DE69932466T2

DE69932466T2 - Axiallüftereinheit mit einstückigem Gehäuse

Info

Publication number: DE69932466T2
Application number: DE69932466T
Authority: DE
Inventors: Yehia M. Amr
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1998-05-04
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: EP0955467A2; ATE334313T1; EP0955467B1; EP0955467A3; US6045327A; DE69932466D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialströmungsgebläseanordnung des Typs, der ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse, am Austrittsende des Gehäuse positionierte Statorleitelemente und ein am anderen Ende des Gehäuses positioniertes rotierendes Gebläse aufweist. Ein Beispiel einer herkömmlichen Gebläseanordnung dieses Typs ist in Chou US-Patent 5 215 438 beschrieben. Die in Chou beschriebene Gebläseanordnung ist in 7 dargestellt und weist ein Gehäuse 130 mit einem Stator, der am Auslassende des Gehäuses positioniert ist, und ein rotierendes Gebläse 110, das am Einlassende des Gehäuses positioniert ist, auf. Ein Motor 131 wird von dem Stator abgestützt und gehalten, und eine Welle des Motors treibt das Gebläse an.
Die axiale Gesamthöhe einer Gebläseanordnung ist ein wichtiger Designgesichtspunkt dahingehend, dass die axiale Höhe der Gebläseanordnung ein Hauptbeitragsfaktor zu der axialen Gesamthöhe des Systems, in dem die Gebläseanordnung aufgenommen ist, ist. Bei der in 7 dargestellten herkömmlichen Gebläseanordnung ist die axiale Gesamthöhe der Gebläseanordnung tendenziell relativ groß, weil der Motor fast vollständig außerhalb des Gebläseanordnungsgehäuses gehalten ist.
Der Abstand zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Leitelementen des Stators ist auch ein wichtiger Designgesichtspunkt, um eine Wechselwirkung zwischen den beiden zu vermeiden, was ansonsten den Gebläselärm erhöhen würde. Bei der in 7 veranschaulichten herkömmlichen Gebläseanordnung ist der Abstand zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen weniger als eine Gebläselaufschaufelprofilsehnenlänge, was erhöhten Gebläselärm bewirkt.
Es wäre wünschenswert, die axiale Gesamthöhe der Gebläseanordnung zu reduzieren, um eine Verwendung der Anordnung in kompakteren Systemen (z.B. Kühlsystemen für Kühlfahrzeuge) zu ermöglichen. Es wäre auch wünschenswert, den axialen Abstand zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen zu senken, um das durch die Gebläseanordnung erzeugte Lärmniveau zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Axialströmungsgebläseanordnung bereitzustellen, die axial kompakt ist und maximale axiale Beabstandung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen schafft.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein einteiliges Gehäuse für eine Axialströmungsgebläseanordnung bereitzustellen, das für eine Reduzierung bei der axialen Gesamthöhe der Gebläseanordnung sorgt und eine vergrößerte axiale Beabstandung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitschaufeln schafft.
Gemäß der Erfindung ist eine Axialströmungsanordnung vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
Die spezielle Konfiguration der Statorleitschaufeln ermöglicht es, dass die gesamte Länge des Motorgehäuses zwischen dem Einlass des Gehäuses und der Statornabe eingeschlossen ist, was wiederum eine wesentliche Reduzierung bei der axialen Gesamthöhe der Gebläseanordnung schafft. Dies ermöglicht es, dass die Gebläseanordnung in Systemen verwendet wird, bei denen die Gesamtsystemgröße wichtig ist.
Außerdem ermöglicht die sich nach unten erstreckende Beschaffenheit der Statorleitelemente eine vergrößerte Beabstandung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen, was wiederum die Wechselwirkung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen reduziert. Dies reduziert den durch das Gebläse erzeugten Lärm.
Die vorliegende Erfindung wird durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Teilschnittansicht einer Axialströmungsgebläseanordnung gemäß der Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 2-2 aus 1;
3 ist eine Draufsicht der Gebläseanordnung aus 1, bei der das Gebläse 10 und der Motor 31 entfernt sind;
4 ist eine Draufsicht der Gebläseanordnung aus 1;
5A ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 5A-5A aus 4, und 5B ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 5B-5B aus 4;
6A ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 6A-6A aus 3, und 6B ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 6B-6B aus 3; und
7 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Axialströmungsgebläseanordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine Teilschnittansicht einer Axialströmungsgebläseanordnung gemäß der Erfindung. Die Anordnung weist ein Gehäuse 30, einen Stator 20, einen Motor 31, der von dem Stator 20 gehalten ist, und ein Gebläse 10, das rotationsfähig an dem Motor 31 angebracht ist, auf. Das Gehäuse 30 hat einen Einlass 30a an dessen einem Ende und einen Auslass 30b an dessen anderem Ende. Der Stator 20 ist mit dem Gehäuse 30 an dem Auslassende 30b verbunden und ist vorzugsweise integral mit dem Gehäuse 30 ausgebildet. Der Stator 20 weist eine Statornabe 21 und eine Mehrzahl von Statorleitelementen 22, die sich jeweils radial ein wärts und axial abwärts von dem Gehäuse 30 erstrecken, auf. Jedes Statorleitelement 22 ist an seiner inneren Spitze mit der Statornabe 21 verbunden. Der Motor 31 hat ein Gehäuse mit einem ersten Ende (durch das Gebläse 10 verdeckt) und einem entgegengesetzten zweiten Ende Ende 31b. Eine Welle 31c ragt von dem ersten Ende, um das daran befestigte Gebläse 10 aufzunehmen. Der Motor 31 ist innerhalb des Gehäuses 30 derart positioniert, dass das zweite Ende 31b durch die Statornabe 21 gehalten ist, und dessen erstes Ende erstreckt sich hin zu dem Einlass 30a des Gehäuses 30. Das Gebläse 10 ist an der Welle 31c des Motors 31 befestigt und weist eine Gebläsenabe 11 und eine Mehrzahl von Gebläselaufschaufeln 13, die sich im Wesentlichen radial auswärts von der Gebläsenabe 11 erstrecken, auf.
2 ist eine Schnittansicht, aufgenommen entlang der Linie 2-2 aus 1 und zeigt, dass das Gehäuse 30 einen im Wesentliche zylindrischen Seitenwandbereich 30c, der einen Hauptteil von dessen axialer Höhe definiert, einen im Wesentliche ebenen Endwandbereich 30d, der die oberste Oberfläche des Gehäuses 30 definiert, und einen gekrümmten Wandbereich 30e, der zwischen dem Seitenwandbereich 30c und dem Endwandbereich 30d positioniert ist, hat. Der Endwandbereich 30d ist im Wesentlichen rechtwinklig zu dem Seitenwandbereich 30c angeordnet. Der gekrümmte Wandbereich 30e, wenn er in einer sich axial durch die Achse der Gebläserotation erstreckenden Querschnittsebene, wie z.B. der in 2 gezeigten Ebene, gesehen wird, ist wie eine Viertel-Ellipse geformt, wobei deren Hauptachse parallel zu der Achse der Gebläserotation angeordnet ist und deren Nebenachse rechtwinklig zu der Achse der Gebläserotation angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass die Hauptachse (Ma) der Ellipse gleich 0,05 bis 0,15 mal dem Durchmesser des Gebläses (Df) und die Nebenachse (ma) der Ellipse gleich 0,03 bis 0,1 mal dem Durchmesser des Gebläses ist. Dies sorgt für eine verbesserte Luftströmung in die Gebläseanordnung.
2 zeigt auch das Maß, zu dem sich die Statorleitelemente 22 nach unten weg von dem Auslassende 30b des Gehäuses 30 erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Statorleitelemente 22 axial abwärts von dem Gehäuse 30 um einen Winkel θ, der zwischen 20 und 45° liegt in Bezug auf eine Ebene, die rechtwinklig zu der Achse der Gebläserotation angeordnet ist. Diese spezielle Konfiguration der Statorleitelemente 22 ermöglicht, dass die gesamte Länge des Gehäuses des Motors 31 zwischen dem Einlassende 30a des Gehäuses 30 und der Statornabe 21 eingeschlossen ist. Vorzugsweise ist die gesamte Länge des Motorgehäuses zwischen einer axial am weitesten außen liegenden Oberfläche einer Nabe 11 und einer Statornabe 21 eingeschlossen, so dass die axial am weitesten außen liegende Oberfläche der Gebläsenabe 11 nicht über den Endwandbereich 30d des Gehäuses 30 ragt.
Die axiale Gesamthöhe der Gebläseanordnung ist reduziert durch Schrägstellen der Statorleitelemente nach unten, um Raum für den Motor innerhalb des Gehäuses zu machen, anstatt den Motor unterhalb des Gehäuses aufzuhängen, wie bei herkömmlichen Gebläseanordnungen. Die abwärts schräggestellten Statorleitelemente vergrößern auch die Beabstandung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen, was wiederum den Gebläselärm durch Reduzieren der Wechselwirkung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen reduziert.
2 zeigt auch, dass die Statornabe 21 im Schnitt flanschartig ist, um den Motor 31 zu halten. Obwohl es bevorzugt ist, den Motor 31 an die Statornabe 21 anzuschrauben, kann jedes geeignete Mittel verwendet werden.
3 ist eine Draufsicht der Gebläseanordnung aus 1, bei der das Gebläse 10 und der Motor 31 entfernt sind, um die Struktur des Stators 20 zu zeigen. Der Stator weist vorzugsweise eine Primzahl von 11 bis 23 Leitelementen, stärker bevorzugt 17 bis 19 Leitelementen identischen Aufbaus auf. Jedes Leitelement ist in die Richtung entgegengesetzt der Gebläserotation verkippt und hat einen Spitzen-Neigungswinkel VAt, der vorzugsweise im Bereich von 20 bis 50° liegt.
4 ist eine Draufsicht der Gebläseanordnung aus 1. Das Gebläse 10 ist grundsätzlich das gleiche wie das in Amr US-Patent 5 273 400 beschriebene Gebläse. Das Gebläse weist vorzugsweise 5 bis 11 Laufschaufeln identischen Aufbaus auf. Jede Laufschaufel ist nach hinten verkippt in Bezug auf die Richtung der Rotation (R) des Gebläses in ihrem Wurzelbereich und nach vorne verkippt in ihrem Spitzenbereich. Jede Laufschaufel hat einen Spitzen-Neigungswinkel BAt, der vorzugsweise im Bereich von 50 bis 70° liegt.
4 zeigt auch das Maß an Wechselwirkung zwischen den Laufschaufeln 13 des Gebläses 10 und den Leitschaufeln 22 des Stators 20. Jedes Mal, wenn sich die Spitze einer Gebläselaufschaufel, gesehen von oberhalb der Gebläseanordnung, mit der Spitze eines Statorleitelements schneidet, ist die Gebläselaufschaufel bei 90° ± 15° in Bezug auf das Statorleitelement angeordnet. Das heißt, ein Wechselwirkungswinkel IA, der zwischen dem Spitzen-Neigungswinkel VAt und dem Spitzen-Neigungswinkel BAt ausgebildet ist, liegt im Bereich von 75 bis 105°. Wenn IA in diesen Bereich fällt, ist das Maß an Laufschaufel/Leitelement-Wechselwirkung minimiert, und dementsprechend ist der durch das Gebläse erzeugte Lärm reduziert.
5A ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 5A-5A aus 4 und zeigt, dass die Laufschaufel 13 an ihrer Wurzel einen Steigungswinkel Γ_br hat. 5B ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 5B-5B aus 3 und zeigt, dass die Laufschaufel 13 an ihrer Spitze einen Steigungswinkel Γ_bt hat. Vorzugsweise liegt Γ_br im Bereich von 60 bis 70°, und Γ_bt liegt im Bereich von 25 bis 40°, und der Steigungswinkel variiert von der Wurzel zur Spitze.
6A ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 6A-6A aus 3 und zeigt, dass das Leitelement 22 an seiner Wurzel einen Steigungswinkel Γ_vr hat. 6B ist eine zylindrische Schnittansicht, aufgenommen durch die Linie 6B-6B aus 3 und zeigt, dass das Leitelement 22 an seiner Spitze einen Steigungswinkel Γ_vt hat (in den 6A und 6B sind keine Profilsehnenlinien gezeigt, um Klarheit zu bewahren). Vorzugsweise liegt Γ_vr im Bereich von 60 bis 70°, und Γ_vt liegt im Bereich von 65 bis 80°, und der Steigungswinkel variiert von der Wurzel zur Spitze.
Beispiel
Eine Axialströmungsgebläseanordnung gemäß dem in 7 veranschaulichten Stand der Technik wurde evaluiert und mit einer Axialströmungsgebläseanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung verglichen, um die Verbesserungen zu demonstrieren, die mit der Gebläseanordnung der Erfindung zusammenhängen. Die herkömmliche Gebläseanordnung wies ein Gebläse mit 15 Laufschaufeln und einen Stator mit 36 Leitelementen auf. Die axiale Gesamthöhe der An ordnung war 0,29 m (11,5 inches), und der Abstand zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen war kleiner als eine Gebläselaufschaufelprofilsehnenlänge.
Die Gebläseanordnung gemäß der Erfindung wies ein Gebläse mit 7 Laufschaufeln, jeweils mit einer Spitze, die um 70° verkippt ist, und einen Stator mit 19 Leitelementen, jeweils mit einer Spitze, die um 30° verkippt ist, auf. Die axiale Gesamthöhe der Anordnung war 0,22 m (8,5 inches), und der Abstand zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen war etwa 2 bis 3 Gebläselaufschaufelprofilsehnenlängen. Das Gebläse war 6 dBA leiser als die herkömmliche Gebläseanordnung.
Die Gebläseanordnung der Erfindung hat eine reduzierte Gesamthöhe aufgrund der spezifischen Konstruktion der Statorleitelemente und durch das Aufnehmen des Gebläsemotors in das Gehäuse. Das Gebläse erzeugt auch weniger Lärm aufgrund der erhöhten Beabstandung zwischen den Gebläselaufschaufeln und den Statorleitelementen und aufgrund der spezifischen Winkelbeziehung (IA) zwischen dem Spitzen-Neigungswinkel der Gebläselaufschaufeln und dem Spitzen-Neigungswinkel der Statorleitelemente.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird von den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten verstanden, dass verschiedene Modifikationen und dergleichen daran ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Axialströmungsgebläseanordnung, aufweisend: ein Gehäuse (30) mit einem Einlass (30a) an dessen einem Ende und einem Auslass (30b) an dessen anderem Ende; einen Stator (20), der mit dem Gehäuse (30) an dessen Auslassende verbunden ist, wobei der Stator eine Statornabe (21) und eine Mehrzahl von Statorleitelementen, die sich jeweils radial einwärts von dem Gehäuse erstrecken und jeweils an deren innerer Spitze mit der Statornabe (21) verbunden sind, aufweist; einen Motor (31) mit einem Gehäuse mit einem ersten Ende und mit einem entgegengesetzten zweiten Ende (31b) und einer Welle (31c), die von dem ersten Ende ragt; ein Gebläse (10), das an der Welle (31c) des Motors (31) befestigt ist, wobei das Gebläse eine Gebläsenabe (11) und eine Mehrzahl von Gebläselaufschaufeln (13), die sich im Wesentliche radial auswärts von der Gebläsenabe erstrecken, aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Statorleitelemente (22) sich jeweils von dem Gehäuse (30) axial abwärts erstrecken; und der Motor in dem Gehäuse (30) derart positioniert ist, dass das zweite Ende durch die Statornabe (21) gehalten ist und das erste Ende sich hin zu dem Einlass (30a) des Gehäuses erstreckt; wobei die gesamte Länge des Motorgehäuses zwischen dem Einlass (30a) des Gehäuses (30) und der Statornabe (21) eingeschlossen ist; und wobei die Spitzenbereiche der Gebläselaufschaufeln (13) in eine erste Richtung in Bezug auf die Rotationsrichtung des Gebläses (10) verkippt sind und die Statorleitelemente (22) in eine zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung verkippt sind.
Axialströmungsgebläseanordnung nach Anspruch 1, wobei die gesamte Länge des Motorgehäuses zwischen einer axial äußersten Oberfläche der Gebläsenabe (11) und der Statornabe (21) eingeschlossen ist.
Axialströmungsgebläseanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spitzenbereiche der Gebläselaufschaufeln (13) in die Richtung der Gebläserotation verkippt sind und die Statorleitelemente (22) in die entgegengesetzte Richtung verkippt sind.
Axialströmungsgebläseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Statorleitelemente (22) sich von dem Gehäuse (30) axial nach unten erstrecken um 20° bis 45° in Bezug auf eine Ebene, die rechtwinklig zu der Achse der Gebläserotation angeordnet ist.
Axialströmungsgebläseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gebläse (10) 5 bis 11 Gebläselaufschaufeln (13) aufweist, die jede eine Spitze haben, die um 50 bis 70° verkippt ist, und der Stator (20) 11 bis 23 Statorleitelemente (21) aufweist, die jedes eine Spitze haben, die um 20 bis 50° verkippt ist.
Axialströmungsgebläseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gebläselaufschaufeln (13) einen Spitzen-Neigungswinkel haben und die Statorleitelemente (21) einen Spitzen-Neigungswinkel haben, und wobei eine Verlängerung des Gebläselaufschaufel-Spitzen-Neigungswinkels sich mit einer Verlängerung des Statorleitelement-Spitzen-Neigungswinkels bei einem Schnittwinkel schneidet, der im Bereich von 75 bis 105° liegt.
Axialströmungsgebläseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (30) einen im Wesentlichen zylindrischen Seitenwandbereich (30c), der einen Hauptteil von dessen axialer Höhe definiert, einen im Wesentlichen ebenen Endwandbereich (30d), der die oberste Oberfläche des Gehäuses definiert, wobei der Endwandbereich (30d) im Wesentlichen rechtwinklig zu dem Seitenwandbereich (30c) angeordnet ist, und einen gekrümmten Wandbereich (30e), der zwischen dem Seitenwandbereich (30c) und dem Endwandbereich (30d) positioniert ist, hat, wobei der gekrümmte Wandbereich (30e), wenn er in einer Querschnittsebene gesehen wird, die sich axial durch die Achse der Gebläserotation erstreckt, die Form einer Viertel-Ellipse annimmt, wobei deren Hauptachse parallel zu der Achse der Gebläserotation angeordnet ist und wobei die Hauptachse der Ellipse gleich 0,05 bis 0,15 mal dem Durchmesser des Gebläses ist und die Nebenachse der Ellipse gleich 0,03 bis 0,1 mal dem Durchmesser des Gebläses ist.