在线离心式鼓风机的制作方法

专利名称：在线离心式鼓风机的制作方法
本申请要求保护于2000年6月15日申请的主题为“在线离心式鼓风机”的美国临时申请的利益，在此援引如同在其整个文本所述的该申请的公开内容，以作参考。
有关联邦发起的调查或发展的声明没有可适用的。
背景技术：
本发明总的涉及一在线离心式鼓风机，尤其涉及一混合流鼓风机，它具有高的运行效率和低的声音输出，且制造和维修容易。
在线鼓风机一般根据通过叶轮的气流方向来分类。尤其是，轴向流鼓风机的特征是沿基本平行于轴的方向流过叶轮。在线离心式鼓风机轴向容纳进入叶轮的气流，再将气流改变成径向朝外。混合流鼓风机的特征是空气轴向进入叶轮，并通过叶轮叶片以一倾斜角偏转，使得流出叶轮的空气有轴向和径向流分量。
鼓风机的性能和满意度一般用在运行过程中产生的鼓风机的效率和声压级来衡量。这两个分量的最佳化将减少鼓风机运行所需的能量，从而节省费用，并进一步降低有关运行的噪声污染，因为频频暴露于高等级的噪声污染与人们的各种健康问题有关联并正干扰着人们的健康。在1997年对一在工业中超前的混合流鼓风机作了商业介绍，因为该工业中超前的鼓风机具有高效率和低声压级。根据空气动力和控制协会所采用的标准对该鼓风机进行了测试，以确定鼓风机在诸如鼓风机静压(水标)和以每分钟立方英尺(CFM)计量的流率的各种运行条件下的效率和声功率输出。声压级是以分贝A(dBA)记录的，鼓风机静态效率被定为100*(CFMx静态压力)/(6,356xBHP)。一旦鼓风机达到稳定状态的运行，则测量制动马力(BHP)。如表1所示，被测试的最小的已有技术鼓风机以4100立方英尺/每分钟循环空气，以36％的效率(Eff.)运行，并在需要1英寸水标鼓风机静压的场合产生82分贝A的声压等级。该鼓风机的相对低的效率和高声压级为该工业中的改进留下了相当的空间。
表1-已有技术的鼓风机
更需要在线离心式鼓风机容易安装和维修。例如，鼓风机通常安装在管道系统内，以循环遍布建筑物的空气，应该容易安装和拆卸，使鼓风机更容易维修。目前，为了安装鼓风机需要附加零件，包括单独的角形环和用于消除传递来自鼓风机的振动的柔性管道连接件。此外，维修传统鼓风机的内传动构件通常由于受限制的可进入到需要从其他内部构件取下和拆卸的它们的内传动构件而受到了限制和有麻烦。随后，非组合式可活动零件需要再安装到鼓风机内，对于鼓风机的小的内部区域这是很困难的。
因此，需要一种改进的混合流鼓风机，它在运行过程中能够产生较低的声压级，而且能更有效地运行。还需要的是提供这样一种鼓风机，即能够相当容易地和有效地安装和维修。
发明概要根据本发明的一个方面，鼓风机包括一轴向延伸的管道，它具有进口端和出口端。一入口锥形体设置在进口端并容纳来自周围环境的空气。一叶轮设置在入口锥形体的下游并包括A)一中心设置的背轮(wheel-back)，构造成通过一电动机而旋转；B)多个鼓风机叶片，从背轮朝外径向延伸，以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及C)一轮锥形体，它固定地连接于和外接于轮的叶片。一设置在叶轮下游的驱动腔包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端。
根据本发明的另一方面，入口锥形体有一排出直径，它约为相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.68与.83倍之间。入口锥形体的几何形状有助于鼓风机的空气动力学和声学性能的提高，由此与传统的在线离心式鼓风机相比，导致在运行过程中声压级下降和效率提高。
根据本发明的另一方面，入口锥形体有一在30°与40°之间的排出角度，与轮锥形体的锥形角度匹配。
根据本发明的另一方面，诸伸直翼具有一弯曲半径，它基本上约为相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.50与.61倍之间。
根据本发明的另一方面，每一伸直翼有一基本上在30°与40°之间的前缘角度。
根据本发明的另一方面，鼓风机包括一在管道内延伸的组合式支承组件。该支承组件包括一由电动机驱动的轴。该轴又驱动叶轮和安装在驱动腔内的第一和第二支承板。支承组件可作为一整体组件从管道中取下，这使得在传统在线离心式鼓风机中要进入鼓风机的内传动构件相当受限制和麻烦时，能够使本发明鼓风机很容易维修。
根据本发明的另一方面，一管道连接件设置进口端附近并与管道是整体的。该管道连接件构造成与建筑物中的管道系统形成滑动配合连接，由此使鼓风机安装在建筑物中，例如比目前可以买到的在线离心式鼓风机容易得多。
根据本发明的另一方面，多个鼓风机叶片从背轮朝外径向延伸。叶片被构造成迫使空气沿着从进口端到出口端的方向流动。每一叶片有一设置在后缘上游的前缘，其中各叶片是梯形的并具有均匀的厚度。每一叶片表面具有曲率半径，该半径基本上在由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.7与.86倍之间。
根据本发明的另一方面，在由电动机提供的力的作用下旋转的背轮包括一基本是球形的部分，它具有一半径，该半径基本上在由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.37与.45倍之间。
根据本发明的另一方面，每一伸直翼包括至少一个一体的凸片，它径向朝内延伸，以容纳在穿过驱动腔的一对应的细长槽内，以使伸直翼相对驱动腔适当定向。
根据本发明的另一方面，入口锥形体有一喉部直径，该直径基本上在由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.61与.75倍之间。
根据本发明的另一方面，诸鼓风机叶片具有一前缘和一后缘，它们从背轮的一边缘径向朝外延伸并连接于轮锥形体的轮锥形体边缘。一在22°与32°之间的叶片角度形成在接近前缘的背轮边缘与在背轮与前缘之间的界面处沿背轮旋转的方向相对背轮切向延伸的一条线之间。
根据本发明的另一方面，一在35°与45°之间叶片角形成在接近后缘的背轮边缘与在背轮与后缘之间的界面处沿背轮旋转的方向相对背轮切向延伸的一条线之间。
根据本发明的另一方面，一在22°与32°之间的叶片角形成在接近前缘的轮锥形体边缘与在轮锥形体与前缘之间的界面处沿轮锥形体旋转的方向相对轮锥形体切向延伸的一条线之间。
根据本发明的另一方面，一在27°与37°之间的叶片角形成在接近后缘的轮锥形体边缘与在轮锥形体与后缘之间的界面处沿轮锥形体旋转的方向相对轮锥形体切向延伸的一条线之间。
这些方面的每一个单独地和/或组合产生一比传统鼓风机更有效和噪声低的鼓风机，并与传统鼓风机相比进一步使鼓风机更容易安装和维修。
例如，本发明提供一鼓风机，当鼓风机在1英寸水标鼓风机静压用基本为4100立方英尺/每分钟的气流运行时，能够产生低于70分贝的声压级。本发明还提供一鼓风机，当鼓风机在基本为1英寸水标鼓风机静压用4100与6100立方英尺/每分钟之间的速率的气流运行时，能够获得大于40％的效率。本发明还提供一鼓风机，当鼓风机在基本是1英寸水标鼓风机静压用在4100和6100立方英尺/每分钟之间的速率的气流运行时，能够产生低于70分贝的声压级。本发明还提供一鼓风机，当鼓风机在2英寸水标鼓风机静压用4100与6100立方英尺/每分钟之间的速率的气流运行时，能够获得大于60％的效率。本发明还提供一鼓风机，当鼓风机在3英寸水标鼓风机静压用在4100和20000立方英尺/每分钟之间的速率的气流运行时，能够获得低于78分贝A的声压级。因此，本发明的鼓风机相对当前市场上的在线离心式鼓风机大大地降低了噪声污染。此外，与当前市场上的在线离心式鼓风机相比，效率的提高降低了有关的运行成本。
应予以理解的是，本发明的上述和其他优点在下面的说明中将变得更清楚。在说明书中，该附图是本说明书的一部分，附图中所示的本发明的较佳实施例作为举例说明，而不是用来限定本发明。因此，权利要求书用于解释本发明的全部的范围。
附图简要说明参考附图，相同的编号对应于所有附图中的相同的部分，在附图中，


图1是一立体图，它示出了根据较佳实施例构造的混合流鼓风机，为了图示伸直翼，其中有一部分被去除；图2是一侧视图，它示出了图1所示的鼓风机入口锥形体和叶轮；图3a是一侧剖视图，它示出了图2的背轮和叶片；图3b是一侧视图，它示出了图3a所示的一个叶片的曲率半径；图3c是背轮和叶片的局部视图，它示出了图3a和3b所示的一个叶片的角度尺寸；图4是图1所示的鼓风机的侧视图；图5是图1所示的鼓风机的组合式支承组件的组合视图；图6a是一立体图，它示出了被组装在图1所示鼓风机中的驱动腔中的伸直翼；图6b是一放大的局部视图，它示出了图6a所示的伸直翼；图7a是一侧剖视图，它示出了图1所示背轮和鼓风机叶片的各个尺寸；图7b是一侧视图，它示出了用于制造图7a所示叶片的平的坯件；图7c是一侧视图，它示出了滚轧后的由图7b所示的坯件制成的一叶片；图8a是侧剖视图，它示出了图1所示鼓风机的驱动腔和其他内置构件的各个尺寸；以及图8b是一沿图8a的线8b-8b截取的后剖视图，它示出了驱动腔。
较佳实施例的详细说明参阅图1和4，一在线离心式鼓风机20、较佳的是一混合流鼓风机，它包括一构成一环形管道22的壳体21。管道22包括一容纳循环空气的空气进口端24和一在进口端下游的空气出口端26，该出口端使鼓风机中的空气以预定流率排出。当鼓风机20是一混合流鼓风机时，因予以理解的是，在该通篇说明中，所用的术语“上流”和“下流”是相对通过鼓风机20的空气从进口端24朝出口端26的轴向流动。一电动机44通过一安装支架46安装在壳体21的上表面上，并在操作过程中以预定速度旋转传动轮45。一传动带(未示出)传递来自驱动皮带轮45的动力以旋转鼓风机20的对应内部构件，从而循环贯穿例如建筑物的空气。应予以理解的是，不同的电动机44尺寸和驱动皮带轮的组合可以产生能够以各种流率循环空气的鼓风机，这将在下面结合表2举例说明。
参阅图4，鼓风机20可以容易地安装在建筑物的管道系统内，随后可容易地从中取下。尤其是，入口锥形体28包括一整体的管道衬圈23，该衬圈在锥形体的上游轴向延伸并具有一能够紧密地容纳在建筑物管道系统内的外径尺寸。因此，为连接到鼓风机20的管道系统提供一容易滑动的配合，由此使强制空气在建筑物内循环。管道22包括一类似的一体的在出口端26朝下游轴向延伸的管道衬圈23，它被构造成也提供一与管道系统的滑动配合。一对对应的径向延伸的连接边25相对凸缘23径向朝内设置，并在将鼓风机20安装到管道系统时作为一止动件。有利的是，由于大多数舒适的HVAC场合使用柔性的管道连接件以消除振动的传递，鼓风机20为终端用户提供了一更经济的设计，滑动配合柔性管道连接就不需要单独的角形环。
参阅图1，壳体21包住内部的鼓风机活动构件。尤其是，一入口锥形体28设置在入口端24的附近并容纳来自周围环境的空气，该空气将由鼓风机20循环。一叶轮30可旋转地安装在管道22内，并轴向设置在入口锥形体28的下游。尤其是，叶轮30包括一在电动机44的动力作用下旋转的背轮32。背轮32具有一相对流过鼓风机20的空气的球形凸起表面，这是因为已表明球形背轮提供比锥形表面大的鼓风机效率。多个鼓风机叶片34径向朝外并从球形表面朝上游轴向延伸，较佳的是被焊接到背轮32。或者，叶片34可通过任何合适的机械紧固件连接于背轮32。从下面的说明中可以很清楚地看到，叶片34的几何形状做成在鼓风机20运行的过程中在管道22内形成一混合流。根据较佳实施例，使用的叶片34在7个与9个之间。使用7个叶片导致某一给定运转点的运转速度较低，而根据另一实施例使用9个叶片可提供一较高的压力容量。
下面参阅图2，一基本呈截头圆锥形的轮锥形体36设置在入口锥形体28的下游并与之分开。轮锥形体36包括一整体地连接于圆锥形部分40的轴向延伸的上游部分38。圆锥形部分40最好通过焊接连接于鼓风机叶片34的径向外边缘。因此，轮锥形体36与叶片34和背轮32在运转过程中一起旋转。上游部分38构成了容纳来自入口锥形体28的空气的叶轮入口。因此，要循环的空气经过进口端24进入入口锥形体28，并在叶片旋转时提供的力的作用下进一步经过叶轮30。然后，被鼓风机20循环的空气从叶片径向和轴向引导到下游。由于轮锥形体36与入口锥形体28充分隔开，在它旋转时入口锥形体28将不会干涉轮锥形体36。
现在参阅图6A-B和8B，一圆筒形驱动腔48设置在管道22内并轴向设置在背轮32的下游和附近。该腔48与背轮32分离，从而不会影响背轮与驱动腔之间的相对旋转。多个伸直的翼50绕驱动腔48的外表面等距设置并径向朝外延伸，以容纳从叶轮30朝下游运行的空气。被鼓风机20循环的从叶轮30排出的空气除了径向和轴向分量之外还含有切向分量。伸直的翼50用于将空气改成基本上朝向轴向的下游，因此，改变空气的可能被浪费的切向运动，以增加出口端26的空气压力。伸直的翼50的数量充分到能确保基本上在轴向排出，而不会阻止气流通过翼50。尽管根据较佳实施例所用的伸直的翼的数量在11与13之间，较佳的是12，但应予以理解的是，翼的数量可以不同。本领域的技术人员很清楚，在保持鼓风机20的静压容量的同时使伸直的翼的数量最少是较理想的。每一伸直的翼有一前缘，该边缘相对轴向弯曲，形成一35°的角，要知道，根据本发明该角度可为在30°与40°的范围之内的任一角度。伸直的翼从前缘过渡到一基本轴向延伸的后缘。伸直的翼50的弯曲构造成能流畅地容纳来自叶轮30的空气，使对气流的扰动最小。因此，气流在后缘流畅地过渡为轴向流，以在出口端26排出。
每一伸直翼50包括一对径向朝内延伸的被在驱动腔48中的对应一对槽54所接纳的凸片52，以将伸直翼50锁定在合适位置。然后伸直翼50被焊接在位置上，使得诸槽54精确地定位伸直翼50的径向间隔并控制伸直翼50的前缘和后缘的角度，以确保合适的空气流过伸直翼50。应予以理解的是，如果伸直翼50没有精确定位，空气在通过驱动腔48时将变得扰动，由此增加噪音，降低了效率。与通常采用一制造成本较高的安装麻烦的安装固定装置或夹具的传统鼓风机相比，伸直翼50更容易和可靠地组装在鼓风机20中。本发明的“槽和凸片”的关系使得伸直翼50的制造比已有技术更容易、更精确。
下面参阅图5，有关传统鼓风机的另一明显缺陷是为了提供服务而取下鼓风机内部零件的困难。本发明通过提供一组合式支承组件56克服了这些缺陷，该组件穿过驱动腔48并将电动机44施与的旋转力转移至叶轮30。如将变得清楚的那样，支承组件56很容易从入口端24取下，这大大提高了鼓风机20的适用性。尤其是，驱动腔48包括一对环形凸缘58和60，它们从腔48的内表面朝内径向延伸并彼此轴向偏移，使得凸缘58位于凸缘60的上游。多个孔62穿过凸缘58和60并与分别穿过一对支承安装板66和68的对应的孔64对齐。因此，上游安装板66机械地紧固于对应的上游凸缘58，下游安装板68紧固于下游凸缘60。凸缘60的内径小于凸缘58的内径，对应地安装板68的直径较安装板66的直径小。安装板66和68的直径大于它们各自的凸缘58和60。因此，支承组件56可免于过分插入，此外提供足够的空隙使支承组件56能够通过入口端24插入(和取下)。
安装板66和68旋转支承一从动轴70，这将在下面描述。尤其是，轴70轴向延伸并在管道22内同心，且穿过安装板66和68的设置在中心的孔72。一第一和第二轴承74在孔72处分别安装于安装板66的轴向上游表面上和板68的轴向下游表面上。因此轴承74旋转地支承穿过其中的轴70。一从动皮带轮76设置在轴70的下游端，在安装时，与驱动皮带轮45轴向对齐。一孔47(见图8A)穿过驱动腔48并与皮带轮45和76轴向对齐，使得电动机44驱动时一皮带(未示出)能够连接这些皮带轮并驱动轴70。皮带进一步穿过一孔49，该孔穿过管道22(见图4)并与孔47径向对齐，使皮带能够畅通地通过皮带轮45与76之间。
如图2所示，一轴套33轴向穿过背轮32的平的中心部分并进一步被一在背轮内径向延伸的内安装板35支承。轴套33是环形的，其尺寸做成能够容纳轴70。一正方形钢键(未示出)插入一设置在轴70上游的轴向延伸槽71和一在轴套33的内部的对应的轴向延伸槽，以使叶轮30的径向运动相对轴70固定。因此，电动机44的驱动对应地使叶轮30旋转，因此，使叶片34循环经过鼓风机20的空气。
已描述了鼓风机20的构件，下面描述使性能相对传统在线离心式鼓风机进一步提高的鼓风机的附加特征。
下面描述鼓风机的各个零件的彼此独立的和组合的各种尺寸和范围，这些具有某些优于已有技术的若干优点。应予以理解的是，各尺寸和范围由于制造公差而接近于反映变化，这对于本领域的技术人员是容易理解的。尤其是，由鼓风机20造成的声压级的数值小于已有技术鼓风机，鼓风机20的效率相对传统鼓风机有了很大的提高。从下面的描述可以更清楚地看出，对于一已被设计成使有关鼓风机20的优点最佳的给定尺寸公开了一较佳值。但是，对于尺寸，还公开了较佳范围，可以理解的是，偏离较佳值但落在公开的范围之内相对最佳值会略微降低效率和提高噪声，但尽管如此，也具有优于已有技术的值得重视的优点。因此，本发明旨在完成如所附的权利要求书所限定的相对已有技术获得较高的效率和/或产生较低噪声的任何鼓风机。此外，如上所述，鼓风机20相对已有技术容易组装、制造和安装。
如在此所描述的，鼓风机内部零件的尺寸和范围是相对一基准尺寸描述的。尤其是，参阅图2，相对的叶片34的径向最外边缘之间的距离“D”为鼓风机20的其他构件的尺寸提高一基准，但是，本发明没有被限定得如此窄。例如，所描述的每一元件的每一尺寸可相对鼓风机20内的任何其他元件被限定，这是因为各元件是相对公共基准描述的，这将在下面的说明中变得更清楚。如下表2举例说明，一鼓风机可以根据本发明被构成为若干尺寸，因此，使用本发明的原理直径“D”可以是取决于鼓风机的尺寸的任何合适的距离。表2示出了对应于四个根据较佳实施例构成的鼓风机的数据。但是，这些仅仅代表本发明所获得的优点，因为可以理解的是，其他鼓风机可以产生在1700CFM与75000CFM之间的气流。所有这些鼓风机可用本发明的原理构造，并在所附的权利要求书所限定的本发明的范围之内。
表2-本发明的例子
本发明获得了显著的优点，这通过比较对应于已有技术的表1和对应于本发明的表2显得很清楚。例如，在达到与已有技术同样的气流的情况下，根据本发明构造的鼓风机所需的制动功率有所下降，由此，使效率有了显著的增加。此外，在以任何某一鼓风机静压运行的过程中，本发明使声压级有了显著的下降。例如，当以4100CFM和一英寸水标的鼓风机静压的情况下运行时，本发明的效率较之已有技术提高13个百分点，由此节省了数量明显的能量和运行费用。此外，在这运行状态下，本发明以低于已有技术的15分贝运行。因此，从根据本发明构造的鼓风机散发的声压显著低于已有技术散发的声压，由此，减少了噪声污染和由这些污染引起的已知的危害健康现象。再者，这些测量是依据空气动力和控制协会采用的标准进行的，正如本领域的技术人员所知道的。
鼓风机20的改进的空气动力学和声学性能部分地是通过入口锥形体28和叶轮30的设计获得的。尤其是，再参阅图2，入口锥形体28的径向最外边缘具有约0.75*D的排出直径D1。D1已被最大化，以便使在入口锥形体28与轮锥形体36之间过渡的空气速度最小，根据本发明，该直径可为在约0.68*D与0.83*D之间的任何直径。入口锥形体具有一约0.68*D的喉部直径D2，该直径可为在0.61*D与0.75*D的范围之内的任何直径。在保持下面将要描述的一排出角度α的同时喉部直径被最大化。入口锥形体28具有一约0.19*D的长度L，该长度可为在0.17*D与0.21*D的范围之内的任何长度。较长的长度没有显示能够增加效率，理想的是保持长度L尽可能小，以制造一紧凑的鼓风机20。因而鼓风机相对已有技术鼓风机更容易处理，可以更容易地安装和保养。
入口锥形体28形成一相对轴向的约35°的排出角度α、但这角度可为在30°与40°之间的任何角度。该角度被设计成与轮锥形体36的锥形角度β匹配，以保持一较高的运行效率。应予以理解的是，角度α和β是轮锥体36的直径和长度的函数。角度α和角度β两个单独和与鼓风机内部其他构件的组合避免了空气在流过叶片34的时脱离轮锥形体。这样减少了空气阻力，从而提高运行效率和降低声压级。
下面根据较佳实施例描述叶轮30的尺寸。尤其是如图7B-C所示，每一叶片34由一平的金属钢板所制成，但也可选择用在易挥发烟雾气氛中的防火花的铝来制成，随后用本领域中已知的标准制造工艺滚轧或形成圆筒的一部分。最终的叶片34具有均匀的厚度，而不是与传统鼓风机相关联的形成一窄的通道的机翼形，从而窄通道提高了通过其中的速度和空气阻力。这些损失在较小的鼓风机中会加剧。本发明通过提供均匀厚度的叶片克服了这些缺陷。从侧面看时诸叶片34为梯形，这样有助于沿所需的方位引导气流。每一叶片具有一前缘37、一后缘39和一在前缘与后缘之间的径向外面的轮锥形体边缘41。边缘41连接于轮锥形体36。
如图3A-C所示，每一鼓风机叶片34的后缘39相对轴向构成一约50°的角度δ，根据本发明δ可为45°与55°之间的任何一角度。前缘37相对轴向构成一40°的角度φ，要知道的是，角度φ可为在35°与45°之间的任何一角度。
尤其要参阅图3B，根据本发明，鼓风机叶片34有一约0.78*D的鼓风机弯曲半径R2，但根据本发明R2可为在0.7*D与0.86*D之间的任何一尺寸。已经确定较小的弯曲半径R2能够提供较高的效率，但较大的弯曲半径能够提供更多的气流。叶片34被设计成在背轮边缘29具有一第一对叶片角度γ和θ，在轮锥形体边缘41具有一第二对叶片角度η和ρ。尤其是，叶片角度γ形成在接近前缘37的背轮边缘29与在背轮与前缘37之间的界面处沿背轮运动的方向相对背轮32切向延伸的线27之间。叶片角θ形成在接近后缘的背轮边缘29与在背轮与后缘39之间的界面处沿背轮运动的方向相对背轮32切向延伸的线27′之间。叶片角η形成在接近前缘37的轮锥形体边缘41与在轮锥形体与前缘37之间的界面处沿轮锥形体运动的方向相对轮锥形体36切向延伸的线19之间。叶片角ρ形成在接近后缘的轮锥形体边缘41与在轮锥形体与后缘39之间的界面处沿轮锥形体运动的方向相对轮锥形体36切向延伸的线19′之间。根据较佳实施例，叶片角度γ约27°，或者在22°与32°之间，同时实现本发明的优点。根据较佳实施例，叶片角度θ约40°，或者在35°与45°之间，同时实现本发明的优点。根据较佳实施例，叶片角度η约27°，或者在22°与32°之间，同时实现本发明的优点。根据较佳实施例，叶片角度ρ约32°，或者在27°与37°之间，同时实现本发明的优点。叶片的形状、弯曲和叶片角度全部单独地和共同地有助于建立能充分满足在叶片前缘处的空气滑流和允许空气沿叶片流动而使分离最小或没有分离的几何形状。
背轮32包括一围绕一基本是平的径向延伸的中心轴套的外球形部分。该球形部分形成有约0.39*D的半径R，从而被构造成使遍布轮子的空气具有均匀加速度并引导驱动腔48上的空气。但应予以理解的是，根据本发明，R可在0.37*D与0.45*D之间，根据另一实施例可以是0.43*D。业已发现，较小的半径将在较低的静压导致较多的气流，较大的半径在较高的静压导致较少的气流。下面参阅图7A和8A，各个鼓风机构件的尺寸(以英寸为单位)被图示为根据较佳实施例构造的特定尺寸鼓风机。但应予以理解的是，在不脱离本发明原理和范围的情况下这些尺寸可以有显著的变化。尤其是，本发明的范围包括具有内部构件和相应尺寸的鼓风机，它们在上述彼此相对的范围内，因而保持本发明达到的声音下降和效率增加。
开始参阅图7A，叶轮30的轴向长度是13.63英寸，这在极大程度上有助于鼓风机20比已有技术更紧凑。鼓风机叶片34的径向外边缘之间的距离约是33英寸，而背轮32的径向外边缘之间的距离约22.84英寸。后缘39的径向内端之间的距离约为20.78英寸。轮锥形体36的上游部分38的直径是25.06，约0.76*D，要理解的是，也可在0.7*D与0.8*D的范围之内，只要在轮锥形体与入口锥形体28之间有足够的空隙，不会扰乱气流即可。轮锥形体36的圆锥形表面40相对径向形成一55°的角度，背轮32的径向外端相对径向形成一63°的角度。
下面参阅图8A，入口锥形体28的喉部有一22.61英寸的直径。驱动腔48的直径是23.25英寸，根据较佳实施例约是0.70*D，根据另一实施例是0.78*D，但可在0.67*D与0.82*D之间变化。该直径最好与背轮32的直径匹配，以避免直接来自背轮下游的空气突然膨胀以及压力的相应损失。壳体21的内径为37.19英寸，约1.13*D。壳体直径根据较佳实施例在叶轮30的周围最小化，以保持整个鼓风机尺寸最小，该直径可为在1.07*D与1.19*D范围之间的任何直径。鼓风机20的总轴向长度约47英寸，显著小于传统的鼓风机。每一伸直翼50根据较佳实施例构造成具有0.52*D的弯曲半径，根据另一实施例为0.58*D。或者，根据本发明弯曲半径可为在0.5*D与0.61*D范围之内的任一半径。
在比较表2中本发明和表1中的已有技术鼓风机时，显然，本发明的目前的若干改变可显著降低其效率，同时在效率方面仍然保持超过已有技术的实质性优点。例如，对有关尺寸或角度的某些改变可使鼓风机20的效率减少至40％，但当在1英寸水标静压产生在4100与6100CFM之间的一气流时，这仍然是超过现有技术的一重大的改进。因此，本发明旨在覆盖在这些运转条件下能够获得大于40％较佳的是49％与53％之间的效率的任何鼓风机。
当在2英寸水标静压产生一在4100与6100CFM之间的气流时，根据本发明构造的鼓风机20有一大于60％的效率，这相对已有技术是一重大的改进。因此，本发明旨在覆盖在这些运转条件下能够获得大于60％较佳的是61％与69％之间的效率的任何鼓风机。
此外，当鼓风机20在1英寸水标静压产生一在4100与6100CFM之间的气流时，根据较佳实施例构造的鼓风机20能够以一小于70分贝A的声压级运行。如表1所示的已有技术在这些运行条件下以一大于80分贝A的声压级运行。因此，本发明旨在覆盖在1英寸水标静压产生一在4100与6100CFM之间的气流时，能够小于70分贝A、最好是在67与70分贝A之间运行的任何鼓风机。
此外，在3英寸水标静压，当根据本发明构造的鼓风机20在3英寸水标静压产生一在4100与20000CFM之间的任何速度的气流时，能够以一小于78分贝A的声压级运行。根据对表1的检查，已有技术除了在13200CFM产生78分贝A之外主要产生大于80分贝A的噪音。因此，在任何某一流速，根据本发明构造的鼓风机20在3英寸水标静压运行时其噪声污染下降。本发明旨在覆盖在这些运行条件下能够获得小于78分贝A的最好在70与76分贝A之间的声压级的鼓风机。
本发明还包括一操作一根据本发明构成的鼓风机的方法，该方法包括提供鼓风机、为鼓风机供应电力、并启动电动机以驱动叶轮。因而该方法产生经过鼓风机的气流，该鼓风机具有本发明的上述优点。
本发明已结合目前被认为是最有用的和最佳的实施例进行了描述。但是，本发明仅仅以举例说明作了介绍，本发明没有限定在所公开的实施例。因此，本领域的技术人员将会明白，本发明还包括所有的改变和其他的结构，这些都包括在如所附的权利要求书所述的本发明的基本精神和范围之内。
权利要求
1.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，设置在入口锥形体的下游并包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中入口锥形体有一排出直径，基本上为相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.68与.83倍之间。
2.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，入口锥形体有一相对轴向基本在30°与40°之间的排出角度。
3.如权利要求2所述的鼓风机，其特征在于，排出角度基本上是35°。
4.如权利要求2所述的鼓风机，其特征在于，轮锥形体有一与入口锥形体的排出角度一致的锥形角度。
5.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，入口锥形体有一轴向长度，基本上在相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.17与.21倍之间。
6.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，管道有一直径，基本上在相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的1.07与1.19倍之间。
7.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，还包括在7个与9个之间的鼓风机叶片。
8.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，每一鼓风机叶片有一相对轴向的在35°与45°之间的前缘角度。
9.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，每一鼓风机叶片有一相对轴向的在45°与55°之间的后缘角度。
10.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，鼓风机是混合流鼓风机。
11.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中每一伸直翼具有一弯曲半径，基本上约为相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.50与.61倍之间。
12.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，每一伸直翼有一基本上在30°与40°之间的前缘角度。
13.一在线离心混合流鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个伸直翼，它们容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中当鼓风机在基本为1英寸水标鼓风机静压产生在4100与6100立方英尺/每分钟之间的速率的气流时，能够获得大于40％的效率。
14.一在线离心混合流鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个可运行的伸直翼，它们容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中当鼓风机在基本是1英寸水标鼓风机静压产生在4100和6100立方英尺/每分钟之间的速率的气流时，能够产生低于70分贝A的声压级。
15.一轴向延伸的在线离心混合流鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的可运行的伸直翼，它们容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中当鼓风机在2英寸水标鼓风机静压产生在4100与6100立方英尺/每分钟之间的速率的气流时，能够获得大于60％的效率。
16.一在线离心混合流鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个可运行的伸直翼，它们容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中当鼓风机在3英寸水标鼓风机静压产生在4100和20000立方英尺/每分钟之间的速率的气流时，能够获得低于78分贝A的声压级。
17.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；以及(E)一在管道内延伸的组合式支承组件，它包括一由电动机驱动的轴，该轴又驱动叶轮和安装在驱动腔内的第一和第二支承板，其中，支承组件可作为一整体组件从管道中取下。
18.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；以及(E)一管道连接件，设置进口端附近，与管道是整体的，并被构造成与建筑物中的管道系统形成滑配连接。
19.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动，每一叶片有一设置在后缘上游的前缘，其中各叶片是梯形的并具有均匀的厚度，和一曲率半径，该半径基本上在由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.7与.86倍之间；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端。
20.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转，其中背轮包括一基本是球形的部分，它由一半径所形成，该半径基本上在由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.37与.45倍之间；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端。
21.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，它包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端，其中每一伸直翼包括至少一个整体的凸片，该凸片径向朝内延伸，以容纳在穿过驱动腔的一对应的细长槽内，以使伸直翼相对驱动腔适当定向。
22.如权利要求21所述的鼓风机，其特征在于，还包括在11与13个之间的伸直翼。
23.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一叶轮，设置在入口锥形体的下游并包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端；其中入口锥形体有一喉部直径，该直径基本上在由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.61与.75倍之间。
24.如权利要求23所述的鼓风机，其特征在于，喉部直径基本是由相对的鼓风机叶片的径向最外边缘构成的直径的.68倍。
25.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一旋转从而循环空气的叶轮，设置在入口锥形体的下游并包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个具有一前缘和一后缘的鼓风机叶片，它们从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端，其中每一鼓风机叶片从背轮的一背轮边缘径向朝外延伸并连接于轮锥形体的一轮锥形体边缘，其中一在22°与32°之间的叶片角度形成在接近前缘的背轮边缘与在背轮与前缘之间的界面处沿背轮旋转的方向相对背轮切向延伸的一条线之间。
26.如权利要求25所述的鼓风机，其特征在于，叶片角度约27°。
27.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一旋转从而循环空气的叶轮，设置在入口锥形体的下游并包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个具有一前缘和一后缘的鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端，其中每一鼓风机叶片从背轮的一背轮边缘径向朝外延伸并连接于轮锥形体的一轮锥形体边缘，其中一在35°与45°之间的叶片角度形成在接近后缘的背轮边缘与在背轮与后缘之间的界面处沿背轮旋转的方向相对背轮切向延伸的一条线之间。
28.如权利要求27所述的鼓风机，其特征在于，叶片角度约40°。
29.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一旋转从而循环空气的叶轮，设置在入口锥形体的下游并包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个具有一前缘和一后缘的鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端，其中每一鼓风机叶片从背轮的一背轮边缘径向朝外延伸并连接于轮锥形体的一轮锥形体边缘，其中一在22°与32°之间的叶片角度形成在接近前缘的轮锥形体边缘与在轮锥形体与前缘之间的界面处沿轮锥形体旋转的方向相对轮锥形体切向延伸的一条线之间。
30.如权利要求29所述的鼓风机，其特征在于，叶片角度约27°。
31.一轴向延伸的在线离心式鼓风机，用于循环周围环境中的空气，该鼓风机包括(A)一管道，具有一进口端和一出口端；(B)一入口锥形体，设置在进口端以容纳来自周围环境的空气；(C)一旋转从而循环空气的叶轮，设置在入口锥形体的下游并包括(i)一中心设置的背轮，构造成由一电动机而旋转；(ii)多个具有一前缘和一后缘的鼓风机叶片，从背轮径向朝外延伸，通过运行以迫使空气沿从进口端到出口端的方向流动；以及(iii)一轮锥形体，固定地连接于和外接于轮的叶片；以及(D)一设置在叶轮下游的驱动腔，包括多个径向延伸的伸直翼，它们可运行以容纳来自叶轮的强制空气并将该空气基本上朝轴向下游引导到出口端，其中每一鼓风机叶片从背轮的一背轮边缘径向朝外延伸并连接于轮锥形体的一轮锥形体边缘，其中一在27°与37°之间的叶片角度形成在接近后缘的轮锥形体边缘与在轮锥形体与后缘之间的界面处沿轮锥形体旋转的方向相对轮锥形体切向延伸的一条线之间。
32.如权利要求31所述的鼓风机，其特征在于，叶片角度约32°。
全文摘要
一在线离心混合流鼓风机(20)，包括一轴向延伸的进口管道(22)。一入口锥形体(28)设置在进口端(24)。一叶轮(30)设置在入口锥形体的下游并包括一中心设置的背轮(32)，它由一电动机(44)而旋转；多个鼓风机叶片(34)，从背轮径向朝外延伸；以及一轮锥形体(36)，固定地连接于和外接于轮的叶片。一设置在叶轮下游的驱动腔(48)包括多个径向延伸的伸直翼(50)，它们将空气引导到出口端(26)。鼓风机构造成其声压级下降，效率提高。
文档编号F04D29/30GK1443283SQ01813109
公开日2003年9月17日 申请日期2001年6月14日 优先权日2000年6月15日
发明者T·R·马思松, T·D·库斯基 申请人:格林海克风机股份有限公司