空調室內機橫流風扇的製作方法

2023-10-27 13:28:32 1

專利名稱：空調室內機橫流風扇的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空調室內機風扇，尤其是壁掛式空調室內機所用的橫流風扇。
背景技術：
壁掛式分體空調室內機採用的是貫流風扇。這種風機的葉輪具有前向式葉片，葉片的軸向寬可以做得很寬，呈滾筒狀，兩端面密封。當葉輪旋轉時，葉片之間吸入氣體，在離心力的作用下，氣體拋向葉輪周圍，體積壓縮、密度增加、產生靜壓力，同時加大氣流速度，產生動壓(即提高了動能)，使氣體由風口送出。在此情況下，葉輪中心部分形成低壓空間，空氣不斷吸入，形成空氣進、出的不斷循環。
貫流風機是流體兩次流經風機葉輪，流體沿徑向流入葉輪後，被強制扭轉後再沿徑向經葉輪流出，風機內部存在不可避免的偏心渦。由於空氣流速方向發生逆轉，因此發生較大的壓力變動，產生氣動噪聲。橫流式風機的氣動噪聲與風量、氣體的流動狀態有直接關係。貫流風機的空氣動力噪聲是空調器室內機組的主要噪聲源。貫流風機旋轉時的空氣動力噪聲主要分為旋轉噪聲和渦流噪聲。
旋轉噪聲是由於貫流風機在高速旋轉時，葉片做周期性運動，流體在出口處周期性衝擊風機渦舌等部件而產生的噪聲，旋轉噪聲的主要特徵為離散頻率噪聲。
貫流風機的旋轉噪聲又稱離散頻率噪聲或葉片通過頻率噪聲，其發生機理有兩個。(1)當葉輪在自由空間旋轉時，由於葉片打擊周圍的氣體介質，葉片鄰近的某固定位置上空氣受到葉片及其壓力場的周期性激勵而發聲，其實質為旋轉噪聲，其基本頻率f1＝ns/60，Hzn-每秒鐘的旋轉速度rpm；z-葉片數。
(2)葉片尾流的作用產生另一種旋轉噪聲。當氣流流過葉片時，在葉片表面形成附面層，特別是吸力邊的附面層容易加厚，並產生許多渦。在葉片尾源處，吸力邊與壓力邊的附面層匯合形成尾跡區。在尾跡區內，氣流的壓力與速度都大大低於主氣流區。因而，當工作輪旋轉時，葉片出口區內氣流具有很大的不均勻性。這種不均勻性氣流周期性地作用於周圍介質，產生壓力脈動而形成噪聲。當動葉排與蝸舌間的間距過小時，前排葉片尾流掃過後排葉片或動葉尾流掃過蝸舌皆會產生脈動力，從而產生旋轉噪聲。
渦流噪聲又稱旋渦噪聲。葉輪在高速旋轉中，葉輪的進口、葉輪的內部、葉輪的出口均存在氣體分離的現象，由於氣體的分離，氣流的分離將引起渦流，渦流的移動和破裂，使氣流發生擾動，在氣流中形成壓縮和稀疏過程，由此產生渦流噪聲。由於貫流風機內部存在不可避免的渦流，偏心渦的中心位置、大小、強弱直接影響了貫流風機的噪聲強弱和氣體流量。
貫流風機偏心渦受進風流場、貫流風扇的進出風面積比、葉型、輪轂比，舌片的位置、形狀、角度，隔板的位置、渦殼的形狀等影響，因而，解決渦流噪聲應從風道及葉輪設計上進行綜合考慮。
現有技術中，橫流風扇的降噪措施主要有，使葉片相對於風扇軸傾斜配置，這種配置方式能使葉片與蝸舌間的間隔中產生的壓力變動分散，從而減少旋轉。
另外，相對於風扇軸以預定的扭角和扭動方向將葉片配置成螺旋狀的結構，其原理與葉片與軸傾斜配置一樣，也具有分散上述壓力變動、降低噪音的效果。
例如日本專利實用新型公報實公昭59-39196號、實開昭56-2092號，實開昭56-45196號等公報上分別記載的橫流風扇，提出通過將各葉片形成相對風扇軸為非平行，使壓力變動連續發生，從而使上述旋轉音降低的方案。
上述方案中，採用軸向斜葉輪，葉輪在軸向上與蝸舌、蝸殼的間隙不同，產生相位偏移，所發出的噪聲頻率也不同，而不同頻率的噪聲疊加的結果可以避免由於相同頻率噪聲疊加而帶來的諧振噪聲峰值。
然而，即使利用相位偏移，也不可能在全聲場完全消除旋轉音，此外，在製造上不可能使風扇軸和葉片形成較大角度，因此不能將旋轉音的基波完全消除。而且，上述方案中，將葉片的沿旋轉方向的安裝間隔限定成等間隔，因此，旋轉音的基波的頻率成為單一頻率，使送風噪音的頻率特性在此頻率上具有大的峰值，造成噪聲品質惡化。
另一種已知技術是以多種間隔(不等距)將多個如上所述的斜扭葉片設置在葉輪隔板上，使斜扭葉片所減少的旋轉音的峰值頻率發散。
採用不等距葉輪是降低貫流式風機旋轉基頻噪聲的有效手段之一。我們已知，等距葉輪旋轉噪聲的基頻f1為f1＝n/60z，令任意兩相鄰葉片與葉輪中心的夾角為θ，那麼對等距葉輪而言，θ為定值，其大小與葉片數有關，即θ＝2π/z＝定值，每一個葉片與蝸舌撞擊的脈動強度相同，相鄰兩個葉片撞擊蝸舌的相位差為2π/z。這種諧波的相干使基頻處的脈動強度得到增強。
θ為隨機變量時的葉輪稱為不等距葉輪。採用不等距設計，θ的範圍是變化的，這時雖然葉片數z與等距設計相同，但相鄰葉片之間的θ角卻各不相同。在這種情況下，f1變成一種分布頻率{f1}。
不等距葉輪每一個葉片與蝸舌撞擊的強度不同，相鄰兩個葉片撞擊蝸舌的相位差也各不相同。在頻率特性上，等距葉輪在f1處的峰值被不等距葉輪消弱為數值較小的分布值，並使不等距葉輪的總噪聲級明顯下降。這就是不等距葉輪貫流風機的降噪機理。
中國專利95100627.4公開了一種橫流風扇，其技術方案就是採用了葉輪不等距分布，並且將葉片與軸傾斜配置。
採用不等距葉輪可以有效減噪，但上述方案中，並未指明葉片間的間距範圍。由此給不等距葉輪貫流風機的設計帶來困難。其完全採用隨機選取法，所得到的降噪效果也有一定的隨機性，也使生產出來的風扇性能具有不穩定性。另一方面，採用不等距葉輪後，葉輪中流道的寬度各不相同，出氣口的氣流也不均勻，容易產生湍流噪聲。
另外，根據實驗數據，在轉速較低時採用葉片傾斜及不等距分布的葉輪噪聲較小，但其隨轉速的增加而增加較大；在轉速較高的情況下，它們的噪聲特性反而比等距分布的直葉輪差。也就是說，理論上，採用不等距分布葉片和斜葉片是可行的，這樣可以避免相同頻率噪聲疊加而帶來的諧振噪聲峰值，但是有其最佳工況範圍，當轉速增大時，性能很容易惡化，衝擊及分離急劇增加，因此，噪聲也增加較大，而且所引起的噪聲的增加值大於避免相同頻率噪聲疊加而帶來的噪聲降低值。但上述方案並未給出有效的解決措施。
降低風扇轉速的有效方法一是增大葉輪直徑，二是擴大風扇進風區，提高每轉的進風量。受室內機體積及蒸發器形狀的限制，葉輪直徑不可能做的太大，而且葉輪直徑變大，必然使其與蝸舌及蒸發器的間距減少，雖然噪聲降低，但會發出刺耳的嘯叫聲，即噪聲品質惡化，令人難以忍受。因此較有效的途徑是增大風扇進風區。在蒸發器形狀相同的情況下，風扇進風區域面積同風扇葉片在分隔板上的安裝角度有關。但現有技術中尚未有通過改變該安裝角度提高進風面積的設計。

發明內容
本實用新型的目的正是針對上述問題，提供一種能降低噪音，同時能提高送風性能的橫流風扇。
本實用新型的另一目的在於提供一種生產中易於加工、使用中性能穩定、高效的橫流風扇。
本實用新型的技術方案是將多個葉片沿周向按規定角度傾斜固定在一圓板上，並使上述各葉片在縱向相對圓板中心軸傾斜一定角度，同時將上述葉片的安裝間隔呈不等間隔，並且相鄰兩葉片與圓板中心軸的夾角在9°～11°之間隨機分布。由此，形成一段多葉片葉輪。
將多段上述葉輪相互間圍繞軸相對錯開規定角度，並沿軸向依次層疊固定連接，直至所需要的長度，將兩端面密封，即形成本實用新型的橫流風扇；風扇一端面外側中間突出一轉軸，風扇另一端面上形成有與電機旋轉軸接合的輪轂部。而且，設有輪轂部的一段葉輪的軸向寬度比其它段葉輪的軸向寬度要短，其寬度為其它段葉輪的軸向寬度的1/3至2/3。
本實用新型所述的葉片的橫截面為弧形，且從其橫截面的中部起向兩側逐漸變薄。
此外，葉片也可沿其縱向彎曲呈弧形。
本實用新型由於將葉片相對風扇軸傾斜設置，能使具有此葉片的橫流風扇在旋轉時與蝸舌間以及與蒸發器間產生的壓力變動連續，從而能降低橫流風扇的旋轉音。
由於將葉片的周向安裝間隔設定成不等間隔，所以能將因多葉片的傾斜形狀使已降低的旋轉音的峰值頻率分散，從而能使噪聲品質改善。並且將相鄰兩葉片與軸的夾角限定在9°～11°之間，避免了葉片間距過大或過小導致的氣流不均勻，並使生產中有章可循，也使生產的產品性能具有一定的穩定性。
此外，由於將多段多葉片葉輪沿軸向依次層疊固定成一體形成橫流風扇，所以製造簡單、成本低，並且通過適當選擇多葉片葉輪的層疊數，能容易變更風扇的軸向長度，而且，由於設有輪轂部的一段多葉片葉輪的軸向寬度比其它多葉片葉輪的軸向寬度要短，使該段的強度提高，能承受電機軸帶動風扇旋轉時施加的力而不變形。
由於將各葉片在其橫截面的中部起向兩側邊緣逐漸變薄，能有效降低空氣進出阻力，使進出風更加流暢。當氣流流過葉片時，在葉片表面不容易形成附面層，減少渦的產生，從而降低旋轉噪聲。
由於通過將葉片本體沿縱向形成圓弧狀等曲線狀，從而能使葉片更容易相對風扇軸非平行地傾斜，因此能使旋轉音降低，且由於葉片本體上無剩餘應力，能提高強度。
通過將多個葉片沿周向按規定角度傾斜設置在上述圓板狀一側面上，能有效擴大進風和出風範圍，當採用多折式蒸發器時，在同等轉速時能提高進出風量。為適應不同蒸發器的不同弧度，本實用新型中，上述傾角設定為10°-25°之間。上述傾斜角度是指葉片橫截面的兩端點間的連線同其中一端點到風扇軸的連線之間所形成的銳角。
由於採用傾斜及不等距分布葉片的降噪措施的前提是轉速不能太高，本實用新型通過上述措施，改善進風流場，擴大進出風範圍，使每轉的進出風量增加，從而在保證風量的前提下，降低轉速，確保採用上述傾斜及不等距分布葉片的降噪效果。
同傳統風扇相比，本實用新型的風扇能降低噪音，同時能提高送風性能，而且生產中易於加工、使用中性能穩定。


圖1為一段葉輪的立體圖圖2為多段葉輪組裝成風扇的分解示意圖圖3是本實用新型橫流風扇一實施例的立體圖圖4為不等距葉輪相鄰葉片與風扇軸的夾角示意圖圖5為空調器室內機的縱剖面圖具體實施例以下，根據附圖結合實施例對本實用新型進行詳細說明。
首先參見圖1，圖1為一段多葉輪的立體圖。將多個葉片1沿周向按規定角度α傾斜固定在一圓板2上。為適應不同蒸發器的不同弧度，本實用新型中，上述傾角α設定為10°-25°之間。上述傾斜角度α是指葉片橫截面的兩端點間的連線同其中一端點到風扇軸的連線之間所形成的銳角。
並且上述各葉片1在縱向相對圓板中心軸O傾斜一定角度β，同時將上述葉片1的安裝間隔呈不等間隔，並且相鄰兩葉片1與圓板2中心軸O的夾角θ在9°～11°之間隨機分布。由此，形成一段如圖1所示的多葉片葉輪3。
如圖2所示，將多段上述葉輪3相互間圍繞軸O相對錯開規定角度，並沿軸向依次層疊固定連接，直至所需要的長度，將兩端面密封，即形成圖3所示的橫流風扇4；圖2中左邊一段葉輪3的圓板2上有多個嵌合槽5，用於將圖中該段右鄰的多葉片葉輪上3的各葉片1的頂端部嵌入固定在其中。
橫流風扇4一端面外側中間突出一轉軸6，風扇另一端面上形成有與電機旋轉軸接合的輪轂部7。而且，從圖1和圖2可以看出，設有輪轂部7的一段葉輪3』的軸向寬度比其它段葉輪3的軸向寬度要短，本實用新型將其寬度設定為其它段葉輪的軸向寬度的1/3至2/3，使該段的強度提高，能承受電機軸帶動風扇旋轉時施加的力而不變形。
通過圖4可以看出，本實用新型的葉片1在其橫截面的中部起向兩側邊緣逐漸變薄，如此設計能有效降低空氣進出阻力，使進出風更加流暢。
本實用新型由於將各葉片1設置相對風扇軸O成非平行傾斜，使在橫流風扇4的前緣和蝸舌的間隙中產生的壓力連續變動。為此，能使旋轉音峰值和其倍音峰值都降低。
此外，因為將多個葉片沿周向安裝間隔設定成不等間隔，即使在不設段錯開角的場合，也能使因各葉片的傾斜形狀而減低的旋轉音的峰值頻率成份分散，從而能改善噪聲品質。
等距葉輪旋轉噪聲的基頻f1為f1＝n/60z，令任意兩相鄰葉片與葉輪中心的夾角為θ，那麼對等距葉輪而言，θ為定值，其大小與葉片數有關，即θ＝2π/z＝定值，對等距葉輪而言，每一個葉片與蝸舌撞擊的脈動強度相同，相鄰兩個葉片撞擊蝸舌的相位差為2π/z。這種諧波的相干使基頻處的脈動強度得到增強。
如圖4所示，採用不等距設計，θ的範圍是變化的，這時雖然葉片數z與等距設計相同，但相鄰葉片之間的θ角卻各不相同。在這種情況下，f1變成一種分布頻率{f1}。
不等距葉輪每一個葉片與蝸舌撞擊的強度不同，相鄰兩個葉片撞擊蝸舌的相位差也各不相同。在頻率特性上，等距葉輪在f1處的峰值被不等距葉輪消弱為數值較小的分布值，並使不等距葉輪的總噪聲級明顯下降。
採用不等距葉輪出口氣流的不均勻，當葉片間距相差過大時，會形成湍流噪聲。因此本實用新型將相鄰兩葉片與軸的夾角限定在9°～11°之間，使葉片間距不致過大，其氣流的不均勻造成的噪聲很小。如此也使生產的風扇性能具有穩定性。
而且，在將多個葉片沿周向的安裝間隔按不等間隔設定、同時設段錯開角，能使相鄰的葉片上發生的聲壓波因段錯開角形成相位差而相互抵消，從而能使因各葉片因與風扇軸向傾斜而降低的旋轉音進一步降低，而且，由於能使其餘的葉片間隔音的頻率成份分散，從而能改善噪音品質。
理想的情況下，熱交換器到風扇葉輪進口的距離相等，即風扇進氣方向為徑向，此時氣流在進口流場沒有折轉，進氣最為均勻，流動損失也最小。但由於空調外形尺寸的要求，難以實現與葉輪同心圓的換熱器布置方式。實際設計時，多採用多折式或圓弧形蒸發器，如圖5所示的熱交換器8，使氣流在進入風扇葉輪前的偏轉角變化差值減小，攻角的變化範圍也減小。可見，氣流在進入葉輪前，預旋角不可避免。
根據本實施例，通過將多個葉片沿周向按規定角度α傾斜設置在上述圓板2側面上，適應氣流在進入風扇4時的攻角，能有效擴大進風和出風範圍，當採用弧形多折蒸發器時，在同等轉速時能提高進出風量，送風性能進一步提高；或者在同等風量的情況下，降低轉速，從而減低噪音。
本實施例將多段多葉片葉輪3沿軸向連接固定，所以，通過適當調整其段數能容易改變橫流風扇4的整體長度，且通過適當選擇段錯開角也更容易改變葉片的形狀，從而能使製造成本降低。
此外，由於多葉片葉輪3是將葉片1和圓板2形成一體，因而不需要象以往那樣對在製作葉輪時對葉片進行扭轉，所以不存在餘應力，從而能使葉片和圓板的強度提高，同時能使葉片1與圓板2間的安裝角度α的精度穩定和提高，因而能提高送風性能的一致性；並且由於分段形成的風扇，每段的葉片1較短，所以能選取較大的葉片扭轉角；通過將葉片1自身沿其縱向形成弧形等曲線狀，可使葉片的扭轉角進一步增大，可達到大幅度減低噪音的目的。
由於將多段多葉片葉輪3沿軸向依次層疊固定成一體形成橫流風扇，所以製造簡單、成本低，並且通過適當選擇多葉片葉輪的層疊數，能容易變更風扇的軸向長度，而且，由於設有輪轂部7的一段多葉片葉輪3』的軸向寬度比其它多葉片葉輪3的軸向寬度要短，使該段的強度提高，能承受電機軸帶動風扇旋轉時施加的力而不變形。
由於將各葉片1在其橫截面的中部起向兩側邊緣逐漸變薄，並且兩端部為平滑的弧形，能有效降低空氣進出阻力，使進出風更加流暢。當氣流流過葉片時，在葉片表面不容易形成附面層，減少渦的產生，從而降低旋轉噪聲。
權利要求1.一種空調室內機橫流風扇，由多段直徑相同的多葉片葉輪相互間圍繞軸相對錯開規定角度，沿軸向依次層疊固定並將兩端面密封而成，風扇一端面中間突出一轉軸，另一端面中間有與風扇電機旋轉軸接合的輪轂部，其特徵在於設有輪轂部的一段葉輪的軸向寬度為其它段葉輪的軸向寬度的1/3至2/3。
2.根據權利要求1所述的空調室內機橫流風扇，其特徵在於所述的多葉片葉輪，是將多個葉片沿周向固定在一圓板上形成，上述葉片的安裝間隔呈不等間隔，並且相鄰兩葉片與葉輪中心軸的夾角在9°～11°之間。
3.根據權利要求2所述的空調室內機橫流風扇，其特徵在於所述的多葉片葉輪上的葉片，與所述的圓板有一定傾角並相對於風扇旋轉方向傾斜。
4.根據權利要求3所述的空調室內機橫流風扇，其特徵在於所述的傾角在10°～25°之間。
5.根據權利要求2所述的空調室內機橫流風扇，其特徵在於所述的葉片與葉輪軸非平行。
6.根據上述權利要求1-5中任一權利要求所述的空調室內機橫流風扇，其特徵在於所述的葉片的橫截面為弧形，且從其橫截面的中部起向兩側逐漸變薄。
7.根據上述權利要求1-5中任一權利要求所述的空調室內機橫流風扇，其特徵在於所述葉片沿其縱向呈弧形。
專利摘要本實用新型涉及一種壁掛式空調室內機所用的橫流風扇，是將多個葉片沿周向按規定角度傾斜固定在一圓板上，並使上述各葉片在縱向相對圓板中心軸傾斜一定角度，同時將上述葉片的安裝間隔呈不等間隔，並且相鄰兩葉片與圓板中心軸的夾角在9°～11°之間隨機分布，形成一段多葉片葉輪，將多段上述葉輪相互間圍繞軸相對錯開規定角度，並沿軸向依次層疊固定連接，直至所需要的長度，將兩端面密封，即形成本實用新型的橫流風扇；同傳統風扇相比，本實用新型的風扇能降低噪音，同時能提高送風性能，而且生產中易於加工、使用中性能穩定。
文檔編號F04D17/00GK2837569SQ20052001720
公開日2006年11月15日 申請日期2005年4月25日 優先權日2005年4月25日
發明者付裕, 王勇, 梁曉東, 楚人震, 谷東照, 管麗萍, 石化永 申請人:海爾集團公司, 青島海爾空調器有限總公司