专利名称：涡流鼓风机的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用叶轮旋转连续地对空气赋予动能并压送空气的涡流鼓 风机。
背景技术：
涡流鼓风机——即涡流送风机具有形成有圆弧状静止流路的壳体和与 该静止流路相对应地在圆周方向上每隔规定的间隔设置了多片叶片的叶 轮，叶轮旋转自由地安装在壳体上。壳体上设置有与静止流路的一端连通 的吸入流路和与静止流路的另一端连通的排出流路。当叶轮旋转时，从吸 入流路流入的空气反复进行以下两个过程，S卩在叶轮的叶片相互之间被 从内周向外周增速而流入静止流路中、并且在静止流路内被引导向圆周方 向而减速、增压的过程，以及再次流入叶片相互之间的过程，流入空气被
叶轮反复赋予动能并被加压。加压后的空气通过排出流路排出到外部。在 壳体上与叶片相对置地设置将静止流路两端之间分隔的隔壁，用该隔壁将
吸入流路和排出流路的靠叶轮一侧的开口部隔开，使吸入流路与排出流路 不直接连通。
这种结构的涡流鼓风机与离心式鼓风机相比，能够提高表示叶轮每单 位外径的功的压力系数，能够小型轻量化，因此作为一般的工业机械中容 量比较小的空气动力源被广泛使用。作为涡流鼓风机的使用形态，有使用 从排出流路排出的正压空气的情况和使用吸入流路产生的负压的情况。例 如，当为了消除机床的切屑而使用涡流鼓风机时，使用正压空气，当为了 吸附搬运工件而使用涡流鼓风机时，使用吸入流路产生的负压空气。
作为这样的涡流鼓风机，有日本专利第2680136号公报所记载的具有 与静止流路相对置地设置的环状槽的轮盖(shroud)，用设置在轮盖上的多片 叶片沿圆周方向每隔规定的间隔分隔环状槽的类型。而且，涡流鼓风机还 有日本特开平4-228899号公报记载的在通过叶轮安装在壳体上的壳盖的内面上也形成静止流路的类型。作为叶片的形态，有叶片笔直沿叶轮的径向 方向延伸的直线型和使叶片的内面沿旋转方向弯曲并且使叶片的顶端面沿 径向方向弯曲，将叶片弯曲成三维形状的弯曲型等。
涡流鼓风机中，抑制驱动时产生的噪音是非常重要的解决课题。涡流 鼓风机的噪音有乱流产生的频率比较低的流动噪音和叶轮的叶片与隔壁干 涉产生的压力变动引起的风噪音。风噪音具有由叶片数乘以转速的频率及 其整数倍的高次频率的噪音构成的频率特性，与上述流动噪音相比，噪音 水平更大，因此为了降低涡流鼓风机的噪音，必须降低风噪音。以往认为， 风噪音产生的机理是，叶片与隔壁的压力干涉引起压力变动，由此发出声
音
因此，为了降低风噪音，此前对于涡流鼓风机提出过在吸入流路和排 出流路中设置使用了吸音材料的摩擦式吸音器，对于降低特定频率的风噪
音有效的各种共鸣型吸音器。专利文献2记载的涡流鼓风机中，通过在吸 入流路和排出流路的靠叶轮一侧的开口部的内面或隔壁上配置吸音材料降 低风噪音。
专利文献1记载的涡流鼓风机中，通过在隔壁上设置与吸入流路和排 出流路的开口部相对置的引导部降低噪音，使吸入流路一侧的引导部倾斜 为其顶端离开叶轮外周部而与叶片干涉；使排出流路一侧的引导部倾斜为 其顶端离开叶轮内周部而与叶片干涉。由此，使从吸入流路流入静止流路 内的空气流动和从静止流路内流向排出流路的空气流动变得顺畅，降低产 生的噪音。如此这般，以往，或者通过使设置在隔壁上的引导部的顶端面 倾斜来延长叶片与隔壁的干涉引起的压力变动的时间，使压力逐渐变化， 或者对所产生的频率高的噪音、利用吸音材料或共鸣型吸音器来使声音衰 减，实施降低涡流鼓风机的噪音、静音的对策，但对涡流鼓风机的噪音降 低有限。尤其存在不能降低风噪音的优势频率的问题。
为了探究其原因，进行过使单一频率的纯音在涡流鼓风机的圆弧状静 止流路内流动，在吸入流路一侧与排出流路一侧之间沿静止流路移动麦克 风来收集声音的实验。结果是，检测到了在特定频率下振幅的上下整齐的 明确区分波腹和波节的波形。当使频率与该频率不同的纯音流过静止流路 内时，变成了波形的振幅上下不整齐、无法区分波形的波腹和波节的状态。结果，可以认为，特定频率的声音与静止流路产生了声音上的共鸣。
在壳体上形成了为了顺畅地引导从吸入流路流入静止流路的一端的空 气而弯曲的吸入侧引导面，并且形成了为了顺畅地引导从静止流路的另一 端排出到排出流路中的空气而弯曲的排出侧引导面，各引导面分别形成圆 弧状静止流路的端面。因此可以认为，静止流路具有与设置了两个端面的 气柱或管路等价的共鸣频率。管路的共鸣频率为当声音的前进波与从管路 的端面反射来的反射波相位一致而重叠时，波形不前进，看起来像是停止 在那里振动的状态的波形，称为驻波。由于驻波为相同相位的波重叠的波， 因此与原来的波形相比，表示声压的振幅被放大。这样一来，可以认为当 管路内产生的声音与管路的共鸣频率即驻波一致时，声音被放大。由于吸 入流路和排出流路与分别成为反射面的引导面相对置地设置在壳体上，因 此放大了的声音就原样放射到外部。
关于驻波的频率，当流路为笔直的直管那样平面波垂直于端面入射时， 可以认为音场是一维的，因此，管路的端面密封时驻波的频率即共鸣频率
用以下的公式求得。即，当假设音速为C、直管的长度为L时，驻波的频 率f为f二 (2m—1) C/ (4L)。式中m为整数。
使涡流鼓风机的静止流路为弯曲的圆弧状的流路来形成管路的形状， 形成静止流路两端面的弯曲面处发生声音反射，可以认为与直管一样存在 驻波。为了使风噪音的优势频率与静止流路的共鸣频率不一致地设置涡流 鼓风机，由叶轮的直径确定的静止流路长度、确定优势频率的叶轮的转速、 和叶轮的叶片数成为变量。因此，如果一直以一定的转速驱动叶轮的话， 则能够使风噪音的频率与管路的共鸣频率错开。
但是，由于为了使涡流鼓风机进行优化运转而改变转速地进行控制， 因此风噪音的频率不一定。而且，涡流鼓风机的工作原理是利用流体的剪 切力来升压，因此由于工作流体摩擦热的增加，流体的温度也上升，温度 上升使音速增大，则波长变长，静止流路的共鸣频率也改变。因此难以用 吸音器或消音材料降低使用涡流鼓风机的所有运行状态下的优势噪音。
发明内容
本涡流鼓风机就是根据上述噪音产生的机理的阐明，判明通过防止风噪音引起的静止流路产生的共鸣现象能够降低涡流鼓风机的噪音这一情况 而做出的发明。
因此，本发明的目的是要提供一种能够降低噪音的涡流鼓风机。 本发明的涡流鼓风机，具有壳体和叶轮，该壳体设置了圆弧状的静止 流路，该叶轮与上述静止流路相对应地在圆周方向上每隔规定的间隔设置 了多片叶片，并且由电动机驱动，其特征在于，该涡流鼓风机具有吸入 流路，与上述静止流路的一端连通地设置在上述壳体上，将空气从外部引 导到上述静止流路；排出流路，与上述静止流路的另一端连通地设置在上 述壳体上，将加压空气从上述静止流路引导到外部；以及漫反射部，设置 在吸入侧引导面和排出侧引导面中的至少任意一个面上，该吸入侧引导面 形成上述静止流路的一个端面并将空气从上述吸入流路引导向上述静止流 路，该排出侧引导面形成上述静止流路的另一个端面并将空气从上述静止 流路引导向上述排出流路。
通过以下结合附图的描述，本发明的上述及其他的特征、目的和优点 将变得更加明显。图中-
图1为表示本发明的一个实施方式的涡流鼓风机的局部剖视透视图。 图2为表示图1所示涡流鼓风机的一部分的纵剖视图。 图3为图2的3-3线剖视图。
图4 (A)为表示叶轮的内面的正视图，图4 (B)为表示叶轮变形例 的正视图。
图5 (A)为图4 (A)的5A-5A线的剖视图，图5 (B)为图4 (B) 中的5B-5B线剖视图，图5 (C)为表示叶片的变形例的剖视图。 图6为图3中的6-6线放大剖视图。
图7 (A)为图6中的7A-7A线剖视图，图7 (B)为图6中的7B-7B 线剖视图，图7 (C)为图6中的7C-7C线剖视图。 图8为表示漫反射部的变形例的剖视图。
图9为表示对于作为比较例的涡流鼓风机进行声音收集实验的情况的 示意图。图10为表示对图9所示的比较例进行声音收集实验的结果的波形线图。
图11为表示对本发明的涡流鼓风机和比较例的涡流鼓风机所测量到的 性能曲线的特性图。
具体实施例方式
虽然表示和描述了本发明的几个实施方式，但显而易见，所公开的实 施方式很容易在不超出本发明的范围内进行改变或改进。因此，并非意图 通过具体的表示和详细的描述来限制本发明，而是用附加的权利要求来覆 盖所有的改变和改进。
下面根据附图详细说明本发明的实施方式。图1为表示本发明的一个 实施方式的涡流鼓风机的局部剖视透视图，图2为表示图1所示涡流鼓风 机的一部分的纵剖视图，图3为图2的3-3线剖视图，图4(A)为表示叶 轮内面的正视图，图4 (B)为表示叶轮变形例的正视图，图5 (A)为图4 (A)的5A-5A线的剖视图，图5 (B)为图4 (B)中的5B-5B线剖视图， 图5 (C)为表示叶片的变形例的剖视图。
如图1所示，该涡流鼓风机具有安装在底座10上的电动机11，电动机 11上组装有壳体12。电动机11使用感应电动机，由逆变器控制转速。如 图1和图2所示，壳体12具有旋转自由地安装着电动机11的旋转轴13的 盘形部12a、 一体地设置在盘形部12a外侧的弯曲部12b、以及一体地设置 在弯曲部12b外侧的圆筒部12c。旋转轴13上安装有叶轮14，叶轮14由 电动机11驱动旋转。叶轮14具有设置有固定在旋转轴13上的盘形部15a 和与弯曲部12b相对置的弯曲部15b的轮盖15，在弯曲部15b的内面上形 成有环形槽16。该环形槽16通过在轮盖15的弯曲部15b内沿圆周方向每 隔规定的间隔设置的多片叶片——即翼片(blade)17而被划分，叶片17相互 之间构成离心槽18。壳体12的圆筒部12c上安装有壳盖19，叶轮14由壳 盖19 ^S^S o
如图1 图3所示，在壳体12的弯曲部12b的内面上，形成有圆弧状 的静止流路20。在壳体12上，与该静止流路20的一端连通地设置有吸入 流路21，在壳体12上，与静止流路20的另一端连通地设置有排出流路22。如图3所示，吸入流路21具有与静止流路20的一端连通的连通开口部21a， 排出流路22具有与静止流路20的另一端连通的连通开口部22a,在各连通 开口部21a、 22a之间，设置有分隔吸入流路21和排出流路22的隔壁23。
吸入流路21与旋转轴13大致平行地沿电动机11延伸，如图1所示， 在吸入流路21的顶端设置有用来连接图中没有表示的吸入管的吸入口 21b，通过吸入管从外部向吸入流路21提供空气。排出流路22与吸入流路 21大致平行地沿电动机11延伸，顶端设置有用来连接图中没有表示的排出 管的排出口。如图1所示，消音器24组装到吸入流路21中，排出流路22 中也组装有图中没有表示的消音器。
叶片17如图4 (A)和图5 (A)所示那样呈叶轮14的旋转方向的前 方一侧成为凹面17a而弯曲的弯曲型，叶片17的顶端面如图4 (A)所示 从径向方向的中央部17b向着径向方向的两端、向旋转方向的前方一侧突 出地弯曲。当由电动机11旋转驱动叶轮14时，被吸入流路21引导从静止 流路20流入到叶轮14内的空气反复进行如下过程，g卩在叶轮14的叶片 17相互之间的离心槽18内从内周向外周增速而流入静止流路20内，并且 在静止流路20内被沿圆周方向引导而进行减速、增压的过程；以及再次流 入离心槽18内的过程。这样一来，空气一边在涡轮鼓风机内呈螺旋状地流 动， 一边反复被叶轮14赋予动能而被加压。加压后的空气通过排出流路22 被引导到外部。在图2和图3中，用实线表示叶轮14内空气的流动，用虚 线表示静止流路20内空气的流动。在像图4 (A)和图5 (A)所示那样叶 片17为弯曲型的情况下，叶轮14具有旋转方向性，并且以叶片17的凹面 一侧朝旋转方向的前方的方式被驱动旋转。
图4 (B)和图5 (B)表示设置了直线型叶片17的叶轮14,各个叶片 17沿径向方向笔直延伸。设置了这种叶片17的叶轮14，由于相对于旋转 方向呈对称形状地设置有叶片17，因此当使电动机11逆向旋转时，吸入流 路21变成排出流路，排出流路22变成吸入流路。图5 (C)为直线型叶片 17的变形例，在叶片17的旋转方向的背面一侧设置有倾斜面17c。这样一 来，可以使用上述任意类型作为图1和图2所示的涡轮鼓风机的叶轮14。
图6为图3中的6-6线放大剖视图，图7 (A)为图6中的7A-7A线的 剖视图，图7 (B)为图6中的7B-7B线的剖视图，图7 (C)为图6中的7C-7C线的剖视图。
如图6和图7所示，吸入流路21和排出流路22相对于静止流路20为 近似直角的方向。因此，空气从吸入流路21沿近似直角的方向流入静止流 路20，为了顺畅地引导从吸入流路21流入静止流路20中的空气的姿态， 在壳体12上设置有弯曲成球内面形状的吸入侧引导面25。同样，为了顺畅 地引导从静止流路20排出到排出流路22中的空气的姿态，在壳体12上设 置有弯曲成球内面形状的排出侧引导面26。
在排出侧引导面26上设置有漫反射部30a，使因叶片17与隔壁23的 压力干涉引起的压力变动而产生的风噪音的前进波产生漫反射。该漫反射 部30a由向排出侧引导面26的中心部突出的突起31形成，该突起31经过 连通开口部22a从排出侧引导面26的静止流路20 —侧的端部，沿空气流 动的方向延伸到排出流路22的内部。如图7 (A)所示，在成为突起31的 顶峰的顶点部位即顶端32上，与静止流路20的中心部相对应的部分即顶 端部的长度方向中央部离排出侧引导面26最高。如图7 (B)、 (C)所示， 突起31的高度从长度方向的中央部向两端一侧逐渐降低。
如图3所示，由于涡流鼓风机中的空气流在静止流路20和叶轮14内 观察时呈螺旋状地前进，因此即使使突起31向排出侧引导面26的中心部 突出也不会阻碍空气流动，能够减小压力损失。而且，突起31的两侧面33 弯曲成凹面形状，能够抑制空气阻力的增加。
如图6所示，在吸入侧引导面25上也设置有漫反射部30b，该漫反射 部30b由形状与漫反射部30a相同的突起31形成。
这样一来，由于作为漫反射部30a、 30b的突起31的高度沿空气流动 的方向逐渐变化，并且两侧面33成为弯曲或倾斜成凹面形状的面，因此， 风噪音的前进波通过突起31的各个部位而漫反射，反射条件改变，将前进 波与反射波的相位错开，防止在静止流路20内产生共鸣现象。为了改变涡 流鼓风机排出的风量，逆变器控制电动机ll的转速。因此，虽然不能避免 以产生频率与静止流路20的共鸣频率一致的风噪音那样的转速对叶轮14 进行旋转驱动这一情况，但通过设置漫反射部能防止静止流路20中产生共 鸣现象。由此，无论以什么样的转速驱动叶轮14，都能够降低涡流鼓风机 的噪音。虽然通过在吸入侧引导面25和排出侧引导面26中的一个上设置漫反射部能够抑制噪音的产生，但在两者上都设置更能提高抑制效果。另
外，图6中符号S的实线箭头表示风噪音的前进波，符号R的虚线箭头表 示反射波。
图8为表示漫反射部30a、 30b的变形例的剖视图，表示与图7 (A) 所示部分相同部分的剖面形状。形成漫反射部30a、 30b的突起31在其顶 端32上形成凹部34，凹部34沿空气流动的方向延伸，并且凹部34的深度 随着朝向突起31长度方向的两端而变浅。通过在顶端32上形成凹部34， 使前进波漫反射，能够使反射条件更加复杂多样化。虽然不用将突起31的 两侧面33弯曲成凹面形状，使其为平坦的倾斜面也能够获得漫反射效果， 但通过弯曲成凹面形状能够减小流路内的压力损失并且能够降低噪音的产 生。
图9为表示对作为比较例的涡流鼓风机进行声音收集实验的情况的示 意图，图9表示壳体12的内面。在图9所示壳体12的隔壁23的内侧，形 成静止流路20端面的吸入侧引导面和排出侧引导面成为球的内面形状，但 各引导面上没有设置漫反射部。在使单一频率的纯音从扬声器流过这样的 涡流鼓风机的静止流路20中的状态下，使麦克风如粗线表示的那样在吸入 口一侧与排出口一侧之间沿静止流路20移动而收集声音。
图10为表示对图9所示的比较例进行声音收集实验的结果的波形线 图。如图10所示，在作为比较例的涡流鼓风机中，当使特定频率的纯音流 过时，检测到了振幅上下整齐的明确区分出波腹和波节的波形。这样一来， 当从麦克风流出的声音的频率与静止流路20的共鸣频率的驻波一致时，噪 音被放大而放射到外部。与此相反，当在形成静止流路20的端面的吸入侧 和排出侧引导面25、 26上设置漫反射部30a、 30b时，即使从麦克风流出 相同频率的声音也没有发现这样的共鸣现象产生，没有产生优势频率。
图11为表示对于本发明的涡流鼓风机和具有图9所示壳体的作为比较 例的涡流鼓风机所测量到的性能曲线的特性图。如图ll所示，当将噪音测 量器配置在各涡流鼓风机的周围对各种频率的噪音进行测量时，发现与比 较例相比，本发明的涡流鼓风机中漫反射部降低了噪音。
以上根据发明的实施方式具体地说明了本发明者提出的发明，但本发 明并不受上述实施方式的限制，在不超出其宗旨的范围内能够进行各种改所记载的在叶片的轴向方向的两侧形成了静止流 路的涡流鼓风机也可以使用本发明。并且，既可以像图6中双点划线所示 那样在隔壁23上设置覆盖各连通开口部21a、 22a前方的引导部23a，也可 以使引导部23a的顶端面像专利文献1记载的那样倾斜。
本涡流鼓风机的特征在于在上述吸入侧引导面和上述排出侧引导面这 两个面上设置上述漫反射部。本发明的涡流鼓风机的特征在于上述漫反射 部是向流路的中心突出并且沿空气流动的方向延伸的突起。本发明的涡流 鼓风机的特征在于上述突起的高度从上述突起的长度方向的中央部向两端 逐渐降低。本发明的涡流鼓风机的特征在于上述突起的侧面弯曲成凹面形 状。
根据本涡流鼓风机，由于在形成静止流路端面的引导面上设置漫反射 部，因此因叶片与隔壁干涉引起的压力变动而产生的前进到静止流路端面 的风噪音冲击漫反射部而被漫反射，变成相位与风噪音的相位不同的状态 并被反射到静止流路中。由此，即使产生频率与静止流路的共鸣频率一致 的风噪音也能够防止静止流路中产生共鸣现象，能够防止优势音的产生， 能够降低涡流鼓风机的噪音。
虽然通过在排出侧引导面和吸入侧引导面中的任意一个面上设置漫反 射部能够降低风噪音引起的噪音，但通过在两个引导面上都设置漫反射部 能够进一步提高降低噪音的效果。由于被加压后的空气在静止流路和叶片 中观察时呈螺旋状地流动，流路中心部的流速低，因此通过由向流路的中 心突出并沿空气流动方向延伸突出的突起形成漫反射部，能够在减小漫反 射部引起的流路内的压力损失的同时降低噪音的产生。通过使突起的高度 从该突起的长度方向的中央部向两端逐渐降低，或者通过将突起的侧面弯 曲成凹面形状，能够在减小流路内的压力损失的同时降低噪音的产生。
权利要求
1.一种涡流鼓风机，具有壳体和叶轮，该壳体设置了圆弧状的静止流路，该叶轮与上述静止流路相对应地在圆周方向上每隔规定的间隔设置了多片叶片，并且由电动机驱动，其特征在于，该涡流鼓风机具有吸入流路，与上述静止流路的一端连通地设置在上述壳体上，将空气从外部引导到上述静止流路；排出流路，与上述静止流路的另一端连通地设置在上述壳体上，将加压空气从上述静止流路引导到外部；以及漫反射部，设置在吸入侧引导面和排出侧引导面中的至少任意一个面上，该吸入侧引导面形成上述静止流路的一个端面并将空气从上述吸入流路引导向上述静止流路，该排出侧引导面形成上述静止流路的另一个端面并将空气从上述静止流路引导向上述排出流路。
2. 如权利要求1所述的涡流鼓风机，其特征在于， 在上述吸入侧弓I导面和上述排出侧引导面这两个面上设置上述漫反射部。
3. 如权利要求1或2所述的涡流鼓风机，其特征在于， 上述漫反射部是向流路的中心突出并且沿空气流动的方向延伸的突起。
4. 如权利要求3所述的涡流鼓风机，其特征在于， 上述突起的高度从上述突起的长度方向的中央部向两端逐渐降低。
5. 如权利要求3所述的涡流鼓风机，其特征在于， 上述突起的侧面弯曲成凹面形状。
6. 如权利要求4所述的涡流鼓风机，其特征在于， 上述突起的侧面弯曲成凹面形状。
全文摘要
提供能减轻噪音产生的涡流鼓风机。涡流鼓风机具有设置了圆弧状静止流路(20)的壳体(12)和与静止流路(20)相对应设置了多片叶片(17)的叶轮(14)，在壳体(12)上设置有与静止流路(20)的一端连通的吸入流路(21)和与静止流路(20)的另一端连通的排出流路(22)。分别在形成静止流路(20)的一个端面的吸入侧引导面(25)和形成静止流路(20)的另一个端面的排出侧引导面(26)上设置了漫反射部(30a、30b)。漫反射部(30a、30b)使静止流路(20)内的风噪音漫反射而防止产生静止流路(20)的共鸣现象。
文档编号F04D23/00GK101619727SQ20091000575
公开日2010年1月6日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年6月30日
发明者朝吹弘, 武田谕, 石川静, 石田恒 申请人:株式会社日立产机系统