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    EinAxialschraubengebläsehoher Effizienz und mit niedrigem Geräuschpegel wird angegeben. DasGebläseweist einen Motor, eine Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern (1)um eine Nabe (2) auf, die mit dem Motor verbunden ist und ein Gebläsegehäuse (5)mit einem Lufteinlass auf einer Seite und einem Luftauslass aufder anderen Seite, wobei eine radiale Position mit einem maximalenEinstellwinkel in einem Blattquerschnitt und eine radiale Positionmit einer Kontur eines Führungskantenbereichs(A) in der Fluidströmungsrichtung,welche eine vorstehende Spitze in Flussrichtung bildet, angeordnetsind, zwischen 60% und 80% des Außendurchmessers der Schraube.
    公开号:DE102004023270A1
    申请号:DE200410023270
    申请日:2004-05-11
    公开日:2005-01-20
    发明作者:Taku Tsuchiura Iwase；Kazuyuki Sugimura；Taro Kiryu Tanno
    申请人:Nidec Servo Corp；Hitachi Ltd；
    IPC主号:F04D29-38
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Axialschraubengebläse, welchesals ein Gebläsefür elektronischeGeräteVerwendung findet, und insbesondere bezieht sich die Erfindung aufden Aufbau eines hocheffizienten und leisen Axialschraubengebläses.
    [0002] Axialschraubengebläse werdenfür verschiedeneArten von Anwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel als Gebläse zum Kühlen elektronischerGeräteund als Gebläsefür eineaußerhalbeines Hauses aufgestellte Einheit einer Klimaanlage, und es wurdeeine Vielzahl von Technologien entwickelt, um eine hohe Effizienzund einen geringen Geräuschpegelzu erzielen.
    [0003] Beieinem Gebläsegehäuse wirdeine Technik zur Reduzierung des Geräuschpegels angewandt, bei derein zylinderförmigerEinlass des Gebläsegehäuses ausgebildetwird und eine asymmetrische Ansaugströmung gebildet ist (siehe zumBeispiel Patentdokument 1).
    [0004] Wasdie Form des Gebläsesbetrifft, wurde eine Technologie vorgeschlagen, nach der hohe Effizienzund ein niedriger Geräuschpegelerzielt wurden durch Ausbilden einer dreieckigen Führungskantean der Blattspitze, indem die Kante in Drehrichtung nach vorne gezogenwurde, das Blatt in Richtung auf die Einlassseite gekippt wurdeoder indem der Schlosswinkel oder der Einstellwinkel in einem geeigneten Bereichgewähltwurden, um Spitzenverwirbelungen und Streufluss zu reduzieren (siehezum Beispiel Patentdokumente 2 bis 5).
    [0005] Eswurde ferner eine Technik zur Erzielung eines geringen Geräuschpegelsvorgeschlagen, bei der die Formen der Blattspitze verbessert wurden (siehezum Beispiel Patentdokument 6).
    [0006] Nacheiner weiteren Technologie zur Erzielung hoher Effizienz wird dieForm der hinteren Kante verbessert (siehe zum Beispiel Patentdokument7).
    [0007] Patentdokument1 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer61-190198 (Seiten 2 und 3, 1 bis 3)
    [0008] Patentdokument2 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer61-065096 (Seiten 5 bis 6, 1 und 2)
    [0009] Patentdokument3 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer09-049500 (Seiten 13 und 14, 1 bis 7)
    [0010] Patentdokument4 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer11-044432 (Seiten 4 bis 6, 1 bis 7)
    [0011] Patentdokument5 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer08-303391 (Seite 2, 1 bis 5)
    [0012] Patentdokument6 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer06-129397 (Seite 3, 1 bis 3)
    [0013] Patentdokument7 ist die japanische ungeprüftePatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer2002-257088 (Seite 4, 1 und 2)
    [0014] Dokument1 außerhalbder Patentliteratur ist der Aufsatz "Turbo-fan and compressor" von NAMAI, Takefumiund INOUE, Masahiro Corona, veröffentlichtam 25. August 1988, S. 357–418.
    [0015] Dietechnische Entwicklung axialer Schraubengebläse schreitet seit einer langenZeit fort und axiale Schraubengebläse sind ein gut entwickeltes etabliertesmechanisches Element geworden. In dem oben beschriebenen Stand derTechnik wurden hinreichende Wirkungen hinsichtlich hoher Effizienzund niedrigem Geräuschpegelerzielt.
    [0016] DieseTechnologien fokussierten auf die Vielseitigkeit, und weitere Verbesserungenin der Leistungsfähigkeitwaren schwer zu erzielen.
    [0017] Diemeisten Gebläsefür Kühlgeräte sind Massenprodukte,mit anderen Worten Katalogprodukte und es ist schwer, bestimmteBetriebsbedingungen und Anwendungen festzulegen (Patentdokumente1 und 5).
    [0018] Sowurde ein Design spezifiziert, wonach die angesaugte Strömung unddie abgegebene Strömungparallel zur Rotationsachse verlaufen. Genauer gesagt, wurde Arbeitinvestiert in den Spitzenbereich eines Blattes bzw. an der Blattspitze.Der Druckgradient wird erzeugt mit einer Strömung mit einem hohen Druckan dem Spitzenbereich des Blattes, die Strömung, die entsteht durch nachaußengerichtete Ex pansion aufgrund der Zentrifugalkraft der Drehung derFlügelwird unterdrücktund in die axiale Strömungsrichtunggedrängt.
    [0019] Selbstbei dem Axialschraubengebläsefür Klimaanlagenwird die Strömungso angeordnet, dass sie in axialer Flussrichtung fließt, ähnlich wie oben,um zu verhindern, dass das ausgestoßene Fluid wieder zurückgesaugtwird (Patentdokumente 2 bis 4, 6 und 7).
    [0020] Beieinem allgemeinen Aufbau dieser Axialschraubengebläse wirdein adäquatesSpitzenspiel zwischen der Spitze und dem Gebläsegehäuse sichergestellt. Wenn sichdie Schraube dreht, treten Verwirbelungen und ein Streufluss andem Spitzenspiel aufgrund der Druckunterschiede zwischen der Druckoberfläche undder Saugoberflächedes Blattes und aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem Saugendeund dem Auslassende auf und bewirken Verluste und Lärm.
    [0021] Zusätzlich wirdeine Randschicht des Gebläsegehäuses durchdas Strömungsfeldverbogen, welches zwischen einer festen Gebläsegehäusewandoberfläche undder rotierenden Schraube existiert, die Strömung wird durch Spitzenverwirbelung, Streuflussund Ähnlichemam Spitzenspiel beeinflusst und die Strömung wird sehr komplex.
    [0022] Trotzdemist die Tangentialgeschwindigkeit am größten und der Durchsatz istim Bereich der Spitze am höchsten.Daher wurden die meisten der bekannten Axialschraubengebläse so konstruiert, dassder meiste Durchsatz durch komplexe Strömungen im Spitzenbereich erzieltwird.
    [0023] Wieoben beschrieben, heißtmehr Durchsatz bzw. Leistung, dass der Absolutwert der Verluste groß ist, selbstwenn angenommen wird, dass das Verhältnis der entnommenen Energiezu der eingeführtenEnergie unverändertbleibt.
    [0024] Mitanderen Worten, es muss ein Kompromiss gemacht werden zwischen demLenken der Strömungin Axialrichtung und der Verringerung von Verlusten und Geräusch imSpitzenbereich, wobei ein Problem auftritt, wenn eine höhere Effizienzund ein niedrigerer Geräuschpegelerzielt werden sollen.
    [0025] Dementsprechendist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Axialschraubengebläse anzugebenmit einer Schraubenform, die Spitzenverwirbelungen, Streufluss oder ähnlichesim Bereich der Blattspitze verringert, die zu Verlusten und Geräuschen führen, sowieein Verfahren zur Verwendung des Axialschraubengebläses undeine Kühlvorrichtungmit dem Axialschraubengebläse.
    [0026] ZurLösungder obigen Aufgabe wird gemäß einesersten Aspekts der Erfindung ein Axialschraubengebläse angegebenmit einem Motor, einer Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern, dieum eine Nabe herum angeordnet sind, die an dem Motor angeschlossenist und mit einem Gebläsegehäuse miteinem Lufteinlass auf einer Seite und einem Luftauslass auf deranderen Seite, bei dem die radiale Lage des maximalen Einstellwinkels ξ im Blattquerschnittund die radiale Lage Aa des Umfangs des Führungskantenbereichs in Fluidflussrichtungeine in Strömungsrichtunggerichtete Spitze bilden und angeordnet sind zwischen 60 und 80% des Außendurchmessersder Schraube.
    [0027] Nacheinem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Axialschraubengebläse angegebenmit einer Motor, einer Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern umeine Nabe, die an dem Motor angebracht ist und mit einem Gebläsegehäuse miteinem Lufteinlass auf der einen Seite und einem Luftauslass auf deranderen Seite, bei der eine radiale Lage mit einem maximalen Einstellwinkel ξ in dem Blattquer schnittund eine radiale Position mit einem maximalen Blatttiefenverhältnis σ, definiertals σ =L/T, wobei L die Längeder Bogensehne ist, die die Führungskantemit einem hinteren Ende des Blattes verbindet und T eine umfänglicheLänge beieinem Radius R, dividiert durch die Blattzahl Z ist, zwischen 60% und 80 % des Außendurchmessersdes Blattes angeordnet sind.
    [0028] Nacheinem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Axialschraubengebläse angegebenmit einem Motor, einer Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern umeine Nabe, die an dem Motor angebracht ist und einem Gebläsegehäuse miteinem Lufteinlass auf der einen Seite und einem Luftauslass aufder anderen Seite, indem eine radiale Stelle mit einem maximalenEinstellwinkel ξ ineinem Blattbereich, eine radiale Stelle Aa mit einem Umfang einesFührungskantenbereichsin einer Fluidflussrichtung, die eine vorstehende Spitze in Fließrichtungbildet, und eine radiale Stelle mit einem maximalen Bogensehnenabstandsverhältnis σ, wobei dasBogensehnenabstandsverhältnis σ definiertist als σ =L/T, wobei L eine Längeder Bogensehnenlinie ist, die die Führungskante mit der Rückkantedes Blattes verbindet, und T eine Umfangslänge bei einem Radius R, dividiertdurch die Blattzahl Z ist, zwischen 60 % und 80 % des Außendurchmessersder Schraube angeordnet sind. Ein Luftauslass des Gebläsegehäuses hat vorzugsweiseeine innere Oberfläche,die in sich ausdehnender Weise mit einem Öffnungsende in Verbindung steht.
    [0029] Diemaximale Blattdicke tt des Spitzenbereichs ist größer alsdie maximale Blattstärketa im Nabenbereich, wenn das Blatt aus einer Zylinderebene mit demRadius R geschnitten ist und der Querschnitt weitet sich in einezweidimensionale Ebene.
    [0030] Wenndas zu kühlendeObjekt an der Auslassseite des Axialschraubengebläses angeordnet ist,wird es vorzugsweise an einer Stelle des Radius vorgesehen, dergrößer istals der Spitzenbereichradius Rt auf der Luftauslassseite des Axialschraubengebläses.
    [0031] Nachder vorliegenden Erfindung wird ebenso ein Kühlgerät mit einem axialen Schraubengebläse angegebenmit einem der oben beschriebenen Axialschraubengebläsen sowieein Kühlgerät, welchesan der Auslassseite des Axialschraubengebläses an einer Stelle angeordnetist, die von dem Spitzenbereichradius Rt ausgeht.
    [0032] Somitkann mit der vorliegenden Erfindung ein Axialschraubengebläse mit einerSchraubenform, die Spitzenverwirbelung und/oder Streufluss im Blattspitzenbereich,welche Verluste und Geräuscheerzeugen, erhalten werden.
    [0033] FernerkönnenGerätemit hoher Effizienz und einem geringen Geräuschpegel hergestellt werden,wenn das Axialschraubengebläsenach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    [0034] Außerdem wirdbei der Kühlvorrichtungmit dem Axialschraubengebläseein hoher Kühlungseffekterzielt werden, indem die Anordnung des Axialschraubengebläses und/oderdes sich aufheizenden Körpersverbessert wird, selbst wenn das zu kühlende Objekt an der Gebläseauslassseiteangeordnet ist und Gerätemit hoher Effizienz und niedrigem Geräuschpegel können zusammen mit dem Axialschraubengebläse hergestelltwerden.
    [0035] 1 zeigt eine Projektioneines Axialschraubengebläsesnach einer ersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung auf einer Ebene senkrecht zur Drehachse;
    [0036] 2 zeigt einen Entwicklungsplan,erhalten durch Schneiden eines Blattes mit einer zylinderförmigen Ebeneeines beliebigen Radius und Expandieren des Schnittes in eine zweidimensionaleEbene sowie Schnittansichten im Nabenbereich bei einem Radius Ramit einem maximalen Einstellwinkel ξ im Spitzenbereich;
    [0037] 3 zeigt eine perspektivischeAnsicht einer Schraube des Axialschraubengebläses mit einem Gebläsegehäuse nachder erste Ausführungsform;
    [0038] 4 zeigt eine schräge perspektivische Ansichtder sich drehenden Schraube des Axialschraubengebläses nachder ersten Ausführungsformder Erfindung vom oberen Bereich einer Ansaugseite, um den Effektder Unterdrückungeines Strömungsabrisseszu illustrieren;
    [0039] 5 zeigt einen Vergleichder Eigenschaften der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses mitden Eigenschaften eines herkömmlichenAxialschraubengebläses;
    [0040] 6 zeigt den Luftstrom beimBetrieb des Axialschraubengebläsesnach der ersten Ausführungsformder Erfindung;
    [0041] 7 zeigt eine Projektioneiner zweiten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses aufeiner Ebene senkrecht zur Drehachse;
    [0042] 8 zeigt eine Projektioneiner dritten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses aufeiner Ebene senkrecht zur Drehachse und illustriert ein Beispieleines Verfahrens zur Definition des Verlaufs einer Führungskantenkontur 3;
    [0043] 9 zeigt einen Vergleichvon Radialverteilungen des Führungskantenkippwinkels θ1 des Bogensehnenabstandsverhältnisses σ und derTangente des Einstellwinkels ξ zwischender dritten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses undeinem AxialschraubengebläseherkömmlicherArt;
    [0044] 10 zeigt einen Vergleichzwischen der Effizienz der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses mitder Effizienz eines Axialschraubengebläses herkömmlicher Art;
    [0045] 11 zeigt den Geräuschreduktionseffekt derdritten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses verglichenmit einem AxialschraubengebläseherkömmlicherArt;
    [0046] 12 zeigt einen Schnitt durchden Aufbau eines Axialschraubengebläsegehäuses;
    [0047] 13 zeigt einen Schnitt durchein Axialschraubengebläsenach einer fünftenAusführungsform,geschnitten durch eine Ebene senkrecht zur Drehachse;
    [0048] 14 zeigt einen Vergleichzwischen der maximalen Blattdicke t des Axialschraubengebläses nachder fünftenAusführungsformmit der maximalen Blattdicke t eines Axialschraubengebläses herkömmlicherArt;
    [0049] 15 zeigt die Innenseiteeines Vorrichtungsgehäusesmit dem Axialschraubengebläse nacheiner der Ausführungsformen1 bis 5, welches mit der Vorrichtung zusammen angeordnet ist;
    [0050] 16 zeigt eine räumlicheAnordnung eines Axialschraubengebläses nach einer der Ausführungsformen1 bis 5 im Verhältniszu einem sich aufheizenden Körper,der an der Auslassseite des Gebläsesangeordnet ist; und
    [0051] 17 zeigt den Aufbau einerKühlvorrichtungmit einem Gebläsezum direkten Kühlendes Hochtemperaturelements durch Zusammenbau der Kühlvorrichtungmit dem Gebläse.
    [0052] ImFolgenden wird das Axialschraubengebläse nach der vorliegenden Erfindungund Ausführungsformeneines Verfahrens zur Verwendung des axialen Schraubengebläses mitBezug auf die 1 bis 17 beschrieben.
    [0053] 1 ist eine Projektion einesAxialschraubengebläsesnach einer ersten Ausführungsform projiziertauf eine Ebene senkrecht zur Drehachse.
    [0054] Beidem Axialschraubengebläsenach der ersten Ausführungsformsind eine Mehrzahl von Blättern 1 aufder Nabe 2 befestigt. Die Form des Blattes 1 istbestimmt durch eine Führungskantenkontur 3a, eineHinterkantenkontur 4a, einer Spitzenkontur 11 undeiner Nabenkontur 12. Das Axialschraubengebläse wirdin Richtung des Pfeils 13 gedreht. Eine Saugoberfläche 6 liegtauf der Rückseiteder Ebene der Figur und eine Druckoberfläche 7 liegt auf der oberenSeite der Ebene der Figur.
    [0055] 2 umfasst einen Expansionsplan,der erhalten wird durch Schneiden eines Blattes mit einer Zylinderfläche beliebigenRadius und Expandieren des Schnittes in eine zweidimensionale Ebenesowie Schnittansichten, die Schnitte im Narbenbereich zeigen, denRadius Ra mit dem maximalen Einstellwinkel und den Spitzenbereich.
    [0056] DieFührungskanteA ist ein Schnittpunkt zwischen der Führungskantenkontur 3 mitder Zylinderoberflächein 1 und die rückwärtige KanteB ist ein Schnittpunkt zwischen der rückwärtigen Kantenkontur 4 mitder Zylinderoberfläche.Der zylindrische Expansionsplan nach 2 zeigteine Saugoberfläche 6,eine Druckoberfläche 7,Bogensehnenlinie 8, um die Führungskante A mit der rückwärtigen KanteB zu verbinden, und eine gekrümmteLinie 9. Die Längeder Bogensehnenlinie 8 ist definiert als L und der Winkelzwischen der Bogensehnenlinie 8 und einer Linie, die durchdie rückwärtige KanteB auf einer Ebene senkrecht zur Drehachse verläuft, ist definiert als derEinstellwinkel ξ.
    [0057] 2 zeigt die gekrümmte Linie 9 unddie Bogensehnenlinie 9 bei einem f-f-Schnitt (in der Nähe des Spitzenbereichs),gezeigt in 1, einen g-g-Schnitt(auf der Höhedes Radius mit dem maximalen Einstellwinkel), und einen h-h-Schnitt(in der Nähedes Nabenbereichs). Indizes t, h und max bezeichnen den Spitzenbereich,den Nabenbereich und den Bereich mit maximalem Einstellwinkel.
    [0058] DieEntwicklung nach 2 zeigtein sog. Blattprofil. Allgemein gesagt, hat das Blattprofil den Effekt,dass Luft in Richtung eines Pfeils 600 strömt und einAngriffswinkel αAwird durch die Bogensehnenlinie 8 gebildet, so dass einAnsteigen erhalten wird. Das Ansteigen, welches durch das Blattprofilerhalten wird, wird im Wesentlichen direkt korreliert mit dem Angriffswinkel αA erhöht und sinktschnell, wenn der Angriffswinkel einen spezifischen Wert erreicht. DerAngriffswinkel wird in diesem Fall als ein Abrisswinkel bezeichnet.
    [0059] DerAbrisswinkel und die Charakteristik des erhaltenen Aufsteigens hängt vonder Art des Blattprofils ab, mit anderen Worten der Verteilung der Blattdicke,der Krümmungslinieund Ähnlichem.Die Form des axialen Schraubengebläses, das dieses Blattprofilverwendet, muss konstruiert sein innerhalb eines effektiven Angriffswinkels αA unter Berücksichtigungdes Abrisswinkels und detaillierte Daten und Konstruktionsmethodensind bereits vorgeschlagen worden (siehe das Nicht-Patentdokument1).
    [0060] 3 ist eine perspektivischeAnsicht einer Anordnung einer Schraube des Axialschraubengebläses miteinem Gebläsegehäuse nachdem ersten Ausführungsbeispiel.
    [0061] In 3 ist die Nabe 2 aufeinem Motor befestigt, der in einem Motorgehäuse 15 angeordnetist. Das Motorgehäuse 15 istan dem Gebläsegehäuse 5 durchSpeichen 14 befestigt. Der Durchmesser der Nabe beträgt ungefähr 50 %des Außendurchmessersder Schraube.
    [0062] 3 zeigt drei Speichen undfünf Blätter 1. Dievorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. DasGebläsegehäuse 5 istzylinderförmigund Flanken und/oder Rippen könnenhinzugefügtwerden, so dass das Gebläsean einer Vorrichtung angebaut werden kann.
    [0063] Inder ersten Ausführungsformhaben der Radius an der Spitze Aa mit der Führungskantenkontur 3a,die in Einströmrichtungvorsteht, und der Radius mit dem maximalen Einstellwinkel ξ den gleichen WertRa.
    [0064] Wieim Stand der Technik beschrieben, sind Axialschraubengebläse konstruiertworden mit einem Schema, bei dem mehr Förderleistung im Spitzenbereicherfolgt.
    [0065] Aufder anderen Seite wird nach der vorliegenden Erfindung mehr Leistungdurch einen Mittelbereich des Blattes bewirkt, während die Leistung im Spitzenbereichreduziert ist.
    [0066] Nachdemder Mittenbereich des Blattes kaum durch die Nabe, das Spitzenspiel,das Gebläsegehäuse oder Ähnlichesbeeinflusst wird, ist der absolute Verlust durch den Spitzenbereichreduziert, verglichen mit dem bekannter Konstruktionsschemen, beidenen mehr Förderleistungdurch den Spitzenbereich bewirkt wird.
    [0067] Umeine hohe Effizienz zu erzielen ist, wie in 2 gezeigt, der Einstellwinkel ξ bei einemRadius von 60–80% des Außendurchmessersder Schraube maximiert, um eine große Leistung auszuhalten, das heißt, einegroßeDurchsatzhöhe.
    [0068] Dassder Einstellwinkel ξ groß ist, bedeutet, dassder Angriffswinkel αAgroß ist,wenn die Flussrate gering ist. Obwohl eine große Durchsatzhöhe erzieltwerden kann, ist der Angriffswinkel nahe dem obigen Abrisswinkelgebracht und der Fluss kann separiert werden.
    [0069] Daherist bei der vorliegenden Erfindung, wie in den 1 und 2 gezeigt,der Abriss unterdrückt, indemder Radius auf der Höheder vorstehenden Spitze Aa und der Radius bei dem maximalen Einstellwinkelim Wesentlichen den gleichen Wert Ra aufweisen.
    [0070] 4 zeigt eine schräge perspektivische Ansichtder Schraube des Axialschraubengebläses nach der ersten Ausführungsformder Erfindung in drehendem Zustand von dem oberen Bereich der Ansaugsei teaus gesehen, um den Effekt des Vermeidens eines Abrisses zu erläutern.
    [0071] DasBlatt 1 wird in Richtung des Pfeils 18 gedreht,wobei die Spitze Aa von vorderster stromauf gelegener Stelle inder Einströmrichtungliegt.
    [0072] DieFührungskantenkontur 3 hatdie Form eines Dreiecksflügels,wenn man sie in eine Spitzenseitenkontur 3c und eine Nabenseitenkontur 3d aufteilt,wobei der Punkt Aa eine Spitze ist. Mit anderen Worten, das Blatt 1 befindetsich in einem ähnlichem Zustandzu dem, in dem ein Dreiecksflügelin einem gleichförmigenStrom angeordnet ist.
    [0073] Beigeringer Flussrate ist der Angriffswinkel αA ferner am Radius Ra vergrößert underreicht den Abrisswinkel. Der Fluss wird dennoch durch die Führungskanteverdreht und erreicht die Ansaugoberfläche 6 über eineSpirale 17, die an der Spitzenseitenkontur 3c undan der Nabenseitenkontur 3d erzeugt wird.
    [0074] DiesesPhänomenist ein Effekt ähnlichdem, der bei einem Deltaflügel-Flugzeugauftritt, welches stabil mit einem großen Angriffswinkel bei geringer Geschwindigkeitfliegen kann. Dementsprechend erfolgt die größte Leistung am Radius Ra ohnejeden Abriss und eine hohe Effizienz und ein niedriger Geräuschpegelkönneneffektiv in dem Niedrigströmungsgebietrealisiert werden.
    [0075] Beidem bekannten Axialschraubengebläse istder Angriffswinkel αAexzessiv groß imNiedrigströmungsratenbereichund der Angriffswinkel erreicht den Abrisswinkel, so dass die Durchsatzhöhe reduziertist und der Druck abfällt,was zu unstabilen Eigenschaften führt.
    [0076] Beider ersten Ausführungsformist der Abriss durch den Effekt des Dreiecksflügels unterdrückt undunstabile Eigenschaften könnenreduziert werden.
    [0077] 5 zeigt einen Vergleichder Eigenschaften des Axialschraubengebläses nach der ersten Ausführungsformmit den Eigenschaften eines bekannten Axialschraubengebläses. DasAxialschraubengebläsenach der ersten Ausführungsformkann einen Druckabfall verhindern, der in dem Zustand niedrigerStrömung 500 auftritt.
    [0078] 6 zeigt den Strömungsfluss,wenn der axiale Strömungsflussnach der ersten Ausführungsformerfolgt.
    [0079] Beieinem Axialschraubengebläse,das so konstruiert ist, dass eine große Förderleistung durch den Mittenbereichdes Blattes erzeugt wird, wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, wird dieangesaugte Strömungleicht nach außenin Radialrichtung umgelenkt. Wenn der Aufbau nach der ersten Ausführungsformverwendet wird, ist die Förderleistung(der Druck) im Spitzenbereich reduziert und es tritt ein Druckgradient 300 auf.
    [0080] DieStrömung 100 strömt auf derAnsaugseite parallel zur Rotationsachse 16 ein und wirddurch die Drehung der Blätter 1 innerhalbdes Gebläsegehäuses 5 verstärkt undnach außenin Radialrichtung durch den Druckgradienten 300 umgelenktund fließt aufder Ausgangsseite in Richtung einer Strömung 200.
    [0081] Daherverbleibt Luft in dem Bereich 400 auf der Auslassseite.
    [0082] DerRadius Ra ist vorzugsweise identisch dem der ersten Ausführungsform.Er kann jedoch leicht davon abweichen aus Konstruktionsgründen undFertigungstoleranzen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung trittauf, solange der Radius Ra zwischen 60 und 80 % des Außendurchmessersder Schraube beträgt.
    [0083] 7 ist eine Projektion einesAxialschraubengebläsesnach einer zweiten Ausführungsform, projiziertauf eine Ebene senkrecht zur Drehachse. Das Bogensehnenabstandsverhältnis σ, welchesdas Verhältnisder BogensehnenlängeL am Radius R, wie in 2 gezeigt,zu dem Abstand T des Umfangs am Radius R, dividiert durch die Anzahlder BlätterZ (= 2πR/Z)ist definiert als σ =L/T.
    [0084] Indem zweiten Ausführungsbeispielhaben der Radius, bei dem das Bogensehnenabstandsverhältnis σ in 7 maximal ist, und der Radius,bei dem der Einstellwinkel in 2 maximalist, im Wesentlichen den gleichen Wert Rb.
    [0085] Allgemeinwird der Bereich des Angriffswinkels αA, den das Blattprofil annehmenkann, groß, wenndas Bogensehnenabstandsverhältnis σ groß ist (siehezum Beispiel das Nichtpatent-Literaturdokument 1, S. 379). Daherergibt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein effizienterBetrieb des Axialschraubengebläses,wenn der Angriffswinkel αA groß ist.
    [0086] Fernerist der Radius Rb vorzugsweise identisch mit dem der zweiten Ausführungsform.Er kann jedoch leicht abweichen aus konstruktiven Gründen oderHerstellungstoleranzen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung trittein, solange der Radius Rb zwischen 60 % und 80 % des Außendurchmessers derSchraube beträgt.
    [0087] 8 ist eine Projektion einesAxialschraubengebläsesnach eine dritten Ausführungsform,projiziert auf eine Ebene senkrecht zur Rotationsachse und erläutert einBeispiel fürein Verfahren zur Bestimmung der Form der Kontur der Führungskante 3.
    [0088] DasAxialschraubengebläsenach der dritten Ausführungsformist eine Kombination aus der ersten Ausführungsform mit der zweitenAusführungsform.
    [0089] In 8 ist der Vorwärtspfeilungswinkel θ1 der Führungskantedefiniert als ein Winkel, der gebildet wird aus der Linie Xc, dieden Mittelpunkt Ch des Nabenumfangs 12 in dem Schnittpunktdes Hubbereichs durch die Zylinderoberfläche mit dem Radius Rh bis zumUrsprung 0 und der Linie X1, die die Führungskante A an einem Zylinderbereichbei einem beliebigen Radius R mit dem Ursprung 0 verbindet.
    [0090] 9 zeigt einen Vergleichder Radialverteilung der Führungskantender Vorwärtspfeilungswinkel θ1, des Bogensehnenabstandsverhältnisses σ und derTangente des Einstellwinkels ξ zwischen demaxialen Schraubengebläsenach dem dritten Ausführungsbeispielund einem Axialschraubengebläsebekannter Art. Der Index t bezeichnet den Spitzenbereich und in 9 sind diese Werte unskaliert imSpitzenbereich gezeigt.
    [0091] In 9 sind der Radius mit einemMaximum θ1, σ und Tangens ξ im drittenAusführungsbeispielin dem Bereich 23 im Wesentlichen gleich, während derRadius bei einem bekannten Axialschraubengebläse monoton ansteigt oder monotonabsinkt.
    [0092] Derkleinere Bereich 23 wird bevorzugt. Der Vorteil der vorliegendenErfindung kann ausreichend erhalten werden, wenn der Bereich der drittenAusführungsformverfügbarist. Der ideale Bereich 23 ist jedoch 60–80 % desAußendurchmessersder Schraube.
    [0093] 10 zeigt einen Vergleichder Effizienz des Axialschraubengebläses nach der dritten Ausführungsformmit der Effizienz eines Axialschraubengebläses bekannter Konstruktion.
    [0094] 10 zeigt eine Mehrzahl vonBeispielen 1 bis 3, bei denen diese Ausführungsform verwendet wurdeund die ausgedrücktsind durch das Verhältnis derhöchstenstatischen Druckeffizienz bei experimentell erhaltenen Anwendungennach der vorliegenden Erfindung und der höchsten statischen Druckeffizienzbei einem bekannten Axialschraubengebläse. Die Effizienz bei der Anwendungder vorliegenden Erfindung liegt höher als die bei Axialschraubengebläsen nachdem Stand der Technik.
    [0095] 11 zeigt den Geräuschreduktionseffekt desAxialschraubengebläsesnach der dritten Ausführungsform,verglichen mit einem Axialschraubengebläse bekannten Designs. 11 zeigt die Differenz zwischendem experimental erhaltenen Geräuschpegeleines Beispiels eines Axialschraubengebläses nach dem Stand der Technikund dem bei einem erfindungsgemäßen Axialschraubengebläse. DerGeräuschpegelist ein experimenteller Wert am höchsten statischen Druckeffizienzpunktund wurde berechnet nach Umwandlung in den spezifischen Geräuschpegel.Wie in 11 gezeigt, istder Geräuschpegelbei der Verwendung der vorliegenden Erfindung gegenüber demStand der Technik reduziert.
    [0096] 12 zeigt einen Querschnittdurch den Aufbau eines Axialschraubengebläsegehäuses, geschnitten durch dieEbene, die die Rotationsachse einschließt. In 12 ist ein Luftauslass auf der Auslassseite desGebläsegehäuses 5 gebildetaus einer konischen Oberfläche 10,die mit einem sich aufweitenden Öffnungsendein Verbindung steht. Die konische Oberfläche 10 ist bei einemWinkel θ0bezüglich einerLinie parallel zur Rotationsachse ausgeformt.
    [0097] In 6, welche die erste Ausführungsform zeigt,ist der Fluss auf der Auslassseite in Radialrichtung nach außen gebogendurch die Balance zwischen dem Druckgradienten und dem Fluss. Beider vierten Ausführungsformist die konische Oberfläche 10 entlangdes gebogenen Flusses geformt.
    [0098] DieStrömung 700 in 12 fließt unter einem Winkel θ0 entlangder konischen Oberfläche 10 aus,ohne mit dem Gebläsegehäuse zu kollidieren. Alsein Ergebnis werden Verluste aufgrund der Kollision der Strömung 700 mitdem Gebläsegehäuse reduziert.Ferner ist der Innendurchmesser des Gebläsegehäuses von DV1 auf DV2 vergrößert unddie Komponente der axialen Strömungsgeschwindigkeit parallelzur Rotationsachse ist reduziert.
    [0099] Allgemeingesagt ist der Verlust der abgeführtenLuftmenge am Öffnungsendein einen freien Raum (der sog. Austrittsverlust) proportional zum Quadratvon Cm. Daher hat die vierte Ausführungsform den Effekt, Austrittsverlustezu reduzieren.
    [0100] Hierist der Luftaustritt gebildet durch die konische Oberfläche 10.Es besteht jedoch keine Beschränkungauf die konische Oberfläche,solange, wie die Oberflächedie Strömung 700 nichtverwirbelt.
    [0101] 13 zeigt einen Querschnitteines Axialschraubengebläsesnach einer fünftenAusführungsform,geschnitten in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Nachdemdie Blätter 1 ineiner Richtung eines Pfeils 24 gedreht sind, bildet dierechte Seite der Figurenebene die Druckoberfläche 7 und die linkeSeite zeigt die Ansaugoberfläche 6.
    [0102] EinadäquatesSpitzenspiel h ist zwischen der Blattendfläche 27 des Blattes 1 undder inneren Oberfläche 28 desGebläsegehäuses 5 sichergestellt,so dass die Blätter 1 gedrehtwerden können.
    [0103] 14 zeigt einen Vergleichzwischen der maximalen Blattdicke t (siehe 2) des axialen Schraubengebläses nachder fünftenAusführungsformmit einer maximalen Blattdicke t eines Axialschraubengebläses bekanntenDesigns.
    [0104] DieDicke t des bekannten Axialschraubengebläses war konstant. Demgegenüber istin der fünftenAusführungsformdie Dicke tt vom Radius des Spitzenbereichs Rt größer alsdie Dicke th am Radius Rh im Nabenbereich.
    [0105] Wenndie Blätter 1 gedrehtwerden, stellt sich eine Druckdifferenz ein zwischen der Druckoberfläche 7 undder Saugoberfläche 6 unddie mit dem Pfeil 25 dargestellte Strömung wird in dem Spitzenspielh gebildet.
    [0106] Allgemeingesagt ist bei bekannten Konstruktionen das Verhältnis der Überdeckungsrate des Strömungsdurchgangsdurch die Blätterkleiner und der Anstieg in der Strömungsgeschwindigkeit ist kleiner,da die maximale Blattdicke t kleiner ist. Dies wurde berücksichtigt,so dass der Strömungsdurchgangsverlustklein ist und die Effizienz erhöhtwird.
    [0107] Andererseitsist bei der vorliegenden Erfindung die Dicke tt am Radius Rt vergrößert unddie durch den Pfeil 25 angezeigte Strömung ist reduziert.
    [0108] EinTeil der Verluste und des Geräuschs, welcheim Spitzenbereich auftreten, sind durch die Strömung hervorgerufen, die mitdem Pfeil 25 gekennzeichnet ist und eine Reduzierung dieserWerte trägtzur hohen Effizienz und zu einem geringen Geräuschpegel bei.
    [0109] 15 zeigt das Innere einesVorrichtungsgehäusesmit dem Axialschraubengebläsenach einer der Ausführungsformen1 bis 5, welches mit dem Gerätverbaut ist.
    [0110] EinAxialschraubengebläse 31 istauf einer Oberflächedes Gehäuses 30 installiertund ein Einlass 32 ist in der Oberfläche auf der gegenüberliegendenSeite ausgebildet. Das Axialschraubengebläse 31 ist so installiert,dass ein Gebläseeinlass 36 innerhalbdes Gehäuses 30 angeordnetist und ein Gebläseauslass 35 außerhalbdes Gehäuses 30 angeordnetist. Ein sich aufheizender Körper 29,wie eine Schaltkreisplatine ist innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet.
    [0111] Beidieser sechsten Ausführungsformwird das Axialschraubengebläse 31 dazuverwendet, den sich aufheizenden Körper 29 abzukühlen. Luftwird in das Gehäuse 30 eingeführt, wiedurch den Pfeil 37 angezeigt, ausgehend von dem Einlass 32 unddurch den sich aufheizenden Körper 29 geführt, wiemit dem Pfeil 34 gezeigt, um den sich aufheizenden Körper 29 zukühlen.
    [0112] DieLuft wird nach dem Abkühlendes sich aufheizenden Körpers 29 vondem Gebläseeinlass 36 indas axiale Schraubengebläse 31 gesaugtund durch eine Schraube (nicht gezeigt) beschleunigt und von demGebläseauslass 35 indie Atmosphäreabgeführt.
    [0113] Strömungsdurchgangsverlustetreten auf, wenn Luft durch den Einlass 32 und den sichaufheizenden Körper 29 indem Gehäuse 30 passiert.Das Axialschraubengebläse 31 wirdmit einer Durchflussrate betrieben, die einen Druck erzeugt, derdie Strömungsdurchgangsverluste überwindet.
    [0114] Wiein 6 des ersten Ausführungsbeispielsund 12 der dritten Ausführungsformgezeigt, ist der von dem Axialschraubengebläse nach der vorliegenden ErfindungausgestoßeneLuftstrom leicht in Zentrifugalrichtung, wie mit dem Pfeil 33 gezeigt,umgelenkt. Der Fluss am Gebläseeinlass 36 ist jedochim Wesentlichen parallel zur Rotationsachse.
    [0115] Daherwird, wie in der sechsten Ausführungsformgezeigt, wenn ein zu kühlendesObjekt auf der Gebläseeinlassseite 36 platziertist, ein hoher Kühleffekterreicht und es kann ein Gerätmit hoher Effizienz und niedrigem Geräuschpegel mit dem Axialschraubengebläse, welchesmit dem Gerätverbaut ist, erreicht werden.
    [0116] 16 zeigt die räumlichenVerhältnisse zwischendem Axialschraubengebläsenach einer der Ausführungsformen1 bis 5 und dem sich aufheizenden Körper, angeordnet auf der Auslassseitedes Gebläses.
    [0117] EinAxialschraubengebläse 38 istan der Wand 39 des Gehäusesbefestigt. Ein sich aufheizender Körper 40 liegt vordem Spitzenbereichradius Rt des Axialschraubengebläses 38.
    [0118] Wiein 6 des ersten Ausführungsbeispielsund in 12 des drittenAusführungsbeispielsgezeigt, ist der von dem Axialschraubengebläse nach der vorliegenden Erfindungabgegebene Fluss leicht in Zentrifugalrichtung umgelenkt, wie mit einemPfeil 43 gezeigt. Daher strömen die Flüsse 41 und 42 sanftauf den sich aufheizenden Körper 40 zu undum ihn herum, wenn man den sich aufheizenden Kör per 40 wie in 16 anordnet, und ein ausreichenderKühlungseffektkann erhalten werden.
    [0119] 17 zeigt den Aufbau einerKühlvorrichtungmit einem Gebläse,um unmittelbar ein Hochtemperaturheizelement zu kühlen durchIntegration des Gebläsesin der Kühlvorrichtung.
    [0120] EinHeizelement 47 ist an einer gedruckten Schaltungsplatine 48 befestigt.Eine Kühlvorrichtung 45 istin Kontakt mit dem Heizelement 47 über ein Wärmeverbindungsglied 46.Ein Axialschraubengebläse 44 nachder vorliegenden Erfindung ist auf der Kühlvorrichtung 45 angeordnet.Die Hitze von dem Heizelement 47 wird auf das Hitzeverbindungsglied 46 übertragenund erreicht die Kühlvorrichtung 45. DieKühlvorrichtung 45 istvor dem Spitzenradius Rt an der Auslassseite des Axialschraubengebläses 44 angeordnet.Eine Mehrzahl von Kühlvorrichtungen 45 können miteinem Abstand zwischen ihnen oder einzeln integriert in die Kühlvorrichtungvorgesehen sein.
    [0121] Wiein 6 des ersten Ausführungsbeispielsgezeigt und in 12 desdritten Ausführungsbeispielsist die Strömung,die von dem Axialschraubengebläsenach der vorliegenden Erfindung ausgelassen wird, leicht in Zentrifugalrichtung,wie durch den Pfeil 49 gezeigt, umgelenkt. Indem das Hochtemperaturheizelement,wie in 17 gezeigt ist,angeordnet wird, ist die Strömungausreichend in der Kühlvorrichtung 45 verteilt,um die Hitze aufzunehmen.
    [0122] Einhoher Heizeffekt kann erhalten werden durch Verbesserung der Anordnungdes Axialschraubengebläsesund/oder des sich aufheizenden Körpers,selbst wenn ein zu kühlendesObjekt auf der Gebläseauslassseiteangeordnet ist, wie die Kühlvorrichtungmit Axialschraubengebläsenach der achten Ausführungsform,und Vorrich tungen hoher Effizienz und geringen Geräuschpegelsmit dem Axialschraubengebläsezusammen verbaut, könnenrealisiert werden.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Axialschraubengebläse mit einem Motor, einer Schraubemit einer Mehrzahl von Blättern(1) um eine Nabe (2), welche mit dem Motor verbundenist, und einem Gebläsegehäuse (5)mit einem Lufteinlass auf einer Seite und einem Luftauslass aufder anderen Seite, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Lagemit einem maximalen Einstellwinkel ξ in einem Blattquerschnitt undeine radiale Lage Aa mit einer Kontur (3a) des Führungskantenbereichs(A), die in Fluidströmungsrichtungeine vorstehende Spitze in Strömungsrichtungbilden, auf einer Höhezwischen 60 % und 80 % des Außendurchmessersder Schraube angeordnet sind.
    [2] Axialschraubengebläse mit einem Motor, einer Schraubemit einer Mehrzahl von Blättern(1) um eine Nabe (2) herum, die mit dem Motorverbunden ist, und einem Gebläsegehäuse (5)mit einem Lufteinlass auf einer Seite und einem Luftauslass aufder anderen Seite, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Positionmit einem maximalen Einstellwinkel ξ in einem Blattquerschnitt undeine radiale Position mit einem maximalen Bogensehnenabstandsverhältnis σ, wobei Bogensehnenabstandsverhältnis definiertist als σ =L/T, wobei L die Längeder Bogensehnenlinie (8) ist, die eine Führungskante(A) mit der rückwärtigen Kante(B) des Blattes (1) verbindet und T der Abstand einer Umfangslänge beieinem Radius R, dividiert durch die Anzahl der Blätter Z,ist, zwischen 60 % und 80 % des Außendurchmessers der Schraubeangeordnet ist.
    [3] Axialschraubengebläse nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass ferner eine radiale Position mit einem maximalenBo gensehnenabstandsverhältnis σ, definiertals σ =L/T, wobei L die Länge derBogensehnenlinie (8) ist, die die Führungskante (A) mit der rückwärtigen Kante(B) des Blattes (1) verbindet, und T ein Abstand einerUmfangslängeam Radius R, dividiert durch die Blattanzahl Z, ist, zwischen 60% und 80 % des Außendurchmessersder Schraube angeordnet ist.
    [4] Axialschraubengebläse nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftauslass des Gebläsegehäuses (5)eine innere Oberflächeaufweist, die mit einem Öffnungsendein sich aufweitender Weise in Verbindung steht.
    [5] Axialschraubengebläse nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Blattdicke tt einesSpitzenbereichs größer istals eine maximale Blattdicke th eines Nabenbereichs, wenn das Blatt(1) durch eine Zylinderebene mit dem Radius R geschnittenist und der Schnitt in eine zweidimensionale Ebene expandiert ist.
    [6] Verfahren zur Verwendung eines Axialschraubengebläses nacheinem der Ansprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu kühlendes Objekt an einer Stelledes Radius angeordnet ist, der größer ist als der SpitzenbereichsradiusRt auf der Luftauslassseite des Axialschraubengebläses.
    [7] Kühlvorrichtungmit einem Axialschraubengebläsenach einem der Ansprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung an einer Auslassseitedes Axialschraubengebläsesan einer Stelle positioniert ist, die an der Projektion des SpitzenbereichsradiusRt liegt.
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    公开号 | 公开日
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    JP2004332674A|2004-11-25|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-01-20| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2011-01-13| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: NIDEC SERVO CORP., KIRYU, GUMMA, JP |
    2015-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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