專利名稱：多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法與多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法與多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
徑流式通風(fēng)機(jī)，即葉片是指向徑向，進(jìn)而葉片間流道是指向徑向的離心式通風(fēng)機(jī)，與具備前向葉片的西洛可通風(fēng)機(jī)或具備后向葉片的渦輪通風(fēng)機(jī)等其他形式的離心式通風(fēng)機(jī)相比，構(gòu)造簡單，作為家庭用機(jī)器的通風(fēng)機(jī)，可以期待它具有廣泛的利用領(lǐng)域。
作為家庭用機(jī)器的通風(fēng)機(jī)的徑流式通風(fēng)機(jī)來說，要求消聲性。但是現(xiàn)狀是，直到目前，徑流式通風(fēng)機(jī)，在其葉片數(shù)量少的情況下，葉片間流道的補(bǔ)修、清洗容易，鑒于這種構(gòu)造上的特點，使葉片數(shù)量少，并且在處理腐蝕性的高的氣體或含有附著性高的粉體等的氣體時一直在使用，用于提高徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性的設(shè)計準(zhǔn)則尚不存在。
作為提高離心式通風(fēng)機(jī)的消聲性的設(shè)計準(zhǔn)則，例如日本特開昭56-6097號公報、特開昭56-92397號公報等提出的提案是，使流道變得細(xì)長，以抑制流道內(nèi)空氣流的分離與逆流的發(fā)生等。另外，特開昭63-285295號公報、特開平2-33494號公報、特開平4-164196號公報等是以內(nèi)外徑比大的西洛可通風(fēng)機(jī)為對象，提出葉片數(shù)量的最佳值的提案。
特開昭56-6097公報、特開昭56-92397號公報等的提案，只是提示了使流道細(xì)長的構(gòu)思，并不是為了獲得最佳設(shè)計而給出通風(fēng)機(jī)的各因素所應(yīng)滿足的相關(guān)關(guān)系。因此不能成為進(jìn)行徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲設(shè)計時所應(yīng)依據(jù)的具體的設(shè)計準(zhǔn)則。
特開昭63-285295號公報、特開平2-33494號公報、特開平4-164196號公報等的提案只能適用于內(nèi)外徑比大的西洛可通風(fēng)機(jī)，沒有通用性。
發(fā)明的公開本發(fā)明的發(fā)明者，專心研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的葉輪的各因素與通風(fēng)機(jī)的消聲性能之間存在著一定的相關(guān)性。本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的，其目的在于提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，該設(shè)計方法是在所給予的條件下，根據(jù)上述一定的相關(guān)性有系統(tǒng)地決定能獲得最佳消聲性能的葉輪的各因素；并且提供一種具有根據(jù)上述設(shè)計方法而設(shè)計出的葉輪的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
為達(dá)到上述目的，在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足υ≥-0.857Z1＋1.009(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
在本發(fā)明中還提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足υ≥-0.857Z1＋1.009，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t＝徑向葉片的厚度)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足υ≥-0.857Z1＋1.009(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1-r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系。
在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足υ≥-0.857Z1＋1.009，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系。
在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857{t0/[2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857{t0/[(2πr1/n)-t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857{t0/[2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系。
在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z2＝{t0/[2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系。
又在本發(fā)明中提供一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于具備葉輪，其多片徑向葉片是在圓周方向互相隔以間隔地進(jìn)行配置，并且在葉片間形成窄幅的流道；葉片間流道內(nèi)的層流邊界層的分離受到抑制。
在本發(fā)明的最佳形態(tài)中，徑向葉片的徑向內(nèi)端附近部向葉輪的回轉(zhuǎn)方向彎曲。
附圖的簡要說明

圖1是表示擴(kuò)展矩形流道內(nèi)的層流邊界層的狀態(tài)的圖；圖2是表示多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的葉輪的葉片間的擴(kuò)展矩形流道的圖；圖3是風(fēng)量、靜壓測定用試驗裝置的機(jī)器配置圖；圖4是噪聲測定用試驗裝置的機(jī)器配置圖；圖5(a)是供試葉輪的平面圖，圖5(b)是圖5(a)的b-b向視圖；圖6是供試殼體的平面圖；圖7是表示根據(jù)試驗獲得的葉輪的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的關(guān)系的圖；圖8是表示葉輪的內(nèi)外徑比與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的閾值的關(guān)系的圖；圖9是表示根據(jù)試驗所獲的葉輪的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的關(guān)系的圖；圖10是表示無因次數(shù)(1.009－r0/r1)/(1－r0/r1)與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的閾值的關(guān)系的圖；圖11是表示徑向葉片的變化形式例的葉片剖面圖；圖12(a)是作為本發(fā)明的設(shè)計方法的適用對象的雙吸入型多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的立體圖，圖12(b)是圖12(a)的b-b剖視圖。
實施發(fā)明的最佳方案下面說明本發(fā)明的最佳實施例。
《1》第1方案1.理論背景空氣流過回轉(zhuǎn)的葉輪的徑向流道時，易分離的層流邊界層在葉片的負(fù)壓面?zhèn)劝l(fā)展，難以分離的紊流邊界層在葉片的正壓面?zhèn)劝l(fā)展。
由于層流邊界層的分離，在葉輪的徑向流道內(nèi)發(fā)生2次流，導(dǎo)致噪聲與效率降低。
因此，在進(jìn)行多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲設(shè)計時，可以認(rèn)為重要的是防止葉片的負(fù)壓面?zhèn)鹊膶恿鬟吔鐚拥姆蛛x。
關(guān)于靜止的擴(kuò)展矩形流道中的層流邊界層流，由卡爾曼，米利堪(Karman，Millikan)給出公式(1)、(2)(Von Karman，T.，andMillikan，C.B.，“On the Theory of Laminar Boundary LayersInvolving Separation”，NACA Rept.No.504，1934.)。
U/Ui＝1 (1)(0≤X/Xe≤1)U/Ui＝1＋F(X－Xe)/Xe (2)(1≤X/Xe)如圖1所示，式中X—由平面板(假想部分)前端算起的距離Xe—平面板(假想部分)的長度U—X處的層流邊界層外的流速Ui—X處的最大流速F－F＝(Xe/Ui)(dU/dx)公式(2)右邊的第2項是表示擴(kuò)展矩形流道內(nèi)層流邊界層狀態(tài)的無因次項。因此，可以認(rèn)為在進(jìn)行多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲設(shè)計時能利用公式(2)右邊的第2項。
今令公式(2)右邊第2項為無因次數(shù)Z，代入x＝X－Xe時，則Z可由公式(3)給出Z＝(x/Ui)(dU/dx) (3)考慮到在實際中求出X處的層流邊界層外的流速U與X處的最大流速Ui是困難的，今以X處的平均流速Um代換U，以擴(kuò)展矩形流道入口處的平均流速U0代換Ui，則使無因次數(shù)Z變?yōu)楣?4)那樣Z＝(x/U0)(dUm/dx)(4)以公式(4)所定義的無因次數(shù)Z表示靜止的擴(kuò)展矩形流道內(nèi)的層流邊界層的狀態(tài)，不能原封不動地適用于回轉(zhuǎn)的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的葉片間的擴(kuò)展矩形流道中。
擴(kuò)展矩形流道中的葉片負(fù)壓面與葉片正壓面之間的周向壓力梯度是由于回轉(zhuǎn)的影響而發(fā)生。但是，在翼弦長度與節(jié)長(葉片間的周向距離)的比值大的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)上，葉片負(fù)壓面與葉片正壓面之間的周向壓力梯度小。就是說，在翼弦長度與節(jié)長的比值大的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)上，對于葉片間的擴(kuò)展矩形流道內(nèi)的空氣流的回轉(zhuǎn)影響小。因此，可以認(rèn)為由公式(4)所定義的無因次數(shù)Z能表示回轉(zhuǎn)的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的葉片間的擴(kuò)展矩形流道中的層流邊界層的狀態(tài)，進(jìn)而可以認(rèn)為能利用于多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲設(shè)計上。
多葉片徑向式通風(fēng)機(jī)的葉片間的擴(kuò)展流道的徑向外端，即葉片間的擴(kuò)展矩形流道出口處的由公式(4)所表示的Z的絕對值為Z1時，則Z1可由公式(5)給出。以下將Z1叫作卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)。
Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)](5)如圖2所示，式中r0—葉輪的內(nèi)半徑r1—葉輪的外半徑n—徑向葉片的片數(shù)t—徑向葉片的厚度2.通風(fēng)機(jī)性能的計測試驗僅就Z1不同的各種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)所用的葉輪進(jìn)行了通風(fēng)機(jī)性能的計測試驗。
試驗條件(1)試驗裝置(1)風(fēng)量、靜壓測定用試驗裝置試驗裝置如圖3所示。在具備葉輪1、收容葉輪1的渦旋形殼體2與電動機(jī)3的通風(fēng)機(jī)主體的吸入側(cè)設(shè)置吸入嘴，在通風(fēng)機(jī)主體的輸出側(cè)設(shè)置雙腔方式風(fēng)量測定裝置(理化精機(jī)制，型式F-401)。在風(fēng)量測定裝置上設(shè)置風(fēng)量調(diào)整用調(diào)節(jié)風(fēng)門與輔助風(fēng)扇，控制通風(fēng)機(jī)出口的靜壓。由通風(fēng)機(jī)出來的輸出空氣流由整流柵進(jìn)行整流。
利用所安裝的測流孔按照AMCA標(biāo)準(zhǔn)測定通風(fēng)機(jī)輸出空氣的風(fēng)量，由配置于通風(fēng)機(jī)出口附近的靜壓孔測定通風(fēng)機(jī)出口的靜壓。
(2)噪聲測定用試驗裝置試驗裝置如圖4所示。在通風(fēng)機(jī)主體的吸入側(cè)設(shè)置吸入嘴，在通風(fēng)機(jī)的輸出側(cè)設(shè)置與風(fēng)量測定裝置同樣程度尺寸形狀的靜壓調(diào)整箱。在靜壓調(diào)整箱內(nèi)內(nèi)襯吸音材料。在靜壓調(diào)整箱內(nèi)設(shè)置風(fēng)量調(diào)整用調(diào)節(jié)風(fēng)門，控制通風(fēng)機(jī)出口的靜壓。
由設(shè)置于通風(fēng)機(jī)出口附近的靜壓孔測定通風(fēng)機(jī)出口的靜壓，并且測定規(guī)定的通風(fēng)機(jī)出口靜壓時的噪聲。
在內(nèi)襯有吸音材料的隔音箱中收容有電動機(jī)3，以隔斷電動機(jī)3的噪聲。
噪聲測定是在無回聲室內(nèi)在通風(fēng)機(jī)的軸中心線上離開殼體上面1m的上游處進(jìn)行，計測A特性的噪聲級。
(2)供試葉輪、供試殼體(1)供試葉輪僅就分別將外徑固定在100mm，將葉輪高度固定在24mm，圓形基板與圓環(huán)板的板厚為2mm的內(nèi)外徑比值不同的4種葉輪，對在周向按等間隔配置的徑向平板葉片的片數(shù)作各種變化，作成21種葉輪1，以供試驗。各供試葉輪1的規(guī)格與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1示出于表1、圖5(a)、圖5(b)中。
(2)供試殼體殼體2的高度為27mm，殼體2的擴(kuò)展形狀為由下式所給予的對數(shù)螺線形狀，擴(kuò)展角θc為4.50°。
r＝r2[exp(θtanθc)]r—由葉輪1的中心測得的殼體側(cè)壁的半徑r2—葉輪1的外半徑θ—由基準(zhǔn)線算起的角度0≤θ≤2πθc—擴(kuò)展角供試殼體2如圖6所示。
(3)葉輪1的轉(zhuǎn)速葉輪的轉(zhuǎn)速設(shè)定成6000rpm，但是根據(jù)無回聲室內(nèi)的背景噪聲的級別、試驗裝置的情況等外在因素使其有某種程度變化。計測時的葉輪轉(zhuǎn)速如表1所示。
試驗、數(shù)據(jù)處理(1)試驗僅就表1所示的21種葉輪1，在表1所示的轉(zhuǎn)速下，利用風(fēng)量調(diào)整用調(diào)節(jié)風(fēng)門使風(fēng)量進(jìn)行各種變化，測定了通風(fēng)機(jī)輸出空氣的風(fēng)量、通風(fēng)機(jī)出口的靜壓與噪聲。
(2)數(shù)據(jù)處理根據(jù)通機(jī)風(fēng)輸出空氣的風(fēng)量、通風(fēng)機(jī)出口的靜壓與噪聲的各測定值，按照下式算出比噪聲Ks的值。
Ks＝SPL(A)－10log10Q(Pt)2SPL(A)—A特性的噪聲級dBQ—通風(fēng)機(jī)輸出空氣的風(fēng)量m3/sPt—通風(fēng)機(jī)出口的全壓mmAq3.試驗結(jié)果根據(jù)試驗結(jié)果，僅就各供試葉輪1求出比噪聲Ks與風(fēng)量的關(guān)系。
關(guān)于比噪聲Ks與風(fēng)量Q之間的關(guān)系，是在根據(jù)風(fēng)量·靜壓測定所求出的風(fēng)量、通風(fēng)機(jī)出口的靜壓分別為Q1、p1，根據(jù)噪聲測定所求出的比噪聲、通風(fēng)機(jī)出口的靜壓分別為Ks1、p1的情況下，在風(fēng)量Q與比噪聲Ks之間，假定風(fēng)量為Q1時比噪聲為Ks1的關(guān)系成立而求出的。風(fēng)量、靜壓測定時所用的風(fēng)量測定裝置與噪聲測定時所用的靜壓調(diào)整箱的尺寸形狀大致相同，可以認(rèn)為上述的關(guān)系成立。
從試驗結(jié)果來看，各供試葉輪1的比噪聲Ks與風(fēng)量的變化對應(yīng)地變化?？梢哉J(rèn)為，該比噪聲Ks的變化是由于殼體2的影響而引起的，比噪聲Ks的最低值，即最低比噪聲Ksmin是表示除去殼體2的影響的供試葉輪1本身的噪聲特性。
各供試葉輪1的最低比噪聲Ksmin如表1所示，各供試葉輪1的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的關(guān)系如圖7所示。在圖7中還表示出對于每組內(nèi)外徑比相同的供試葉輪1連結(jié)其計測點所得到的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的相關(guān)線。
從圖7可知，在葉輪1的內(nèi)外徑比為一定的情況下，最低比噪聲Ksmin隨著卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的增加而減小。另外可知，關(guān)于內(nèi)外徑比為0.75的葉輪1、內(nèi)外徑比為0.58的葉輪1與內(nèi)外徑比為0.40的葉輪1，如圖7的相關(guān)線所示，當(dāng)Z1超過規(guī)定的閾值時，最低比噪聲Ksmin能維持成極小值。作為Z1超過規(guī)定的閾值時最低比噪聲Ksmin能維持成極小值的理由，可以認(rèn)為是由于葉片片數(shù)增多使得葉片間流道變得細(xì)長，因而層流邊界層的分離受到抑制。僅就內(nèi)外徑比為0.58的葉輪1利用差分法進(jìn)行流動分析的結(jié)果可以確認(rèn)，對于位于圖7中的相關(guān)線的水平部分的Z1為0.5192的計測點來說，葉片間流道內(nèi)的層流邊界層不分離；對于位于圖7中的相關(guān)線的傾斜部分的Z1為0.4813的計測點來說，葉片間流道內(nèi)的層流邊界層是分離的。
關(guān)于內(nèi)外徑比為0.90的葉輪1，由于試驗點少，Z1的閾值是不明確的，但在圖7中表示出具有根據(jù)其他試驗點類推得到的閾值的相關(guān)線。
根據(jù)內(nèi)外徑比為0.75的葉輪1的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的相關(guān)線、內(nèi)外徑比為0.58的葉輪1的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的相關(guān)線、內(nèi)外徑比為0.40的葉輪1的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的相關(guān)線求出的葉輪1的內(nèi)外徑比υ與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的閾值的關(guān)系如圖8所示。根據(jù)圖8可得出葉輪1的內(nèi)外徑比υ與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的閾值之間的相關(guān)線L1。相關(guān)線L1可由公式(6)得出
υ＝-0.857Z1＋1.009(6)式中υ＝r0/r1Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]相關(guān)線L1是按照內(nèi)外徑比υ為0.40～0.75的葉輪1建立的，但是如同由圖8所得知那樣，相關(guān)線L1是直線，假定內(nèi)外徑比υ到達(dá)0.30～0.90程度的葉輪是成立的，也可以認(rèn)為在實用上是沒有問題的。
可以認(rèn)為，在圖8中相關(guān)線L1右側(cè)畫有斜線的區(qū)域，在給出葉輪1的內(nèi)外徑比的情況下，是能給出最低比噪聲Ksmin的極小值的區(qū)域，即消聲區(qū)域。因此，可以認(rèn)為，在給出葉輪的內(nèi)外徑比υ的情況下，為使卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1，存在于圖8中畫有斜線的區(qū)域內(nèi)，即為了滿足公式(7)，可通過決定葉輪的各因素，不必反復(fù)地進(jìn)行試驗，即能有系統(tǒng)地使多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性實現(xiàn)最佳化。
υ≥-0.857Z1＋1.009(7)式中υ＝r0/r1Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]r0—葉輪的內(nèi)半徑r1—葉輪的外半徑n—徑向葉片的片數(shù)t—徑向葉片的厚度在圖8中補(bǔ)充記入根據(jù)圖7的相關(guān)線所求得的內(nèi)外徑比為0.90的葉輪1的內(nèi)外徑比υ與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的閾值的關(guān)系。由圖8可知，內(nèi)外徑比為0.90的葉輪1的內(nèi)外徑比υ與卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的閾值的關(guān)系是在相關(guān)線L1上。
如上所述，可以認(rèn)為，利用公式(7)可以使具有內(nèi)外徑比υ為0.30～0.90程度的葉輪的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性實現(xiàn)最佳化，由圖7可知，內(nèi)外徑比υ為0.90的葉輪，其最低比噪聲Ksmin的極小值為43dB左右，不能獲得足夠的消聲性，對于內(nèi)外徑比υ為0.30左右的葉輪來說，由于內(nèi)半徑小，考慮到難以配置較多的徑向葉片等時，作為公式(7)的適用范圍，可以考慮以內(nèi)外徑比υ為0.40～0.80左右的葉輪為宜。通過將公式(7)應(yīng)用于內(nèi)外徑比υ為0.40～0.80左右的葉輪上，能在所給予的條件下，不必反復(fù)進(jìn)行試驗地有系統(tǒng)地設(shè)計具有最佳消聲性能，并且具有足夠的消聲性與工作容易性的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
由公式(5)可知，卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1是以積nt的形式包含著葉輪的各因素中的n(徑向葉片的片數(shù))與t(徑向葉片的厚度)，因此，在多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性的最佳化上，n的值與t的值是不能獨立反映的。例如對于n＝100、t＝0.5mm的情形與n＝250、t＝0.2mm的情形來說，徑向葉片間矩形流道的形狀有很大的差異，因此，可以認(rèn)為在多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性上有很大的差異，但是兩者的積nt是同一值，所以卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1也是同一值，從第1方案來看，多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性是相同的。因此，根據(jù)第1方案進(jìn)行的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲設(shè)計最好按以下的順序進(jìn)行。
(1)根據(jù)公式(7)使多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性最佳化，決定卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1的設(shè)計值Z1s。
(2)從給予設(shè)計值Z1s的多個的n與t的組合中，根據(jù)噪聲計測決定最佳的n與t的組合。
《2》第2方案1.理論背景如上所述，在第1方案中，在多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲設(shè)計上，存在的問題是，葉輪的各因素中的n(徑向葉片的片數(shù))與t(徑向葉片的厚度)不能獨立地反映。
為了解決第1方案所包含的上述問題，可以根據(jù)獨立地包含n與t的無因次數(shù)來決定葉輪的各因素。
將公式(7)如下述那樣進(jìn)行變換。
在公式(7)中，令常數(shù)-0.857為a，常數(shù)1.009為b時，則公式(7)變成公式(8)。
r0/r1≥a(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]＋b(8)根據(jù)公式(8)可以推導(dǎo)出公式(9)。
2πr1－nt≤-a(2πr1)[(1－r0/r1)/(b－r0/r1)](9)根據(jù)公式(9)可以推導(dǎo)出公式(10)。
(2πr1/n)－t≤-a(2πr1)[(1－r0/r1)/(b－r0/r1)]/n(10)公式(10)左邊的(2πr1/n)－t意味是在徑向葉片間形成的矩形流道的出口寬度Δl。因此，第1方案所表明的是，當(dāng)在徑向葉片間所形成的矩形流道的出口寬度Δl滿足公式(10)的情況下，多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性能實現(xiàn)最佳化。
在求公式(10)中等號成立情況下的徑向葉片的片數(shù)nc與形成于徑向葉片間的矩形流道的出口寬度Δlc時，nc＝(2πr1/t)[1＋a(1－r0/r1)/(b－r0/r1)]Δlc＝(2πr1/nc)－t＝-a[(1－r0/r1)/(b－r0/r1)]t/[1＋a(1－r0/r1)/(b－r0/r1)]＝-at/[(b－r0/r1)/(1－r0/r1)＋a]由表1可知，在推導(dǎo)第1方案時所進(jìn)行的試驗是以徑向葉片的厚度t為0.5mm的葉輪作為主要對象。因此，在徑向葉片厚度t為t0(t0＝0.5mm)的情況下，矩形流道的出口寬度Δ1如果滿足下式時，則多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性可以確實地實現(xiàn)最佳化。
Δl＝(2πr1/n)－t0≤Δlc＝-at0/[(b－r0/r1)/(1－r0/r1)＋a]即(2πr1/n)－t0≤-at0/[(b－r0/r1)/(1－r0/r1)＋a] (11)式中t0＝0.5mm在此，即使徑向葉片的板厚t不是t0(t0＝0.5mm)的情況下，如果矩形流道的出口寬度Δ1是在徑向葉片的板厚t是t0(t0＝015mm)的情況下的矩形流道的出口寬度Δl的閾值Δlc以下時，也假定多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性可以實現(xiàn)最佳化。
這時，使多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性最佳化的條件如下(2πr1/n)－t0≤-at0/[(b－r0/r1)/(1－r0/r1)＋a](12)
式中 t0＝0.5mm根據(jù)公式(12)可求得公式(13)(b－r0/r1)/(1－r0/r1)≤-a{t0/(2πr1/n)－t]＋1}(13)將公式(13)的右邊叫作卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2?？柭桌暗牡?無因次數(shù)Z2是獨立地包含徑向葉片的片數(shù)n與徑向葉片的厚度t的無因次數(shù)，不存在第1方案的卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1所包含的問題。
使用卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2來表示公式(13)時，則(b－r0/r1)/(1－r0/r1)≤Z2(14)式中Z2＝-a{t0/[(2πr1/n)－t]＋1}a＝-0.857b＝1.009t0—徑向葉片的基準(zhǔn)厚度＝0.5mmr0—葉輪的內(nèi)半徑r1—葉輪的外半徑n—徑向葉片的片數(shù)t—徑向葉片的厚度因此，在卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2滿足公式(14)時，如果根據(jù)試驗?zāi)茏C明多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性實際上能實現(xiàn)最佳化，則可獲得第2方案，其特征在于根據(jù)公式(14)決定多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的各因素，其通用性比第1方案還要高，該第1方案的特征在于根據(jù)公式(7)來決定多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的各因素。
2.通風(fēng)機(jī)性能的計測試驗僅就與有關(guān)第1方案而進(jìn)行的試驗中所使用的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)用的葉輪同樣但Z2不同的各種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)用的葉輪，進(jìn)行了通風(fēng)機(jī)性能的計測試驗，該通風(fēng)機(jī)性能的計測試驗與有關(guān)第1方案所進(jìn)行的試驗相同。在表2中給出各供試葉輪的規(guī)格、卡爾曼米利堪的第1無因次數(shù)Z1、卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2、最低比噪聲Ksmin與葉輪的轉(zhuǎn)速。通過計測試驗所得到的各供試葉輪的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的關(guān)系如圖9所示。在圖9中還表示出對于每組內(nèi)外徑比相同的供試葉輪連結(jié)其計測點所得到的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的相關(guān)線。
由圖9得知，在葉輪的內(nèi)外徑比一定的情況下，最低比噪聲Ksmin隨著卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的增加而減小。另外，關(guān)于內(nèi)外徑比為0.75的葉輪1、內(nèi)外徑比為0.58的葉輪1與內(nèi)外徑比為0.40的葉輪1，如圖9的相關(guān)線所示，當(dāng)Z2超過規(guī)定的閾值時，最低比噪聲Ksmin能維持成極小值。關(guān)于內(nèi)外徑比為0.90的葉輪1，由于試驗點少，Z2的閾值不明，但是在圖9中表示出具有根據(jù)其他試驗點類推得出的閾值的相關(guān)線。
在圖10中表示公式(14)。圖10中的相關(guān)線L2右側(cè)的畫有斜線的區(qū)域是假定的消聲區(qū)域。
根據(jù)圖9所示的內(nèi)外徑比為0.75的葉輪的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的相關(guān)線、內(nèi)外徑比為0.58的葉輪的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的相關(guān)線、內(nèi)外徑比為0.40的葉輪的最低比噪聲Ksmin與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的相關(guān)線所求得的、由葉輪的各因素所決定的無因次數(shù)(b－r0/r1)/(1－r0/r1)與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的閾值的關(guān)系如圖10所示。由圖10得知，根據(jù)通風(fēng)機(jī)性能的計測試驗所得到的、由葉輪的各因素所決定的無因次數(shù)(b－r0/r1)/(1－r0/r1)與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的閾值的關(guān)系是在相關(guān)線L2上。在圖10中補(bǔ)充記入根據(jù)圖9的相關(guān)線所求得的、內(nèi)外徑比為0.90的葉輪1的無因次數(shù)(b－r0/r1)/(1－r0/r1)與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的閾值的關(guān)系。由圖10得知，內(nèi)外徑比為0.90的葉輪1的無因次數(shù)(b－r0/r1)/(1－r0/r1)與卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2的閾值的關(guān)系是在相關(guān)線L2上。
因此由試驗證明，在卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2滿足公式(14)時，多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性實際上能實現(xiàn)最佳化。
因此，可以認(rèn)為，在給出了葉輪的內(nèi)外徑比的情況下，為使卡爾曼米利堪的第2無因次數(shù)Z2存在于圖10的畫有斜線的區(qū)域內(nèi)，即為滿足公式(14)，可以通過決定葉輪的各因素，不必反復(fù)地進(jìn)行試驗，即能有系統(tǒng)地使多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性實現(xiàn)最佳化。
公式(14)可以適用于內(nèi)外徑比為0.40～0.90的葉輪，但是由圖9可知，對于內(nèi)外徑比為0.90的葉輪來說，最低比噪聲Ksmin的極小值為43dB程度，不能獲得足夠的消聲性。因此，作為公式(14)的適用范圍，可以考慮以內(nèi)外徑比為0.40～0.80左右的葉輪為宜。
根據(jù)上述，通過將公式(14)應(yīng)用于內(nèi)外徑比υ為0.40～0.80程度的葉輪，能在所給予的條件下，不必反復(fù)地進(jìn)行試驗，有系統(tǒng)地設(shè)計具有最佳消聲性能，并且具有足夠的消聲性的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
再者，在上述實施例中是使用徑向平板葉片，但是如圖11所示，使徑向平板葉片的徑向內(nèi)端附近部向葉輪的回轉(zhuǎn)方向彎曲，以減小空氣流對于徑向平板葉片的入射角，借此能抑制徑向平板葉片的徑向內(nèi)端附近部的負(fù)壓面?zhèn)瓤諝饬鞯奈蓙y，進(jìn)一步提高多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性。上述彎曲部，可以設(shè)置在所有的徑向平板葉片上，或者也可以相隔規(guī)定的片數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
本發(fā)明的設(shè)計方法也適用于圖12(a)、圖12(b)所示的雙吸入型多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)10，該雙吸入型多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)10具備杯狀的圓形基板11，配置在圓形基板11兩側(cè)的一對圓環(huán)板12a、12b，配置在圓形基板11與圓環(huán)板12a之間的多片徑向平板葉片13a，配置在圓形基板11與圓環(huán)板12b之間的多片徑向平板葉片13b。
本發(fā)明的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)能廣泛利用于以往使用西洛可通風(fēng)機(jī)、渦輪通風(fēng)機(jī)等離心式通風(fēng)機(jī)與橫流式通風(fēng)機(jī)等的各種機(jī)器，例如毛發(fā)干燥器、各種暖風(fēng)干燥機(jī)、空調(diào)機(jī)、空氣凈化機(jī)、復(fù)印機(jī)等OA機(jī)器、除濕機(jī)、脫臭裝置、加濕機(jī)、清掃機(jī)、噴霧器等。
產(chǎn)業(yè)上利用可能性在本發(fā)明中，滿足υ≥-0.857Z1＋1.009(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系來決定葉輪的各因素，因此多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的最低比噪聲為最小。所以，從本發(fā)明來看，在所給予的條件下，不必重復(fù)地進(jìn)行試驗，即能有系統(tǒng)地設(shè)計出具有最佳消聲性能的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
在本發(fā)明中，是滿足υ≥-0.857Z1＋1.009，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系來決定葉輪的各因素，因此多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的最低比噪聲為最小。所以，從本發(fā)明來看，在所給予的條件下，不必重復(fù)地進(jìn)行試驗，即能有系統(tǒng)地設(shè)計出具有最佳消聲性能，并且具有足夠的消聲性與工作容易性的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
在本發(fā)明中，是滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857[t0/(2πr1/n－t)＋1]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系來決定葉輪的各因素，因此多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的最低比噪聲為最小。所以，從本發(fā)明來看，在所給予的條件下，不必反復(fù)地進(jìn)行試驗，即能有系統(tǒng)地設(shè)計出具有最佳消聲性能，并且具有足夠的消聲性與工作容易性的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
在本發(fā)明中，是滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857[t0/(2πr1/n－t)＋1]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系來決定葉輪的各因素，因此多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的最低比噪聲為最小。所以，從本發(fā)明來看，在所給予的條件下，不必反復(fù)地進(jìn)行試驗，即能有系統(tǒng)地設(shè)計出具有最佳消聲性能，并且具有足夠的消聲性與工作容易性的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)。
通過使徑向葉片的徑向內(nèi)端附近部向葉輪的回轉(zhuǎn)方向彎曲，以減小空氣流對于徑向葉片的入射角，徑向葉片的徑向內(nèi)端附近部的負(fù)壓面?zhèn)鹊目諝饬鞯奈蓙y受到抑制，多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的消聲性提高。
本發(fā)明的設(shè)計方法也可適用于雙吸入型多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)上。
本發(fā)明的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)能廣泛利用于以往使用西洛可通風(fēng)機(jī)、渦輪通風(fēng)機(jī)等離心式通風(fēng)機(jī)與橫流式通風(fēng)機(jī)等的各種機(jī)器，例如毛發(fā)干燥器、各種暖風(fēng)干燥機(jī)、空調(diào)機(jī)、空氣凈化機(jī)、復(fù)印機(jī)等OA機(jī)器、除濕機(jī)、脫臭裝置、加濕機(jī)、清掃機(jī)、噴霧器等。
表1

<p>表2

權(quán)利要求
1.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足υ≥-0.857Z1＋1.009(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1-nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
2.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足υ≥-0.857Z1＋1.009，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t＝徑向葉片的厚度)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
3.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足υ≥-0.857Z1＋1.009(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系。
4.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足υ≥-0.857Z1＋1.009，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z1＝(r1－r0)/[r1－nt/(2π)]，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度)的關(guān)系。
5.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857{t0/[2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
6.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法，其特征在于滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857{t0/[(2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系來決定葉輪的各因素。
7.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2(式中υ＝r0/r1，Z2＝0.857{t0/[(2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系。
8.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于葉輪的各因素滿足(1.009－υ)/(1－υ)≤Z2，并且0.8≥υ≥0.4(式中υ＝r0/r1，Z2＝{t0/[(2πr1/n)－t]＋1}，r0—葉輪的內(nèi)半徑，r1—葉輪的外半徑，n—徑向葉片的片數(shù)，t—徑向葉片的厚度，t0—基準(zhǔn)厚度＝0.5mm)的關(guān)系。
9.一種多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于具備葉輪，其多片徑向葉片是在圓周方向互相隔以間隔地進(jìn)行配置，并且在葉片間形成窄幅的流道；葉片間流道內(nèi)的層流邊界層的分離受到抑制。
10.按權(quán)利要求3、4、7、8、9中的任一項所述的多葉片徑流式通風(fēng)機(jī)，其特征在于徑向葉片的徑向內(nèi)端附近部向葉輪的回轉(zhuǎn)方向彎曲。
全文摘要
滿足υ≥-0.857Z
文檔編號F04D29/28GK1128062SQ9519036
公開日1996年7月31日 申請日期1995年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月28日
發(fā)明者新原登, 畠山真 申請人:東陶機(jī)器株式會社