叶轮以及使用了该叶轮的轴流鼓风机的制作方法_2

文档序号:9308276阅读:来源:国知局
置Rd以叶片安装角ξ的增加率逐渐减小的方式变大,在极大半径位置R2max处为极大叶片安装角I2max,叶片安装角ξ从极大半径位置R2max向外周缘12d逐渐减小,第二区域AR2的外周缘12d的叶片安装角ξ t比极大叶片安装角ξ 2max小(ξ t〈 ξ 2max)。换言之,第二区域AR2的第二叶片安装角分布D ξ 2具有如下的二次函数的分布:在第二区域AR2内,叶片安装角ξ从叶片安装角ξ为极大的极大半径位置R2max向外周缘12d减小。此外,第二区域AR2的成为极大的叶片安装角ξ 2max也成为整个旋转叶片12的叶片安装角ξ的最大值。第二叶片安装角分布Dl 2例如为,叶片安装角ξ从边界位置Rd的叶片安装角Id = 64.46°增加到极大半径位置R2max的极大叶片安装角ξ 2max,叶片安装角ξ从极大半径位置R2max向外周缘12d减小,达到外周缘12d的叶片安装角ξ t = 63.5°。此外,在第一区域ARl与第二区域AR2的边界位置Rd上,叶片安装角分布具有连续的曲线或者直线这样的分布。
[0044]这样,在位于旋转叶片12的外周侧的第二区域AR2中,具有外周缘12d的叶片安装角ξ t比极大半径位置R2max的叶片安装角ξ 2max小这样的第二叶片安装角分布D ξ 2,因此叶片安装角能够设定为适合于与在外周缘12d产生的横向吸入量的流量增加相应的角度,并防止在外周缘12d处的流动的剥离,因此能够实现由紊流引起的噪声的减小以及风扇效率的高效率化。
[0045]下面,在与比较例进行比较的同时说明叶轮10。此外,作为以下所示的实施方式1,使用具有上述的叶片安装角分布(参照图5)的旋转叶片12。另一方面,图8是表示作为比较例的旋转叶片112的一例的示意图,参照图8说明比较例的旋转叶片112。与图2和图3的旋转叶片12同样地,比较例的旋转叶片112也具有规定的三维立体形状,并具有:前缘112a,其位于旋转方向RR的正向侧;后缘112b,其位于旋转方向RR的反方向侧;内周缘112c,其连接到毂部111 ;以及外周缘112d,其位于壳体2侧。旋转叶片112具有如图5的虚线所示这样的、叶片安装角?从内周缘112c的位置到外周缘112d的位置直线性(一次函数)地增加的斜置分布。具体地说,旋转叶片112设定为直径Rt = 260 (mm),外周缘112d侧的叶片安装角= 67.5°,毂部111侧的叶片安装角Ib = 58°,在外周缘112d和毂部111之间的叶片安装角ξ具有与叶片直径对应地直线性增加的叶片安装角分布。
[0046]在此,在图5中,实施方式I和比较例的在内周缘12c的位置Rb的叶片安装角ξ b一致。而且,随着从内周缘12c向外周侧去,实施方式I的旋转叶片12的叶片安装角ξ以比比较例的旋转叶片112的叶片安装角的增加率大的增加率增加。图6是表示实施方式I的旋转叶片12和比较例的旋转叶片112在第一区域ARl的任意的半径位置Rl处的叶片截面展开图。如图6所示,在第一区域ARl中,与比较例的旋转叶片112的叶片安装角Icl相比,实施方式I的旋转叶片12的叶片安装角ξ I大(ξ 1> ξ Cl),相对于旋转方向RR斜率小。
[0047]在图5的第二区域AR2中,实施方式I的旋转叶片12的叶片安装角ξ的增加率逐渐减小,逐渐接近比较例的旋转叶片112的叶片安装角ξ,在比极大半径位置R2max靠外周侧(外周缘12d)的位置,实施方式I的旋转叶片12的叶片安装角ξ变得比比较例的旋转叶片112的叶片安装角ξ小。图7是表示实施方式I的旋转叶片12和比较例的旋转叶片112在比第二区域AR2的极大半径位置R2max靠外周侧的半径位置R2处的叶片截面展开图。如图7所示,在比极大半径位置R2max靠外周侧的半径位置R2,与比较例的旋转叶片112的叶片安装角ξ c2相比,实施方式I的旋转叶片12的叶片安装角ξ 2小(ξ 2〈 ξ c2),相对于旋转方向RR斜率大。
[0048]图9和图10是表示外周缘12d附近的叶片圆筒剖视图与速度三角形之间的关系的示意图。此外,图9表示未考虑横向吸入的情况,图10表示考虑了横向吸入的情况,在图中,用V、V10表示旋转轴方向(参照图3的箭头A方向)上的流速矢量,用U表示与旋转叶片12的旋转速度相对应的横向矢量,用W、W10表示合成流速矢量V、V10和横向矢量U而得到的相对流速矢量。如图8所示,在比较例的旋转叶片112中,基于在假设气流沿着作为叶片面的相同半径上的线要素的叶片要素流动的情况下未考虑横向吸入的流速矢量V和横向矢量U,进行了二维的最佳设计。因而,在设计的流量下,表示向旋转叶片112流入的流动的相对流速矢量W的方向与前缘112a大致匹配。
[0049]但是,实际上,由于存在来自外周缘112d侧的空气流,所以来自叶片侧面的横向吸入的气流加入从前缘112a流入的气流,从而流量变多,成为流速矢量VlO (>V)。因此,如图10所示,相对流速矢量WlO的方向与旋转叶片112的前缘112a侧的角度不匹配。
[0050]图11是表示相对流速矢量WlO的方向与旋转叶片112的前缘112a的角度不匹配的情况下的空气流的状态的示意图。如图11所示,除了从旋转叶片112的前面(图3的箭头A方向)的流入之外,在前缘112a侧存在来自喇叭口 4侧的横向吸入。因此,在叶片负压面112f的前缘112a侧发生空气剥离ACl等,气流的流动与旋转叶片112的形状不匹配,变得紊乱并且向后缘112b侧移流,尾涡流AC2的规模也变大。这些流动的损失变大,因此送风一噪声特性变差。
[0051]图12是表示相对流速矢量WlO的方向与旋转叶片12的前缘12a的角度匹配的情况下的空气流的状态的示意图。旋转叶片12具有规定的叶片安装角分布(参照图6),因此具有横向吸入的影响大的外周缘12d附近的叶片安装角ξ与流量增加量相对应的分布。因此,即使在存在横向吸入的情况下,相对流速矢量WlO的方向与前缘12a的角度也成为匹配的方向。由此,气流沿着叶片形状流动,剥离变小,因此流动的损失变小,送风一噪声特性的恶化也变小。
[0052]图13是对具有实施方式I的叶片安装角分布D ξ的旋转叶片12和具有比较例的叶片安装角分布的旋转叶片112的比噪声特性与风扇效率特性进行比较的图表。此外,在设风量为Q[m3/min]、设静压为Ps [Pa]、设噪声特性(A声级)为SPLa[dB]时,比噪声Ks [dB]能够用下述式(I)表示。
[0053][式I]
[0054]Ks= SPLa-1OLog (Q.Ps2'5)...(I)
[0055]如图13所示,与具有直线性的叶片安装角特性的叶片相比,比噪声Ks在更宽的范围的风量带内实现了低噪声化,能够实现最大一 5 (dB)的低噪声化。
[0056]图14是对具有实施方式I的叶片安装角分布D ξ的旋转叶片12和具有比较例的叶片安装角分布的旋转叶片112的风扇效率特性进行比较的图表。此外,在设轴动力为Pw [W]时,风扇效率EJ % ]能够用下述式⑵表示。
[0057][式2]
[0058]Es= (Ps.Q)/(60.Pw)...(2)
[0059]如图14所示,对于风扇效率,也能够实现最大+1(百分点)的高效率化。
[0060]图15是表示在具有图4的叶片安装角分布Dl的旋转叶片12中、在使外周缘12d的叶片安装角变化至57.5?66.5°时叶片安装角ξ t与最小比噪声Ks之间的关系的图表。在图15中,在57.5° ( 66.5°的范围内,均能够实现低噪声化。图16是表示在具有图4的叶片安装角分布D ξ的旋转叶片12中、在使外周缘12d的叶片安装角在57.5° ( 66.5°的范围内变化时的叶片安装角与风扇效率的最高点之间的关系的图表。如图16所示,在具有本发明的叶片安装角分布的叶片中,在此次研究的范围内,均能够实现高效率化。更优选的是,如从图15和图16的图表中得知的那样,在60° ( Ct ^ 63°时,能够将噪声的产生抑制到最小限度并且使轴流鼓风机I效率良好地运转。另外,在旋转叶片12的外周侧能够使旋转叶片12的高度比具有比较例的叶片安装角分布的叶片低,与马达M之间的接合等变得容易。
[0061]图17是使用外周缘12d的按不同的叶片安装角ξ t的展开剖视图来进行高度的比较的图表。此外,在图17中表示在规定的位置(例如前缘12a侧)进行了位置对齐时的高度的比较。叶片安装角越小,越会产生前缘12a侧与后缘12b侧之间的高低差,从而使旋转叶片12的高度越高,在实施方式I中旋转叶片12比比较例的旋转叶片112高。旋转叶片12的高度受到产品的高度制约、与马达支架等之间的间隙的关系等的限制。由于该高度的限制随着各个产品形态、与其他零件之
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