利用機匣處理的有罩軸流風扇的制作方法
【專利說明】利用機匣處理的有罩軸流風扇
[0001]背景
[0002]本文中公開的主題涉及有罩軸流風扇。更確切地，本文中公開的主題涉及用于減少氣動噪聲并且增加有罩軸流風扇的失速裕度的結構。
[0003]軸流風扇廣泛用于從汽車到航空的許多工業(yè)的HVAC，但通常因操作范圍限制和噪聲問題而使它們的應用受限。雖然翼式軸流風扇能夠?qū)崿F(xiàn)高的靜態(tài)效率，但是由在旋轉風扇與靜止定子輪葉之間的流體相互作用而產(chǎn)生的噪聲通常大大限制了它們的使用。因葉片失速而造成的由受限操作范圍所強加的另外限制通常使得翼式軸流風扇無法用于這樣的系統(tǒng)中:所述系統(tǒng)要求可觀靜態(tài)壓力而不依靠于高旋轉速度，由此增大現(xiàn)有噪聲問題。對軸流風扇的穩(wěn)定性和操作范圍尤其重要的是尖端間隙或護罩再循環(huán)流的性質(zhì)。在這種情況下，考慮到了一種旋轉有罩風扇，其中一個環(huán)帶與葉片的外側尖端一體連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施方案中，一種風扇組件包括有罩風扇轉子，所述風扇轉子包括:多個風扇葉片，所述多個風扇葉片從轉子輪轂延伸并可圍繞所述風扇組件的中心軸線旋轉；以及風扇護罩，所述風扇護罩圍繞風扇轉子周向延伸并固定到所述多個風扇葉片。所述護罩具有:第一軸向延伸環(huán)形部分，所述第一軸向延伸環(huán)形部分被固定到所述多個風扇葉片；第二軸向延伸環(huán)形部分，所述第二軸向延伸環(huán)形部分與第一軸向延伸環(huán)形部分徑向向外間隔開；以及第三部分，所述第三部分將所述第一軸向延伸環(huán)形部分和所述第二軸向延伸環(huán)形部分連接起來。殼體圍繞所述風扇護罩周向定位，從而限定所述殼體與所述風扇護罩之間的徑向余隙。所述殼體包括多個殼體元件，所述殼體元件從所述殼體的徑向內(nèi)側表面朝所述護罩延伸，并限定了第一元件表面與所述護罩的最大半徑點之間的徑向元件間隙以及第二元件表面與所述風扇護罩的上游端之間的軸向元件間隙。
[0005]在另一實施方案中，一種用于軸流風扇的殼體組件包括圍繞風扇的中心軸線周向延伸的殼體內(nèi)表面。多個殼體元件從殼體內(nèi)表面徑向向內(nèi)延伸。每個殼體元件包括:第一元件表面，從而限定所述第一元件表面與風扇轉子之間徑向元件間隙；以及第二元件表面，從而限定所述第二元件表面與所述風扇轉子的上游端之間的軸向元件間隙。
[0006]這些及其它優(yōu)點和特征將從以下結合附圖進行的描述變得更為清楚。
[0007]附圖簡述
[0008]被視為是本發(fā)明的主題在本說明書的結論處的權利要求中具體指出并且明確要求。本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點從以下結合附圖進行的詳述而清楚，在附圖中:
[0009]圖1是風扇組件的一個實施方案的透視圖；
[0010]圖2是風扇組件的一個實施方案的局部橫截面圖，該圖示出風扇護罩與殼體的界面；
[0011]圖2A是風扇組件的另一實施方案的局部橫截面圖，該圖不出風扇護罩與殼體的界面；
[0012]圖2B是風扇組件的另一實施方案的局部橫截面圖，該圖不出風扇護罩與殼體的界面；
[0013]圖3是用于風扇組件的殼體的一個實施方案的等距視圖；
[0014]圖3A是用于風扇組件的殼體的另一實施方案的局部橫截面圖；
[0015]圖4是風扇組件的一個實施方案的另一局部橫截面圖，該圖不出風扇護罩與殼體的界面；
[0016]圖4a是風扇組件的另一實施方案的局部橫截面圖，該圖不出風扇護罩與殼體的界面；
[0017]圖5是轉子殼體的一個實施方案的另一面向上游橫截面圖，該圖示出形成在殼體楔塊側面與殼體的切面之間的角度；
[0018]圖6是殼體的一個實施方案的內(nèi)部的平面圖；
[0019]圖7是示出周向掃掠定子輪葉的一個實施方案的透視圖；
[0020]圖8是示出軸向掃掠定子輪葉的一個實施方案的橫截面圖；以及
[0021]圖9是示出周向掃掠風扇葉片的一個實施方案的透視圖。
[0022]詳述參考附圖借助實例來解釋本發(fā)明的實施方案以及優(yōu)點和特征。
[0023]發(fā)明詳述
[0024]圖1中示出了例如在暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)中用作空氣調(diào)節(jié)風扇的軸流風扇10的一個實施方案。風扇10可由通過軸(未示出)或替代地皮帶或其它配置連接到風扇10的電動機12驅(qū)動。在操作中，電動機12驅(qū)動風扇10的旋轉將氣流16從例如換熱器(未示出)而穿過風扇10并沿流動路徑18推動。風扇10包括具有風扇轉子24、或可旋轉地定位在殼體22中的葉輪的殼體22。電動機12的操作驅(qū)動風扇轉子24圍繞風扇軸線26旋轉。風扇轉子24包括從輪轂30延伸并終止于風扇護罩32的多個風扇葉片28。風扇護罩32被連接至多個風扇葉片28中的一個或多個風扇葉片28并且隨其一起圍繞風扇軸線26旋轉。在一些實施方案中，風扇10還包括了定子組件72，所述定子組件72包括定位在風扇轉子24的上游或下游的多個定子輪葉74。在一些實施方案中，風扇10具有在約0.45與0.65之間的輪轂30直徑與風扇葉片28直徑比。另外，風扇10以約1500RPM與約2500RPM之間的旋轉速度標稱運行，其中風扇葉片28尖端速度約0.1馬赫或更小。
[0025]參考圖2，風扇護罩32限定風扇轉子24的徑向延度，并且限定風扇轉子24(具體地是風扇護罩32)與殼體22之間的運轉余隙。在風扇10的運行期間，形成從風扇護罩32的下游端34朝風扇護罩32的上游端36的再循環(huán)流70，其中再循環(huán)流70中的至少一些與氣流16—起被再吸入到風扇10之中。此再吸入可能處于能夠?qū)е嘛L扇不穩(wěn)定或失速的不期望角度或質(zhì)量流。為了緩解這個情況，風扇護罩32沿第一部分38從風扇護罩32的下游端34朝風扇護罩32的上游端36基本軸向延伸長度L1，長度L1可為護罩總長L &的主要部分(例如，80%至90% )。風扇護罩32的第一部分38被連接至風扇葉片28。風扇護罩32的第二部分40也可在一個軸向方向上延伸但從第一部分38徑向向外偏移，并且限定風扇護罩32的最大半徑42。第三部分44將第一部分38和第二部分40連接起來。在一些實施方案中，如圖2所示，這產(chǎn)生了風扇護罩32的基本s形橫截面。在其它實施方案中，例如，如圖2a-2b所示，所產(chǎn)生的橫截面分別為T形和J形。運行期間，風扇護罩32在上游端36與殼體22之間形成流的分離泡76。這種分離泡76是小型再循環(huán)區(qū)，其在上游端36與殼體22之間形成實際上更小的運轉余隙78，由此限制穿過運轉余隙78的再循環(huán)流70的量。
[0026]殼體22包括圍繞風扇護罩32周向延伸的殼體內(nèi)表面46，在一些實施方案中，所述殼體內(nèi)表面46是基本圓柱形的、或替代地截錐形的。另外，殼體22包括多個殼體元件、或殼體楔塊48，所述多個殼體元件、或殼體楔塊48從殼體內(nèi)表面46朝風扇護罩32徑向向內(nèi)延伸并且至少部分沿風扇護罩32的長度軸向延伸。殼體楔塊48可與殼體22分離、可固定到內(nèi)表面46，或者在一些實施方案中，可與殼體22整體成形(例如，通過注射模塑(inject1nmolding))。雖然本文中的描述主要涉及殼體楔塊48，但是在其它實施方案中可利用其它殼體元件如圖3a中示出的殼體翅片148。
[0027]參考圖3，殼體楔塊48圍繞殼體22的圓周排列，并且在一些實施方案中，圍繞圓周等距間隔。殼體楔塊48的數(shù)目可變并取決于每個楔塊的楔塊寬度A與相鄰楔塊之間的開口寬度B的比率(表達為A/B)以及楔塊寬度A與風扇護罩32周長的比率(表達為A/D)，其中D是風扇護罩32的最大直徑。在一些實施方案中，比率A/B在0.5與4之間，但也可為更大或更小的，這取決于期望渦流減少的量。在一些實施方案中，比率A/ D在約0.01至0.25的范圍內(nèi)。另外，殼體楔塊48的數(shù)目可被選擇(如不是風扇葉片28的數(shù)目的倍數(shù))，以便避免在從殼體楔塊48散發(fā)出的再循環(huán)流70與旋轉風扇葉片28之間產(chǎn)生有害音調(diào)噪聲。在一些實施方案中，風扇轉子24具有7、9或11個風扇葉片28。
[0028]再次參考圖2，在一些實施方案中，殼體楔塊48被成形為與風扇護罩32的第二部分40相符并纏繞在其上，從而在殼體楔塊48與風扇護罩32之間留下最小可接受的運轉余隙。因此，如圖4所示，在圍繞殼體22的圓周的每個殼體楔塊48處，殼體楔塊48產(chǎn)生與殼體22的前端52的軸向節(jié)距(st印)S1以及與殼體內(nèi)表面46的徑向節(jié)距S2。節(jié)距S1的大小在1扣?與20*G F之間，其中G F是從殼體22的前凸緣50到風扇護罩32的第二部分40的軸向偏移。類似地，節(jié)距&的大小在1扣3與20*GS之間，其中Gs是從最大半徑位置42到殼體楔塊48的徑向內(nèi)側表面52的徑向偏移。軸向楔塊長度54在軸向殼體長度56的25%和100%之間。另外，徑向內(nèi)側表面52(盡管被示出為基本徑向表面)可沿軸向方向漸尖，使得&沿軸向楔塊長度54從殼體上游端58到殼體下游端60而減小或增大。限定S i的楔塊前表面62 (盡管被示出為平坦軸向表面)可類似地漸尖，使得S1隨沿楔塊前表面62的徑向位置而減少或增加、或二者兼有。在其它實施方案中，楔塊前表面62可具有曲線橫截面。
[0029]參考圖4a，一些實施方案中的楔塊前表面62可與殼體前表面58重合。在此類情況下，向前軸向節(jié)距SI為O。殼體前表面58可為恒定徑向表面、或可為曲線表面。
[0030]參考圖5，殼體楔塊48的楔塊側面64a和64b分別在與殼體內(nèi)表面46的切面的相交處形成角度α和β，其中側面64a是相對于風扇轉子24的旋轉方向66的前側，并且側面64b是相對于旋轉方向66的后側。在一些實施方案中，α和β在30°與150°的范圍內(nèi)，并且可為或可不為相等的、互補的、或補充的。楔塊側面64a和64b可為例如如所示出的基本平面的、或可沿徑向方向為曲線的。
[0031]參考圖6，在軸向方向上，楔塊側面64a和6