插口，沿着所述插口能容纳从所述壳体到所述中央单元接通所述驱动单元的至少一个电导体。
18.根据权利要求16所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
所述轴流式风扇的壳体构造为圆柱形壁圈(5.1)。
19.根据权利要求18所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，所述圆柱形壁圈构成用于固定所述轴流式风扇(1)的紧固区段(5.2)。
20.根据权利要求16所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
所述中央单元的罩盖(5.3)具有面向流出侧的表面，
所述轴流式风扇的壳体具有面向流出侧的表面，
所述出气导向骨(6)的后缘与所述中央单元的罩盖(5.3)的流出侧表面和所述轴流式风扇的壳体的流出侧表面齐平。
21.根据权利要求17所述的轴流式风扇(1)，其特征在于，
某个叶轮叶片(3)的后缘沿着斜向于所述旋转轴线(7)的第三平面与正交于所述旋转轴线(7)的第四平面成角度β，且其中，
对于所述叶轮叶片(3)的后缘到所述出气导向骨(6)的前缘(6.1)在轴向方向z上的距离Dax,LN，适用Dax,LN(r)＝Dax,min,LN+(tanβ·(r-ri))，Dax,min,LN为邻近所述轮毂(2)的所述叶轮叶片(3)的后缘到所述出气导向骨(6)的前缘(6.1)的最小轴向距离。
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