CN210738914U - 径流式风扇 - Google Patents

Abstract

一种径流式风扇，包括可绕轴线(1)旋转的风扇叶轮(2)以及端壁(15)，所述风扇叶轮包括基板(29)以及从所述基板(29)突出的风叶(31)，其中所述风叶(31)分别具有与所述轴线(1)相隔第一距离(r1)的上游边缘(32)以及与所述轴线(1)相隔第二距离(r2)的下游边缘(33)，所述端壁与所述基板(29)共同限定流道(30)，所述风叶(31)伸入所述流道中。所述流道(30)的横截面面积(A)在所述上游边缘(32)与所述下游边缘(33)之间在与所述轴线(1)相隔第三距离(r3)处经历最大值。第四距离(r4)与第五距离(r5)之差至少为所述第一距离与所述第二距离之差(r2‑r1)的一半，所述横截面面积(A)在所述第四距离和所述第五距离处分别达到最邻近所述最大值的最小值。

Description

径流式风扇

技术领域

本实用新型涉及一种径流式风扇，包括可绕轴线旋转的风扇叶轮，所述风扇叶轮包括基板以及从所述基板突出的风叶。

背景技术

DE 10 2006 057 086 A1中记载了这样一种径流式风扇的各种技术方案。在一些技术方案中，在背离基板的风叶边缘上放置有盖子，该盖子与基板和风叶一同旋转并且与基板共同限定流道，通过风扇叶轮的旋转将空气泵送穿过这个流道。这样一个风叶必须由数个部件拼接而成，因而制造难度比较大且具有相当大的惯性矩。在其他技术方案中，风叶边缘正对着不与风扇叶轮连接且不与风扇叶轮一同旋转的端壁。与具有盖子的风扇叶轮相比，这样一个开放式风扇叶轮制造起来更容易，成本更低，惯性矩也更小。在这样一个风扇叶轮中，为了避免风叶边缘和与之相对的不旋转的端壁之间发生接触，必须在二者之间保留一个考虑到制造公差而具有足够宽度的缝隙。紧邻不旋转的端壁处的空气流速较低。风叶与端壁之间的距离越大，端壁与风叶之间的过渡区就越宽，在该过渡区中仅达到较低流速，这会影响风扇效率。在极端情况下，受背压影响甚至可能导致过渡区中发生流动方向反转，从而造成进一步的效率损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种易于制造的高效径流式风扇。

根据本实用新型，这一目的通过下述方式得以实现：提供一种径流式风扇，包括能绕轴线旋转的风扇叶轮以及端壁，所述风扇叶轮包括基板以及从所述基板突出的风叶，其中所述风叶分别具有与所述轴线相隔第一距离的上游边缘以及与所述轴线相隔第二距离的下游边缘，所述端壁与所述基板共同限定流道，所述风叶伸入所述流道中，其特征在于，所述流道的横截面面积在所述上游边缘与所述下游边缘之间在与所述轴线相隔第三距离处经历最大值，并且，第四距离与第五距离之差至少为所述第一距离与所述第二距离之差的一半，所述横截面面积在所述第四距离和所述第五距离处分别达到最邻近所述最大值的最小值。

优选地，所述第四距离大于所述第二距离，并且所述第四距离与所述第二距离之差小于所述第三距离与所述第四距离之差。

优选地，所述第四距离处的横截面面积比所述第三距离处的横截面面积小至少4％。

优选地，所述第五距离小于所述第三距离，并且所述第三距离与所述第五距离之差至少为所述第一距离与所述第二距离之差的四分之一。

优选地，所述第五距离处的横截面面积小于所述第四距离处的横截面面积。

优选地，所述第五距离处的横截面面积比所述第三距离处的横截面面积小至少8％。

优选地，所述端壁在所述第一距离与所述第二距离之间的径向剖面中的曲率半径不小于所述第一距离的四分之一。

优选地，所述端壁在与所述轴线相隔所述第三距离处具有径向剖面呈内凹状的表面区域。

优选地，的内凹所述表面区域在径向剖面中具有至少等于所述第一距离的曲率半径。

优选地，所述风叶在与所述轴线相隔所述第三距离处分别具有与内凹的所述表面区域相对的突出部。

优选地，所述横截面面积是到所述轴线的距离与所述端壁与所述基板之间在所述距离中所测得的轴向距离的乘积

用以达成上述目的的解决方案为：一种径流式风扇，包括可绕轴线旋转的风扇叶轮以及端壁，所述风扇叶轮包括基板以及从所述基板突出的风叶，其中所述风叶分别具有与所述轴线相隔第一距离的上游边缘以及与所述轴线相隔第二距离的下游边缘，所述端壁与所述基板共同限定流道，所述风叶伸入所述流道中，所述流道的横截面面积在所述上游边缘与所述下游边缘之间在与所述轴线相隔第三距离处经历最大值，并且，第四距离与第五距离之差至少为所述第一距离与所述第二距离之差的一半，所述横截面面积在所述第四距离和所述第五距离处分别达到最邻近所述最大值的最小值。

如果不考虑静止端壁对由旋转着的风扇叶轮驱动的空气流所产生的阻滞作用，那就必须假定，在下述情况下必然能达到风扇叶轮的理想效率：空气穿过风扇时所经过的路程的自由横截面在该路程的整个长度上保持不变，使得空气能够以恒定速度无积聚损失(Stauverlust) 地走完整个路程。结果出人意料地表明，流道由静止端壁限定的径流式风扇并非这种情况，并且在下述情况下能够达到更好的效率：如上文所定义的路程的自由横截面在风叶的上游边缘与下游边缘之间经历最大值，并且在空气流动方向上从两侧包围这个最大值的横截面面积最小值之间的距离足够大，以便在最大值的位置与风叶边缘之间留下用于实现无涡流促进阶段的横截面渐变的空间。

关于这一观察，目前还没有可靠的流体动力学解释。可以尝试性地这样来解释所观察到的现象：在横截面恒定的流道中，压力梯度逆着流动方向而分布。因此，在静止端壁附近未被风叶充分驱动的空气倾向于形成短路流(Kurzschlussstrom)，该短路流在端壁上沿着压力梯度向风扇入口延伸。在流道中，在横截面最大值的位置上比在横截面最大值的前方或后方一定程度上存在更大的可用来驱动空气流的风叶面积。由于这会使空气很快离开最大值的位置，因此，该处的压力相对较低，压力梯度并非与端壁相切地分布，而是倾斜于端壁地指向流道内部。受风叶作用不充分的空气不是流向入口，而是在压力梯度的作用下离开端壁并且在风叶的作用距离内发生偏转，从而中断或抑制短路流。特别是在端壁与相对的风叶边缘之间的距离由于不可避免的制造公差而成为流道的轴向伸展的相当大一部分的小型风扇中，这样可以大幅改善效率。

第四距离与第二距离之差应小于第三距离与第四距离之差。在极端情况下，所提到的第一个差可为零，意即，最小值可与风叶的下游边缘重合。

横截面面积之间的差不需要很大，就能观察到明显效果，第四距离处的横截面面积比第三距离处的横截面面积小4％就够了。10％或更大的差会对体积流量造成干扰性影响。

横截面面积在最大值下游应逐渐减小，以避免形成涡流，横截面面积优选在最大值之前逐渐增大。因此，第三距离与小于第三距离的第五距离之间的差也应至少为第一距离与第二距离之差的四分之一。

第五距离处的横截面面积可以小于第四距离处的横截面面积；第五距离处的横截面面积与第三距离处的横截面面积之差可以超过 8％。

为了避免对涡流有促进作用的横截面突变，端壁在第一与第二距离之间的径向剖面中的曲率半径优选不小于第一距离的四分之一。

横截面面积的最大值可由端壁在与轴线相隔第三距离处所具有的径向剖面呈内凹状的表面区域形成。

这个内凹表面区域的最小曲率半径优选大于整个端壁的曲率半径，特别是可选择成至少等于第一距离。

为了有效中断短路流，风叶可在与轴线相隔第三距离处分别具有伸入内凹表面区域的突出部。

可以以不同的方式定义并计算横截面面积；在此，一个便于操作的定义是到轴线的距离与端壁与基板之间在这个距离中所测得的轴向距离的乘积。

可以通过一体成型工艺，特别是通过注射成型低成本地制成风扇叶轮。

端壁可以是壳体的一部分，该壳体形成包围风扇叶轮的叶轮腔室。叶轮腔室可进一步包括围绕风扇叶轮延伸的鼓风通道，由风扇叶轮输送的空气可积聚在该鼓风通道中。

通过设置从鼓风通道发出的冷却空气通道，可以利用鼓风通道中的过压来冷却电动机。

为了使冷却空气通道中的空气流量尽可能不受鼓风通道中的过压影响，被用来冷却电动机的空气有利地返回叶轮腔室。

为了确保冷却空气通道中存在足够的压力降，冷却空气通道与叶轮腔室的连通点可与叶轮的基板相对布置。

附图说明

下面将参考附图对实施例进行说明以揭示本实用新型进一步的特征与优点。其中：

图1为本实用新型的径流式风扇的径向剖面；

图2为图1中的径流式风扇的叶轮腔室的轴向剖面；

图3为图1中的径流式风扇的风扇叶轮和端壁的放大后的径向剖面；

图4为本实用新型的径流式风扇和传统径流式风扇的增压测量曲线和效率测量曲线。

具体实施方式

图1示出本实用新型的径流式风扇沿着风扇叶轮2的旋转轴1所截取的剖面。从图中可以看到被包围在内壳体8中的电动机6的轴体 3、转子4和定子5以及印制电路板7，该印制电路板载有用于为电动机6供电的逆变器。内壳体8包括用于容置电动机6和印制电路板7的容器9以及盖子10，该盖子将容器9封闭，轴体3通过该盖子的中央开口向外突出。

外壳体11包括底板12、外壁13、环形间壁14和端壁15。底板 12通过弹性缓冲环16与外壁13连接而形成第二外容器，内容器9 在形成呈环形围绕内容器9和电动机6延伸的冷却空气通道17的情况下容置在该第二外容器中。

外壁13在其内侧具有两个凸肩18、19，外壁的直径在凸肩处分别朝底板12方向变小。间壁14插设在被外壁13包围的空腔中，使得间壁14的边缘支撑在近底部的凸肩18上。在这个状态下，外壁 13和间壁14共同限定鼓风通道20，该鼓风通道的底部形成凸肩19。

图2示出径流式风扇沿着图1中以II-II标示的剖切平面所截取的剖面，如图所示，鼓风通道20以渐增的横截面围绕轴体1延伸并且在围着轴线1环绕一周后转变为沿切向分岔出去的排出通道21。在从鼓风通道20到排出通道21的过渡处，在鼓风通道20的底部上，在外壁13与间壁14之间留出过道22，该过道将鼓风通道20与冷却空气通道17连接起来。

仍然如图1所示，内壳体8的盖子10嵌入间壁14的中央开口中。另一弹性缓冲环23在盖子10与间壁14之间延伸。内壳体8通过缓冲环16、23相对于外壁13被减振，使得电动机6的振动只是轻微地作为结构声而传递到周围环境。

在外壁13的背离底板12的边缘上，端壁15借助于环扣外壁13 的突出部的卡爪24(参见图2、图3)卡接在外壁13上。端壁15与外壁13、间壁14和盖子10共同限定叶轮腔室25。套设在轴体3的末端上的风扇叶轮2容置在叶轮腔室25中。通过风扇叶轮的旋转，空气以已知方式通过端壁15的中央进入口26被吸入叶轮腔室25中，沿径向向外被驱入鼓风通道20中并且通过排出通道21再度被排放至外界。

间壁14具有一个或数个开口27，所述开口与鼓风通道20的背离排出通道21的末端相邻并且与冷却空气通道17连通。这些开口 27在图2中被风扇叶轮2遮住，因而以虚线示出。风扇叶轮2的旋转在过道22前方比在开口27处产生更高的压力，使得空气通过过道 22进入冷却空气通道17，在该处吸收电动机6的余热，而后通过开口27返回叶轮腔室25。容器9与外壁13之间的径向壁28彻底分割冷却空气通道17并迫使被吸入的空气在从过道22到开口27的路程上几乎完全地环绕容器9流动。

风扇叶轮2包括基板29和数个风叶31，基板与端壁15共同限定流道30，在该流道中通过风扇叶轮2的旋转沿径向向外驱动空气，风叶从基板29的面向端壁15的表面突伸到流道30中。风叶31呈肋条形状，所述肋条基本沿径向分别从径向内侧的上游边缘32延伸至下游边缘33并且具有以较小间距与端壁15相对的长条形顶点边缘 34。风叶31的上游边缘32和下游边缘33位于以轴线1为圆心且具有半径r1、r2的圆上。基板29的表面在两个圆之间的环形区域35 中大体呈以轴线1为中心的旋转双曲面形状。

如果在这个区域35中，流道30的供空气通过的横截面面积是恒定的，空气就可以在这个流道30中以恒定速度沿径向向外流动。确切而言，所选择的横截面面积必须是这样一个面积，在这个面积上，空气的流动方向在所有点上都是垂直的。找到这样一个面积，需要进行复杂的模拟。可以用锥面近似地代替这样一个面积，该锥面以相同的角度与基板29和端壁15的彼此相对的表面相交。在本示例中，由于r1与r2之间的这样一个锥体的张角变化不大，并且起决定作用的不是绝对的横截面面积，而是横截面面积的比例，因此可以进行进一步的简化，用柱面代替锥面，也就是说，用基板29与端壁15之间沿轴线1方向所测得的距离与测量位置到轴线1的距离r的乘积来度量横截面面积。

图3所示的放大剖面中的虚线轮廓36表示的是端壁15的能够满足横截面面积恒定要求的延伸。如图所示，这个轮廓36在点37处沿切向脱离端壁15的真实表面，并且首先穿过端壁15的材料而延伸至点38处；从点38处开始，该轮廓穿过流道30，直至在点39处再度与端壁15的表面相遇。相应地，流道30在点37与38之间的横截面面积小于其在点37、38、39处的横截面面积，流道在点38、39之间的横截面面积大于其在这三个点处的横截面面积。

图3中右下角的图定量示出流道30的横截面面积A以作为到轴线1的距离r的函数，其中将下游边缘33的距离r2所对应的横截面面积随意地设定为等于1。从接近于r1的较小距离所对应的接近于1 的初始值开始，面积A先减小至达到r5所对应的最小值，接着在r3处达到最大值并且从这里开始再度趋近最小值，该最小值的距离r4 在此与下游边缘33的距离r2一致。两个最小值之间的距离r4-r5在此约等于边缘33、32之间的距离r2-r1的三分之二。从r3向r4的横截面减小比从r5到r3的增大慢得多，因此，虽然r5与r3之间的横截面面积差大于r3与r4之间的横截面面积差，但是距离r3-r5远小于 r4-r3。

当横截面面积在r3处达到最大值时，端壁24在径向剖面呈外凸弯曲的表面区域40、42之间具有内凹弯曲的表面区域41。整个端壁 24的曲率半径不应过小，以免发生空气的突然偏转和涡流形成。在此在距离r5处达到曲率半径的最小值R1，且R1>0.5r1。内凹区域41的最小曲率半径R2更大，即R2>r1。表面区域41与风叶31的突出部43相对，使得风叶31的顶点边缘34与端壁24之间的缝隙的宽度在顶点边缘34的整个长度上基本上保持恒定。

图4针对本实用新型的径流式风扇(其端壁15如图3所示具有以不同方式弯曲的表面区域40、41、42)和具有双曲面形端壁且流道横截面恒定的同尺寸径流式风扇示出增压测量曲线Δp、Δp’和效率测量曲线η、η’以作为体积流量的函数。根据曲线η’，传统径流式风扇在体积流量约为270l/min时达到约21％的最佳效率。根据曲线η，本实用新型的风扇在相同体积流量下的效率超过30％，而这还未达到效率的最大值。在较低体积流量下直至包括最佳效率在内，借助本实用新型的风扇也能达到强度明显更大的增压，如曲线Δp、Δp’所示。

附图标记说明

1旋转轴 13外壁

2风扇叶轮 14间壁

3轴体 15端壁

4转子 16缓冲环

5定子 17冷却空气通道

6电动机 18凸肩

7印制电路板 19凸肩

8内壳体 20鼓风通道

9容器 21排出通道

10盖子 22过道

11外壳体 23缓冲环

12底板 24卡爪

25叶轮腔室 35区域

26进入口 36轮廓

27开口 37点

28径向壁 38点

29基板 39点

30流道 40表面区域

31风叶 41表面区域

32上游边缘 42表面区域

33下游边缘 43突出部

34顶点边缘。

Claims (11)

1.一种径流式风扇，包括能绕轴线(1)旋转的风扇叶轮(2)以及端壁(15)，所述风扇叶轮包括基板(29)以及从所述基板(29)突出的风叶(31)，其中所述风叶(31)分别具有与所述轴线(1)相隔第一距离(r1)的上游边缘(32)以及与所述轴线(1)相隔第二距离(r2)的下游边缘(33)，所述端壁与所述基板(29)共同限定流道(30)，所述风叶(31)伸入所述流道中，其特征在于，所述流道(30)的横截面面积(A)在所述上游边缘(32)与所述下游边缘(33)之间在与所述轴线(1)相隔第三距离(r3)处经历最大值，并且，第四距离(r4)与第五距离(r5)之差至少为所述第一距离与所述第二距离之差(r2-r1)的一半，所述横截面面积(A)在所述第四距离和所述第五距离处分别达到最邻近所述最大值的最小值。

2.根据权利要求1所述的径流式风扇，其特征在于，所述第四距离(r4)大于所述第二距离(r2)，并且所述第四距离与所述第二距离之差(r4-r2)小于所述第三距离与所述第四距离之差(r4-r3)。

3.根据权利要求2所述的径流式风扇，其特征在于，所述第四距离(r4)处的横截面面积(A)比所述第三距离(r3)处的横截面面积小至少4％。

4.根据权利要求1或2所述的径流式风扇，其特征在于，所述第五距离(r5)小于所述第三距离(r3)，并且所述第三距离与所述第五距离之差(r3-r5)至少为所述第一距离与所述第二距离之差(r2-r1)的四分之一。

5.根据权利要求4所述的径流式风扇，其特征在于，所述第五距离(r5)处的横截面面积(A)小于所述第四距离(r4)处的横截面面积。

6.根据权利要求4所述的径流式风扇，其特征在于，所述第五距离(r5)处的横截面面积(A)比所述第三距离(r3)处的横截面面积(A) 小至少8％。

7.根据权利要求1或2所述的径流式风扇，其特征在于，所述端壁(15)在所述第一距离(r1)与所述第二距离(r2)之间的径向剖面中的曲率半径(R1)不小于所述第一距离(r1)的四分之一。

8.根据权利要求1或2所述的径流式风扇，其特征在于，所述端壁(15)在与所述轴线(1)相隔所述第三距离(r3)处具有径向剖面呈内凹状的表面区域(41)。

9.根据权利要求8所述的径流式风扇，其特征在于，内凹的所述表面区域(41)在径向剖面中具有至少等于所述第一距离(r1)的曲率半径(R2)。

10.根据权利要求8所述的径流式风扇，其特征在于，所述风叶(31)在与所述轴线(1)相隔所述第三距离(r3)处分别具有与内凹的所述表面区域(41)相对的突出部(43)。

11.根据权利要求1或2所述的径流式风扇，其特征在于，所述横截面面积(A)是到所述轴线(1)的距离(r)与所述端壁(15)与所述基板(29)之间在所述距离(r)中所测得的轴向距离的乘积。

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