專利名稱：包括包含超低噪音風(fēng)扇葉片的軸流風(fēng)扇的商業(yè)空氣冷卻裝置的制作方法
專利說明PWL=C+30*log10 (TS/1000)+10*log1(l (HP) +Add其中PffL=風(fēng)扇聲音功率水平(單位為dBA)C=風(fēng)扇基線噪音水平(單位為dBA)，它由葉片設(shè)計而定TS=風(fēng)扇尖端速度(單位為ft/分鐘)，它等于π *風(fēng)扇RPM*風(fēng)扇直徑HP=風(fēng)扇軸馬力Add=由于進(jìn)入和安裝效應(yīng)(例如障礙物和進(jìn)口條件)而引起的附加噪音 由該等式可以看出，風(fēng)扇尖端速度和馬力是風(fēng)扇噪音的強(qiáng)激勵器，因此，甚至更早 制造的風(fēng)扇都能夠通過降低風(fēng)扇馬力和/或尖端速度而安靜至特定程度。然而，當(dāng)比較具有相同尺寸和以相同準(zhǔn)則在相同環(huán)境下工作的兩種操作風(fēng)扇的噪音水平時，確定由該風(fēng)扇產(chǎn)生的總體噪音(即PWL)的變量為“C”。對于更早的窄弦葉片，“C”通常為53_55dB，而對于具有彎曲前緣的普通超低噪音風(fēng)扇(例如圖I中所示的風(fēng)扇)，“C”能夠低至43-45dBA。因此，對于相同的風(fēng)扇速度和馬力，通過使用普通超低噪音風(fēng)扇，能夠比普通風(fēng)扇(該普通風(fēng)扇具有相同尺寸并且葉片沒有具有凹形前掠的前緣)減少直到IOdBA的噪音。包括示例實(shí)施例葉片(該葉片具有完全線性前掠的前緣)的示例實(shí)施例風(fēng)扇也有低至43-45dBA和甚至更低的“C”值。因此，本發(fā)明風(fēng)扇產(chǎn)生與普通超低噪音風(fēng)扇相同的噪音，甚至產(chǎn)生更低噪音。在示例實(shí)施例中，各前掠葉片10包括肋(例如如圖3中所示的肋12)以及前梁16和后梁18。在示例實(shí)施例中，前梁16的橫截面為大致C形，而后梁18的橫截面為大致Z形。兩個梁與梁的遠(yuǎn)端處的連接梁35相互連接。在示例實(shí)施例中，連接梁35也具有C形的橫截面。在根部端處，前梁和后梁與具有鉸鏈臂30的安裝塊37相互連接。在示例實(shí)施例中，連接梁鉚接到前梁和后梁，安裝塊螺栓連接到前梁和后梁。在另一示例實(shí)施例中，連接梁和安裝塊可以焊接或以其它方式附接到前梁和后梁。在示例實(shí)施例中，本發(fā)明的各前掠葉片線性掠過，即它的前緣13沿風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向29以大約25。的角度20 (當(dāng)從各葉片的旋轉(zhuǎn)半徑27測量時，即葉片沿該半徑附接到輪轂)整個線性前掠(圖4)。在示例實(shí)施例中，葉片的整個后緣也為線性。示例葉片使用彈性襯套28來安裝在輪轂上，例如圖4和5中所示的輪轂26。彈性襯套28裝配至鉸鏈臂30中，該鉸鏈臂30跨過從中心輪轂33伸出的徑向輻條34的端部32。中心輪轂33和徑向輻條34形成總體輪轂26。通過這種彈性安裝，葉片能夠相對于輪轂進(jìn)行至少一些向上/向下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。本領(lǐng)域已知的彈性安裝件構(gòu)造成使得它消除了第一模式諧振頻率。圖5表示了在工作中的示例實(shí)施例風(fēng)扇的輪轂/葉片/樞軸結(jié)構(gòu)類型。樞軸26位于離旋轉(zhuǎn)中心Q的徑向距離Rm處。葉片的重心27位于離樞軸的徑向距離Rra處。葉片諧振頻率(fN)相對于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)頻率(f)表示為如下fN=f ((R +Rcg)/Rcg)1/2由上述等式可見，葉片諧振頻率總是高于葉片轉(zhuǎn)速。當(dāng)安裝半徑Rm等于零時，葉片諧振頻率將只與旋轉(zhuǎn)頻率一致，示例實(shí)施例風(fēng)扇并不是這種情況。諧振頻率隨著轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)頻率)而變化，保持固定百分比偏離。這使得示例風(fēng)扇能夠通過可變速度驅(qū)動來工作，而旋轉(zhuǎn)頻率一直不會等于諧振頻率(頻率相等可能導(dǎo)致較早的結(jié)構(gòu)性故障)。在示例實(shí)施例中，利用示例實(shí)施例的葉片提供了 9、10、11、12或13英尺直徑的風(fēng)扇。對于這些示例風(fēng)扇，包括四個示例實(shí)施例葉片。在其它示例實(shí)施例中，示例風(fēng)扇有三個葉片。在其它示例實(shí)施例中，風(fēng)扇可以有超過四個的葉片。在另一示例實(shí)施例中，14英尺直徑的風(fēng)扇提供有示例實(shí)施例葉片。在一個示例實(shí)施例中，14英尺直徑的風(fēng)扇提供有四個葉片。在另一示例實(shí)施例中，它們提供有六個葉片。在一個實(shí)施例中，直徑在9至13英尺范圍內(nèi)的示例實(shí)施例葉片包括四個葉片，各葉片有42英寸的長度17以及48英寸的平均弦長19 (圖4)。風(fēng)扇的總直徑通過使用具有不同直徑21的輪轂26而變化。因此，例如10英尺直徑風(fēng)扇的輪轂直徑將比9英尺直徑風(fēng)扇的輪轂直徑大I英尺。在另一示例實(shí)施例中，風(fēng)扇葉片10具有48英寸的長度17以及48英寸的平均弦長19。示例葉片使用金屬板應(yīng)力皮層來形成。在示例實(shí)施例中，金屬板應(yīng)力皮層是5052高等級船用合金鋁。金屬板應(yīng)力皮層用于形成各葉片的外表面或皮層39以及梁16、18和肋12，例如如圖6中所示。在示例實(shí)施例中，金屬板應(yīng)力皮層包繞肋，以便形成具有上部凹形表面40和下部凸形表面42的葉片外皮層，例如如圖4和6中所示。在需要時點(diǎn)焊43和鉚釘用于將皮層附接到肋和梁。點(diǎn)焊可以使用自動機(jī)器人點(diǎn)焊器來實(shí)現(xiàn)。在示例實(shí)施例中， 由葉片的外表面39限定的葉片由高密度泡沫塑料來填充。示例泡沫塑料包括密度為大約21bs/ft3的聚氨酯泡沫塑料。申請人的測試表明，該泡沫塑料使得風(fēng)扇更安靜。具有線性前后緣的示例實(shí)施例葉片更容易使用金屬板來制造，因為金屬板能夠很容易地彎曲和成形以便限定線性前緣和后緣，從而降低制造成本。此外，它們的重量比由復(fù)合材料形成的普通超低噪音風(fēng)扇(例如圖I中所示的超低噪音風(fēng)扇)更輕。示例實(shí)施例的風(fēng)扇比具有相同直徑的當(dāng)前超低噪音風(fēng)扇更輕，且在相同環(huán)境和參數(shù)(例如rpm)下工作時產(chǎn)生更少的振動。因此，使用示例實(shí)施例的風(fēng)扇降低了在驅(qū)動機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)力以及通過它們傳遞的應(yīng)力。而且，與普通超低噪音風(fēng)扇相比，示例實(shí)施例的風(fēng)扇降低了提供給驅(qū)動機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件的彎曲負(fù)載。它們的安裝也比普通超低噪音風(fēng)扇更容易。盡管已經(jīng)對于有限數(shù)目的實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，能夠設(shè)計并不脫離這里所公開的本發(fā)明范圍的其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍不僅包括所公開的實(shí)施例，還包括目前已知或以后發(fā)現(xiàn)的特征的這些組合或者在所述概念范圍內(nèi)和權(quán)利要求的整個范圍內(nèi)的等效物，申請日要求對這些權(quán)利要求進(jìn)行專利保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種商業(yè)空氣冷卻裝置和大直徑軸流風(fēng)扇的組合件，該組合件包括 商業(yè)空氣冷卻裝置，該商業(yè)空氣冷卻裝置產(chǎn)生用于冷卻的空氣流；以及 大直徑軸流風(fēng)扇，該大直徑軸流風(fēng)扇安裝在所述空氣冷卻裝置上，用于在所述空氣冷卻裝置中產(chǎn)生所述空氣流，以便所述冷卻，所述風(fēng)扇具有至少4英尺的直徑，所述風(fēng)扇包括多個葉片，其中，各葉片包括與后緣相對的前緣，各所述葉片的整個所述前緣為線性和前掠，且各葉片包括金屬外表面，所述風(fēng)扇是超低噪音風(fēng)扇。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中商業(yè)空氣冷卻裝置從以下組的空氣冷卻裝置 中選擇，該組包括空氣冷卻換熱器、散熱器冷卻器、空氣冷卻蒸汽冷凝器以及冷卻塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中各葉片由金屬板應(yīng)力皮層制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合件，其中所述金屬板為鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少9英尺的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少10英尺的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少11英尺的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少12英尺的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少13英尺的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少14英尺的直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少3個葉片。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇具有至少4個葉片。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇包括輪轂，所述葉片彈性地安裝在所述輪轂上。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中各葉片由泡沫塑料填充。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中各葉片的整個后緣為線性。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中各葉片具有大約42英寸的長度。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中各葉片具有大約48英寸的長度。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中各葉片具有大約48英寸的平均弦長。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中所述風(fēng)扇聲音功率水平(單位為dBA)由以下公式確定PWL=C+30*log10 (TS/1000) +IO^log10 (HP) +Add其中 PWL=風(fēng)扇聲音功率水平(單位為dBA) C=風(fēng)扇基線噪音水平(單位為dBA)，它由葉片設(shè)計而定 TS=風(fēng)扇尖端速度(單位為ft/分鐘)，它等于π *風(fēng)扇RPM*風(fēng)扇直徑 HP=風(fēng)扇軸馬力 Add=由于進(jìn)入和安裝效應(yīng)而引起的附加噪音； 其中，用于風(fēng)扇的C不大于45dBA。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合件，其中用于風(fēng)扇的C在43至45dBA的范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合件，其中用于風(fēng)扇的C不大于43dBA。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合件，其中當(dāng)從所述葉片的旋轉(zhuǎn)半徑來測量時，各葉片前緣以25。的角度前掠。包括包含超低噪音風(fēng)扇葉片的軸流風(fēng)扇的商業(yè)空氣冷卻裝背景技術(shù)
在商業(yè)空氣冷卻裝置(例如冷卻塔、空氣冷卻換熱器、包括大型散熱器的空氣冷卻器以及空氣冷卻蒸汽冷凝器)中使用的大型超低噪音商業(yè)風(fēng)扇具有大于4英尺的直徑，并具有前掠凹形彎曲前緣的葉片。前掠凹形彎曲前緣減小由這種風(fēng)扇葉片產(chǎn)生的噪音。前掠凹形彎曲前緣風(fēng)扇是沿風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向以一定角度傾斜的前緣。具有葉片2 (該葉片2有彎曲前掠前緣3)的典型風(fēng)扇I在圖I中表示。如圖所示，前緣有凹形前掠4。前掠凹形前緣風(fēng)扇葉片提供了最安靜的風(fēng)扇。具有這種葉片的風(fēng)扇通常稱為“超低噪音風(fēng)扇”，或者也可選擇稱為“極低噪音風(fēng)扇”。這種風(fēng)扇葉片的說明在標(biāo)題為“Blade Sweep of Low-SpeedAxial Fans” 的文章(作者為 T. Wright 和 W. E. Simmons,在 1990 年 I 月的 Journal ofTurbomachinery 的第 151 至 158 頁中公開)和標(biāo)題為 “Reduction of Noise GenerationBy Cooling Fan” 的論文(作者為 Ir. Henk F. Van der Spek,在 1993 年的 Cooling TowerInstitute Annual meeting中公開)中提供。這些文獻(xiàn)整個被本文參引。這些葉片通常由玻璃纖維和聚酯樹脂來制造，以便更容易模制成它們的復(fù)雜形狀。而且，這些葉片被剛性地安裝到風(fēng)扇輪轂。因此，這些超低噪音風(fēng)扇(該超低噪音風(fēng)扇是當(dāng)前可獲得的最安靜風(fēng)扇)很重和制造昂貴。由于它們的重量，它們的安裝復(fù)雜，需要起重機(jī)或重型設(shè)備，且不平衡可能在支承機(jī)構(gòu)和軸承上產(chǎn)生較大負(fù)載，該較大負(fù)載可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性故障和/或降低風(fēng)扇軸承壽命。發(fā)明內(nèi)容
在示例實(shí)施例中，提供了大直徑軸流風(fēng)扇和包括這種風(fēng)扇的商業(yè)空氣冷卻裝置。在示例實(shí)施例中，大直徑軸流風(fēng)扇安裝在空氣冷卻裝置上，用于在空氣冷卻裝置中產(chǎn)生軸向空氣流，以便實(shí)現(xiàn)冷卻。風(fēng)扇具有至少4英尺的直徑。風(fēng)扇具有多個葉片。各葉片包括與后緣相對的前緣。各葉片的整個前緣為線性和前掠，且各葉片包括金屬外表面。風(fēng)扇是超低噪音風(fēng)扇。在還一示例實(shí)施例中，商業(yè)空氣冷卻裝置從以下組的空氣冷卻裝置中選擇，該組包括空氣冷卻換熱器、散熱器冷卻器、空氣冷卻蒸汽冷凝器以及冷卻塔。在一個示例實(shí)施例中，當(dāng)從葉片的旋轉(zhuǎn)半徑來測量時，各葉片前緣以25°的角度前掠。在另一示例實(shí)施例中，各葉片由金屬板應(yīng)力皮層來制造。在還一示例實(shí)施例中，金屬板為鋁。在還一示例實(shí)施例中，風(fēng)扇具有至少9、10、11、12、13或14英尺的直徑。在還一示例實(shí)施例中，風(fēng)扇具有至少三個葉片，在另一示例實(shí)施例中，風(fēng)扇具有至少四個葉片。在還一示例實(shí)施例中，風(fēng)扇包括輪轂，葉片彈性地安裝到輪轂。在另一示例實(shí)施例中，各葉片由泡沫塑料來填充。在還一示例實(shí)施例中，各葉片的整個后緣為線性。在還一示例實(shí)施例中，各葉片具有42英寸的長度。在另一示例實(shí)施例中，各葉片具有48英寸的長度。在還一示例實(shí)施例中，各葉片具有48英寸的平均弦長。在還一示例實(shí)施例中，風(fēng)扇產(chǎn)生聲音功率水平(單位為dBA)。該功率水平可以由以下等式來確定
PWL=C+30*log10 (TS/1000)+10*log1(l (HP) +Add
其中
PffL=風(fēng)扇聲音功率水平(單位為dBA)
C=風(fēng)扇基線噪音水平(單位為dBA)，它由葉片設(shè)計而定
TS=風(fēng)扇尖端速度(單位為ft/分鐘)，它等于π *風(fēng)扇RPM*風(fēng)扇直徑
HP=風(fēng)扇軸馬力
Add=由于進(jìn)入和安裝效應(yīng)而引起的附加噪音。
在一個不例實(shí)施例中，用于風(fēng)扇的C不大于45dBA。在另一不例實(shí)施例中，用于風(fēng)·扇的C在43至45dBA的范圍內(nèi)。在還一不例實(shí)施例中，用于風(fēng)扇的C不大于43dBA。


圖I是普通凹形前掠超低噪音風(fēng)扇的俯視圖。
圖2A、2B、2C和2D分別是包括本發(fā)明示例實(shí)施例的超低噪音風(fēng)扇的空氣冷卻換熱器、冷卻塔、大直徑散熱器冷卻器和空氣冷卻蒸汽冷凝器的示意圖。
圖3是本發(fā)明示例實(shí)施例的葉片的示意透視圖，其中皮層為透明的，用于示出葉片的肋和梁。
圖4是本發(fā)明示例實(shí)施例的超低噪音風(fēng)扇的俯視圖，該超低噪音風(fēng)扇包括本發(fā)明示例實(shí)施例的葉片。
圖5是本發(fā)明的風(fēng)扇的局部端視圖，表示了彈性安裝到輪轂的葉片。
圖6是本發(fā)明的葉片的安裝側(cè)的透視端視圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了用于商業(yè)(例如工業(yè))用途的軸流超低噪音風(fēng)扇2，該軸流超低噪音風(fēng)扇2用于商業(yè)(例如工業(yè))空氣冷卻裝置，例如空氣冷卻換熱器4和冷卻塔6(圖2A和2B)中，本發(fā)明還提供了包括這種風(fēng)扇的商業(yè)空氣冷卻裝置?？諝饫鋮s裝置是使用空氣來實(shí)現(xiàn)流體冷卻或?qū)崿F(xiàn)另外結(jié)構(gòu)的冷卻的裝置。這里使用的措辭“空氣冷卻裝置”還包括使用空氣來加熱流體或另外結(jié)構(gòu)的裝置。可以用于商業(yè)用途中和發(fā)動機(jī)冷卻用途中的大型散熱器空氣冷卻器5 (圖2C)以及空氣冷卻蒸汽冷凝器7 (圖2D)也認(rèn)為是空氣冷卻換熱器，并且是包括本發(fā)明風(fēng)扇的本發(fā)明空氣冷卻裝置的一部分?？諝饫鋮s換熱器和冷卻塔為本領(lǐng)域公知，因此這里不再說明。本發(fā)明的風(fēng)扇具有線性前掠葉片，且直徑不小于4英尺，并且大到14英尺或者甚至更大。在示例實(shí)施例中，風(fēng)扇具有由金屬板制造的彈性安裝的前掠低噪音葉片。示例實(shí)施例的葉片具有與后緣15相對的前緣(圖4)。整個前緣13線性前掠。在更特殊的示例實(shí)施例中，本發(fā)明的風(fēng)扇具有9、10、11、12和13英尺的直徑11。申請人已經(jīng)至少制造和測試了 10英尺示例風(fēng)扇(用于噪音和性能)，并發(fā)現(xiàn)噪音和性能可與具有彎曲前掠前緣的現(xiàn)有超低噪音風(fēng)扇相當(dāng)。這是出人意料的結(jié)果，因為包括具有金屬皮層的葉片的風(fēng)扇的噪音比包括具有復(fù)合材料皮層的葉片的相當(dāng)風(fēng)扇的噪音更大，且因為所有教導(dǎo)都指示包括具有凹形彎曲前緣的葉片的風(fēng)扇是最安靜的風(fēng)扇。
大直徑風(fēng)扇(例如具有至少4英尺直徑的風(fēng)扇，例如用于空氣冷卻換熱器和冷卻塔中的本發(fā)明風(fēng)扇)的風(fēng)扇噪音受到多個因素的影響。由風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音可以由以下等式來預(yù)計
全文摘要
這里提供了大直徑軸流超低噪音風(fēng)扇(2)和包括這種風(fēng)扇的商業(yè)空氣冷卻裝置。大直徑軸流風(fēng)扇安裝在空氣冷卻裝置(4、5、6、8)上，用于在空氣冷卻裝置中產(chǎn)生軸向空氣流，以便實(shí)現(xiàn)冷卻。風(fēng)扇(2)具有至少4英尺的直徑(11)，風(fēng)扇包括多個葉片(10)，其中，各葉片包括與后緣(15)相對的前緣(13)，各葉片的整個所述前緣(13)為線性和前掠，且各葉片包括金屬外表面。
文檔編號B60H1/00GK102947595SQ201180016344
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月5日
發(fā)明者J·D·穆爾 申請人:穆爾風(fēng)扇有限責(zé)任公司