专利名称：用于横向风扇的流动稳定器的制作方法
在使用位于一散热片式热交换器的下游的一横向风扇的空调系统中可能会引起低频流动振动。这些振动与在热交换器的下游面与风扇入口之间的对抗风扇旋转的旋流有关。这种状况引起在叶轮入口的一局部区域上的过度流量入射角，从而在该区域内产生延迟的或失速的(stalled)流动。
失速流动的局部特性导致其在风扇旋转频率n的30至80％范围内频率为fs的不稳定和振动。受不稳定、振动失速(oscillating stall)作用的叶片导致频率与失速振动频率fs、叶轮的叶片数量Z和风扇旋转频率n的乘积相对应的过度噪声。Z·n的乘积是叶片通过频率(blade passing frequency)BPF，因此，过度噪声是频率在BPF的30至80％范围中的亚-BPF噪声。
本发明总的涉及横向或横向气流的风扇。尤其是，本发明涉及具有防止产生一振动气流失速和合成的亚-叶片通过频率噪声的稳定器翼板的横向风扇。
本发明采用一稳定流动的翼板，该翼板能防止或降低受到这种失速现象的横向风扇和热交换器组件中的振动叶片失速和合成噪声。翼板的宽度大约与热交换器下游面的宽度相等并从该面伸出。翼板朝风扇叶轮延伸，在其末端与叶轮之间有一小间隙。翼板的侧向横截面是直的，但在较佳实施例中，为了在翼板不过分厚的情况下达到结构刚度并因此防止颤动，横截面不是直的。下面的较佳实施例的说明公开了翼板的较佳的尺寸、放置和取向。
本发明的一个目的是防止振动叶片失速。
本发明的另一个目的是减少或消除横向风扇盘管结构中的低频流动振动。这些目的和将在此后变得清楚的其它目的都由本发明来实现。
一单个翼板基本上位于定向的热交换器的下游侧，以便在风扇与热交换器之间的最窄的间隙的上游区域中提供一沿风扇旋转方向的旋转流动，由此减少否则会引起振动叶片失速和合成噪声的局部相反的旋流。
图1是声压级分贝对归一化频率f/BPF的线图，其中f是声音频率，单位为赫兹，BPF是对于一现有技术装置的和一采用本发明翼板的装置的叶片通过频率，单位为赫兹；图2示出了一现有技术的装置和采用一翼板的装置的1/3倍频程、A-加权的声功率频谱；图3是一具有无阻入口的现有技术横向风扇运行的示意图；图4是一现有技术横向风扇在由于其相对于所关连的热交换器的定位引起的逆向空气动力情况下运行的示意图5是进入在与图4所示相同条件下运行的横向风扇叶片的气流矢量示意图；图6是在与图4所示相同条件下运行的横向风扇的示意图，但其中安装了本发明的翼板；图7-10是四种不同安装的横向风扇的示意图，它们示出了用来描述本发明的某些尺寸关系；以及图11是本发明的一横向风扇和翼板的视图。
图1示出了在具有和没有本发明的翼板的情况下的所测声压级对归一化频率的曲线图。虽然数据基本上彼此跟踪，但与没有本发明的翼板的相对应的装置相比，本发明的翼板下降了主要的亚-BPF峰值。
图2示出了对应于图1的A加权1/3倍频程声功率频谱。A加权提供了代表人的听觉范围的修正。本发明的翼板的存在能显著减少低频噪声。
在图3中，现有技术的横向或横向气流风扇30在一清洁的流入环境下运行。诸流线示出一从吸入口32通过叶轮31到排出口33的光滑输送线。闭环中的流线表示一众所周知的风扇内的旋涡区。图4所示的现有技术风扇230在一导致产生亚-BPF噪声的一空气动力环境下运行。热交换器220中的风扇230不同于风扇30。热交换器220示为由两段220-1和220-2所组成，但也可制成单段或两段以上。叶轮231非常接近热交换器220的下游面221的一部分。
此外，叶轮231从下游面221的最上面区域抽取的空气会转过一大的角度进入和通过叶轮，如流线所示，随后进入排出口233。在吸入口232的区域S中，叶轮231的叶片的周边或末端前进到吸入空气中，该吸入空气对着在由线L1确定的叶轮231与面221之间的最接近点开始的旋转方向流动，线L1是一条从风扇231的轴线AR垂直于热交换器220的面221延伸的线。区域S在从L1到L2的方向延伸，L2是从轴线AR开始的叶轮外径DO的130％。图5示出了一叶轮231的一叶片235，该叶片有一末端236，并以每分钟n转的旋转速度绕轴线AR旋转，并产生一在区域S中的叶片末端圆周速度U、绝对空气速度V和合成相对空气速度W之间的所示矢量关系。如果速度V的方向足够接近速度U的方向，合成空气速度W可导致一过度的流动入射角(angle of incidenc)，即导致在叶片235上流动的空气失速或分开。
下面参阅图6，标号100总体上表示带有一壳体110的风扇盘管装置，该壳体具有输入格栅111和输出百叶窗112。热交换器120与输入格栅111面对面位于壳体110内，并包括两段120-1和120-2，还有一下游面121。叶轮131位于壳体110内，使得它绕其轴线AR旋转，该叶轮131与旋流壁134和后壁115共同把壳体110的内部分成通过叶轮131而流体连通的吸入口132和排出口133。本发明的翼板151从热交换器120的下游面121朝外向叶轮131延伸。该翼板151位于叶轮的吸入侧区域，在该区域叶轮131的叶片向前进入引入的气流(在图4中区域S)。翼板151不接触叶轮131，而是在翼板151与叶轮131之间有一间隙g。在一较佳实施例中，间隙g是叶轮外径DO的0.08至0.15倍。如图所示，以侧向横剖面表示的翼板151是弯曲或弯折的。因为一直的横截面可以需要附加材料以提供足够的刚度防止在进入气流中颤动，所以横截面形状要考虑结构刚度和气流。如果翼板151是弯曲的或是诸直线的组合，该翼板应该定位成以与叶轮131旋转方向相同的方向导向进入气流。
在风扇盘管装置100的运行中，叶轮131旋转通过格栅111和热交换器120把空气抽入吸入口132。由于空气从在整个下游面121之上的热交换器120排出，所以当空气从下游面121的不同部分通过时，空气必须转过不同的数量，再进入叶轮131。空气经过叶轮131到排出口133，并通过百叶窗112进入待调节的空间。将要指出的是，叶轮131以不同的距离与热交换器的各部分分开。如结合图4所述，从叶轮131与面121之间最靠近的沿线L1的点开始，以导致振动失速和产生噪声的旋转方向构成一区域S。根据本发明的公开内容，翼板151能够使振动失速发生的可能性减少。这是因为通过给气流以一局部预旋转，即以与风扇旋转相同的方向旋转，翼板151减小了进入区域S中的叶片的气流的入射角。
翼板151的尺寸和定位对于达到降低由振动失速造成的噪声的目的是至关重要的。图7-10示出了所包含的原理。图7-10示出了四个不同的横向风扇和热交换器的组装结构。在图7中，热交换器520具有平的下游面521。叶轮531与面521间隔开来。在图8和9中，热交换器620和720是“弯折”的，如图6中的热交换器120，该“弯折”和叶轮631和731的定位的相对位置分别在两个图中是不同的。在图10中，热交换器820也是弯折的，并由两端820-1和820-2组成。但是，段820-2是弯曲的。“弯折”的热交换器通常用于在安装有热交换器的壳体尺寸之内的直面热交换器不可能获得热交换器的所需表面面积的场合中。例如，无管分离式空调系统(duct-free split air conditioning system)的室内装置通常具有“弯折”热交换器。(本领域的技术人员懂得无管分离式空调系统是一种不具有把释放的调节空气输送到待调节的房间或空间的中央内热交换器的蒸发压缩空调系统，而是有一个或多个各位于一个待调节的房间或空间的内热交换器)。但是支配翼板551的尺寸和位置的原则是与热交换器的形状和风扇叶轮相对于热交换器的位置无关。
在图6至11的每一个图中，线L1通过叶轮的旋转轴线AR，并与下游面121、521、621或721垂直，并到达821上的最近点垂直。线L2通过叶轮的旋转轴线AR和下游面121、520、620、721或821上的一点，该点是从旋转轴线AR算起的1.3倍叶轮外径DO的最大空隙或一距离的点。线L1和L2之间的夹角α(见图4、8和11)构成了振动失速会发生的区域S。翻到图11，线L1和旋转轴线AR构成了一个在线L3与面521相交的平面。线L2和旋转轴线AR构成了一个在线L4与面521相交的平面。图中没有示出但很容易看到叶轮531有一个扫描表面(swept surface)，该扫描表面可定义为通过旋转一条平行于旋转轴线AR的线产生的一圆柱表面，它也通过在叶轮531的径向最外的一点。
对于降低振动失速噪声的最好效率，翼板551的尺寸和位置应该是这样的，即它被包含在由下游面521构成的包络面、旋转轴线AR和线L1构成的平面、旋转轴线AR和线L2构成的平面和叶轮扫描平面之内。上述的叶轮531与翼板551之间应该有一0.08至0.15倍于叶轮外径的间隙。
本领域的技术人员知道的是，根据本发明的公开内容构造和安装的翼板可是叶片通过频率噪声源。这可通过定位翼板，使在同一叶轮叶片上的不同点不同时通过翼板来防止或降到极小。图11中的翼板551就是以这样一种方式定位的。图11还示出了相对于叶轮531定位翼板551以便使叶片通过频率的噪声降至最小。
本发明的翼板已在具有亚-BPF噪声问题的无管分离式风扇盘管装置中进行了测试，并显示出亚-BPF噪声降低了5至8个分贝。图1和2示出了这样一种情况的结果。
虽然图示和描述了本发明的较佳实施例，但对于本领域的技术人员而言还可进行其它的改变。因此，本发明的范围只受所附的权利要求书的范围限制。
权利要求
1.一种改进的横向风扇和热交换器组件(120；520；620；770；870)构成了一包括所示热交换器和所示风扇的流动通道，所示风扇有一带有诸叶轮叶片的叶轮(131；531；731)，一形成在所述热交换器与所述风扇中间的所述流动通道中的吸入侧，由此当所述叶轮叶片前进到所述吸入侧时，所述叶轮叶片前进进入通过所述流动通道流入所述叶轮的空气中，所述热交换器有一下游面(121；521；621；721；821)，其中改进之处包括一流动稳定器翼板(51；151；551；651)在所述吸入侧的所述区域从所述下游面朝所述叶轮延伸。
2.如权利要求1所述的横向风扇和热交换器组件，其特征在于，所述叶轮具有外径(DO)，所述翼板延伸到距离所述叶轮的所述外径的8至15％之内。
3.如权利要求1所述的横向风扇和热交换器组件，其特征在于，所述叶轮具有外径(DO)和一旋转轴线(AR)，所述组件有一在所述下游面上的第一位置和在所述下游面上的第二位置，所述第一位置是所述面与一第一平面的相交线，所述第一平面由所述旋转轴线和通过所述旋转轴线的并与所述面垂直的一条线所构成，所述第二位置是所述面与一第二平面的相交线，所述第二平面是由所述旋转轴线和通过所述旋转轴线的并还通过所述面上的一点的一条线所构成，该点距离所述旋转轴线约为所述外径的130％，以便提供一约为所述外径的80％的空隙，所述翼板从所述下游面、从一在所述第一位置与所述第二位置之间的在所述面上的第三位置延伸。
4.如权利要求3所述的横向风扇和热交换器组件，其特征在于，所述叶轮有一扫描表面，所述扫描表面是旋转一平行于所述旋转轴线并通过在所述叶轮径向最外面的一点的线所产生的一圆柱表面，所述翼板被包含在由所述下游面、所述第一平面、所述第二平面和所述扫描表面构成的包络面之内。
5.如权利要求1所述的横向风扇和热交换器组件，其特征在于，所述翼板构造成使沿一给定叶轮叶片的宽度的不同点在不同时间通过所述翼板。
全文摘要
提供一种流动稳定器,以减少一横向风扇内的低频流动振动和来自横向风扇的叶轮的合成噪声。这种振动和噪声是风扇位于空调装置的热交换器的下游面的这种安装所引起的。稳定器是一位于热交换器下游面与叶轮的吸入侧之间的翼板。翼板是这样定位和取向的,以便减少否则会引起叶轮内的振动叶片失速和相应的噪声的局部反向旋流。
文档编号F24F1/00GK1206813SQ98115250
公开日1999年2月3日 申请日期1998年6月22日 优先权日1997年6月23日
发明者彼得·R·布什内尔 申请人:运载器有限公司