專利名稱：螺旋槳風(fēng)扇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于空調(diào)器及類似裝置的鼓風(fēng)機(jī)的螺旋槳風(fēng)扇。


圖14是現(xiàn)今用于空調(diào)器及類似裝置中的螺旋槳風(fēng)扇上半部份的外形圖。圖14(a)是正視圖，而圖14(b)是側(cè)視圖。在圖14中，螺旋槳風(fēng)扇1’具有如圖14(a)所示的若干片葉片它們按箭頭A的方向旋轉(zhuǎn)，并被如圖14(b)所示的鐘形口(或孔板)殼體2分隔成真空面和排放面。圖14中的標(biāo)號(hào)3a’指示葉片3’的后緣。
這種型式的螺旋槳風(fēng)扇常常用于空調(diào)器的室外組件或用于排氣通風(fēng)機(jī)中。因此，要求螺旋槳風(fēng)扇的噪聲低，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。在通常情況下，螺旋槳風(fēng)扇由塑料材料制成，并做成一薄層的形狀。要求葉片通常為弓形形狀，厚度基本均勻，要求相鄰葉片不相互重疊，還要求螺旋槳風(fēng)扇有高的生產(chǎn)率。
從螺旋槳風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲大致分為寬頻帶噪聲和離散頻率噪聲。在空調(diào)器及類似裝置中使用的低壓風(fēng)扇中，前一種噪聲占優(yōu)勢。寬頻帶噪聲是由上層氣流的湍流，葉片表面的壓力變化及由葉片后緣排出的旋渦所產(chǎn)生的。因此，為減小寬頻帶噪聲，弦C(參見圖10)的長度應(yīng)盡可能的做得長以減少和擴(kuò)散翼板負(fù)載，而葉片后緣的邊界層積聚也會(huì)因向前的傾角而減少。
近年來，對低噪聲要求的水平提高了。要滿足這一要求，上述措施是不夠的。為進(jìn)一步減少螺旋槳風(fēng)扇的噪聲，需要其它措施。在上述由螺旋漿風(fēng)扇產(chǎn)生寬頻帶噪聲的主要原因(a)上層氣流的湍流，(b)后緣旋渦和(C)葉片表面的壓力變化中，當(dāng)(a)的上層氣流的湍流是低的時(shí)，(b)的后緣旋渦對噪聲起主要作用。因此，減少噪聲的一個(gè)可能措施就是采取機(jī)翼形截面的葉片，消除葉片表面上的流動(dòng)變化，減少后緣厚度，從而減少由葉片后緣排出的后緣旋渦。
然而，如果將葉片的截面成型成厚機(jī)翼形狀，螺旋槳風(fēng)扇的重量就要增加，價(jià)格也因而上升。此外，考慮到樹脂模壓中的下陷，在大量生產(chǎn)中存在著有限的膜壓厚度，因此，在實(shí)際中很難應(yīng)用機(jī)翼形的風(fēng)扇，這導(dǎo)至噪聲降低的極限。
鑒于上述現(xiàn)狀，因此本發(fā)明的目的就是提出一種螺旋槳風(fēng)扇，它具有低的噪聲，并易于實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明解決上述問題的第一個(gè)方案的特征在于葉片后緣是鋸齒形狀的。
本發(fā)明解決上述問題的第二個(gè)方案的特征在于葉片后緣的鋸齒形狀是具有相同形狀的連續(xù)齒。
本發(fā)明解決上述問題的第三個(gè)方案的特征在于葉片后緣的鋸齒形狀是具有齒的尺寸順序由較大齒變至較小齒。
本發(fā)明解決上述問題的第四個(gè)方案的特征在于葉片后緣的鋸齒形狀是具有適當(dāng)組合的不同角度的齒。
本發(fā)明解決上述問題的第五個(gè)方案的特征在于鋸齒形狀是上述第一、二、三或四方案中的三角形狀的。
本發(fā)明解決上述問題的第六個(gè)方案的特征在于上述第五方案中的鋸齒的齒頂部是圓的。
本發(fā)明解決上述問題的第七個(gè)方案的特征在于上述第六方案中齒頂部圓度的半徑為齒距或齒高的50％或小于50％。
本發(fā)明解決上述問題的第八個(gè)方案的特征在于H/D大致等于0.02，而S/D大致等于0.02，這里，在上述第一、二、三或四方案的鋸齒形狀參數(shù)中，H是一個(gè)齒的高度，S是齒距，D是螺旋槳風(fēng)扇的直徑。
本發(fā)明解決上述問題的第九個(gè)方案的特征在于0.5≤S/H≤2，這里，在上述第一、二、三或四方案的鋸齒形狀參數(shù)中，H是齒高，S是齒距。
因此，按照本發(fā)明上述的第一、二、三、四、五、六、七、八或九方案，由于葉片后緣是鋸齒形狀的，在葉片負(fù)壓面或正壓面的流動(dòng)就逐漸連接，且流動(dòng)的連接(混合)是光滑地實(shí)現(xiàn)的。因此，由于流動(dòng)連接而造成的旋渦很小，而由于流動(dòng)連接而引起的速度損失就減少。結(jié)果，由于流動(dòng)連接產(chǎn)生的噪聲就降低，風(fēng)扇效率提高。
更為特別的是，沿葉片表面的流動(dòng)在具有較大葉片撓曲的上表面，其流動(dòng)速率較高，構(gòu)成負(fù)壓流動(dòng)，而在葉片表面為邊界的具有較小葉片撓曲的下表面，流動(dòng)構(gòu)成正壓流動(dòng)。這兩種流動(dòng)在離開葉片后緣的流動(dòng)過程中混合。這時(shí)，所產(chǎn)生的兩維旋渦引起噪聲或由于壓力損失引起風(fēng)扇效率降低。
相反，根據(jù)本發(fā)明上述第一至第九方案，由于葉片后緣的鋸齒形狀，在鋸齒的切口部份產(chǎn)生從正壓區(qū)域流向負(fù)壓區(qū)域的滲漏流動(dòng)。該滲漏流動(dòng)形成縱向旋渦，它們相對通過切口底部的葉片截面是對稱的。該縱向旋渦的速度分量與沿葉片表面主流動(dòng)的速度分量合并。通過葉片端部的流動(dòng)變成螺旋線流動(dòng)，通過它加快了混合。由于在混合區(qū)域的流動(dòng)湍流減少，與產(chǎn)生兩維旋渦的通常螺旋槳風(fēng)扇相比，產(chǎn)生的噪聲就降低，風(fēng)扇的效率提高。
這種解釋的模型示于圖6(a)和6(b)之中。在圖6(a)中，箭頭F表示流動(dòng)方向。在圖6(b)中，箭頭K表示滲漏流動(dòng)。標(biāo)記字母P指示壓力表面，N指示負(fù)壓表面，SA指示鋸齒頂部，而SB指示鋸齒低谷。該解釋的典型模擬示于圖7(a)和7(b)。圖7(a)表示在橫切葉片鋸齒截面上的模擬二次流動(dòng)，而圖7(b)表示在離開葉片鋸齒一定距離的混合區(qū)域中的模擬二次流動(dòng)。
如以上所述，及如下文中結(jié)合實(shí)施例更為詳尺的解釋，根據(jù)本發(fā)明，由于葉片后緣的鋸齒形狀，與通常的螺旋槳風(fēng)扇相比，噪聲能進(jìn)一步降低，風(fēng)扇效率能提高。此外，便于實(shí)際應(yīng)用。
還有，由于鋸齒的齒頂部倒圓，噪聲能進(jìn)一步降低，且在螺旋槳風(fēng)扇的模壓中，下陷，毛邊及類似情況的發(fā)生也能減少。
圖1是本發(fā)明提出的一個(gè)實(shí)施例的螺旋槳風(fēng)扇上半部的外形圖；圖2是另一種形狀的鋸齒圖；圖3是葉片后緣為鋸齒形狀和不為鋸齒形狀(通常情況)情況下的速度圖形比較圖；圖4表示葉片后緣齒的尺寸對風(fēng)扇性能(噪聲降低特性和風(fēng)扇效率特性)影響的特性曲線；圖5是葉片后緣為鋸齒形狀和不為鋸齒形狀(通常情況)情況下的噪聲分析結(jié)果比較特性圖表；圖6是展示流動(dòng)的模型圖；圖6(a)是葉片后緣和葉片連接流動(dòng)，特別是縱向旋渦的展示圖，而圖6(b)是在切口部份(低谷部份)流動(dòng)由正壓區(qū)域向負(fù)壓區(qū)域進(jìn)行的展示圖；圖7是由模擬獲得的在葉片后緣的二次流的流動(dòng)圖形；圖7(a)表示在沿圖6(a)A—A線所取截面上的二次流流動(dòng)圖形，而圖7(b)表示在沿圖6(a)B—B線所取截面上的二次流流動(dòng)圖形；圖8是速度相對鋸齒形狀變化的特性圖表；圖9是湍流相對鋸齒形狀變化的特性圖表；圖10表示沿圖6(a)C—C線所截取的截面；圖11表示葉片后緣齒的尺寸對風(fēng)扇性能(噪聲降低特性和風(fēng)扇效率特性)影響的特性曲線；圖12(a)是本發(fā)明提出的另一實(shí)施例的螺旋槳風(fēng)扇上半部的外形圖，而圖12(b)是部份D的放大圖；圖13是鋸齒頂部的圓度對風(fēng)扇噪聲影響的特性圖表；圖14是現(xiàn)今用于空調(diào)器及類似裝置中的螺旋槳風(fēng)扇上半部的外形圖。
本發(fā)明提出的實(shí)施例方案將在下面結(jié)合附圖加以詳盡說明。與圖14中相似的元件將應(yīng)用相同的標(biāo)號(hào)重復(fù)的解釋將加以取消。
圖1是本發(fā)明提出的一個(gè)實(shí)施例的螺旋槳風(fēng)扇上半部的外形圖。如此圖所示，該實(shí)施例提出的螺旋槳風(fēng)扇具有若干沿周邊方向按一定間隔排列的葉片3。每一葉片3的后緣3a都成型成鋸齒形狀。圖1中的虛線表示通常的后緣形狀(參見圖14)。圖1表示的例子中，齒距S等于齒寬(齒距＝齒寬)。但是，齒距S往往如圖2所示的大于齒寬W(齒距＞齒寬)。
這種外形的螺旋槳風(fēng)扇1的性能將結(jié)合圖3，4和5加以說明。
圖3是葉片后緣為鋸齒形狀和不為鋸齒形狀(通常情況)情況下的速度圖形比較圖。當(dāng)葉片后緣不是鋸齒形狀時(shí)，如圖3(a)所示，在葉片負(fù)壓表面邊和在葉片正壓表面邊的流動(dòng)在葉片后緣連接，但由于存在葉片后緣厚度t，在流動(dòng)連接之后立即產(chǎn)生高的速度損失。在此速度損失部份，相鄰流體的速度差很大(速度梯度很大)，因此產(chǎn)生很大的湍流。該湍流引起整個(gè)葉片的升力變化，產(chǎn)生高的噪聲。
在另一方面，當(dāng)葉片后緣為鋸齒形狀時(shí)，如圖3(b)所示，流動(dòng)在鋸齒部份就開始逐漸連接，且在靠近后緣處已連接了相當(dāng)一部份，造成速度損失小。由于這一原因，與上一情況相比，速度梯度減小，由此，產(chǎn)生的湍流也減弱。同時(shí)，由于連接部份的速度損失部份減小，混合損失也減小，所以風(fēng)扇效率提高。
圖4表示葉片后緣齒的尺寸對風(fēng)扇性能影響的特性曲線。在此圖中，橫坐標(biāo)代表齒高H和齒距S(參見圖1，此處H＝S)與螺旋槳風(fēng)扇1的外徑D之比，而縱坐標(biāo)代表噪聲的減低和風(fēng)扇效率改善的百分?jǐn)?shù)。由此圖可見，在H，S/D＝1—4％的范圍內(nèi)，噪聲降低1分貝(A)或更多，而風(fēng)扇效率提高。頂峰位于H，S/D約為2％的點(diǎn)處。
圖5是葉片后緣為鋸齒形狀和不為鋸齒形狀(通常情況)情況下的噪聲分析結(jié)果比較特性圖表。在此圖中，橫坐標(biāo)代表頻率f，而縱坐標(biāo)代表聲壓水平分貝。圖中虛線A表示葉片后緣為鋸齒形狀的情況，而實(shí)線B表示葉片后緣不為鋸齒形狀的情況。由此圖可見，當(dāng)葉片后緣為鋸齒形狀時(shí)，在很寬的范圍內(nèi)，噪聲水平(聲壓水平)與葉片后緣不為鋸齒形狀的情況相比都有降低。
上述說明是在螺旋槳風(fēng)扇速度Uα＝14.5米/秒，螺旋槳風(fēng)扇尺寸為直徑D＝394毫米，C＝0.25米，和S/S＝1.0的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的結(jié)論。
為更仔細(xì)地了解這一現(xiàn)象，進(jìn)行了二次流流動(dòng)圖形的模擬，而鋸齒形狀參數(shù)變化特性是在上述條件下確定的。
圖7(a)和7(b)表示葉片后緣二次流流動(dòng)圖形的模擬結(jié)果。圖7(a)表示在沿圖6(a)A—A線所取截面上的二次流流動(dòng)圖形，而圖7(b)表示在沿圖6(a)B—B線所取截面上的二次流流動(dòng)圖形。這些圖形表示流動(dòng)沿葉片在截面上的速度分量的大小分布和方向的確定結(jié)果。圖6(a)是葉片后緣和葉片連接流動(dòng)，特別是縱向旋渦的展示圖，而圖6(b)是在切口部份(低谷部份)流動(dòng)由正壓區(qū)域向負(fù)壓區(qū)域進(jìn)行的展示圖。圖10表示沿圖6(a)C—C線所取截面上的正壓面和負(fù)壓面上的流動(dòng)。
由圖7(a)可發(fā)現(xiàn)，在鋸齒低谷部份產(chǎn)生一個(gè)從正壓區(qū)域(圖的下部)進(jìn)行至負(fù)壓區(qū)域(圖的上部)的流動(dòng)，并產(chǎn)生相對通過低谷底部截面而對稱的縱向旋渦。此外，由圖7(b)可發(fā)現(xiàn)，在離開葉片后緣的流動(dòng)中，相對通過鋸齒低谷底部截面而對稱的縱向旋渦發(fā)展得更為完全。
圖8和9表示鋸齒形狀變化的特性。圖8表示速度特性，而圖9表示湍流特性。在這些圖中，在葉片后緣峰頂和低谷的速度(米/秒)和湍流(％)相對離葉片表面的距離X而給出，其條件為S/H＝1，當(dāng)S＝0，S＝2.5和S＝7.5(+號(hào)和-號(hào)分別對應(yīng)正壓區(qū)域和負(fù)壓區(qū)域。參見圖9)。
圖8揭示了如下結(jié)果在葉片后緣中央位置的速度下降按照基底，S＝2.5，S＝7.5的峰頂，和S＝7.5的低谷的次序增加?？偲饋碚f，該圖表示，只要有某一尺寸S的低谷，也即有切口存在，則速度下降就減弱。
圖9揭示了如下結(jié)果；在葉片后緣中央位置的流動(dòng)湍流按照基底，S＝2.5，S＝7.5的峰頂，和S＝7.5的低谷的次序增加?？偲饋碚f，該圖表示，只要有某一尺寸S的低谷，也即有切口存在，則流動(dòng)湍流減少。
上述說明是在螺旋槳風(fēng)扇速度Uα＝14.5米/秒，螺旋槳風(fēng)扇尺寸為直徑D＝394毫米，C＝0.25米，和S/H＝1.0的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的結(jié)論。
其次，在螺旋槳風(fēng)扇速度Uα＝40—50米/秒，螺旋槳風(fēng)扇尺寸為直徑D＝320毫米，C＝0.10米，和S/H＝1.0的條件下，測量了噪聲下降特性。結(jié)果用記號(hào)X表示，并和上述結(jié)果一起示于圖11。
圖11揭示了如下結(jié)果(1)不管螺旋槳風(fēng)扇1的外徑D如何，當(dāng)S/D約為2—3％和H/D約為2—3％時(shí)，噪聲下降達(dá)到最低。
(2)不管鋸齒的形狀參數(shù)H和S如何，雖然上述討論是在S/H＝1.0的條件下給出的，考慮在0.01＜S/D和H/D＜0.04，下降范圍為1分貝(A)或更多，發(fā)現(xiàn)，假如0.5≤S/H≤2，可望下降為1分貝(A)或更多。
當(dāng)螺旋槳風(fēng)扇的葉片后緣是如圖1所示的鋸齒形狀，鋸齒的齒頂部變成尖的。因此，在頂部部位噪聲可能產(chǎn)生，而在樹脂模壓過程中，下陷，毛邊及類似現(xiàn)象也易于產(chǎn)生。
為解決這些問題，鋸齒的齒頂部做成如圖12(a)和12(b)所示的圓形(圖12(a)表示螺旋槳風(fēng)扇的上半部，圖12(b)是圖12(a)中D部份的放大圖)。
這就是說，示于圖12的螺旋槳風(fēng)扇11具有若干葉片13，葉片中的每一片都有鋸齒形狀的后緣13a，并具有圓度半徑為R的齒頂部。
當(dāng)鋸齒的齒頂部沒有圓度時(shí)，流動(dòng)在齒頂部有一奇點(diǎn)，因此，由于流動(dòng)突然連接或局部二次流的產(chǎn)生，容易發(fā)生噪聲。
在另一方面，當(dāng)鋸齒的齒頂部具有圓度時(shí)，流動(dòng)的奇點(diǎn)消失，因此，所產(chǎn)生的噪聲下降。還有，由于模壓冷卻的改善，齒頂部的圓度能限制樹脂模壓過程中下陷，毛邊及類似物的產(chǎn)生。
圖13是當(dāng)S/D＝H/D＝0.02時(shí)，齒頂部圓度參數(shù)(R/S，H)對風(fēng)扇噪聲影響的特性圖表，這里螺旋槳風(fēng)扇11的噪聲最低，風(fēng)扇效率也有改進(jìn)。由圖13可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)R/S，H約為50％或更小時(shí)，噪聲與齒頂部為尖的(R＝0)情況相比是下降了。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例提出的螺旋槳風(fēng)扇1或11，與通常的螺旋槳風(fēng)扇1’相比，噪聲能進(jìn)一步降低，風(fēng)扇效率能進(jìn)一步提高，此外，實(shí)際應(yīng)用可以很容易。
其次，對于螺旋槳風(fēng)扇11，與齒頂部是尖的情況相比，通過對鋸齒齒頂部的倒圓，噪聲能進(jìn)一步下降，此外，在壓模螺旋槳風(fēng)扇時(shí)，下陷，毛邊及類似物的產(chǎn)生能減少。
雖然在該實(shí)施例中，葉片后緣的鋸齒形狀是具形狀相同的連續(xù)齒，但鋸齒的形狀并不限于這一形狀。也可采用齒的尺寸為連續(xù)由大齒變?yōu)樾↓X的鋸齒形狀或采用將不同角度的齒加以適當(dāng)組合的鋸齒形狀。此外，各種鋸齒的齒頂部也可以是圓的。
權(quán)利要求
1.一種螺旋槳風(fēng)扇，其葉片后緣為鋸齒形狀。
2.一種螺旋槳風(fēng)扇，其葉片后緣為有形狀相同的連續(xù)齒的鋸齒形狀。
3.一種螺旋槳風(fēng)扇，其葉片后緣為具有齒形尺寸由較大齒依次變至較小齒的鋸齒形狀。
4.一種螺旋槳風(fēng)扇，其葉片后緣有將不同角度加以適當(dāng)組合的齒的鋸齒形狀。
5.按權(quán)利要求1至4中任一所述的螺旋槳風(fēng)扇，其特征在于鋸齒為三角形狀。
6.按權(quán)利要求5所述的螺旋槳風(fēng)扇，其特征在于鋸齒的齒頂部是圓的。
7.按權(quán)利要求6所述的螺旋槳風(fēng)扇，其特征在于所述齒頂部的圓度半徑R為齒距或齒高的50％或小于其的50％。
8.按權(quán)利要求1至4中任一要求所述的螺旋槳風(fēng)扇，其特征在于H/D大約等于0.02，S/D大約等于0.02，這里所述鋸齒的形狀參數(shù)H是齒高，S是齒距，D是螺旋槳風(fēng)扇的直徑。
9.按權(quán)利要求1至4中任一要求所述的螺旋槳風(fēng)扇，其特征在于0.5≤S/H≤2，這里所述鋸齒的形狀參數(shù)H是齒高，而S是齒距。
全文摘要
本發(fā)明提出一種具有鋸齒形狀葉片后緣的螺旋槳風(fēng)扇，在這種風(fēng)扇中，葉片負(fù)壓面和正壓面的流動(dòng)逐漸連接，因此，靠近后緣的速度損失減少。結(jié)果，與通常的螺旋槳風(fēng)扇相比，速度梯度下降，湍流的產(chǎn)生減小，從而噪聲降低，風(fēng)扇效率提高。
文檔編號(hào)F04D29/38GK1128327SQ9511856
公開日1996年8月7日 申請日期1995年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月8日
發(fā)明者近藤文男, 谷口雅巳, 林昌照, 伊藤明広 申請人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社