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CN212130840U - 离心式风扇叶片组件 - Google Patents

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CN212130840U
CN212130840U CN201922136828.0U CN201922136828U CN212130840U CN 212130840 U CN212130840 U CN 212130840U CN 201922136828 U CN201922136828 U CN 201922136828U CN 212130840 U CN212130840 U CN 212130840U
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CN
China
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degrees
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centrifugal fan
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fan
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拉梅什·韦杜拉
内森·韦杰斯
卡西克·桑卡尔·拉姆
加内什·纳拉亚纳
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Trane International Inc
Original Assignee
Trane International Inc
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Abstract

一种用作暖通空调与制冷(HVACR)系统中的鼓风机的离心式风扇，具有多个叶片，每个叶片具有：前缘弧面角，其为约10度至约30度；后缘弧面角，其为约10度至约30度；交错角，其为约35度至约55度；以及弦，其具有长度L，其中，越过离心式风扇的直径的长度L除以直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。具有这些参数的风扇叶片在一定运行条件下提供提高的风扇效率。风扇叶片还可具有前掠或径向掠。风扇叶片可具有从前缘至后缘的均一厚度。

Description

离心式风扇叶片组件
技术领域
本公开涉及包括叶片的高效离心式风扇，该叶片具有约10度至约30度的前缘弧面角、约10度至约30度的后缘弧面角、约35度至约55度的交错角，以及长度L的弦，其中，长度L除以离心式风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
背景技术
轻型商用暖通空调与制冷(Heating,Ventilation,Air Conditioning andRefrigeration HVACR)单元(诸如三吨至二十五吨的屋顶式机组)用于向封闭空间(诸如大型仓储商场、学校、餐厅、办公楼等的内部)提供供暖、冷却或通风。轻型商用HVACR单元通常使用一个或多个离心式风扇来驱动气流通过该单元并进入空气受HVACR单元调节的结构中。离心式风扇通常由电动机来驱动。
管控要求为定期增加制冷单元所需的最低效率，因此需要通过HVACR单元中使用的风扇提高效率。HVACR单元越来越需要以相同或更少的功率移动更多的空气。
当前的离心式风扇通常包括机翼型叶片，机翼型叶片的厚度在从前缘沿风扇叶片到后缘的方向上变化。
实用新型内容
本公开涉及包括叶片的高效离心式风扇，该叶片具有约10度至约30度的前缘弧面角、约10度至约30度的后缘弧面角、约35度至约55度的交错角，以及长度L的弦，其中，长度L除以离心式风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
风扇实施例以在轻型商用HVACR应用(诸如3吨至25吨)中使用的运行速度和流速实现了增加的能量效率，并产生例如2000ft3/minute至3000ft3/minute的空气流。这种提高的效率使得风扇和使用那些风扇的HVACR单元跟上定期增加的效率标准。风扇实施例还在满足了这些增加的效率标准的同时，使用均一厚度的叶片，允许了利用塑料或金属片材进行的制造，并且比机翼型叶片更容易和廉价地进行制造。
一种离心式风扇叶片组件实施例包括多个叶片，每个叶片具有：前缘弧面角，其约10度至约30度；后缘弧面角，其为约10度至约30度；交错角，其为约35度至约55度；弦，其具有长度L，其中，长度L除以离心式风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
在一个实施例中，每个叶片的厚度在制造公差内从叶片的前缘至叶片的后缘是均一的。
在一个实施例中，每个叶片包括塑料。在一个实施例中，每个叶片包括质量百分比为约30％至约50％的玻璃填充物以及塑料。在一个实施例中，塑料为尼龙6或尼龙66。在叶片为塑料的实施例中，每个叶片的厚度可以为0.191英寸或约0.191英寸。在一个实施例中，每个叶片包括铝。在一个实施例中，每个叶片包括钢。在叶片是金属片材的实施例中，每个叶片的厚度可以为约0.052英寸。
在一个实施例中，前缘弧面角的范围为约10度至约20度。在一个实施例中，后缘弧面角的范围为约10度至约20度。在一个实施例中，交错角的范围为约46度至约50度。
在一个实施例中，多个叶片中的每个叶片在如下点处具有最大弧高：该点范围为从前缘沿着该叶片的弦长度至后缘的距离的约40％至约60％。在一个实施例中，多个叶片中的每个叶片在如下点处具有最大弧面角：该点位于从前缘沿该叶片的弦长度至后缘的距离的约7％至约13％。
在一个实施例中，多个叶片中的每个叶片的叶片深度的范围为离心式风扇的直径的约 0.2至约0.4。
在一个实施例中，弦具有范围为约195mm至约215mm的长度L。
在一个实施例中，叶片均具有范围为约三度至约六度的前掠。在一个实施例中，叶片均具有范围为约三度至约六度的径向掠。在一个实施例中，离心式风扇叶片组件包括至少五个叶片。
在一个实施例中，离心式风扇叶片组件包括电机轮毂连接件。在一个实施例中，离心式风扇包括在电机轮毂连接件处联接的电机和叶片组件。在一个实施例中，HVACR系统包括离心式风扇。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的风扇叶片组件的截面图。
图2示出了根据一个实施例的风扇叶片组件的侧视图。
图3示出了根据一个实施例的风扇叶片组件的截面图。
图4示出了根据一个实施例的风扇叶片组件的视图。
图5示出了根据一个实施例的离心式风扇的等距视图。
图6示出了根据一个实施例的包括离心式风扇的HVACR系统。
具体实施方式
本公开涉及包括叶片的高效离心式风扇，该叶片具有约10度至约30度的前缘弧面角、约10度至约30度的后缘弧面角、约35度至约55度的交错角，以及长度L的弦，其中，长度L除以离心式风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
图1示出了根据一个实施例的风扇叶片组件的截面图。风扇叶片组件100包括位于风扇叶轮108的中心点104与外边缘106之间的多个叶片102。
风扇叶轮108是离心式鼓风机的风扇叶轮。包括风扇叶轮108的离心式鼓风机可以是轻型商用HVACR系统(例如，三吨至二十五吨的HVACR系统)的一部分。HVACR的离心式鼓风机在旋转时，相对于风扇叶轮108的旋转轴向地吸入空气并径向地将空气排出。风扇叶轮108的尺寸可基于要使用风扇叶轮108的特定的鼓风机。例如，风扇叶轮108可以具有范围为约275mm至约700mm的直径。在一个实施例中，风扇叶轮具有范围为约 275mm至约500mm的直径。在一个实施例中，风扇叶轮具有范围为约500mm至约575 mm的直径。
风扇叶轮108可通过电机轮毂连接件402联接到电机502，这在图4和5的视图中可见并且在以下进行描述。风扇叶轮108可被电机502驱动为围绕轴线旋转。在一个实施例中，电机502是变速电动机。风扇叶轮108具有直径D。
多个叶片102被包括在风扇叶片组件100中并联接到风扇叶轮108。风扇叶片组件100 可具有例如五至七个叶片102。在一个实施例中，风扇叶片组件100具有六个叶片102。在一个实施例中，风扇叶片组件100包括七个叶片102。多个叶片102可规则地分布在风扇叶轮108周围，即，每个叶片彼此等间隔分开。
每个叶片102具有前缘110和后缘112，相对风扇的旋转方向来限定前缘110和后缘112。每个叶片102的形状和取向通过叶片102的前缘弧面角(leading edge camber angle)LE、后缘弧面角(trailing edge camber angle)TE、交错角(stagger angle)Ψ和弦C来描述。
每个叶片102具有沿着从前缘110至后缘112的直线延伸的弦C。在一个实施例中，弦的范围为风扇叶轮108的直径的0.25或约0.25。在包括具有直径为500mm或约500mm 的风扇叶轮108的实施例中，弦的长度范围为约195mm至约225mm。在一个实施例中，风扇叶轮108的直径D为500mm或约500mm，并且每个叶片102的弦C为215mm或约215mm。
每个叶片102在前缘110处的前缘弧面角LE为弦与在前缘110处与叶片102相切的直线之间的角度。在一个实施例中，每个叶片102的前缘弧面角LE的范围为约10度至约30度。在一个实施例中，每个叶片102的前缘弧面角LE的范围为约10度至约20度。在一个实施例中，前缘弧面角的范围为约10度至约15度。在一个实施例中，前缘弧面角 LE为15度或约15度。
每个叶片102在后缘112处的后缘弧面角TE为弦与在后缘112处与叶片102相切的直线之间的角度。在一个实施例中，每个叶片102的后缘弧面角TE的范围为约10度至约 30度。在一个实施例中，每个叶片102的后缘弧面角TE的范围为约10度至约15度。在一个实施例中，每个叶片102的后缘弧面角TE为10度或约10度。在一个实施例中，前缘弧面角LE大于后缘弧面角TE。
每个叶片102具有交错角Ψ，交错角Ψ为弦与从风扇叶轮108的中心延伸至叶片102 的后缘112的直线R之间的夹角。在一个实施例中，针对每个叶片102的交错角Ψ的范围为约35度至约55度。在一个实施例中，针对每个叶片102的交错角Ψ的范围为50度或约50度。
在一个实施例中，每个叶片102的弧高CH在如下点处最大：该点的范围为从前缘110 沿着弦C至后缘112的距离的约40％至约60％。弧高是从弦至叶片102自身的表面的距离。
在一个实施例中，沿每个叶片102的弧面角在如下点处最大：该点的范围为当垂直于弦线测量时弦C的长度的距离的约7％至约13％。弧面角是与沿着叶片102的点相切的直线与弦C之间的夹角。
在一个实施例中，每个叶片102的叶片深度的范围为离心式风扇的直径D的约0.2至约0.4。叶片深度是叶片102从风扇叶轮108延伸出的高度。
在一个实施例中，每个叶片102沿着其从叶片102的前缘110至后缘112的整个长度具有制造公差内的均一厚度。
在一个实施例中，每个叶片102由金属片材制成。在一个实施例中，金属片材是铝片。在一个实施例中，金属片是钢片。在一个实施例中，每个叶片102由塑料制成。在一个实施例中，塑料是尼龙，例如，尼龙6或尼龙66。在一个实施例中，每个叶片102由包括塑料和质量百分比为约30％至50％的玻璃填充物的材料制成。在一个实施例中，风扇叶轮 108由与叶片102的材料相同的材料制成。在一个实施例中，风扇叶轮108和多个叶片102 通过注射成型一体地形成。
在叶片是金属片材的实施例中，每个叶片的厚度可以为0.052英寸或约0.052英寸。在叶片为塑料的实施例中，每个叶片的厚度可以为0.191英寸或约0.191英寸。这些厚度可根据例如制造公差、金属片材或塑料的供应商之间的差异等来改变。
图2示出了根据一个实施例的风扇叶片组件200的侧视图。叶片202具有如上相对于叶片102所述的前缘弧面角LE、后缘弧面角TE、交错角Ψ和弦C。在图2所示的实施例中，叶片202各自还具有前掠(forward sweep)FS。前掠FS由在叶片202的前缘204或后缘206与平行于叶片202的高度方向H的直线之间形成的夹角来限定。在一个实施例中，叶片202各自具有范围为约三度至约六度的前掠FS。
图3示出了根据一个实施例的风扇叶片组件300的截面图。风扇叶片组件包括如上所述的风扇叶轮108。风扇叶片组件300包括多个风扇叶片302。风扇叶片302各自具有如上相对于叶片102所述的前缘弧面角LE、后缘弧面角TE、交错角Ψ和弦C。风扇叶片 302各自在其相应的基座304处联接到风扇叶轮306。风扇叶轮302朝向沿其截取图3所示的截面的平面远离基座304和风扇叶轮306延伸。
在图3中所示的实施例中，叶片302各自还包括在叶片302远离风扇叶轮306延伸时的径向掠(radial sweep)。径向掠是在叶片302远离风扇叶轮306延伸时，叶片302相对于风扇叶轮306的中心308向内或向外的倾斜。径向掠是由叶片302从风扇叶轮306延伸的方向与平行于位于叶片302的基座304处的旋转轴(即，垂直于风扇叶轮306的平面，并且还垂直于截取图3中所示截面的平面)的直线之间形成的夹角所限定的。跟随叶片 302的截面的线RS和位于基座304处垂直于风扇叶轮306的线形成限定叶片302的径向掠的角。在一个实施例中，径向掠的范围为从约三度至约六度。
在图3中所示的实施例中，在叶片302从其相应的基座304(在该基座304处，叶片302联接到风扇叶轮306)延伸时，叶片302通过径向掠从风扇叶轮306的中心308向外，并朝向截取图3中所示截面的平面成角度。
图4是图1所示的风扇叶片组件100的另一视图。在该视图中，电机轮毂连接件402在风扇叶轮108的与叶片102从其延伸的一侧相反的一侧上可见。电机轮毂连接件402被构造为允许风扇叶片组件机械连接至电机(诸如变速电动机)。通过连接到电机，风扇叶片组件100可以被电机驱动旋转，从而操作包括风扇叶片组件100的风扇。在一个实施例中，电机轮毂连接件402包括多个孔404，这些孔404被构造为接收紧固件。在一个实施例中，孔是冲孔。在一个实施例中，电机轮毂连接件402是被构造为接收诸如电机502的电机的轴的单个开口。在一个实施例中，延伸穿过电机轮毂连接件402的电机轴经由延伸穿过电机轴的一个或多个接合螺栓联接到风扇叶片组件100。
图5示出了根据一个实施例的离心式风扇500。包括风扇叶轮108和风扇叶片102的风扇叶片组件经由电机轮毂连接件402连接到电机502。电机502连接到电机轮毂连接件402并驱动离心式风扇旋转。电机502可以是例如变速电动机。在一个实施例中，电机502 是电性连通的电机。在一个实施例中，电机502包括变速驱动。
图6示出了包括离心式风扇500的HVACR系统600。空气通过入口604进入HVACR 机柜602，并由安装在HVACR机柜602内的离心式风扇500通过盘管606吸入。然后，空气经过加热器608，然后经由出口610离开HVACR机柜602。
HVACR机柜602封闭并支撑HVACR系统600的部件。入口604是HVACR机柜602 中的开口，允许空气从HVACR系统600所服务的封闭空间流入到HVACR机柜602中，和/或允许来自HVACR系统600的周围环境的空气流入到HVACR机柜602中。
当HVACR系统600处于空调模式时，盘管606可携带制冷剂并允许HVACR机柜 602内部的空气与盘管606中的制冷剂之间进行热交换，以在将空气提供给封闭空间之前冷却空气。
离心式风扇500安装在HVACR机柜602内，以驱动空气通过HVACR系统600。离心式风扇500的运行驱动空气流通过HVACR系统600，并且离心式风扇500在运行中的功耗(powerdraw)是HVACR系统600在其运行期间的功耗的一个成分。离心式风扇500 的运行必须提供足够的空气流动，以满足封闭空间对来自HVACR系统600的空气流的需求。
离开离心式风扇500的空气可被引导通过加热器608。当HVACR系统600处于供暖模式时，加热器608将热量释放至流过它们的空气，在将空气提供给封闭空间之前加热空气。加热器608可以是例如气体加热器或电加热器。空气经由出口610提供到封闭空间，出口610连接到例如从HVACR系统600接收空气的管道。
方面：
可以理解的是，以下方面1-19中的任意方面可与方面20进行组合。
方面1、一种离心式风扇叶片组件，包括风扇叶轮和联接到风扇叶轮的多个叶片，其中，多个叶片中的每个叶片具有：前缘弧面角，其为约10度至约30度；后缘弧面角，其为约10度至约30度；交错角，其为约35度至约55度；弦，其具有长度L，其中，越过离心式风扇的直径的长度L除以风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
方面2、根据方面1所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片具有从叶片的前缘至叶片的后缘的均一厚度。
方面3、根据方面1-2中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，离心式风扇叶片组件包括塑料。
方面4、根据方面3所述的离心式风扇叶片组件，其中，离心式风扇叶片组件还包括质量百分比为约30％至50％的玻璃填充物。
方面5、根据方面3-4中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，塑料包括尼龙6或尼龙66。
方面6、根据方面1-2中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片包括铝。
方面7、根据方面1-2中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片包括钢。
方面8、根据方面1-7中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，前缘弧面角为约10度至约20度。
方面9、根据方面1-8中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，后缘弧面角为约10度至约20度。
方面10、根据方面1-9中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，交错角为约 46度至约50度。
方面11、根据方面1-10中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片在如下点处具有最大弧高：该点位于从前缘沿着叶片的弦长度至后缘的距离的约40％至约60％。
方面12、根据方面1-11中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片在如下点处具有最大弧面角：该点位于从前缘沿叶片的弦长度至后缘的距离的约7％至约13％。
方面13、根据方面1-12中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片具有约三度至约六度的前掠。
方面14、根据方面1-13中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片中的每个叶片具有约三度至约六度的径向掠。
方面15、根据方面1-14中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，多个叶片包括五个或更多叶片。
方面16、根据方面1-15中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，其中，弦的长度L为约195mm至约215mm。
方面17、根据方面1-16中的任意方面所述的离心式风扇叶片组件，还包括电机轮毂连接件。
方面18、一种离心式风扇，包括电机和根据方面17所述的离心式风扇叶片组件，其中，离心式风扇叶片组件在电机轮毂连接件处连接到电机。
方面19、一种暖通空调与制冷(HVACR)系统，包括根据方面18所述的离心式风扇。
方面20、一种操作暖通空调与制冷(HVACR)系统的方法，包括使用电机驱动叶片组件旋转，叶片组件包括风扇叶轮和联接到风扇叶轮的多个叶片，其中，多个叶片中的每个叶片具有：前缘弧面角，其为约10度至约30度；后缘弧面角，其为约10度至约30度；交错角，其为约35度至约55度；以及弦，其具有长度L，其中，越过离心式风扇的直径的长度L除以风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
本申请中公开的示例在所有方面将被视为是说明性的并且是非限制性的。本实用新型的范围由所附权利要求而不由前述描述来指示；并且在权利要求的等价意义和范围内的所有改变旨在被包含于其中。

Claims (12)

1.一种离心式风扇叶片组件，包括风扇叶轮和联接到所述风扇叶轮的多个叶片，其中，所述多个叶片中的每个叶片具有：前缘弧面角，其为10度至30度；后缘弧面角，其为10度至30度；交错角，其为35度至55度；弦，其具有长度L，其中，越过所述离心式风扇的直径的所述长度L除以风扇的直径D满足不等式0.25≤L/D≤0.42。
2.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述多个叶片中的每个叶片具有从所述叶片的前缘至所述叶片的后缘的均一厚度。
3.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述前缘弧面角为10度至20度。
4.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述后缘弧面角为10度至20度。
5.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述交错角为46度至50度。
6.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述多个叶片中的每个叶片在如下点处具有最大弧高：所述点位于从所述前缘沿着所述叶片的弦长度至所述后缘的距离的40％至60％。
7.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述多个叶片中的每个叶片在如下点处具有最大弧面角：所述点位于从所述前缘沿所述叶片的弦长度至所述后缘的距离的7％至13％。
8.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述多个叶片中的每个叶片具有三度至六度的前掠。
9.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述多个叶片中的每个叶片具有三度至六度的径向掠。
10.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述多个叶片包括五个或更多叶片。
11.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，所述弦的长度L为195mm至215mm。
12.根据权利要求1所述的离心式风扇叶片组件，其特征在于，还包括电机轮毂连接件。
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