专利名称：具有加固叶片的冷却风扇的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及大型建筑物中的循环装置，尤其涉及可用于使大量的空气进行循环的具有加固叶片的冷却风扇。
相关技术的描述在大型建筑物(例如仓库或机场机库)中工作的人门通常处于不舒适甚至有害的工作环境中。在炎热的天气，内部空气温度可达到使得人不能维持健康的体温值。另外，许多发生在这些环境中的行为，例如焊接或操作内燃机，会产生对处于其中的人有害的空气污染物。如果该区域没有适当通风的话，空气污染物的影响会被进一步扩大。
通过传统的空气调节方法不能解决在大型建筑物中冷却或循环空气的问题。在建筑物内的大量的空气以及通过天花板和墙壁传导的大定额(rate)热量需要强大的空气调节装置才能有效果。如果使用这样的装置，操作费用可能巨大。而且，传统的空气调节通常对内部空气进行循环以增加冷却效率。因此，传统的空气调节并不典型地用在快速地消除空气污染物(例如排气和烟)和用外部的新鲜空气替换污染空气的通风系统中。例如，当在建筑物中焊接和操作内燃机时，内部空气必须被替换并且因为有害健康的空气污染物的累积而不应该被重复循环。
通常，在不能使用传统的空气调节时，小直径和大直径的风扇可被用来在某种程度上提供循环、冷却和通风。使用小直径的风扇进行空气循环的缺陷是下游的位置的气流会显著地递减。而且，大量的这些装置的同时使用所需的大量电能消除了它们作为廉价冷却系统的优点。
此外，使用大直径的风扇的缺陷在于它们通常需要特别构造的高强度小重量的叶片，这样的叶片可抵抗随叶片长度和宽度的长宽比的增加而增加的大的重力矩所引起的大应力。风扇的转动惯量随着直径的平方而增加的事实需要使用利用高转矩来产生齿轮减速的机制。不幸的是，因为电机在启动过程中产生的非常大的转矩，传统的动力传动系统组件容易产生机械故障，这降低了大直径的风扇的可靠性。
某些大直径的风扇已经装备了具有空气动力特征的低速装置和大的风扇叶片。例如，第6,244,821号美国专利公开了一种具有大直径的低速冷却风扇，其具有可使用公知的挤压处理形成的成比例的大风扇叶片。不幸的是，这种被挤压成的叶片具有不被支持的后缘(trailing edge)，所述后缘在形成和冷却过程中由于变形或扭曲而撕裂(tear)形成。因此，由于在制造过程中在较长的不被支持的后缘上产生的撕裂，上述空气动力特征可能被缩小，这会降低大风扇叶片的整体性能。所以，缩短的后缘不利地影响了大的风扇叶片的空气动力效果，从而潜在地削弱了在建筑物内部产生的循环气流的有效性。
由前述可知，当前存在一种在大型建筑物中提供最佳通风和有效冷却的廉价循环装置的需要。当前尤其需要这样一种包括改良的风扇叶片的循环装置以及其制造方法，以增加叶片的结构刚度以及维持提高的空气动力性能。
发明内容
前述的需求可由在工业厂房中用于循环空气的风扇组件来得到满足。在一个实施方案中，所述风扇组件可包括支撑件，适于允许所述风扇组件安装到所述工业厂房的屋顶；连接到所述支撑件的电机，所述电机与可旋转的轴接合以使得所述轴旋转。所述风扇组件还包括多个连接到所述可旋转的轴的风扇叶片，其中，每个风扇叶片由被挤压的金属形成，以使得第一弯曲壁连接到第二弯曲壁从而形成前部接合处和后部接合处，所述后部接合处延伸形成具有后缘的第三弯曲壁，每个叶片进一步包括以连续方式从所述后缘末端向远延伸的凸缘，以使得所述凸缘距离所述后缘的角位移形成加固所述后缘的弯曲区域。在一个方面中，所述每个风扇叶片包括翼型形状，所述翼型形状具有被弯曲以形成所述凸缘的锥形后缘，其中，所述凸缘从所述第三弯曲壁的下表面向下延伸。
另外，所述第一弯曲壁可连接到第二弯曲壁以形成中空的内部区域。所述第一弯曲壁可连接到第二弯曲壁以形成实心的内部区域。而且，所述多个风扇叶片可连接到轴毂，所述轴毂连接到所述可旋转的轴。在一个实施方案中，所述多个风扇叶片可包括至少十个风扇叶片。可以理解，所述多个风扇叶片可包括两个或多个风扇叶片而不会背离本发明的范围。所述多个风扇叶片的每一个可使用挤压技术制造，其中所述被挤压的金属包括铝。
此外，每个风扇叶片可包括大约5英寸到8英寸的横截面宽度。每个风扇叶片包括大约0.75(3/4)英寸到1.50(3/2)英寸的横截面高度。每个风扇叶片包括大约4英尺到14英尺的长度。第一和第二弯曲壁包括大约0.0625(1/16)英寸到0.1875(3/16)英寸的厚度。第三弯曲壁包括锥形的形状，所述锥形的形状在其长度方向上的厚度从所述后部接合处的大约0.1875(3/16)英寸减小到在所述后缘处的大约0.0625(1/16)英寸。所述凸缘包括大约0.25(1/4)到0.375(3/8)英寸的长度。
在另一个实施方案中，前述的需求也可通过用于工业厂房中的风扇组件的金属风扇叶片来得到满足。在这一具体的实施方案中，所述风扇叶片可包括具有多个弯曲壁的挤压成型的截面，其中，第一弯曲壁连接到第二弯曲壁以形成具有后缘的翼型形状，所述后缘包括从所述后缘的方向向外延伸的凸缘，所述后缘具有凸缘的部分从所述后缘的下表面向下延伸，以使得所述具有凸缘的部分距离所述后缘的下表面的角位移形成增加所述后缘的结构刚度的加固区域，从而使得所述具有凸缘的后缘抵抗损坏，所述凸缘增加了由具有所述风扇叶片的所述风扇组件的操作所引起的气流体积。
在另一实施方案中，前述可通过一种用于冷却工业厂房的风扇组件来得到满足。在这一具体的实施方案中，所述风扇组件可包括具有可旋转的轴毂的安装组件，所述安装组件将所述风扇组件附接到所述工业厂房的天花板；安装到所述可旋转的轴毂的多个风扇叶片，其中，所述多个风扇叶片的每一个至少为4英尺长且由挤压金属形成以具有第一翼片部分和锥形的后缘，其中，在所述锥形的后缘的端部整体地形成有凸缘，从而加固所述锥形的后缘并在所述风扇叶片旋转过程中提供增加的向下推力。在一个方面，所述风扇叶片使用挤压制造过程来制造，其中，所述凸缘在所述挤压制造过程中加固所述锥形的后缘，以使得所述锥形的后缘在形成时抵抗撕裂。
在另一实施方案中，前述的需求可通过一种形成风扇叶片的方法来得到满足。在这一具体的实施方案中，所述方法可包括软化金属，并将所述金属压迫在挤压模中，以使得冷却的金属风扇叶片从所述挤压模中挤压出，从而使得所述风扇叶片具有带有截面的第一翼片部分和锥形后缘，所述锥形后缘整体地连接到所述第一翼片部分和一加固凸缘，所述加固凸缘从所述锥形后缘的方向向外延伸以在挤压过程中加固所述锥形后缘以防止撕裂所述锥形后缘。在一个方面，软化所述金属可包括软化铝，其中软化所述金属可进一步包括软化至少具有铜、锰、硅、镁和锌的其中之一的合金铝。
另外，所述方法还进一步包括形成挤压模以制造具有中空的内部区域的所述风扇叶片，其中，将所述金属压迫在挤压模中的处理包括使用冲床对所述软化的金属施加压力以将所述软化的金属压迫通过所述挤压模。而且，所述接合的风扇叶片被分开以形成多个单个的风扇叶片。
另一方面，将所述金属压迫在所述挤压模中的处理产生至少一个具有均匀横截面的风扇叶片。此外，将所述金属压迫在所述挤压模中的处理产生至少一个具有结合起来形成所述翼片部分的第一表面和第二表面的风扇叶片，从而提高了由所述至少一个风扇叶片产生的气流的柱形属性。此外，将所述金属压迫在所述挤压模中的处理产生至少一个具有包括至少一个所述锥形后缘和所述加固凸缘的延伸第一表面的风扇叶片，从而改进了翼片设计。本发明的这些和其它目的和有益效果将从下面参照附图的描述而变得更加显而易见。
附图的简要说明
图1表示可被置于接近大型商业建筑物的天花板的具有多个风扇叶片的风扇组件的一个实施方案，其中每个叶片具有加固的后缘；图2表示由图1的风扇组件产生的气流模式的一个实施方案；图3表示图1的风扇组件的侧视图；图4表示由观察者朝向图1中的风扇组件看去的轴向图；
图5表示图1中的单个的风扇叶片的横断面图，其中风扇叶片包括加固的后缘；图6表示图5包括由图1的风扇组件产生的空气动力的单个的风扇叶片的横断面图；图7A表示多个基于制造处理组件的挤压处理一个实施方案，所述组件包括可被用于形成具有加固的后缘的挤压成的风扇叶片的挤压模；图7B表示挤压模的一个实施方案，所述挤压模包括与具有加固的后缘的风扇叶片的横截面轮廓在形状上相似的模型的开口。
优选实施方案的详细描述现在将参照附图进行描述，其中所有相同的附图标记表示相同的部件。图1表示可被置于接近大型商业和/或工业建筑106的天花板110的具有多个风扇叶片316的风扇组件100的一个实施方案，其中，每个风扇叶片316具有加固的后缘514。可使用挤压处理利用将要在下文中详细描述的方式来形成每个具有加固的后缘514的风扇叶片316。在一个方面，因为加固的后缘514具有以下文将要详细描述的方式的支撑特征，所以在挤压处理过程中对于风扇叶片316的后缘撕裂可被降低。
风扇组件100可以利用悬吊配置的方式附接到任何合适的预先存在的支撑结构或者任何合适的连接到支撑结构的延伸部分，以使得风扇组件100的旋转轴沿着基本垂直的方向。应该理解，包括加固的后缘114的范围和功能的风扇组件100的结构部件将在下面参照图3-6进行更详细的描述。
在一个方面，风扇组件100可包括本申请人在第6,244,821号美国专利中所描述的低速风扇组件，其全部的内容并入本文以做参考。图1进一步描述了附接到延伸件101的风扇组件100，延伸件101使用传统的例如螺母、螺栓的紧固件和/或焊接被连接到位于天花板110上的安装位置104，如本领域技术人员所公知的那样。控制盒102可通过标准的输电线连接到风扇组件100从而以下面将要更详细描述的方式向风扇组件100供应电能。
如图1的进一步描述，每个风扇叶片316可采取具有内部中空的长且窄的铝块形式。在该具体的实施方案中，风扇叶片316可以利用下面将参照图7A、7B进行更详细描述的方式进行制造的压迫挤压铝的方法来制造。有利地，这允许具有相当的结构完整性的小重量风扇叶片316能以廉价的方式制造。它还使得风扇叶片316能够被廉价地制造成具有空气动力特征，例如带凸缘的后缘和翼型轮廓的形状。另外，每个风扇叶片316可被制造为沿着它的长度具有均匀的横截面。但是应该理解，其它实施方案可合并有具有截面一致的被挤压成铝风扇叶片，其并未背离本发明的范围。
此外，风扇叶片316的空气动力性能可通过在风扇叶片316上形成锥形的(tapered)后缘514而得以改进，该后缘514可使得来自风扇组件100的气流更均匀，这将参照图5、6进行更详细的讨论。同样地，使用标准的紧固件，可在风扇组件316的末端上安装罩件(cap)以覆盖该端开口并提供连续的外表面。在一个实施方案中，上述罩件可包括基本与风扇叶片316的横截面积相匹配的最小结构。
图2表示了由图1的风扇组件100产生的气流模式的一个实施方案。如图2所示，当用户通过将适当的输入送入到控制盒102中将风扇组件100置于操作模式时，在一个实施方案中，包括温和的和/或均匀的气流模式的循环气流200可在整个建筑物的内部106产生。在一个实施方案中，循环气流200包括大量缓慢向下移动的气流202，归功于大量的惯性质量并且还因为其以在本申请人的第6,244,821号美国专利中所描述的方式远离风扇组件100移动，所以，气流202能够通过大量开放空间(openspace)移动。
在一个方面，气流202最初以柱形方式向着位于风扇组件100下方的地板区域212向下流动。当气流202到达地板区域212时，气流202随后被地板区域212转向为以径向方式向外扩展成为下部水平气流204。接着，下部水平气流204被该仓库的墙壁214导引为上升气流206，上升气流206被仓库天花板110进一步改向为上部向内移动的水平气流210。在到达风扇组件100上方的区域216后，气流210中的返回气体被风扇组件100的动作再次导引为向下，从而重复该循环。有利地，由风扇组件100产生的循环气流200为工作在仓库内部106中的人们提供了舒适的工作环境。
图3表示了图1、2中的风扇组件100的详细的侧视图。风扇组件100接受支撑框架302的机械支撑。支撑框架302包括上部钢制水平板322，上部钢制水平板322适于附接到邻近天花板的适当水平支撑结构，以使得该支撑结构和水平板322的第一表面366之间产生接触，从而允许风扇，组件100邻近天花板安装。在一个实施方案中，板322被螺栓连接到天花板支撑梁(girder)，以使得风扇组件100以类似于图1所示的方式从建筑物的天花板向下延伸。
风扇组件100可进一步包括电机304。电机304适于接收允许电机304产生可变转速的变频AC电源。在一个实施方案中，电机304可包括由美国巴尔多电机公司(Baldor Motor of America)生产的变频电机。而且，电机304可包括由德国伦茨(Lenze)生产的内置齿轮减速驱动或装置，其提供驱动大的风扇组件100所必需的机械有利条件。应该理解，电机304的最大额定功率消耗为大约370瓦。
电机304可使用能够使电机304的旋转轴沿着垂直方向的方式安装于支撑框架302，从而为风扇组件100提供驱动转矩。电机轴306将转矩从电机304传递到安装于轴306上的轴毂(hub)312。轴毂312可包括适于固定多个风扇叶片316的具有盘状形状的单铸造的铝质材料件。多个叶片支撑件314从轮圈(rim section)346延伸，以使得从由电机轴306限定的旋转轴向外径向地延伸大约15英寸的距离。支撑叶片314具有桨状形状且适于被塞入到多个风扇叶片316的端部从而提供用于将风扇叶片316固定到轴毂312的装置。包括风扇叶片316的安装处理的用于对风扇组件100的机械特征进行更全面的论述在本申请人的第6,244,821号美国专利中进行了描述。
图4是从下方看去的风扇组件100的图，并且表示了轴毂312、从轴毂312延伸的叶片支撑件314组和从叶片支撑件314延伸的风扇叶片316组之间的关系。每个风扇叶片316从由电机轴306以使多个风扇叶片316均匀分布的方式限定的风扇组件100的旋转轴垂直地延伸。在一个实施方案中，风扇组件100的直径可被制造为从8英尺到40英尺的范围。这使得每个风扇叶片316的长宽比从8∶1到40∶1变化。当风扇组件100在通常条件下操作时，最大叶片尖端速度可从大约每秒25英尺到大约每秒75英尺(取决于风扇组件100的直径)变化。另外，风扇叶片316可以一定角度安装于轴毂312，以使得通过增加风扇组件100在操作过程中所散布的柱形气流的体积来改进性能和效率。
图5表示观察者向着关于图1中的风扇叶片316的末端看去的风扇叶片316沿着其长度任意位置的横断面图。风扇叶片316可包括第一弯曲壁524、第二弯曲壁526和由它们形成的中空内部区域522。两个壁524和526可在前部接合处531和后部接合处532接合在一起。在后部接合处532处，两个壁524、526以连续方式接合以形成第三壁530，其中第三壁530延续直到达到加固的后缘514，第三壁530为锥形以使得在其长度方向上的厚度减小。另外，第一表面506可形成于壁524的外部且以无缝的方式向壁530的外部延续直到达到加固的后缘514。第二表面510可形成于壁526的外部且以无缝的方式向着壁530的外部延续直到达到加固的后缘514。
另外，两个表面506、510在前部边缘512会合。中空内部区域522(其也可被称作空腔区域)可包括矩形形状的宽中央部分500。平坦的第三表面516可在部分500的区域中的壁524的内部形成，平坦的第四表面520可形成于部分500的区域中的壁530的内部。在一个方面，平坦的内部表面516、520可基本相互平行。可以理解，风扇叶片316可包括实心的内部区域而并不背离本发明的范围。也可以理解，包括加固的后缘514的风扇叶片316的横截面尺寸将在下文参照图7B进行更详细的描述。
此外，加固的后缘514可包括被弯曲区域536支撑的向下延伸的凸缘538。如图5所示，加固的后缘514从后部接合处532以遵循第一弯曲壁524的曲率的方式延伸。加固的后缘514的末端以能够形成弯曲区域536和向下延伸凸缘538的方式向下弯曲。凸缘538经过弯曲区域536从加固的后缘514向远延伸，并形成关于加固的后缘514的第一角540。根据风扇叶片316的具体应用和操作，凸缘538的长度和第一角540的角位移的大小可变化而不背离本发明的范围。
凸缘538的长度可包括0.125(1/8)和0.375(3/8)英寸之间的大小，并且第一角的角位移可包括80和100度之间的大小。在一个优选实施方案中，凸缘538可包括大约0.25(1/4)英寸的长度，并且第一角540可包括大约90度的角位移。另外，包括加固的后缘的风扇叶片316可包括挤压铝材，但是应该理解，风扇叶片316可包括多种公知的挤压材料而不会背离本发明的范围。
在一个方面，弯曲区域536的结构弯曲以这样的方式增加了加固的后缘514的末端强度，即，结构弯曲通过在相对平行和垂直其长度的二维空间中提供支撑力来改进刚度。本申请人已经注意到，在风扇叶片316的挤压过程中，不具有弯曲区域536或凸缘538的后缘会以一定的方式弯曲、撕裂或变形，从而使得对后缘的结构完整性造成有害的影响。例如，通过挤压模压迫材料以使得压力趋于撕裂未支撑的区域的结果是在挤压过程中可能撕裂无支撑的后缘。在形成的过程中，在挤压后的材料从挤压模取出时，两个外表面506、510的较大体积材料产生朝向后缘的较小体积材料的大偏移压力的后部接合处532产生压力差。因为两个外表面506、510在后部接合处532相互支撑，所以在后缘514的长度被制造得更长时，未支撑的后缘更容易撕裂。不幸的是，较短的后缘降低了风扇叶片316的空气动力性能。
相反地，形成具有本发明的加固的后缘514的风扇叶片316的有益之处是导致了改进的结构特性，即加固的后缘514可被制造得更长以便改进风扇叶片316的空气动力性能。在一个方面，加固的后缘514通过向后缘514的末端增加弯曲凸缘区域536、538来抵抗在挤压过程中可能发生的损坏和/或撕裂。例如，加固的后缘514的弯曲部分536在形成的过程中倾向于更容易地将挤压材料严格地定向于稳定的位置中。此外，弯曲部分238通过在相对平行和垂直其长度的二维空间中提供支撑力而提供增加的强度，以使得能够抵消(neutralize)在风扇叶片316的后缘上作用的压力的不良影响。与向下延伸的凸缘514有关的其它优点将在下面进行更详细描述。
如图5所示，两个外表面506、510可适合于形成翼型形状的轮廓。例如，翼型形状可基于参考号为FX 62-K-131的德国滑翔机机翼的形状。在一个方面，风扇叶片316可包括在大约3英尺和15英尺长之间的长度且可由挤压金属来形成，以具有第一翼片部分502和锥形的后缘514，其中凸缘538可被一体地形成于锥形的后缘514的端部以加固锥形的后缘514，以及在风扇叶片316的转动过程中提供增加的向下推力。当风扇组件100在操作模式下时，如图1、2所示，以顺时针方式被倾斜对应攻角的风扇叶片316的横截面图像看来似乎是用前面的前部边缘512移动。
根据固定到单个风扇叶片316的观测器，风扇叶片316的运动可引起分别沿着风扇叶片316的表面506、510的气流600、602。每个风扇叶片316的翼型形状可进一步使得上部气流534的速度比下部气流536的速度要大。因此，下表面510的气压可能比上表面506的气压要大。由风扇叶片316的转动产生的明显不均匀的气流使得每个风扇叶片316具有向上的升力Flift。因此每个风扇叶片316将向下的反作用力F垂直施加到周围的空气。此外，风扇叶片316的翼型形状可减小作用在每个风扇叶片316上的水平牵引力F，从而减小了每个风扇叶片316施加到周围空气的水平力F水平。所以，由风扇组件100产生的气流可近似为沿着风扇组件100的旋转轴的空气的柱形流。
如图6进一步所示，向下延伸的凸缘538提高了风扇叶片316的性能。在风扇叶片316的转动过程中，凸缘538可产生邻近加固的后缘514下游的两个反向旋转涡流650、652。上部涡流650可由在风扇叶片316上方流动的上部气流600产生，而下部涡流652可由在风扇叶片316下方流动的下部气流602产生。在一个方面，上部涡流650产生维持风扇叶片316上方的低压的伪抽吸作用，从而有效地产生额外的向下的力F垂直。此外，反向旋转涡流650、652实际上通过风扇叶片316产生附加向下力F垂直的方式延伸了后缘514的长度。尽管是稍稍增加了水平牵引力F，但是增加向下的力F垂直的有益效果是重要的。
有利地，在设计风扇组件100时具有的技术性困难通过结合创新的设计特点被克服了。具体地，大的风扇叶片316可使用挤压铝材技术来制造。这种方法导致了坚固、重量轻的风扇组件316且制造起来相对便宜。这种挤压方法还使得风扇组件316能够被制成翼型的形状，这使得能够产生柱形气流。
图7A表示多个挤压制造组件700的一个实施方案，制造组件700包括可被用于形成具有加固的后缘514的挤压的风扇叶片316的挤压模708。用于挤压处理的材料可包括挤压坯料702，其中挤压坯料702可以是形状为柱形的实心或中空的材料件。在一个方面，挤压坯料702可包括公知形式的合金铝，例如铸件、锻件，或可从较长长度的材料切下的粉坯件。可以理解，合金材料可包括一个或多个金属元素而不会背离本发明的范围。例如，基于铝的挤压合金可包括少量的金属元素，例如铜、锰、硅、镁或锌。有利地，这些合金元素提高了铝的天然性能并影响挤压处理。
挤压坯料702可在长度上变化，取决于许多预定参数，包括期望得到的成品轮廓的长度、挤压比、偏心(run-out)的长度以及冲床(extrusionpress)的需求。在一个方面，挤压坯料702的长度可从大约36英寸到约40英寸变化。另外，挤压坯料702的外直径可从大约7英寸到约8英寸变化。可以理解，挤压坯料702的外直径可为14英寸长而不会背离本发明的范围。
下一挤压制造组件可包括用于对挤压坯料702进行预加热的加热炉704。在挤压处理过程中，坯料702被软化和/或在加热炉704中被软化以便更柔韧。铝的软化点随着金属的纯度而变化，但是约为1,220°华氏温度(660°摄氏度)。在一个实施方案中，挤压处理可能需要坯料702根据被挤压的合金而被加热到超过700°F(375℃)的930°F(500℃)。
接下来的挤压制造组件可包括具有挤压模708的冲床706。图7B表示冲压模708的一个实施方案，冲压模708包括形状上类似于具有加固的后缘514的风扇叶片316的模型。挤压模708可包括具有开口的钢盘，其尺寸和形状基本上与风扇叶片316的最终挤压轮廓的预期截面相匹配。上述开口或孔完全贯穿通过挤压模708以允许软化的坯料702从前端穿过后端。如本领域所公知的一样，挤压模可被组合为产生实心形状的整体模(或平模)以及产生中空或半中空形状(例如，如图5、6所示的风扇叶片316)的中空模。
实心、半空心和/或空心形状的组合可被合并到单个模中，其中整体模可具有一个或多个孔或口，软化的合金通过其被压迫(挤压)。如图7B所示，挤压模708模可用于通过固定的或移动的心轴(mandrel)720制造中空的轮廓。有利地，使用挤压风扇叶片316的具有心轴720的挤压模708产生中空形状。本领域技术人员可以理解，挤压模708可在没有心轴720的情况下形成以制造具有实心内部区域的挤压风扇叶片316，并不背离本发明的范围。
如本领域所公知的一样，冲床可进一步包括容纳坯料702的冲床容器以及被用于向容器内的坯料702施加压力和/或力的推杆(ram)。多种液压冲床能够在任何地方施加100吨到15,000吨的压力，其中冲床的冲压能力决定了可产生多大的挤压。当施加压力时，坯料702对着模708被挤压并且扩展直到通过接触到容器的壁而被限制。然后，随着压力的增加，软的(但仍然是固体)金属以某种方式被强迫通过挤压模708的成形的孔挤出，以在挤压模708的另外一侧得到风扇叶片316的成形的轮廓。随后，被挤压成的风扇叶片316可从挤压模708的后端移走。在被挤压成的风扇叶片316从挤压模708移走之后，仍然热的被挤压成的风扇叶片316可进行淬火、机械处理以及熟化(age)。
在一个实施方案中，被挤压成的风扇叶片316的横截面尺寸和/或轮廓可包括在大约5英寸和8英寸的宽度以及在大约0.75(3/4)英寸和1.50(3/2)英寸的高度。在一个优选的实施方案中，风扇叶片316的横截面尺寸可包括大约7英寸的宽度和大约1英寸的高度。同样地，第一、第二和第三弯曲壁524、526和530的厚度可在大约0.0625(1/16)英寸到0.1875(3/16)英寸厚度。在一个优选的实施方案中，壁524、526和530的厚度可为大约0.15625(5/32)英寸厚。作为一种选择，第三壁530可包括锥形的形状以使得在后部接合处532通过其长度的大约0.1875(3/16)英寸的厚度在加固的后缘514处减少为大约0.0625(1/16)英寸。
另外，取决于坯料702的尺寸和模708的开口尺寸，100英尺长的连续挤压可在冲床706的每个冲程中产生。最新形成的被挤压成的风扇叶片316可随着其离开冲床706而在偏心传送机(run-out conveyor)上支撑。挤压件然后被传送到冷床并在从模708出来后通过使用空气或水淬火冷却。
下一制造组件可包括矫直装置710和锯712，其中，在被挤压成的轮廓被冷却后，可使用矫直装置710以拉直该轮廓并校正在挤压处理后发生的扭曲。在拉直之后，可使用传送机将挤压成的风扇组件316供应给锯712。锯712可包括用于将挤压成的轮廓切割为希望的长度的精加工(finish cut)锯。在一个实施方案中，挤压成的风扇叶片316的精加工尺寸可包括在大约4英尺和15英尺之间的长度。在一个优选的实施方案中，风扇叶片316的精加工尺寸可包括大约112英寸的长度。而且，圆锯和/或旋臂锯(radial arm saw)可被用于以基本垂直于挤压成的轮廓的长度的角度穿过轮廓进行切割。在其它的实施方案中，锯712可包括下降在轮廓上的电斜切锯或具有圆刀片的台锯(其上升以切割挤压成的轮廓)。典型的精加工锯直径可为16到20英寸且具有硬质合金的齿。
接下来的制造组件可包括时效炉(aging oven)714。如本领域所公知的一样，一些挤压合金通过熟化处理(其可被称为时效硬化)达到它们的最佳强度。天然的熟化可在室温发生，人工的熟化可包括在时效炉714中的受控加热(其可被称为沉淀热处理)。在一个方面，当挤压的轮廓从冲床706出现时，挤压的轮廓可包括半实心状态，但是在其冷却或淬火时快速硬化。可以理解，铝合金(例如包括锰或镁的铝合金)通过天然熟化和冷加工得到它们的强度。作为一种选择，其它的铝合金(例如包括铜、锌和具有硅的镁的铝合金)可通过影响合金的金相组织的受控热处理被进一步加强或硬化。因此，熟化处理可确保所有金属的微粒的沉淀基本均匀，并使得具体的挤压合金的强度、硬度和弹性增加。
如参照图7A描述，挤压处理通处理可被用来通过将挤压坯料702压迫通过挤压模708来形成具有连续横截面的风扇叶片316的形状，其包括如图7B所示的风扇叶片316的横截面的轮廓开口。形成具有加固的后缘514的被挤压成的风扇叶片316的处理如下。预备挤压模708然后将其附接到冲床706。然后，挤压坯料702(其优选地包括铝合金)可被置于冲床容器中，并在加热炉704中进行预加热。通过以某种方式使用冲床706向坯料702施加压力，柔软的坯料702可通过挤压模708被压迫，使得形成具有加固的后缘514的风扇叶片316。一旦风扇叶片316的挤压成的轮廓被冷却并在上述矫直装置中拉直，则可使用锯712以预定的间隔对挤压成的轮廓进行切割，从而从挤压成的轮廓中形成具有期望得到的风扇叶片316的长度的多个风扇叶片316。其它的处理可包括以前面描述的方式对挤压成的风扇叶片316进行熟化。在对挤压成的风扇叶片316进行处理之后，就完成了形成风扇叶片316的处理。
有利地，在对风扇叶片316进行挤压时所涉及的技术性困难已经通过具有弯曲区域536和向下延伸的凸缘538的加固后缘514而得到克服。因为大的风扇叶片316使用挤压铝技术而形成，所以形成处理导致了包括提高的结构特性(例如提高的刚度、坚固性和弹性)的改进的风扇叶片316。挤压方法也可使得待被制造风扇叶片316具有提高的空气动力性能特性，这使得在操作过程中能产生较大的柱形气流。因此，上述具有加固的后缘514的风扇叶片316的改进风扇组件100的改进设计包括对现有技术的明显改进，如本文所述。
虽然本发明的优选实施方案已经说明、描述和指出了在这些具体的实施方案中所表现出的本发明的基本的新颖特征，但是可以理解，本领域技术人员可在不背离本发明的精神的情况下对所述的装置的详细形式进行各种省略、替换和改变。因此，本发明的范围不应局限于前述的描述，而应由附加的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于在工业厂房中进行空气循环的风扇组件，所述风扇组件包括支撑件，适于允许所述风扇组件安装到所述工业厂房的屋顶；连接到所述支撑件的电机，所述电机与可旋转的轴接合以使得所述轴旋转；以及多个风扇叶片，其连接到所述可旋转的轴，其中，每个风扇叶片由挤压金属形成，以使得第一弯曲壁连接到第二弯曲壁从而形成前部接合处和后部接合处，所述后部接合处延伸形成具有后缘的第三弯曲壁，每个叶片进一步包括以连续方式从所述后缘末端向远延伸的凸缘，以使得所述凸缘距离所述后缘的角位移形成加固所述后缘的弯曲区域。
2.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述每个风扇叶片包括翼型形状，所述翼型形状具有被弯曲以形成所述凸缘的锥形后缘。
3.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述凸缘从所述第三弯曲壁的下表面向下延伸。
4.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述第一弯曲壁连接到第二弯曲壁以形成中空的内部区域。
5.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述第一弯曲壁连接到第二弯曲壁以形成实心的内部区域。
6.如权利要求1所述的风扇组件，其中，每个风扇叶片包括大约5英寸到8英寸的横截面宽度。
7.如权利要求1所述的风扇组件，其中，每个风扇叶片包括大约0.75(3/4)英寸到1.50(3/2)英寸的横截面高度。
8.如权利要求1所述的风扇组件，其中，每个风扇叶片包括大约4英尺到14英尺的长度。
9.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述第一和第二弯曲壁包括大约0.0625(1/16)英寸到0.1875(3/16)英寸的厚度。
10.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述第三弯曲壁包括锥形的形状，所述锥形的形状在其长度方向上的厚度从所述后部接合处的大约0.1875(3/16)英寸减小到在所述后缘处的大约0.0625(1/16)英寸。
11.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述凸缘包括大约0.125(1/8)到0.375(3/8)英寸的长度。
12.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个风扇叶片被连接到轴毂，所述轴毂连接到所述可旋转的轴。
13.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个风扇叶片包括至少十个风扇叶片。
14.如权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个风扇叶片的每一个都使用挤压技术制造。
15.如权利要求14所述的风扇组件，其中，所述被挤压的金属包括铝。
16.一种用于在工业厂房中使用的风扇组件的金属风扇叶片，所述风扇叶片包括具有多个弯曲壁的挤压成型的截面，其中，第一弯曲壁连接到第二弯曲壁以形成具有后缘的翼型形状，所述后缘包括从所述后缘的方向向外延伸的凸缘，所述后缘具有凸缘的部分从所述后缘的下表面向下延伸，以使得所述具有凸缘的部分距离所述后缘的下表面的角位移形成增加所述后缘的结构刚度的加固区域，从而使得所述具有凸缘的后缘抵抗损坏，所述凸缘增加了由具有所述风扇叶片的所述风扇组件的操作所引起的气流体积。
17.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述第一弯曲壁连接到第二连接壁以形成中空的内部区域。
18.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述第一弯曲壁连接到第二连接壁以形成实心的内部区域。
19.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述挤压的横截面轮廓包括大约7英寸的横截面宽度。
20.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述被挤压成的横截面轮廓包括大约1英寸的横截面高度。
21.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述风扇叶片包括至少4英尺的长度。
22.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述风扇叶片包括至少小于15英尺的长度。
23.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述第一和第二弯曲壁包括大约0.15625(5/32)英寸的厚度。
24.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述后缘包括在其长度方向上厚度减小的锥形的形状。
25.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述凸缘包括大约0.125(1/8)到0.375(3/8)英寸的长度。
26.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述风扇叶片使用挤压模制造以形成所述风扇叶片的所述被挤压成的横截面轮廓。
27.如权利要求16所述的风扇叶片，其中，所述风扇叶片使用铝挤压技术形成。
28.一种用于对工业厂房降温的风扇组件，所述风扇组件包括具有可旋转的轴毂的安装组件，所述安装组件将所述风扇组件附接到所述工业厂房的天花板；安装到所述可旋转的轴毂的多个风扇叶片，其中，所述多个风扇叶片的每一个至少为4英尺长且由挤压金属形成从而具有第一翼片部分和锥形的后缘，其中，在所述锥形的后缘的端部整体地形成有凸缘，从而加固所述锥形的后缘并在所述风扇叶片旋转过程中提供增加的向下推力。
29.如权利要求28所述的风扇组件，其中，第一弯曲壁连接到第二弯曲壁以形成具有中空的内部区域的第一翼片部分。
30.如权利要求29所述的风扇组件，其中，所述第一弯曲壁被延伸以形成所述锥形的后缘，以及所述锥形的后缘在末端被弯曲以形成所述凸缘。
31.如权利要求28所述的风扇组件，其中，所述多个风扇叶片使用挤压制造过程被形成。
32.如权利要求31的风扇组件，其中，所述凸缘在所述挤压制造过程中加固所述锥形的后缘，使得所述锥形的后缘在被形成时抵抗撕裂。
33.如权利要求28所述的风扇组件，其中，所述多个风扇组件的每一个包括铝。
34.一种形成风扇叶片的方法，包括软化金属；将所述金属压迫在挤压模中，以使得冷却的金属风扇叶片从所述挤压模中挤压出，从而使得所述风扇叶片具有截面的第一翼片部分和锥形后缘，所述锥形后缘整体地连接到所述第一翼片部分和一加固凸缘的，所述加固凸缘从所述锥形后缘的方向向外延伸以在挤压过程中加固所述锥形后缘以防止撕裂所述锥形后缘。
35.如权利要求34所述的方法，其中，软化所述金属包括软化铝。
36.如权利要求34所述的方法，其中，软化所述金属包括软化至少具有铜、锰、硅、镁和锌的其中之一的合金铝。
37.如权利要求34所述的方法，其中，所述方法进一步包括形成挤压模以制造具有中空的内部区域的所述风扇叶片。
38.如权利要求34所述的方法，其中，所述方法进一步包括形成挤压模以制造具有实心的内部区域的所述风扇叶片。
39.如权利要求34所述的方法，其中，将所述金属压迫在挤压模中的处理包括使用冲床对所述软化的金属施加压力以将所述软化的金属压迫通过所述挤压模。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述接合的风扇叶片被分开以形成多个单个的风扇叶片。
41.如权利要求34所述的方法，其中，将所述金属压迫在所述挤压模中的处理产生至少一个具有均匀横截面的风扇叶片。
42.如权利要求41所述的方法，其中，将所述金属压迫在所述挤压模中的处理产生至少一个具有结合起来形成所述翼片部分的第一表面和第二表面的风扇叶片，从而提高了由所述至少一个风扇叶片产生的气流的柱形属性。
43.如权利要求42所述的方法，其中，将所述金属压迫在所述挤压模中的处理产生至少一个具有包括至少一个所述锥形后缘和所述加固凸缘的延伸第一表面的风扇叶片，从而改进了翼片设计。
全文摘要
公开了一种包括具有加固的风扇叶片的大直径风扇的循环装置，所述风扇叶片具有锥形的翼型形状。所述风扇叶片可使用挤压制造方法来形成，其中每个风扇叶片(316)可包括具有向下延伸的凸缘的加固的后缘(514)。形成具有本发明的加固的后缘(514)的每个风扇叶片的有益效果是导致了改进的结构特性，以使得每个风扇叶片(316)的后缘可被制造得更长从而改进空气动力性能。而且，通过向所述后缘的至少一个末端增加弯曲的凸缘区域，加固的后缘可抵制在挤压处理过程中发生的撕裂。例如，后缘的弯曲部分(538)倾向于在形成过程中更容易地将挤压材料严格地定位在稳定的位置中。
文档编号B63H1/20GK1723338SQ200480001921
公开日2006年1月18日 申请日期2004年1月5日 优先权日2003年1月6日
发明者沃尔特·博伊德 申请人:德尔塔T有限公司