JP2009541661A - Centrifugal impeller - Google Patents
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Abstract
低ノイズ遠心ファン羽根車は、回転軸線に関して円周の配列及び長手方向の配列に配置された多数の個々の半径方向流れチャンネル(5)を含む多蜂の巣構造形態を有する。これは在来の羽根車と比較して羽根の通過周波数を増大させ、高周波数が所定の流れ出力について低エネルギーを有するので、発生されたノイズの全体の大きさを減ずることができる。各チャンネル(5)は、それぞれのチャンネル入口から、それぞれの入口から羽根車の長手方向に片寄せられるそれぞれのチャンネル出口まで延び、且つ回転軸線と平行な方向にそれぞれのチャンネルの内寸法の増大を伴い、かくしてそれがチャンネルの中を流れるときに運ばれる空気又は他の媒質の減速及び圧縮を助ける。
【選択図】図2The low noise centrifugal fan impeller has a multi-honeycomb configuration comprising a number of individual radial flow channels (5) arranged in a circumferential and longitudinal array with respect to the axis of rotation. This increases the passing frequency of the blades compared to conventional impellers, and since the high frequency has low energy for a given flow output, the overall magnitude of the generated noise can be reduced. Each channel (5) extends from a respective channel inlet to a respective channel outlet that is offset in the longitudinal direction of the impeller and increases the internal dimension of the respective channel in a direction parallel to the rotational axis. As such, it helps to slow down and compress air or other media that is carried as it flows through the channel.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ファン、ブロア、プロペラ、ポンプ及びコンプレッサのような、ガス又は液体又は他の流動性材料を移動させる及び/又は圧縮するための流体力学装置に使用される回転羽根車に関し、特に本発明はそのような装置による低ノイズレベルの提供に関する。この種類の多くの装置は、2つの主な分類のうち1つ、即ち羽根車の中を通る流体の全部の流れ方向がその回転軸線とほぼ平行である軸流装置、及び羽根車の中を通る流体の全部の流れ方向がその回転軸線に対してほぼ半径方向である遠心装置のうちの1つに属する。本発明が関係するのは後者の分類である。 The present invention relates to rotary impellers used in hydrodynamic devices for moving and / or compressing gases or liquids or other flowable materials, such as fans, blowers, propellers, pumps and compressors. The invention relates to the provision of low noise levels by such a device. Many devices of this type are in one of two main categories: axial flow devices in which the total flow direction of fluid through the impeller is approximately parallel to its axis of rotation, and in the impeller. It belongs to one of the centrifugal devices in which the entire flow direction of the fluid passing therethrough is approximately radial with respect to its axis of rotation. The latter classification is relevant to the present invention.
羽根車はそのような装置ではかなりのノイズ源であり、羽根車からのノイズは、個々の羽根からの流体の繰返流出(音ノイズ)及び羽根の上の流体の乱流通過(広周波数帯域のノイズ)によって引き起こされる。現下の法律の要求を越える、低ノイズ装置用のクリアマーケットドライブが存在する。例えば低ノイズレベルは、ノイズが空気力学的源によって支配される真空クリーナ、ヘアドライヤ、調理器具フード、空気調整ユニット及び他の家庭用家電機器に関して積極的な販売ポイントとして使用される。同様に、コンパクト電子装置、特にコンピュータにはより静かな冷却ファンの要求があり、低ノイズレベル及びノイズ吸収キット付き取替えファンのマーケットがすでにある。他のマーケットが、航空機及び水上乗り物用の低ノイズ推進ユニットについて存在する。本発明による羽根車は、これらのマーケットの全てに又はより一般的には低ノイズ運転の要望がある遠心装置に適用を見出すことができる。 The impeller is a significant noise source in such devices, and the noise from the impeller can be caused by repeated outflow of fluid from individual blades (sound noise) and turbulent passage of fluid over the blades (wide frequency band). Noise). There are clear market drives for low noise devices that exceed the requirements of current legislation. For example, low noise levels are used as an aggressive selling point for vacuum cleaners, hair dryers, cookware hoods, air conditioning units and other household appliances where the noise is dominated by aerodynamic sources. Similarly, there is a need for quieter cooling fans in compact electronic devices, particularly computers, and there is already a market for replacement fans with low noise levels and noise absorption kits. Other markets exist for low noise propulsion units for aircraft and water vehicles. The impeller according to the invention can find application in all these markets or more generally in centrifugal devices where there is a desire for low noise operation.
伝統的な羽根付羽根車では、各個々の羽根は、装置の中を通る全体の流れに寄与する流体量を圧縮する。遠心形態のケーシング出口孔のような、羽根車の近くの静的部分の存在が、加圧作動流体に分裂を引き起し、出来た圧力波は、流体それ自身のか、装置の本体から発するかのいずれかのノイズとしてはっきりわかる。このように引き起こされるノイズの周波数は、羽根の通過周波数として知られ且つ羽根車の羽根の数及び羽根車からの出口の著しい静的機能部の数に依存する。 In traditional bladed impellers, each individual blade compresses the amount of fluid that contributes to the overall flow through the device. The presence of a static part near the impeller, such as a centrifugal casing outlet hole, causes a split in the pressurized working fluid and whether the resulting pressure wave originates from the fluid itself or from the body of the device It can be clearly seen as one of the noises. The frequency of the noise thus caused is known as the blade passing frequency and depends on the number of impeller blades and the number of significant static features at the exit from the impeller.
本発明は、在来の羽根付羽根車を、羽根車が羽根車の回転軸線に関して円周の配列及び長手方向の配列に配置される多数の個々の半径方向流れチャンネルを含む多蜂の巣構造形態で置き換えることに基づいている。このことは、静的機能部を通る羽根の相当数を劇的に増大させ且つ、それに相応して発生される音ノイズの周波数を上げる。所定の流れ出力のために、より高い周波数は低エネルギーを有し、それ故に発生されるノイズの全体の大きさを減少させる。 The present invention relates to a conventional vaned impeller in the form of a multi-honeycomb structure comprising a number of individual radial flow channels in which the impeller is arranged in a circumferential arrangement and a longitudinal arrangement with respect to the rotation axis of the impeller. Based on replacing. This dramatically increases the number of blades that pass through the static function and raises the frequency of the sound noise generated accordingly. For a given flow output, higher frequencies have lower energy and therefore reduce the overall magnitude of the generated noise.
上述(言及した種類の羽根車として下記に参照される)のような構造を有する遠心羽根車は、米国特許出願公開第2004/0184914号明細書に概略的な方法で開示され且つ例示される。しかしながら、本発明は、高い流体力学性能をもつ上記種類の羽根車を提供しようと努める。これに関しては、回転する羽根車での流体への運動量の能率的な移動は、流れチャンネルの長さ方向に沿う有効な流れ面積の増大を要求する。米国特許出願公開第2004/0184914号明細書の遠心羽根車では、各チャンネルの有効流れ面積のいくらかの増大は、回転軸線から半径方向距離の増大に伴って増大するチャンネルの円周の幅の効力によって固有的に達成される。しかしながら、本発明の1側面では、有効流れ面積のさらなる増大は、円周方向に直交する寸法の増大を提供するように流れチャンネルを構成することによって達成することがある。 A centrifugal impeller having a structure as described above (referred to below as an impeller of the type mentioned) is disclosed and exemplified in a schematic manner in US 2004/0184914. However, the present invention seeks to provide an impeller of the above type with high hydrodynamic performance. In this regard, the efficient transfer of momentum to fluid on a rotating impeller requires an increase in effective flow area along the length of the flow channel. In the centrifugal impeller of US 2004/0184914, some increase in the effective flow area of each channel is due to the effect of the circumferential width of the channel increasing with increasing radial distance from the axis of rotation. Inherently achieved by: However, in one aspect of the invention, a further increase in the effective flow area may be achieved by configuring the flow channel to provide an increase in dimension orthogonal to the circumferential direction.
したがって、1側面では、本発明は上記の種類の羽根車であり、少なくとも複数のチャンネルが、それぞれのチャンネル入口から羽根車の長手方向にそれぞれの入口から片寄せられるそれぞれのチャンネル出口まで延び、且つ羽根車の回転軸線と平行な方向にそれぞれのチャンネルの内寸法の増大を伴うように構成される。また、流れチャンネルは、該流れチャンネルの入口が回転軸線を取り囲む皿型形態の入口配列を集合的に画成するように構成され、該配列の半径は、主入口から羽根車の1端での羽根車まで長手方向に距離が増すとともに減少する。 Thus, in one aspect, the invention is an impeller of the type described above, wherein at least a plurality of channels extend from each channel inlet to a respective channel outlet that is offset from each inlet in the longitudinal direction of the impeller, and It is comprised so that the internal dimension of each channel may increase in the direction parallel to the rotational axis of the impeller. The flow channel is also configured to collectively define a dish-shaped inlet array in which the inlet of the flow channel surrounds the axis of rotation, the radius of the array from the main inlet to one end of the impeller It decreases with increasing distance in the longitudinal direction to the impeller.
本発明による羽根車の流れチャンネルの配列は、好ましくは、羽根車に沿って配置されるそのようなチャンネルの一連の円周の列の形態であり、そのような各列のチャンネルは、隣の列のチャンネルから円周方向に片寄せられる。この円周方向の片寄りは、いかなる瞬間でも同じ静的機能部を通るチャンネルの数を減少させ且つ個別的の音の発生を減少させ且つ広範囲の周波数にわたってノイズを分配する流体流をさらにばらばらにする。本発明の好ましい実施形態では、流れチャンネルは、六角形(又は羽根車の各端でのチャンネルの列の場合には切頭六角形)を基にした断面形状をもつ連続するモザイクである。この流れチャンネルは流体流のための高い面積効率をもつ固有的に強い構造形態を提供し、隣りの列のチャンネルのために自然の片寄りを可能にし、流体に作用するための平らな半径面を提供し、構造の重さ及び流れ面積に関して円形のチャンネル又は楕円形のチャンネルよりもより能率的である。この流れチャンネルは、本発明の不可欠な特徴ではないが、他の断面形態をもし所望されるならば採用してもよい。例えば四角形に基づくチャンネル形態は、わずかに高い面積能率を、所定の肉厚のためにいくらか構造強度の犠牲の上に提供し、したがって低荷重適用により適している。 The arrangement of the flow channels of the impeller according to the invention is preferably in the form of a series of circumferential rows of such channels arranged along the impeller, each such channel being adjacent to one another. It is offset in the circumferential direction from the channel of the row. This circumferential offset reduces the number of channels passing through the same static function at any moment and reduces the generation of individual sounds and further breaks up the fluid flow that distributes noise over a wide range of frequencies. To do. In a preferred embodiment of the invention, the flow channel is a continuous mosaic with a cross-sectional shape based on a hexagon (or a truncated hexagon in the case of a row of channels at each end of the impeller). This flow channel provides an inherently strong structural form with high area efficiency for fluid flow, allows a natural offset for the adjacent row of channels, and a flat radial surface for acting on the fluid And is more efficient in terms of structure weight and flow area than circular or elliptical channels. This flow channel is not an essential feature of the present invention, but other cross-sectional configurations may be employed if desired. For example, a square-based channel configuration provides slightly higher area efficiency at the expense of some structural strength for a given wall thickness and is therefore more suitable for low load applications.
各円周の列の流れチャンネルの数は同じであるのが好ましく、ノイズスペクトルの羽根の通過周波数の調和形成を減少させる素数であるのが好ましい。 The number of flow channels in each circumferential row is preferably the same, and is preferably a prime number that reduces the harmonic formation of the pass frequencies of the noise spectrum vanes.
本発明のこれら及び他の特色は、添付図面を参照して、例示として、特に記載される。 These and other features of the present invention will be specifically described by way of example with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2を参照すると、そこに示す羽根車は、真空クリーナ、ヘアドライヤ又は同様の器具に組み入れられるような遠心空気ファン又は送風機用である。羽根車は、長手方向一端が装置に対する主空気入口を構成する中心開口部2をもつディスク1によって境界付けされ、他端がディスク3によって閉鎖されたほぼ環状構造体からなり、ディスクは使用中羽根車を回転させるための、関連したモータ(図示せず)のスピンドルに嵌められるようになっている流線形本体4の形態をなして内方に延びる。多数の空気半径流チャンネル5は、羽根車を貫いて延び、そして回転されるとき、開口部2の中を通り、チャンネル5に沿って、要求されるとき差し向けられる関連した従来のうず室(図示せず)の中へ通る空気流を誘導する。
With reference to FIGS. 1 and 2, the impeller shown therein is for a centrifugal air fan or blower as incorporated into a vacuum cleaner, hair dryer or similar device. The impeller consists of a substantially annular structure with one end in the longitudinal direction bounded by a disk 1 having a
特に、例示した実施形態では、並んだ4つの円周列の配列に配置された総計44個のチャンネル5があり、各列は羽根車に沿って配列された11個のチャンネルからなる。個々のチャンネルは、ほぼ六角形断面のものであり、ディスク2及びディスク3によって境界付けされた端列については5つの辺に切頭され、且つ各列のチャンネルの中心が隣りの列のチャンネルから円周方向にチャンネルの半幅だけ片寄せられるように図示された如くモザイクにされる。
In particular, in the illustrated embodiment, there are a total of 44
さらに、チャンネル5の中心線は、各々、単一半径方向平面にないが、特に図2に示すように、チャンネルは、該チャンネルの個々の出口の中心がチャンネルのそれぞれの入口の中心からその方向に片寄せられるように入口端から羽根車の長手方向に広げられる。この手段によって、各チャンネルの中の流れに有効な断面積の有用な増大をチャンネルの長さ方向に沿って達成されることができ、それに加えてそのことは、チャンネルが羽根車の軸線から外向きに延びるにつれてチャンネルの円周方向拡大によって自然に起り、かくして空気がチャンネルの中を流れるとき空気の減速及び圧縮を助ける。チャンネル形状のこの特徴は図3の簡略表現によってより容易に理解され、羽根車の回転軸線と平行な方向の各チャンネル5の寸法、すなわち図3における典型的なチャンネルの入口及び出口に寸法a及びbによって例示される「軸線方向厚さ」が各チャンネルの長さ方向に沿って増大することがわかる。
In addition, the centerlines of
また図1及び図2に示すように、チャンネル5の入口端は主入口2に向かって広げられ、各円周列のチャンネル入口のリングの半径は、主入口2から連続する列について減少し、その結果、チャンネル入口は本体4を取り囲む皿型形態の配列を集合的に画成する。輪郭付き中心本体4との組合せで、この形状は、所望の流れ面積比を維持しながら、空気流が入口2に入る軸線方向から、空気流がチャンネル5の中を通る半径方向まで空気流の移行を滑らかにすることを助ける。境界では、各チャンネルは、これらの個々の入口が開口部2の平面に位置する程度まで広げられ、チャンネルの入口端及びさらにチャンネルに沿う遠心羽根車への移行部に軸流羽根車として作用する装置のハイブリッド形態となる。
Also, as shown in FIGS. 1 and 2, the inlet end of the
チャンネル5は、また、円周方向に、空気の圧縮を改善する湾曲構成要素を有する。
The
図4は、もともとの遠心羽根車(羽根7枚直径90mmの従来設計のもの)を備えたときの在来の真空クリーナから得られたノイズスペクトルを実線で示し、羽根車が図1及び図2に示す設計に従って同じ直径のものと取り替えられるときの同じ電気器具から得られたノイズスペクトルを破線で示すグラフである。各ケースにおいて、真空クリーナを床の上に置いて運転し、電気器具より上1メートル及び電気器具の前1メートルに配置したサウンドレベルメータによって測定を行った。結果を比較することによって、本発明による羽根車は、在来のスペクトルの多数の個別のピークを除去し且つ人間の耳が最も敏感である周波数範囲の実際的に全てにわたって振幅の減少を達成したことがわかる。 FIG. 4 shows the noise spectrum obtained from a conventional vacuum cleaner with the original centrifugal impeller (conventional design with seven blades having a diameter of 90 mm) as a solid line, and the impeller is shown in FIGS. FIG. 6 is a graph showing a noise spectrum obtained from the same electric appliance when it is replaced with one of the same diameter according to the design shown in FIG. In each case, the vacuum cleaner was placed on the floor and operated, and measurements were taken with a sound level meter located 1 meter above the appliance and 1 meter in front of the appliance. By comparing the results, the impeller according to the present invention eliminated a number of individual peaks in the conventional spectrum and achieved a reduction in amplitude over virtually all of the frequency range to which the human ear is most sensitive. I understand that.
回転羽根車の好ましい実施形態を上述し且つ添付図面に例示したが、たくさんの変形例が、本発明の範囲から逸脱することなく特定の要求及び適用を満たすように、例示の設計、例えば流れチャンネルの数、寸法及び流体力学形態に関して行われてもよいことが当業者に理解される。 Although a preferred embodiment of a rotating impeller has been described above and illustrated in the accompanying drawings, many design variations, such as flow channels, are possible so that many variations can meet specific needs and applications without departing from the scope of the present invention. It will be appreciated by those skilled in the art that this may be done with respect to the number, size, and hydrodynamic form.
Claims (11)
少なくとも複数の前記チャンネルが、それぞれのチャンネル入口から、前記羽根車の長手方向に前記それぞれの入口から片寄せられるそれぞれのチャンネル出口まで延び、且つ前記羽根車の回転軸線と平行な方向に前記それぞれのチャンネルの内寸法の増大を伴うよう構成される、
ことを特徴とする、遠心羽根車。 Comprising a number of individual radial flow channels arranged in a circumferential arrangement and a longitudinal arrangement with respect to the rotational axis of the impeller;
At least a plurality of the channels extend from the respective channel inlets to respective channel outlets that are offset from the respective inlets in the longitudinal direction of the impeller and in parallel to the rotational axis of the impeller. Configured to increase the internal dimensions of the channel,
A centrifugal impeller characterized by that.
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