TWI433995B - 葉輪 - Google Patents

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TWI433995B TW099135169A TW99135169A TWI433995B TW I433995 B TWI433995 B TW I433995B TW 099135169 A TW099135169 A TW 099135169A TW 99135169 A TW99135169 A TW 99135169A TW I433995 B TWI433995 B TW I433995B
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Po Hao Yu
Shir Harn Yeh
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
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Description

葉輪
本案係關於一種葉輪，特別是用於風扇的葉輪。
隨著電子或機械系統的功能與運作速度提升，其所產生的熱亦相對增加，為維持系統的正常運作，通常以配置一風扇作為散熱用，藉由氣流強制散熱，使系統維持於正常的操作溫度。然而，近年來不斷地提倡節能省電，各項電子設備均被要求在使用相同電量下，需能提高其工作效率，就連散熱風扇也不例外。
請參閱第1圖，其係為習用散熱風扇用之葉輪的上視圖。該葉輪1具有一輪轂10，設於葉輪1的中央，而於輪轂10之周緣連接複數個葉片11，葉片11外型根據用途有各種不同的設計。如圖所示，該複數個葉片11採取前掠型(Sweep-Forward)設計。
然而，要提昇葉輪1的工作效率，必須提高複數個葉片11之間的稠度(Solidity)。以葉輪1為例，由圓心A至葉片11之最外緣為半徑R之圓面積對複數個葉片11所佔之面積之比值即為稠度。此外，除了提高稠度可提昇工作效率之外，更要求稠度需分佈平均，以採用增加複數個葉片11之數目來提昇工作效率的方式時，會因為輪轂10的周長有限，而限制了各葉片11之連接端111的長度及安裝角的設計，此不利於提昇散熱風扇之工作效率。
續參閱第1圖，習知複數個葉片11之間具有一間距B，且複數個葉片11之間越靠近外緣，其間距B越寬，使得複數個葉片11之數目無法進一步增加，便無法有效地提高稠度。再者，若以較大的葉片11來提昇稠度，則會造成複數個葉片11之前後葉重疊，這樣會提高模具設計的難度，造成生產不易及成本提高之外，更會限制散熱風扇的特性。
本案之主要目的在於提供一種葉輪，其係藉由複數個葉片之一側邊由連接端延伸設置一後掠緣，再由後掠緣延伸設置一前掠緣，以形成一前葉緣，俾解決習知散熱風扇無法提昇葉片之稠度以及複數個葉片數目的限制，而無法提高習知散熱風扇之工作效率等缺失。
為達上述目的，本案之較廣義實施態樣為提供一種葉輪，至少包括：一輪轂；複數個葉片，設置於該輪轂之周圍，其係分別具有一連接端，以該連接端與該輪轂連接；一後掠緣，設置於該複數個葉片之一側邊，其係由該連接端延伸；以及一前掠緣，與該後掠緣設置於該複數個葉片之同一側邊，其係由該後掠緣延伸設置，以使該後掠緣及該前掠緣形成該複數個葉片之一前葉緣。
1‧‧‧散熱風扇
10‧‧‧圓形葉轂
11、21‧‧‧葉片
111、211‧‧‧連接端
2‧‧‧葉輪
20‧‧‧輪轂
212‧‧‧前葉緣
213‧‧‧後葉緣
212a‧‧‧後掠緣
212b‧‧‧前掠緣
A、A’‧‧‧圓心
R、R1、R2、R3‧‧‧半徑
B‧‧‧間距
L‧‧‧中心線
D‧‧‧安裝角
P1‧‧‧根部點
P2‧‧‧後掠終點
P3‧‧‧前掠終點
D1‧‧‧後掠角
D2‧‧‧前掠角
X‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
第1圖：其係為傳統葉輪之上視圖。
第2A圖：其係為本案較佳實施例之葉輪之結構示意圖。
第2B圖：其係為第2A圖所示之葉輪之剖面示意圖。
第2C圖：其係為第2A圖所示之葉輪之上視圖。
第3圖：其係為第2A圖所示之葉輪之風量、風壓及功率之特性比較圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第2A圖，其係為本案較佳實施例之軸流扇之葉輪之結構示意圖。該葉輪2包含一輪轂20及複數個葉片21，複數個葉片21環繞設置於輪轂20周圍，且各具有一連接端211，用以與輪轂20之周緣連接。於本實施例中，葉輪2係逆時針方向旋轉。其中葉片21具有兩側邊，當葉輪2旋轉時，葉片21之前葉緣212為迎風側，而前葉緣212之相對側則為後葉緣213。在前葉緣212中，由連接端211延伸且與葉輪2旋轉方向相反稱為後掠緣212a(Sweep-Back)，相反地，與旋轉方向相同稱為前掠緣212b(Sweep-Forward)，以本實施態樣之葉輪2為例，後掠緣212a由連接端211延伸，而前掠緣212b則由後掠緣212a延伸設置，使得後掠緣212a與前掠緣212b形成該前葉緣212。當然，本案之後掠緣212a搭配前掠緣212b之結構設計並不侷限於僅設置於葉片21之單一側邊，即後葉緣可設置另一後掠緣以及另一前掠緣，也就是說葉片21之兩側邊同時設置有後掠緣以及前掠緣。
請參閱第2B圖，其係為第2A圖所示之葉輪2之單一葉片剖面示意 圖。Z軸表示葉輪欲安裝之轉軸延伸方向(圖未示)，即Z軸為葉輪2之中心軸承，且葉輪2沿Z軸旋轉。葉片21剖面具有一中心線L，其中心線L延伸後與垂直於Z軸的X軸形成一安裝角(Stagger Angle)D，而安裝角D之大小可影響葉輪2表面壓力分佈，進而影響風量大小，安裝角D越大可提高風量，但若安裝角D過大，則會有回流(Re-circulation)產生，反而降低葉輪2之工作效率。因此，於本實施例中，安裝角D之角度介於10°至60°之間為佳，但不以此為限。
請參閱第2C圖，其係為第2A圖所示之葉輪之上視圖。該葉輪2之輪轂20具有一圓心A’，前葉緣212由連接端211沿著後掠緣212a及前掠緣212b依序具有一根部點P1、一後掠終點P2及一前掠終點P3。即根部點P1與一後掠終點P2之間形成後掠緣212a，以及後掠終點P2及前掠終點P3之間形成前掠緣212b。由根部點P1至圓心A’之延伸緣與圓心A’再至後掠終點P2之延伸線之間所形成之夾角為一後掠角D1，且由圓心A’至後掠終點P2之延伸線與圓心A’至前掠終點P3之延伸線之間所形成之夾角為一前掠角D2。由圓心A’分別至根部點P1、後掠終點P2及葉片21之最外緣之長度分別為半徑R1、R2及R3。於本圖式之葉輪2中，半徑R1、R2及R3具有以下關係式：(R2-R1)/(R3-R1)之數值係大於0.1小於0.35經實驗可知，在安裝角D介於10°至60°之間的條件下，本案葉輪2之後掠角D1以圓心A’至根部點P1之延伸線為基準，後掠角D1之角度介於-10°至-60°之間。以及前掠角D2以圓心A’至後掠終點 P2之延伸線為基準，前掠角D2之角度較佳介於10°至60°之間，並配合上述R1、R2及R3之關係式來設計葉輪2，可使葉輪2於相同風量及風壓的情形下，比習知技術可節省約10%的電力。
續參閱第2C圖，本案之葉輪2與第1圖所示之傳統葉輪1相較，藉由同一葉緣具有後掠緣212a及前掠緣212b之結構以及先設置後掠緣再設置前掠緣的設計，可使複數個葉片21的前葉之後葉緣213與後葉之前葉緣212之間的距離大致相同，即某一葉片21的前掠緣212b與相鄰前一葉片21的後葉緣213的距離大體上相同。如此一來，可進一步地增加葉片21的設置數目或使用面積較大的葉片21以提高稠度，進而提昇葉輪2的工作效率。
請參閱第3圖，其係為第2A圖所示之葉輪之風量、風壓及功率之特性比較圖。其中實線分別為本案葉輪2及習用葉輪1之風量與風壓之特性曲線，而虛線則分別為本案葉輪2及傳統葉輪1之風量與功率之特性曲線。以第3圖之實線部份來說，當本案葉輪2與傳統葉輪1具有相同的風量140 CFM(ft3/min)時，可由第3圖之虛線部份看出本案葉輪2所耗費之功率(Watt)明顯地低於傳統葉輪1之功率，也就是說，本案之葉輪2可有效地降低所耗功率，以達到省電之目的。
綜上所述，本案係提供一種葉輪利用於複數個葉片之同一側邊由連接端延伸設置一後掠緣，再由後掠緣延伸設置一前掠緣以形成一前葉緣，且藉由先設置後掠緣再設置前掠緣的設計，使得複數個葉片之間可避免前後葉的重疊，亦能增加葉片之數目，以提昇複數個葉片的稠度，進而提高葉輪之工作效率，也就是說，本案 之葉輪可於相同的風量及風壓的條件下，相較於傳統葉輪更加省電。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
2‧‧‧葉輪
20‧‧‧輪轂
21‧‧‧葉片
211‧‧‧連接端
212‧‧‧前葉緣
212a‧‧‧後掠緣
212b‧‧‧前掠緣
213‧‧‧後葉緣

Claims (11)

  1. 一種葉輪，其包括：一輪轂；複數個葉片，設置於該輪轂之周緣，其中各葉片包括：一連接端，與該輪轂連接；一後掠緣，設置於該葉片之一側邊，其係由該連接端延伸，且該後掠緣之一延伸方向與該葉輪之一旋轉方向相反；以及一前掠緣，其相對於該後掠緣設置，且該前掠緣之一延伸方向與該葉輪之該旋轉方向相同；其中該輪轂具有一圓心，且由該連接端沿著該後掠緣及該前掠緣依序具有一根部點、一後掠終點及一前掠終點，且該根部點與該後掠終點之間形成該後掠緣，以及該後掠終點及該前掠終點之間形成該前掠緣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉輪係為一軸風扇。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該後掠緣及該前掠緣位於該葉片之同一側以形成一前葉緣。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之葉輪，其中該前葉緣為迎風側，且該前葉緣之相對側係為一後葉緣。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之葉輪，其中該後葉緣設置有另一後掠緣以及另一前掠緣。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之葉輪，其中該複數個葉片之一葉片之該前掠緣與相鄰之前一葉片之後葉緣的距離大體上相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉輪沿一軸心旋轉，該葉片具有一中心線，且該中心線延伸後與垂直於該軸心之一平面形成一安裝角，且該安裝角之角度介於10°至60°之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中由該圓心至該根部點之延伸線與該圓心至該後掠終點之延伸線形成之夾角為一後掠角，由該圓心至該後掠終點之延伸線與該圓心至該前掠終點之延伸線形成之夾角為一前掠角。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之葉輪，其中該後掠角以該圓心至該根部點之延伸線為基準，該後掠角之角度係介於-10°至-60°之間。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述之葉輪，其中該前掠角以該圓心至該後掠終點之延伸線為基準，該前掠角之角度係介於10°至60°之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該圓心分別至該根部點、該後掠終點及該複數個葉片之最外緣之長度分別為一半徑R1、一半徑R2及一半徑R3，且該等半徑R1、R2及R3之間具有一關係式為(R2-R1)/(R3-R1)之數值大於0.1小於0.35。
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