專利名稱：高效單件式離心鼓風(fēng)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離心鼓風(fēng)機用于自動環(huán)境控制那樣的一般領(lǐng)域。
背景離心葉輪一般包括多個葉片，當空氣流從葉輪入口移動到葉輪出口時，這些葉片轉(zhuǎn)動進入的空氣流使它向徑向流動。葉片一般被連結(jié)到輪轂上并與它一同旋轉(zhuǎn)，輪轂在葉輪基部上(與入口相對的一側(cè))形成空氣流動的路徑。對于雙件的葉輪來說，空氣流動路徑的頂部一般建在頂蓋上，頂蓋也被連結(jié)到葉片上，并與葉片和輪轂一同旋轉(zhuǎn)。
在自動環(huán)境控制的用途中(即加熱、通風(fēng)和空調(diào))，離心葉輪一般可歸為兩類a)低費用的單件葉輪；和b)高費用高效的雙件葉輪。單件葉輪由于其低費用，一般被使用，次數(shù)要比雙件葉輪多得多。雙件葉輪一般只是被使用在對實現(xiàn)高效率或高壓力的需要勝過費用上的缺點時。
在自動環(huán)境控制的用途中，離心鼓風(fēng)機應(yīng)在操作條件的范圍內(nèi)有效地操作。例如通過通風(fēng)管道的啟閉，空氣可被引導(dǎo)通過具有不同流動阻力的不同熱交換器。典型的情況，流動阻力最大是在加熱器和去霜狀態(tài)，最小是在空調(diào)模式。在某些情況下，加熱器和去霜模式的高流動阻力能在傳統(tǒng)的單件葉輪上引起功效和噪聲的問題，使它效率降低或者只能產(chǎn)生較低的壓力。
Yapp的U.S.4,900,228曾公開一個具有向后彎曲呈S形葉片的雙件葉輪。
Chapman(WO 01/05652)曾公開一個具有高葉片彎度的雙件葉輪。
綜述本發(fā)明對雙件離心葉輪內(nèi)見到的葉片和風(fēng)道的幾何形狀進行設(shè)計使它們能被注射模塑成一個單件。在模制該部件時注射模不需任何行動或滑模。
一般地說，本發(fā)明以構(gòu)造成一單件的離心葉輪為特征。該葉輪包括三種構(gòu)件i)多個葉片，各有一個先導(dǎo)邊和一個尾隨邊；ii)一個大致為環(huán)形的頂蓋連接在葉片的頂部，該頂蓋有一內(nèi)半徑；和iii)一個輪轂連接在葉片基部的內(nèi)部上，該輪轂有一比頂蓋內(nèi)半徑小的外半徑，因此葉片、頂蓋和輪轂?zāi)鼙粯?gòu)造成一個單獨的單元。本發(fā)明的制造費用比雙件葉輪小，但在較高的流動阻力下比傳統(tǒng)的單件葉輪能更有效地操作。
本發(fā)明的另一方面為鼓風(fēng)機的組合件，該組合件包括上述葉輪和一塊基板，兩者共同形成從入口到出口的空氣流動路徑?；宀⒉恍D(zhuǎn)而是向外延伸到一個比葉輪輪轂半徑大的半徑。在基板和葉輪葉片之間的間隙一般小于葉片尾隨邊底部半徑的10％。在優(yōu)選的實施例中，基板在含有葉輪軸線的平面內(nèi)具有曲線的形狀，其輪廓與葉輪旋轉(zhuǎn)時葉輪葉片基部的輪廓匹配。
在某些優(yōu)選的實施例中，葉輪被包含在鼓風(fēng)機殼體內(nèi)，所述基板被結(jié)合到所述鼓風(fēng)機殼體的一部分內(nèi)成為一個單獨的整體部件。在某些優(yōu)選的實施例中，裝有電動機來轉(zhuǎn)動葉輪，所述電動機裝在電動機突緣上，所述基板被結(jié)合到所述電動機突緣內(nèi)成為一個單獨的整體部件。在某些優(yōu)選的實施例中，裝有電動機來轉(zhuǎn)動葉輪，所述電動機裝在電動機殼體內(nèi)，所述基板被結(jié)合到所述電動機殼體內(nèi)或為一個單獨的整體部件。在某些優(yōu)選的實施例中，所述電動機殼體被結(jié)合到鼓風(fēng)機殼體的一部分內(nèi)成為一個單獨的整體部件。
在優(yōu)選的實施例中，鼓風(fēng)機組合件的大小和形狀被設(shè)計得適宜裝在自動環(huán)境控制系統(tǒng)內(nèi)。
在優(yōu)選的實施例中，葉輪具有下列特征a)頂蓋在含有葉輪軸線的平面內(nèi)具有曲線的形狀；b)圓筒形面積的比率在1.0和2.0之間；c)入口對出口的面積比在0.7和1.0之間；
d)葉片與輪轂接觸的范圍小于葉片基部上葉片中線長度的20％；e)最小葉片弦長為葉輪直徑的15％；f)葉片的堅實度至少為2.0；g)葉片先導(dǎo)邊的頂部沿徑向向內(nèi)伸出到比葉輪入口半徑小1-8毫米之處；h)頂蓋覆蓋葉片的大于葉輪入口半徑的徑向部分至少為50％；和i)頂蓋配有一環(huán)用來控制通過葉輪和鼓風(fēng)機殼體之間間隙的再循環(huán)。
本發(fā)明的一個突出之處是用注射模塑將上述葉輪制成一個單件的方法。本發(fā)明還有一個突出之處是裝配鼓風(fēng)機組合件的方法，其中電動機被連結(jié)到已將基板制成一體的電動機殼體、電動機突緣、或鼓風(fēng)機殼體的一部分上，并且上述葉輪被這樣連結(jié)到電動機上使能控制在葉輪和基板之間的間隙。
下面結(jié)合


本發(fā)明的實施例的細節(jié)，從中還可看到本發(fā)明的其他一些特點、目的和優(yōu)點。
附圖的說明圖1為葉輪的一個實施例的半截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括一個葉片的掃視圖(swept view)，示出葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片的包絡(luò)線(envelope)，還示出葉輪輪轂和頂蓋的形狀。
圖2為兩個葉輪葉片的視圖，所述視圖是在一個與葉輪軸線垂直的平面內(nèi)。該圖示出在葉片頂部和基部的葉片弦、及葉片尾隨邊的間隔。
圖3為葉輪葉片的透視圖示出葉片在其基部的中線。
圖4為具有基板的葉輪另一個實施例的半截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括一個葉片的掃視圖，還示出基板的優(yōu)選實施例。
圖5為具有基板的葉輪另一個實施例的半截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括一個葉片的掃視圖和鼓風(fēng)機殼體的一部分，還示出基板的第二實施例。
圖6為一含有鼓風(fēng)機殼體、電動機和葉輪的組合件的截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括葉輪葉片的掃視圖，還示出一個基板結(jié)合到鼓風(fēng)機殼體一部分內(nèi)的實施例。
圖7為一含有鼓風(fēng)機殼體、電動機、電動機突緣和葉輪的組合件的截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括葉輪葉片的掃視圖，還示出一個基板結(jié)合到電動機突緣內(nèi)的實施例。
圖8為一含有鼓風(fēng)機殼體、電動機殼體、電動機和葉輪的組合件的截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括葉輪葉片的掃視圖，還示出一個基板結(jié)合到電動機殼體內(nèi)的實施例。
圖9為一含有鼓風(fēng)機殼體、電動機殼體、電動機和葉輪的組合件的截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括葉輪葉片的掃視圖，還示出一個基板和電動機殼體結(jié)合到鼓風(fēng)機殼體的一部分內(nèi)的實施例。
圖10為葉輪的透視圖示出一個可能的葉片先導(dǎo)邊的形狀。
圖11為葉輪的透視圖示出第二個可能的葉片先導(dǎo)邊的形狀。
詳細說明圖1為葉輪的一個實施例的半截面圖，所述截面是在含有葉輪軸線16的一個平面內(nèi)。該圖包括一個葉片的掃視圖。葉輪具有輪轂11、葉片12和葉輪頂蓋13。
葉輪輪轂11延伸到一個比入口半徑R2小的半徑R1，使能用注射模塑模具制出單件結(jié)構(gòu)，而可在模塑時不用滑?；蚱渌袆?。
葉片的先導(dǎo)邊14是在葉片15的基部上從一個比葉輪輪轂半徑R1小的半徑上伸出，使葉片的基部能夠連接到葉輪輪轂11上。
葉輪的頂蓋13覆蓋葉片并在含有葉輪軸線的平面內(nèi)具有曲線部分。頂蓋的曲線部分被這樣設(shè)計使空氣流能最佳地順暢通過葉輪。作為葉輪的結(jié)構(gòu)零件，葉輪的頂蓋是必要的，它還可有助于防止氣流的分離和混亂，并可限制離開葉輪的氣流返回到葉片內(nèi)再循環(huán)，這些都會造成較低的操作效率。在優(yōu)選的實施例中，葉輪頂蓋可引用一個環(huán)17來對再循環(huán)氣流提供一條較長和阻力較大的流動路徑，這樣來減少再循環(huán)氣流返回到葉輪入口內(nèi)的數(shù)量。這種環(huán)還可添加以資進一步減少再循環(huán)氣流的數(shù)量。另外，在優(yōu)選的實施例中，葉輪頂蓋覆蓋葉片的大于葉輪入口半徑R2的徑向部分超過50％。
葉輪入口半徑R2和葉片在該半徑的高度H2限定一個入口圓筒的面積為2πR2H2。葉片尾隨邊頂部半徑R3和葉片尾隨邊的高度H3限定一個出口圓筒面積為2πR3H3。圓筒面積的比率為入口圓筒面積對出口圓筒面積之比。在優(yōu)選實施例中，葉輪圓筒面積的比率在1.0和2.0之間，即1.0＜R2H2/R3H3＜2.0這個比率有助于防止氣流從頂蓋表面上離開，從而能得到一個較高的鼓風(fēng)機操作效率。
葉輪入口面積被定義為半徑R2的圓面積。葉輪的出口面積，葉輪出口面積被定義為半徑R3和高度H3的圓筒的表面積。葉輪入口對出口之比為這兩個面積之比。在優(yōu)選的實施例中，葉輪入口對出口面積之比在0.7和1.0之間，即0.7＜π(R2)2/2πR3H3＜1.0這個比率同樣有助于防止氣流從頂蓋表面上離開，從而能得到一個較高的鼓風(fēng)機操作效率。
在葉片頂部的葉片先導(dǎo)邊在徑向上向內(nèi)伸出到一個比入口半徑小的半徑。這兩個半徑之差在圖上被示出為“a”。這個幾何尺寸使模塑出大部分葉片的半爿模具能在軸向上延伸到葉片12的頂邊18。兩半爿模具沿著這條邊會合。在優(yōu)選的實施例中，尺寸“a”為1-8毫米。
圖2示出兩個葉輪葉片的視圖，所述視圖是在一個與葉輪軸垂直的平面內(nèi)。該視圖示出在葉片頂部的葉片弦21、在葉片基部的葉片弦22、和葉片尾隨邊的間距23。在葉片頂部的葉片弦21被定義為在一個垂直于葉輪軸線的平面上一條從葉片頂部的先導(dǎo)邊延伸到葉片頂部尾隨邊的線。同樣，葉片基部的葉片弦被定義為在一個垂直于葉輪軸線的平面上從葉片基部的先導(dǎo)邊延伸到葉片基部尾隨邊的線。最小的葉片弦就是這兩條弦中較短的一個。至少為葉輪直徑15％的最小葉片弦有助于提供比傳統(tǒng)的單件葉輪顯著較高的操作效率。葉輪直徑通常由葉片尾隨邊在其最大徑向范圍的直徑確定。
高效率另一個重要因素是葉片要有高堅實度。葉片堅實度被定義為最小葉片弦長對葉片尾隨邊在徑向最遠范圍處的間距之比。至少為2.0的葉片堅實度對有效操作最為適合。葉片堅實度與葉片弦長受到同樣現(xiàn)象的限制，即過大時會使葉片的通道變窄以致堵塞通過葉輪前進的空氣流而降低操作效率。
圖3為一葉輪葉片的透視圖示出在葉片基部的中線31。在葉片基部的葉片中線被定義為一條沿著葉片的基部、與葉片兩面都等距離地從先導(dǎo)邊延伸到尾隨邊的線。在優(yōu)選的實施例中，葉片與葉輪輪轂接觸的范圍不超過在葉片基部的葉片中線的20％(如第一個20％)。
圖4為一鼓風(fēng)機組合件的半截面圖，組合件包括一個葉輪43和一塊基板42，所述截面是在含有葉輪軸線41的一個平面內(nèi)。該圖包括一個葉片的掃視圖?；?2沿徑向延伸到葉輪輪轂半徑R1之外，在優(yōu)選實施例中延伸到葉輪葉片基部44的外直徑R5如圖所示。基板42就定位在葉輪43之下，基板的輪廓與葉輪葉片基部44的輪廓匹配?；?2與葉輪葉片基部44之間的垂直距離如圖4中的“c”所示。為了有效地建立通過葉輪的空氣流動路徑，間隙“c”一般應(yīng)小于半徑R5的10％。在優(yōu)選的實施例中，在制造公差允許的條件下將基板靠近葉輪定位可使鼓風(fēng)機的效率增至最高。自動環(huán)境控制用的葉輪，其半徑一般從60到130mm。對于半徑為100mm的典型的葉輪，間隙“c”應(yīng)在1和10mm之間。
圖5為另一個鼓風(fēng)機組合件的半截面圖，該組合件具有一個葉輪和一塊基板，所述截面是在含有葉輪軸線51的一個平面內(nèi)。葉輪54的截面圖包括葉片55的掃視圖。這個實施例包括基板52的另一個實施例和頂蓋53的另一個實施例。這塊基板52具有一個比葉輪葉片55基部的半徑R5小的半徑R4?；?2在具有任何一個比葉輪輪轂半徑R1大的半徑時都能起作用。頂蓋53的外半徑小于葉輪葉片55頂部的半徑R3。圖中還示出鼓風(fēng)機殼體56的一部分。當頂蓋53在徑向上延伸的部分顯然小于葉輪葉片55頂部的半徑R3時，鼓風(fēng)機殼體56的一部分必須緊密地貼近葉輪葉片55的頂部為的是限制再循環(huán)。
圖6為一鼓風(fēng)機組合件的截面圖，該組合件包括鼓風(fēng)機殼體61、葉輪62、和電動機63，所述截面是在含有葉輪軸線64的一個平面內(nèi)。該圖還包括葉片的掃視圖。在這實施例中，基板65被結(jié)合到鼓風(fēng)機殼體61的一個部分內(nèi)以便減少組合件內(nèi)零件的數(shù)目。
圖7為一鼓風(fēng)機組合件的截面圖，該組合件包括鼓風(fēng)機殼體71、具有突緣73的電動機72和葉輪74，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖包括葉輪葉片的掃視圖。在這實施例中，基板76被結(jié)合到電動機突緣73內(nèi)。
圖8為一鼓風(fēng)機組合件的截面圖，該組合件包括鼓風(fēng)機殼體81、電動機殼體82、電動機83和葉輪84，所述截面是在含有葉輪軸線85的一個平面內(nèi)。該圖包括葉片的掃視圖。在這實施例中，基板86被結(jié)合到電動機殼體內(nèi)。
圖9為一鼓風(fēng)機組合件的截面圖。該組合件包括鼓風(fēng)機殼體91、電動機殼體92、電動機93和葉輪94，所述截面是在含有葉輪軸線的一個平面內(nèi)。該圖還包括葉片的掃視圖。在這實施例中，電動機殼體92和基板96被結(jié)合到鼓風(fēng)機殼體的一部分內(nèi)。
圖10為一葉輪的透視圖示出一種可能的葉片先導(dǎo)邊的形狀102，它可適應(yīng)制造的需要而變化。在這實施例中，大多數(shù)葉片先導(dǎo)邊近乎直立，具有“腳”101將葉片連結(jié)到輪轂上。
圖11為一葉輪的透視圖示出另一種可能的葉片先導(dǎo)邊的形狀111，它可適應(yīng)制造的需要而變化。在這實施例中，先導(dǎo)邊在其跨度上為一恒定的角度。
上面說明了本發(fā)明的多個實施例。應(yīng)該知道在不離開本發(fā)明的創(chuàng)意和范圍的情況下，是可作出各種不同的修改的。
權(quán)利要求
1.一種離心葉輪，可被安裝在一根軸上旋轉(zhuǎn)，該葉輪包括多個葉片，各有先導(dǎo)邊和尾隨邊，一個葉輪輪轂，和一個頂蓋；葉片限定了葉輪直徑、圓筒形面積的比率、出口面積、最小弦長、葉片中線長度和葉片堅實度；頂蓋形成通往葉輪的入口，而葉輪具有一個葉輪入口半徑和入口面積；所述葉輪的特征在于a)它被注射模塑制成單件；b)葉輪輪轂向外延伸到一個比葉輪入口半徑小的半徑處；c)葉片從比葉輪輪轂半徑小的半徑處向外延伸；d)頂蓋在含有葉輪軸線的平面內(nèi)具有曲線形狀；e)圓筒形面積的比率在1.0到2.0之間。
2.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，所述頂蓋配有至少一個環(huán)用來控制氣流的再循環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，所述頂蓋至少覆蓋葉片的超過50％的徑向延伸部分，該部分大于葉輪入口半徑。
4.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，葉片先導(dǎo)邊的頂部向內(nèi)伸出到一個比葉輪入口半徑小的半徑。
5.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，所述最小弦長至少為葉輪直徑的15％。
6.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，所述葉片堅實度至少為2％。
7.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，所述葉片與輪轂接觸的范圍小于葉片基部上葉片中線長度的20％。
8.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，葉片先導(dǎo)邊的頂部向內(nèi)伸出到比葉輪入口半徑小1-8mm之處。
9.如權(quán)利要求1所述的離心葉輪，其特征在于，入口面積對出口面積之比在0.7和1.0之間。
10.一種離心鼓風(fēng)機組合件，具有一塊基板和權(quán)利要求1中所述的葉輪；所述葉輪頂蓋和基板共同形成從入口到出口的空氣流動路徑；所述基板的特征在于a)它向外延伸到一個比葉輪輪轂半徑大的半徑處；b)它并不旋轉(zhuǎn)；c)基板和葉輪葉片之間的間隙小于葉輪半徑的10％。
11.如權(quán)利要求10所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，還具有鼓風(fēng)機殼體，基板被結(jié)合到所述鼓風(fēng)機殼體的一部分內(nèi)成為一個單獨的整體部件。
12.如權(quán)利要求10所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，還具有電動機和電動機突緣，基板被結(jié)合到所述突緣內(nèi)成為一個單獨的整體部件。
13.如權(quán)利要求10所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，還具有電動機殼體，基板被結(jié)合到所述電動機殼體內(nèi)成為一個單獨的整體部件。
14.如權(quán)利要求13所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，還具有鼓風(fēng)機殼體，電動機殼體被結(jié)合到所述鼓風(fēng)機殼體的一部分內(nèi)成為一個單獨的整體部件。
15.如權(quán)利要求10所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，所述基板與所述葉輪組合制出成型輪廓以便在葉輪旋轉(zhuǎn)時與葉輪葉片基部的輪廓匹配，形成所述空氣流動路徑。
16.如權(quán)利要求10所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，所述基板在含有風(fēng)機軸線的平面上具有曲線的形狀。
17.一種用注射模塑法將所述葉輪制成單件的制造權(quán)利要求1中所述的離心葉輪的方法。
18.一種裝配權(quán)利要求11中所述的離心鼓風(fēng)機組合件的方法，其特征在于，電動機被裝在所述鼓風(fēng)機殼體的所述部分上，而所述葉輪被連結(jié)到所述電動機上。
19.一種裝配權(quán)利要求12中所述的離心鼓風(fēng)機組合件的方法，其特征在于，所述電動機被裝在所述電動機突緣上，而所述葉輪被連結(jié)到所述電動機上。
20.一種裝配權(quán)利要求13或14中所述的離心鼓風(fēng)機組合件的方法，其特征在于，電動機被裝在所述電動機殼體上，而所述葉輪被連結(jié)到所述電動機上。
21.如權(quán)利要求11到14中任一項所述的離心鼓風(fēng)機組合件，其特征在于，其大小和形狀的設(shè)計適宜裝在自動環(huán)境控制系統(tǒng)內(nèi)。
全文摘要
葉輪的特征為a)輪轂(11)延伸到一個比葉輪入口半徑(R2)小的半徑(R1)，使葉輪能用注射模塑模具制成單件結(jié)構(gòu)而可不需滑?；蚱渌袆?；b)葉片(12)在其基部上從一個小于輪轂半徑的半徑向外延伸，使葉片基部能連接到輪轂上；c)葉輪頂蓋在含有葉輪軸線(16)的平面內(nèi)具有曲線的部分；d)圓筒形面積的比率在1.0和2.0之間。鼓風(fēng)機組合件的特征為有一分開的基板定位在緊密貼近葉輪葉片基部的地方?；蹇杀唤Y(jié)合到電動機突緣內(nèi)、或鼓風(fēng)機殼體內(nèi)、或電動機殼體內(nèi)。
文檔編號F04D29/02GK1478178SQ01819947
公開日2004年2月25日 申請日期2001年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月4日
發(fā)明者托馬斯·查普曼, 托馬斯 查普曼 申請人:羅伯特博施公司