專利名稱：具有周向地隔開的楔塊的軸流式風(fēng)扇殼體設(shè)計(jì)的制作方法
具有周向地隔開的楔塊的軸流式風(fēng)扇殼體設(shè)計(jì)
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體涉及軸流式風(fēng)扇，且更具體地，涉及用于減小
其隙流損失并改進(jìn)其操作穩(wěn)定性的方法和裝置。軸流式風(fēng)扇用于多種應(yīng)用中，包括HVAC(供熱通風(fēng)與空調(diào) 工程)、制冷、汽車制造業(yè)、電力系統(tǒng)和航天。在這些應(yīng)用的其中各種 應(yīng)用中，性能、噪聲等級(jí)、運(yùn)行范圍和緊湊性是重要的考慮因素。由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和殼體之間的間隙區(qū)中的回流，在軸流式風(fēng) 扇中產(chǎn)生了重大的損失。轉(zhuǎn)子可使用向外延伸而使得葉梢接近殼體的 傳統(tǒng)葉片，或可使用包括附連到葉梢上的旋轉(zhuǎn)護(hù)罩的葉片。在任何一 種情況下，回流都從轉(zhuǎn)子的高壓側(cè)穿過(guò)隙距纟皮推到吸入側(cè)，導(dǎo)致性能 降低、噪聲等級(jí)增大及穩(wěn)定性與失速邊界降低。已經(jīng)提出了多種設(shè)計(jì)，以通過(guò)減小或控制隙流來(lái)提高風(fēng)扇 效率。這些設(shè)計(jì)大體包括阻斷或減小間隔的大小。 一種方法是使用梢 部密封結(jié)構(gòu)，其中殼體中的沿周向延伸的凹槽圍繞葉片的梢部，如美 國(guó)專利4,238,170中所顯示和描述。在另一種方法中，軸流式風(fēng)扇設(shè) 有具有鐘形口的殼體，而且護(hù)罩形成為以便在鐘形口和護(hù)罩之間產(chǎn)生 隔離氣泡，以便限制循環(huán)流動(dòng)，如轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利 7,086,825中所顯示。風(fēng)扇穩(wěn)定性受隙距內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流的影響。這些流傾向于發(fā)展 成可導(dǎo)致強(qiáng)烈的通流振動(dòng)和過(guò)量噪聲的有組織的旋轉(zhuǎn)單元。已經(jīng)提出了多種設(shè)計(jì)，以通過(guò)控制這些旋轉(zhuǎn)流來(lái)提高風(fēng)扇 穩(wěn)定性。這些設(shè)計(jì)大體被歸類為殼體處理，且通常包括延伸到殼體壁 中的凹槽或其它特征。發(fā)明概述簡(jiǎn)要地講，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，風(fēng)扇殼體中提供了銳 利的前向臺(tái)階，且多個(gè)周向地隔開的楔塊包括在殼體壁的臺(tái)階上，以 獲得對(duì)隙流損失的限制和增強(qiáng)的穩(wěn)定性兩者。根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，楔塊設(shè)置成以便使其較大的尺 寸面向接近的渦流，且其沿風(fēng)扇梢部旋轉(zhuǎn)的方向逐漸縮小。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，可以具有或不具有旋轉(zhuǎn)護(hù)罩的 方式來(lái)使用這種設(shè)計(jì)。在提供了護(hù)罩的情況下，護(hù)罩環(huán)繞楔塊，以迫 使隙流通過(guò)楔塊，且從而減小隙流。在無(wú)護(hù)罩的風(fēng)扇中，葉梢前緣部 分地越過(guò)也用來(lái)減小渦流和隙流的楔塊而延伸。在任何一種情況下， 目的都是要延遲旋轉(zhuǎn)失速的開始。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了入口鐘形口件來(lái)進(jìn)一步 控制隙流。在如以下所述的附圖中描繪了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例；然而，可 對(duì)其做出各種其它修改和備選構(gòu)造，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的軸流式風(fēng)扇殼體的透 視圖。圖1B是其一部分的放大圖。
圖1D是沿著圖1A的線1D-1D觀察到的截面圖。
圖3B和3C分別是楔塊以及它們影響氣流的方式的局部前^見(jiàn)圖和頂—見(jiàn)圖。圖3D是葉片護(hù)罩以及在其附近的氣流模式的局部剖視圖。
圖4是其在其中結(jié)合了鐘形口件的備選實(shí)施例。
圖5是其在其中結(jié)合了有護(hù)罩的風(fēng)扇和入口鐘形口件兩者的備選實(shí)施例。圖6是受本發(fā)明影響的風(fēng)扇穩(wěn)定性性狀的一個(gè)圖形表示。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)參看圖1A至1E和圖2A，本發(fā)明大體在11處顯示為應(yīng)用于以串聯(lián)氣流關(guān)系包括軸流式風(fēng)扇13和定子14的軸流式風(fēng)扇組件。軸流式風(fēng)扇13包括可旋轉(zhuǎn)的轂16和多個(gè)風(fēng)扇葉片17。定子14包括固定的轂18和使其徑向外端整體地連接到圓柱形外殼21上的多個(gè)徑向地延伸的固定機(jī)葉19。在運(yùn)行時(shí)，風(fēng)扇13以相對(duì)較高的速度旋轉(zhuǎn)，以促使空氣流通過(guò)殼體21，且在該過(guò)程中，其沿風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的方向產(chǎn)生渦流。定子機(jī)葉19設(shè)置成且成形為以便從主空氣流中基本去除渦流，從而使得下游端處的流動(dòng)的方向基本為軸向。如本領(lǐng)域已知的，風(fēng)扇葉片17的尺寸使得風(fēng)扇葉片17的端部和殼體21的內(nèi)徑之間的徑向間隙盡可能地小，但這兩個(gè)元件之間沒(méi)有接合。由于這個(gè)必要的徑向間隙，存在殼體21內(nèi)的空氣通過(guò)徑向間隙回流到風(fēng)扇13的向前側(cè)的趨勢(shì)。這直接導(dǎo)致減小的壓力升高和效率。此外，回流間隙中的漩渦流傾向于使風(fēng)扇不穩(wěn)定，導(dǎo)致進(jìn)一步的性能降級(jí)和運(yùn)行范圍的縮小。當(dāng)風(fēng)扇從高流率逐漸地節(jié)流到低流率運(yùn)行時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種穩(wěn)定性限制，且其大體被稱為失速界限。在某些情況下，風(fēng)扇失速可產(chǎn)生強(qiáng)烈的主通流沖擊，造成猛烈的壓力波動(dòng)和噪聲。本發(fā)明的 一個(gè)目的是_要大大地減d 、回流間隙中的渦流并改進(jìn)風(fēng)扇穩(wěn)定性。將觀察到，殼體21的內(nèi)表面包括三個(gè)互連的表面22、 23和24。表面22軸向地對(duì)準(zhǔn)且包圍軸流式風(fēng)扇13。表面23基本徑向地對(duì)準(zhǔn)且包括徑向地向外延伸的臺(tái)階。表面24是曲線的，且隨著其向上游延伸到接近的空氣流中而向外擴(kuò)張。表面23上形成了多個(gè)周向地隔開的楔塊26，其在面向風(fēng)扇葉梢的切向方向的一側(cè)27上具有較大的尺寸。隨著楔塊26沿風(fēng)扇葉片運(yùn)動(dòng)的方向沿周向延伸，楔塊26漸縮縮小到點(diǎn)28。楔塊通過(guò)將間隙區(qū)中的漩渦流重新導(dǎo)入軸向方向中來(lái)起作用。圖2B和2C顯示了隙距、楔塊和間隙流性狀的展開表示。接近的回流的一小部分涌入遠(yuǎn)端楔塊特征之間的間隙中，且然后由基本軸向的面27沿切向方向阻擋。楔塊的數(shù)量可從少至10個(gè)變化到超過(guò)100,而其周向長(zhǎng)度相應(yīng)地變化。楔塊布置成以便可以通過(guò)利用使用注射斗莫制或模鑄的軸向直拉工具而生產(chǎn)出來(lái)。楔塊高度可從將最佳地滿足特定設(shè)計(jì)要求的0.05倍徑向隙距到5倍徑向隙距進(jìn)行變化。參看圖3A，在另一個(gè)實(shí)施例中示出了軸流式風(fēng)扇組件，其中風(fēng)扇轉(zhuǎn)子13包括整體地連接到風(fēng)扇葉片17的梢部上且以已知的方式包圍風(fēng)扇的護(hù)罩29。護(hù)罩29包括朝向其下游端的基本圓柱形部分31,以及其上游端附近的徑向地向外延伸的部分32。如將看到，徑向地延伸的部分32與表面23和楔塊26交迭，以便對(duì)通過(guò)間隙的空氣回流提供進(jìn)一步的阻擋。無(wú)論風(fēng)扇是否包括旋轉(zhuǎn)護(hù)罩，楔塊對(duì)漩渦流的作用都基本類似，如將在圖3A和3B中所看到的。然而，旋轉(zhuǎn)護(hù)罩為流限制提供了進(jìn)一步的機(jī)會(huì)，且減小了隙流與風(fēng)扇葉片的交互作用，如將在圖3D中所看到。后一點(diǎn)導(dǎo)致了眾所周知的減小相關(guān)噪聲的潛力。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)護(hù)罩時(shí)，徑向地延伸的部分32應(yīng)當(dāng)隨著楔塊高度的選擇一起改變，如上所述。在圖4的實(shí)施例中，軸流式風(fēng)扇17不包括護(hù)罩，但卻以與表面24緊密配合的關(guān)系的方式包括入口鐘形口件33 。鐘形口件33用以改進(jìn)進(jìn)入組件中的空氣的流入，且用以通過(guò)進(jìn)一步限制隙距區(qū)來(lái)減小回流損失。
在圖5的實(shí)施例中包括了風(fēng)扇護(hù)罩29和鐘形口件33兩者，以提供如上所述的改進(jìn)。在圖6中顯示了氣流率和靜壓力之間的關(guān)系的圖形表示，因?yàn)槠溆绊戯L(fēng)扇穩(wěn)定性性狀。實(shí)線表示沒(méi)有本發(fā)明時(shí)的性狀，且虛線表示具有本發(fā)明時(shí)的性狀。相對(duì)于實(shí)線曲線，節(jié)流線l上的操作是穩(wěn)定操作，而節(jié)流線2上的操作是不穩(wěn)定的。在線2和3之間，操作不穩(wěn)定，且具有滯后和波動(dòng)。由于使用了所描述的楔塊，操作曲線向上移到虛線所示的位置，以便由此增大穩(wěn)定操作的范圍。
權(quán)利要求
1.一種減小軸流式風(fēng)扇組件中的間隙回流和相關(guān)聯(lián)的渦流的量的方法，所述軸流式風(fēng)扇組件具有風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和緊密地包圍的殼體，所述方法包括a)在所述殼體中提供前向臺(tái)階，所述臺(tái)階軸向地定位成以便包圍所述風(fēng)扇的葉梢；以及b)在所述臺(tái)階的表面上提供多個(gè)周向地隔開的楔塊，所述楔塊定位成以便減小所述組件中的回流渦流成分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述前向臺(tái)階包 括基本徑向地延伸的表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述楔塊定位成 使其較大的尺寸面向接近的渦流，且沿葉片旋轉(zhuǎn)的方向漸縮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括提 供附連到所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的葉梢上的旋轉(zhuǎn)護(hù)罩。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述護(hù)罩包括在 其前端上的向外延伸的部分，所述向外延伸的部分與所述前向臺(tái)階部 分地交迭。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在 所述殼體的入口處提供鐘形口件
7. —種軸流式風(fēng)扇裝置，包括 具有轂的風(fēng)扇，所述轂帶有從其延伸的多個(gè)葉片； 緊密地包圍所述多個(gè)葉片且在其徑向內(nèi)表面中形成了前向臺(tái)階結(jié)構(gòu)的殼體，所述前向臺(tái)階結(jié)構(gòu)軸向地設(shè)置在所述多個(gè)葉片的梢部周 圍；以及形成于所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)的表面上以便減小回流渦流的多個(gè)周向地 隔開的楔塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸流式風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述前向臺(tái)階結(jié)構(gòu)定向在基本徑向地延伸的方向上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸流式風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述多個(gè)周向地隔開的楔塊設(shè)置成使其較大的尺寸面向風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的切向 方向，且沿^_轉(zhuǎn)的方向漸縮。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸流式風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述 裝置包括互連且包圍所述多個(gè)葉片的護(hù)罩。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸流式風(fēng)扇裝置，其特征在于，所 述護(hù)罩包括與所述前向臺(tái)階結(jié)構(gòu)的一部分交迭的徑向地向外延伸的部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸流式風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述 裝置包括附連到所述殼體的上游端處的鐘形口件。
全文摘要
一種包括具有形成于其中的前向臺(tái)階的殼體壁的軸流式風(fēng)扇組件。臺(tái)階的表面上形成于多個(gè)周向地隔開的楔塊，這些楔塊形成為且布置成以便減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和殼體之間的隙距內(nèi)的漩渦流。楔塊形成為以便使旋動(dòng)的回流首先遇到沿周向漸縮的面，然后遇到陡的軸向地定向的面，從而基本去除渦流成分。楔塊對(duì)風(fēng)扇的流動(dòng)穩(wěn)定性具有有利的作用，從而擴(kuò)大其運(yùn)行范圍。變型包括具有帶有與臺(tái)階交迭的向外延伸的部分的旋轉(zhuǎn)護(hù)罩的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，以及殼體入口處的鐘形口件。
文檔編號(hào)B63H1/16GK101668678SQ200680056829
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者P·R·布什內(nèi)爾 申請(qǐng)人:開利公司