DE69922083T2

DE69922083T2 - Spiral for blowers

Info

Publication number: DE69922083T2
Application number: DE1999622083
Authority: DE
Inventors: Shau-Tak R. Liverpool Chou; Manlius Daniels Mark A.
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2019-04-17
Also published as: ES2230824T3; DE69922083D1; EP0961087B1; EP0961087A3; EP0961087A2

Description

Um das Geräusch von Lüftungseinheiten (air handling units – AHUs) zu kontrollieren, wird begonnen, aktive Kanalgeräuschkontrollsysteme (active noise control – ANC) in Luftverteilungssystemen einzusetzen. Ein ANC-System benötigt im Grunde die Erfassung des mit dem Gebläse zum Verteilen von Luft zusammenhängenden Geräuschs, das Erzeugen eines Geräuschunterdrückungssignals und das Bestimmen des Ergebnisses des Unterdrückungssignals, umso ein Korrektursignal an den Lautsprecher zu liefern. Es gibt eine Zeitverzögerung, die mit dem Erfassen des Geräuschs und dem Erzeugen eines Unterdrückungssignals zusammenhängt. Diese für das Auftreten der Unterdrückung notwendige Zeitverzögerung entspricht dem Abstand in dem System, der zwischen dem Referenz- oder Eingangsgeräuschsensor und dem Lautsprecher benötigt wird. Zusätzlicher Platz wird zwischen dem Lautsprecher und dem Fehlersensor benötigt, der ebenfalls einem Abstand in dem System entspricht.Around the noise of ventilation units (air handling units - AHUs) to begin to control active channel noise control systems (active noise control - ANC) to be used in air distribution systems. An ANC system needed in the Basically the detection of the fan associated with the distribution of air noise, generating a noise cancellation signal and determining the result of the suppression signal, such as a correction signal to deliver to the speaker. There is a time delay the with the detection of the noise and generating a cancellation signal related. This for the Occurrence of oppression necessary time delay corresponds to the distance in the system between the reference or input noise sensor and the speaker needed becomes. additional Space is needed between the speaker and the fault sensor, the also corresponds to a distance in the system.

Ein Zentrifugalgebläse stößt in eine Spirale aus, die einen sich erweiternden Strömungsweg für die von dem Laufrad in die Spirale übergehende Luft bereitstellt. Der Strömungswegs erweitert sich typischerweise radial, kann sich aber auch axial erweitern. Es ist üblich, ein Gebläse durch den Winkel der Steigung einer Darstellung des variablen Spiralenradius (R) gegen die winkelmäßige oder umfangsmäßige Erstreckung (r × θ) zu charakterisieren, wobei r der Radius des Gebläses ist und θ die winkelmäßige Erstreckung ist. Bei herkömmlichen Ausführungen ist die ringförmige Erstreckung des Strömungswegs weniger als 360°, wobei 300° typisch sind. Der Grund für diese winkelmäßige Erstreckung ist die Diffusion der Luftströmung sowie Minimierung des Raums und des Materials, die zum Fertigen der Spirale benötigt werden.One centrifugal blower comes in one Spiral, which has a widening flow path for the from the impeller in the Spiral passing Provides air. The flow path Expands typically radially, but can also be axial expand. It is usual, a fan by the angle of the slope of a representation of the variable spiral radius (R) against the angular or circumferential extent (r × θ) to characterize where r is the radius of the fan is and θ the angular extent is. In conventional versions is the ring-shaped Extension of the flow path less than 360 °, being 300 ° typical are. The reason for this angular extent is the diffusion of the air flow as well as minimizing the space and material needed to manufacture the spiral is needed become.

Die winkelmäßige Erstreckung eines Gebläsespiralenströmungswegs, die ein Radiusvektor von der Gebläsenabe zu der Spirale ist, derart, dass der Radiusvektor im wesentlichen senkrecht zu der das Gebläsegehäuse verlassenden Strömung ist, wird über 360° hinaus durch Reduzieren der Rate radialer Erweiterung des Strömungswegs erstreckt. Es wird angemerkt, dass die vergrößerte winkelmäßige Erstreckung des Spiralenströmungswegs in dem Bereich mit dem größten Radius ist. Bei einem Radius von zwei Fuß entspricht eine winkelmäßige oder umfangsmäßige Erstreckung (r × θ) von 30° etwa einem Fuß. Durch Erstrecken der winkelmäßigen oder umfangsmäßigen Erstreckung des Spiralenströmungswegs stromabwärts des Gebläselaufrads und Reduzieren der Erweiterungsrate kann die Strömungsweglänge gesteigert werden, ohne die Größe oder das Volumen der Spirale zu steigern oder mit einer minimalen Steigerung desselben.The angular extent a blower spiral flowpath, which is a radius vector from the fan hub to the spiral, such that the radius vector is substantially perpendicular to the fan housing flow is over 360 ° out by reducing the rate of radial expansion of the flow path extends. It is noted that the increased angular extent of the spiral flow path in the area with the largest radius is. At a radius of two feet corresponds to an angular or circumferential extent (r × θ) of 30 ° about one foot. By Extending the angular or circumferential extent of the spiral flow path downstream of the fan impeller and reducing the expansion rate, the flow path length can be increased without the size or that Increase volume of the spiral or with a minimal increase thereof.

Außerdem kann Länge innerhalb des Spiralenbereichs des Strömungswegs durch Vergrößern der Größe oder des Volumens der Spirale hinzugefügt werden. Das Wesentliche an der gesteigerten Strömungsweglänge ist, dass sie erlaubt, die ANC-Struktur vollständig innerhalb der Erstreckung der Spirale anzuordnen, wobei sie um einen ausreichenden Abstand stromabwärts des Laufrads angeordnet ist, um ein wesentliches Strömungsgeräusch zu vermeiden.In addition, can Length inside the spiral portion of the flow path by enlarging the Size or be added to the volume of the spiral. The essentials at the increased flow path length, that it allows the ANC structure to be completely within the extension of the ANC structure Spiral to be arranged, by a sufficient distance downstream of the Impeller is arranged to avoid a substantial flow noise.

Eine herkömmliche Gebläsespirale ist in US-A-5 279 515 offenbart.A conventional fan scroll is disclosed in US-A-5,279,515.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein aktives Geräuschunterdrückungssystem in eine Lüftungseinheit zu integrieren.It It is an object of this invention to provide an active noise suppression system in a ventilation unit to integrate.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, den Größeneinfluss von aktiven Geräuschkontrolleinrichtungen durch bessere Integration von aktiven Geräuschkontrollsystemen mit Blaseinrichtungen zu reduzieren.It Another object of this invention is the size influence of active noise control devices through better integration of active noise control systems with blowing devices to reduce.

Es ist ferner eine Aufgabe dieser Erfindung, die Strömungsweglänge innerhalb einer Gebläsespirale zu vergrößern. Diese und andere Aufgaben, wie sie im Anschluss hieraus ersichtlich werden, werden durch die vorliegende Erfindung gelöst.It It is a further object of this invention to provide flow path length within a fan spiral to enlarge. These and other tasks, as will be seen later, are achieved by the present invention.

Im wesentlichen wird die Expansionsrate innerhalb einer Gebläsespirale derart reduziert, dass ein längerer Strömungsweg innerhalb der Spirale notwendig wird, um die gewünschte Expansion zu erreichen. Die vergrößerte Strömungsweglänge erlaubt die Integration eines ANC-Systems mit der Lüftung.in the The expansion rate within a fan coil becomes essential so reduced that a longer one flow within the spiral becomes necessary to achieve the desired expansion. The increased flow path length allows the Integration of an ANC system with ventilation.

1 ist eine Lüftungseinheit aus dem Stand der Technik mit einem herkömmlichen Kanal-ANC-System; 1 is a prior art ventilation unit with a conventional duct ANC system;

2 ist eine Ansicht einer Gebläsespirale aus dem Stand der Technik für die Lüftungseinheit aus 1; 2 is a view of a fan spiral from the prior art for the ventilation unit 1 ;

3 ist eine grafische Wiedergabe der Beziehung zwischen dem Spiralenradius und der winkelmäßigen Erstreckung der Spirale für herkömmliche Spiralenexpansionswinkel α₁ und Spiralenexpansionswinkel der vorliegenden Erfindung α₂; 3 Fig. 12 is a graphical representation of the relationship between the spiral radius and the angular extent of the spiral for conventional spiral expansion angles α ₁ and spiral expansion angles of the present invention α ₂ ;

4 ist eine Ansicht der Gebläsespirale der vorliegenden Erfindung; und 4 Fig. 13 is a view of the fan coil of the present invention; and

5 ist eine Ansicht der Gebläsespirale aus 4, die derart modifiziert wurde, dass sie die Struktur eines Kanal-ANC-Systems aufweist. 5 is a view of the fan coil 4 which has been modified to have the structure of a channel ANC system.

In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im allgemeinen eine herkömmliche AHU mit einer herkömmlichen Kanal-ANC-Struktur, die in einem Kanal 14 angeordnet ist, der mit dem Auslass des Gebläses 12 verbunden ist. Die AHU 10 besteht typischerweise aus einer Mehrzahl von Bereichen und/oder Unteranordnungen einschließlich einer Mischbox 10-1, eines Filters 10-2, einer Wendel 10-3 und einem Gebläsegehäuse 10-4. Das Gebläse 12 hat eine Abtrennung 12-2, die den eigentlichen Auslass von der Spirale 12-1 definiert, aber der an der Abtrennung definierte Auslass stößt, wie dies üblich ist, in den größeren Kanal 14 aus. Für einen maximalen Wirkungsgrad wird der Expansion der Strömung ermöglicht, in dem Kanal 14 über einen Distanz aufzutreten, die gleich dem dreifachen Durchmesser der Blaseinrichtung 12-3 ist. In dieser Distanz nimmt die mit dem Gebläseausstoß zusammenhängende Turbulenz ab zusammen mit den damit verbundenen Schwierigkeiten beim Anordnen von Erfassungsmikrofonen 16 in einem Bereich, in dem wesentliches strömungserzeugtes Geräusch vorliegt. Ein typisches Kanal-ANC-System für große Luftverteilungssysteme kann einen Raum von 10 Fuß benötigen, um das/(die) Ein gangsgeräuscherfassungsmikrofon(e) 16, den/(die) Geräuschunterdrückungslautsprecher 18 und das/(die) Fehlererfassungsmikrofon(e) 20 aufzunehmen.In 1 denotes the reference numeral 10 in general, a conventional AHU with a conventional channel ANC structure in one channel 14 is arranged with the outlet of the blower 12 connected is. The AHU 10 typically consists of a plurality of regions and / or subassemblies including a mixing box 10-1 , a filter 10-2 , a spiral 10-3 and a blower housing 10-4 , The fan 12 has a separation 12-2 that is the actual outlet from the spiral 12-1 defined, but the outlet defined at the separation abuts, as is usual, in the larger channel 14 out. For maximum efficiency, the expansion of the flow is allowed in the duct 14 occur over a distance equal to three times the diameter of the blowing device 12-3 is. At this distance, the turbulence associated with the fan output decreases along with the associated difficulties in locating detection microphones 16 in an area where there is substantial flow-generated noise. A typical duct ANC system for large air distribution systems may occupy a space of 10 Need foot to get the input sound microphone (s) 16 , the / the noise canceling speakers 18 and the error detection microphone (s) 20 take.

Im Betrieb wird die Blaseinrichtung 12-3 durch einen Motor 13 angetrieben, wodurch Rückkehr- und Frischluft durch einen durch die Wendel 10-3 definierten Wärmetauscher zum Erwärmen oder Kühlen der Luft in die AHU 10 gezogen werden und wodurch die sich ergebende klimatisierte Luft von der Spirale 12-1 in den Kanal 14 zugeführt wird. Die Gebläsegeräusche werden durch (ein) Mikrofon(e) 16 und durch eine Schaltung (nicht veranschaulicht) erfasst, der/(die) Laufsprecher 18 wird/(werden) angesteuert, um ein Signal zum Unterdrücken des Gebläsegeräuschs zu erzeugen. Das/(die) Mikrofon(e) 20 erfassen das Ergebnis der Geräuschunterdrückung durch den/(die) Lautsprecher 18, und über die Schaltung (nicht veranschaulicht) wird die Ausgabe des/(der) Lautsprecher 18 derart korrigiert, dass die Schallenergie an dem/(den) Mikrofon/en) 20 minimiert wird.In operation, the blowing device 12-3 by a motor 13 driven, whereby return and fresh air through one through the helix 10-3 defined heat exchanger for heating or cooling the air in the AHU 10 be pulled and the resulting conditioned air from the spiral 12-1 in the channel 14 is supplied. The blower noise is controlled by (a) microphone (s) 16 and detected by a circuit (not illustrated), the / the walker (s) 18 is / are driven to generate a signal for suppressing the fan noise. The microphone (s) 20 capture the result of noise suppression by the speaker (s) 18 , and over the circuit (not illustrated) is the output of the / (the) speaker 18 corrected so that the sound energy at the microphone (s) 20 is minimized.

Speziell auf 2 bezugnehmend wird, wie veranschaulicht, die Luft von einer im Uhrzeigersinn rotierenden Blaseinrichtung 12-3 in den Raum 12-4 zwischen der Blaseinrichtung 12-3 und der Spirale 12-1 ausgestoßen. Der Raum 12-4 hat eine zunehmende Querschnittsfläche in einer Richtung im Uhrzeigersinn, so dass der Luft erlaubt wird, zu expandieren, wenn sie sich entlang dem Weg 12-4 hin zu dem Gebläseauslass 12-5 bewegt. Es wird angemerkt, dass mit der ein Ende des Raumes 12-4 definierenden Abtrennung 12-2 der Raum 12-4 sich weniger als 360° erstreckt. Die Blaseinrichtung 12-3 hat einen Radius r und ist von der Abtrennung 12-2 um einen Abstand d derart beabstandet, dass der Radius R der Spirale 12-1 bei der Abtrennung 12-2r + d ist. Die winkelmäßige Erstreckung θ der Spirale 12-1 wird, wie in 2 zu sehen, im Uhrzeigersinn von der Abtrennung 12-2 gemessen und ist typischerweise in der Größenordnung von 300°. Der Radius R und der Raum 12-4 vergrößern sich mit θ, wenn im Uhrzeigersinn von der Abtrennung 12-2 hin zu dem Gebläseauslass 12-5 gegangen wird. Der Radius R wächst hin zu seinem Maximalwert R₀ am Gebläseauslass an.Specially on 2 Referring, as illustrated, the air from a clockwise rotating blowing device 12-3 in the room 12-4 between the blowing device 12-3 and the spiral 12-1 pushed out. The space 12-4 has an increasing cross-sectional area in a clockwise direction, allowing the air to expand as it moves along the path 12-4 to the blower outlet 12-5 emotional. It is noted that with the one end of the room 12-4 defining separation 12-2 the space 12-4 extends less than 360 °. The blowing device 12-3 has a radius r and is from the separation 12-2 spaced by a distance d such that the radius R of the spiral 12-1 at the separation 12-2r + d is. The angular extent θ of the spiral 12-1 will, as in 2 to see, clockwise from the separation 12-2 measured and is typically of the order of 300 °. The radius R and the space 12-4 increase in θ when clockwise from the separation 12-2 to the blower outlet 12-5 is gone. The radius R increases towards its maximum value R ₀ at the blower outlet.

Bezugnehmend auf 3 gibt r + d den Radius R der Spirale 12-1 an der Abtrennung 12-2 oder den Radius der Spirale 112-1 an der Abtrennung 112-2 an. Der Winkel α₁ gibt den Expansionswinkel für die Spirale 12-1 an, und der Radius R erreicht seinen Maximalwert R₀ bei R₀ = (r + d) + r·θ₁tanα₁. Ein typischer Wert von θ₁ wäre 300°. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist der Expansionswinkel α₁ auf α₂ reduziert, und demgemäß ist R₀ = (r + d) + r·θ₂ tanα₂. Ein typischer Wert von θ₂ wäre 450°, was etwa einen Fünf-Fuß-Anstieg von r·θ₂ relativ r·θ₁ für einen Zwei-Fuß-Radius wiedergeben würde. Ein typischer Wert von α₂ wäre von 4° bis 10°. Es wird angemerkt, dass, obwohl eine Spirale mit einer linearen Expansion für Veranschaulichungszwecke verwendet wird, andere Expansionen verwendet werden können.Referring to 3 r + d gives the radius R of the spiral 12-1 at the separation 12-2 or the radius of the spiral 112-1 at the separation 112-2 at. The angle α ₁ gives the expansion angle for the spiral 12-1 and the radius R reaches its maximum value R ₀ at R ₀ = (r + d) + r ·θ ₁ tanα ₁ . A typical value of θ ₁ would be 300 °. According to the teaching of the present invention, the expansion angle α _{1 is} reduced to α ₂ , and accordingly R ₀ = (r + d) + r · θ ₂ tan α ₂ . A typical value of θ ₂ would be 450 °, which would represent approximately a five-foot increase in r ₂ relative r ₁ for a two-foot radius. A typical value of α ₂ would be from 4 ° to 10 °. It is noted that although a spiral with a linear expansion is used for illustrative purposes, other expansions may be used.

In den 4 und 5 bezeichnet das Bezugszeichen 112 das modifizierte Gebläse der vorliegenden Erfindung. Bei dem Gebläse 112 wurde, verglichen mit dem Gebläse 12, die Abtrennung effektiv im Gegenuhrzeigersinn derart versetzt, dass die Rate radialer Expansion α₂ des Raums 112-4 kleiner als die entsprechende Rate radialer Expansion α₁ des Raums 12-4 ist. Außerdem ist die winkelmäßige Erstreckung θ von dem Punkt engster Nähe zwischen der Blaseinrichtung 112-3 und der Abtrennung 112-2 und dem Auslass 112-5, wie veranschaulicht, in der Größenordnung von 180° größer als diejenige für das Gebläse 12, d. h. θ ist mindestens 400°, aber vorzugsweise in der Größenordnung von 480°. Die vorliegende Erfindung setzt die vergrößerte umfangsmäßige Erstreckung ein, um die ANC-Struktur anzuordnen, die dann ausreichend weit entlang dem Strömungsweg in der Spirale 112-1 ist. Wie oben angemerkt, sorgt die langsame Expansionsrate bei der Spirale 112-1, verglichen mit der Spirale 12-1, für einen längeren Strömungsweg innerhalb desselben Volumens. Wenn das Volumen zusammen mit der langsamen Expansionsrate erhöht wird, kann die Strömungsweglänge weiter gesteigert werden. Weil die gesteigerte Länge in der Art einer Spirale ist, ist der Bereich des Strömungswegs oberhalb von 360° radial getrennt von dem stromaufwärtigen Bereich des Strömungswegs anstatt axial getrennt zu sein. Demgemäß kann der gesamte Spiralenströmungsweg oder Teile davon mit einer akustischen Dämpfungsschicht vorgesehen sein.In the 4 and 5 denotes the reference numeral 112 the modified blower of the present invention. At the blower 112 was compared to the blower 12 Effectively offset the separation in a counterclockwise direction such that the rate of radial expansion α _{2 of} the space 112-4 less than the corresponding rate of radial expansion α _{1 of} the space 12-4 is. In addition, the angular extent θ is from the point of closest proximity between the blower 112-3 and the separation 112-2 and the outlet 112-5 as illustrated, on the order of 180 ° greater than that for the blower 12 ie, θ is at least 400 °, but preferably on the order of 480 °. The present invention employs the increased circumferential extent to locate the ANC structure which then extends sufficiently along the flow path in the spiral 112-1 is. As noted above, the slow rate of expansion provides for the spiral 112-1 , compared to the spiral 12-1 , for a longer flow path within the same volume. If the volume is increased along with the slow expansion rate, the flow path length can be further increased. Because the increased length is in the manner of a spiral, the area of the flow path above 360 ° is radially separated from the upstream area of the flow path rather than being axially separated. Accordingly, the entire spiral flow path or parts thereof may be provided with an acoustic damping layer.

Speziell bezugnehmend auf 5 wird angemerkt, dass (ein) Erfassungsmikrofon(e) 16 an einer Stelle von, nominell, 360° entlang dem Strömungsweg derart angeordnet ist/sind, dass sie vor oder direkt gegenüber der Blasabtrennung 12-2 sind. (Ein) Erfassungsmikrofon(e) 16 kann/(können) weiter stromaufwärts, z. B. bei 300°, entlang dem Strömungsweg angeordnet sein, da die winkelmäßige Erstreckung nur eine Komponente der Parameter ist, die die Strömungsweglänge vorgeben. Lautsprecher 18 sind stromabwärts des/(der) Mikrofon(e) 16 angeordnet, wie veranschaulicht, nominell bei, 120° weiter entlang dem Strömungsweg. Da die Stelle des Mikrofons 16 variiert werden kann, können die Lautsprecher 18 auch stromaufwärts bei 400° entlang dem Strömungsweg bewegt werden, wobei sie am unteren akzeptierbaren Bereich sind. Bei einem nominellen Zwei-Fuß-Durchmesser gehen die 120° in etwa vier Fuß stromabwärts des/(der) Mikrofon(e) 16 über. Das/(die) Mikrofon(e) 20 kann/(können) stromabwärts der Blaseinrichtung 112-3 in dem Kanal (nicht veranschaulicht) derart angeordnet sein, dass sie in derselben Ebene oder stromabwärts des/(der) Lautsprecher 18 sind. Falls nötig oder erwünscht, kann/(können) der/(die) Lautsprecher 18 in dem Kanal (nicht veranschaulicht) angeordnet werden, wobei Nutzen aus dem Raumersparnismerkmal, das mit dem Anordnen des/(der) Mikrofon(e) 16 in oder an der Spirale 112-1 verbunden ist, gezogen wird.With particular reference to 5 it is noted that (a) detection microphone (s) 16 is positioned at a location of, nominally, 360 ° along the flow path such that they are in front of or directly opposite the blast separation 12-2 are. (On) detection microphone (s) 16 can / (can) further upstream, z. At 300 °, along the flow path since the angular extent is only one component of the parameters that dictate the flow path length. speaker 18 are downstream of the microphone (s) 16 as illustrated, nominally at 120 ° further along the flowpath. Because the body of the microphone 16 can be varied, the speakers can 18 also be moved upstream at 400 ° along the flow path, being at the lower acceptable range. At a nominal two-foot diameter, the 120 ° goes about four feet downstream of the microphone (s) 16 above. The microphone (s) 20 can / (can) downstream of the blowing device 112-3 in the channel (not illustrated) so as to be in the same plane or downstream of the loudspeaker (s) 18 are. If necessary or desired, the speaker (s) may / may 18 in the channel (not illustrated) taking advantage of the space saving feature associated with placing the microphone (s) 16 in or on the spiral 112-1 is connected, is pulled.

Claims

A blower ( 112 ), comprising a housing; the housing ( 112-1 ) an outlet ( 112-5 ) Has; a blowing device ( 112-3 ) disposed in the housing; the housing having a radially enlarging portion surrounding the blower and thereby defining a flow path; a separation ( 112-2 ) disposed in the housing and cooperating with the blowing means to define the narrowest radial separation between the blowing means and a surrounding structure; wherein a flow path ( 112-4 ) defined between the blowing means and the radially enlarging region, begins at the partition and extends for at least 360 °, starting from the partition.

Blower according to claim 1 , wherein the flow path extends over more than 450 °.

A blower according to claim 1, further comprising means ( 16 ) for detecting a noise located at a position at least 300 ° along the flow path.

A blower according to claim 3, further comprising means ( 18 ) for generating a noise cancellation signal at a location at least 360 ° along the flow path.

fan according to claim 4, wherein the flow path extends over more than 450 °.

A blower according to claim 1, further comprising means ( 16 ) for detecting a noise nominally opposite to the partition.

A blower according to claim 6, further comprising means ( 18 ) for generating a noise cancellation signal at a location at least 360 ° along the flow path.

fan according to claim 7, wherein the flow path extends over more than 450 °.