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深圳市俊业达电机科技有限公司 成立于2002年,注册资金超过100万,目前拥有员工100多人。厂房面积1000平方米,高级技术研发人员10余人,是一家专业生产、研发及销售于一体的AC交流、DC直流散热风扇、鼓风机厂家。我公司具有高超的生产技术、和完善先进的检测设备、全自动的流水线生产、达到了噪音低、震动小、风量大、效率高、转速快、性能好等特效。与此同时我司还不断创新,研发出IP55-IP69高等级防水、防潮、环保、防火、抗高温、耐磨损、长寿命散热风扇,独特的设计。解决了各种设备的散热问题。
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与底面尺寸息息相关的数据为过风面积(风扇底面积减去外框与电机占据部分所占面积的结果),进一步则影响到风扇的重要性能指标“风量”。拥有更大的底面尺寸,一般就可以获得更大的过风面积,在风速相当的情况下,将获得更大的风量;反过来考虑,就可以降低风速却不减少风量,采用“大口径”风扇也是目前用户产品发展的大趋势之一。
增加风扇的高度有利于增大风扇功率、加大扇叶面积,都可以增强风扇的性能;有些风扇也会利用增加的高度在外框上添加导流片或改变扇叶旋转面方向(即非轴流风扇)等,后文将较详细说明。
用户在选择风扇时,尺寸规格方面需要考虑的问题主要有:
1.能否与用户产品实现良好的结合,主要取决于底面的尺寸规格;
2. 用户产品能否正常安装,主要取决于风扇增加的体积是否会与其它设备或整体空间冲突;
3.风扇能否为用户产品提供合适的气流,尺寸规格的改变可能会影响风扇气流的覆盖范围、走向等;但具体影响较为复杂,且涉及到多方面的因素,将在后文中相关部分分别说明。
风速:
风速是风扇重要的性能指标之一,与最重要的两项性能指标之一风量关系密切。
风速即风扇出风口或进风口的空气流动速度,单位一般为m/s;仅是某一位置的速度数值,不能完全体现风扇的性能。风速在不同位置数值可能有较大差异,且平均值难以计算,一般不用来表示风扇的性能,仅在详细设计分析中才会使用。
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风速的高低主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速。扇叶形状设计、面积、高度的影响较为复杂,将在后文说明;风扇转速越快,风速越快,则是显而易见的常识,无需赘述^_^。
风速的高低会影响到风量以及噪音的大小。同样的过风面积,风速越高,风量越大;气流之间、空气与扇叶、外框、散热片之间的摩擦都会产生噪音,同样的风扇、散热片设计,噪音必然会随着风速的提升而增大。
由于一般并不会作为风扇类产品的性能参数被标示出来,用户选择风扇时不会见到,也就谈不上注意事项了。
风量:
风量是风扇最重要的两项性能指标之一。
风量即单位时间内通过风扇出风口(或进风口)截面的空气体积,单位一般为cfm,即立方英尺每分-cubic feet per
minute,或cmm,即立方米每分- cubic metres per
minute。风量是风扇性能的整体衡量指标,不受到尺寸、结构、方式的限制,也不限于直流无刷风扇,可适用于任何空气导流设备。
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风量=平均风速 x 过风面积。可见,风扇风量的大小基本取决于风速的高低与过风面积的大小。过风面积相同,风速越高,风量越大;风速相同,过风面积越大,风量越大。
用户产品是依靠空气吹过产品,利用热交换带走用户产品上堆积热量的。显然,采用同样的产品结构与空气流动方式,单位时间内通过的空气越多,带走的热量也就越多。因此,其它条件不变的情况下,可以说实际风量对用户产品效果起着决定性的作用。
风压:
风压是风扇最重要的两项性能指标之一。
风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差,单位一般为mm(cm) water column,即毫米(厘米)水柱(类似于衡量大气压的毫米汞柱,但由于压强差较小,一般以水柱为单位)。风压是衡量风扇“强劲”程度的重要指标,如果将风量比作一把武器的挥击力量,那么风压就是这把武器的锋利程度。
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风压主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速,前三者的影响较为复杂,于转速的关系则简单直接——转速越快,风压越大。
风压直接的影响到风扇的送风距离。风扇出口到用户产品底部看来只有短短的几厘米,但考虑到复杂、密集的散热鳍片的影响,要令气流有效地覆盖用户产品整体并非想象中那么简单。用户产品设计过程中虽然会尽量避免产生过大的风阻,但为了保证充足的散热面积,对风压提出一定要求也是在所难免。
风压既然是风扇最重要的两项性能指标之一,选择风扇时自然要特别注意。如果配合片状鳍片+风道式设计的用户产品,一般不需太大的风压,即可保证空气顺畅流动,达到预期效果;如果配合典型的平行片状鳍片+顶吹式设计的散热片,则要根据鳍片的密度和高度、鳍片间风槽的形状和长度选择具有足够风压的风扇;如果配合Alpha或Swiftech等密集柱状鳍片+顶吹式设计的产品,就需要风扇具有较大的风压。风扇与用户产品组合结构等的详细分析请见第三部分。
噪音:
噪音是各种设备越来越受到关注的指标。
噪音即风扇工作过程中产生的“非乐音”声响。目前较为通行的测量标准为计权声级测量,通常采用A声级计权,常用单位:分贝(A)或dBA。
A声级计权模拟人耳的听声规律,能够较好地反映人耳对噪声的强度与频率的主观感觉,据此制作电计算曲线计权网络,具有以下优点:
1.使用单一的评价参数,方便;
2.该曲线能较好地模拟人耳的听声特点;
3.将主观因素与客观物理量恰当结合起来,可用于比较不同场合的噪声;
4.可以用于做为噪声的评价标准。
噪音的强度主要有声强与声压两种衡量方式,声强(声功率)是测量物体单位时间内发出的声音总能量,声压是测量人耳收到的噪音压强值,通常采用对数形式表示,是一种“相对级别”,故将测量仪器称为声级计。原理公式如下:
声强级数:SIL=log(I/I0)(Bel/贝尔)=10 x log(I/ I0)(dB/分贝);
其中I为测量声强,I0=10^(-12) W/m^2为最小可闻声强。
声压级数:L=log(p^2/p0^2)(Bel/贝尔)=10 x log(p^2/p0^2)(dB/分贝);
其中p为测量声压,p0为最小可闻声压,单位:N/m^2。
由上式可见,0dB是人耳听力的阈值。120-130dB是一般人能承受的最大声音。一般人能够分辨的最小声音变化是3dB的声压或1.5dB的声强。3dB的声强增量相当于测得的声强加倍。而5dB的声强增量才使人听到的声音响度加倍。6dB增量相当于测得的声压加倍,而10dB的声压增量才使人听到声音响度加倍。
一些典型环境噪音声级(声压)如下:
安静的图书馆或耳语时约为30dB;
一般家庭约为40dB;
正常谈话约为60dB;
商用卡车或火车约为90dB;
喷气式飞机或起飞的火箭约为120dB;
虽然喷气式飞机的dB值看来只是安静的图书馆的4倍,但由于采用了对数表示法,实际差距远不止于此。根据上文公式略加计算可知,两者测量声压的比值为p1/p2=10^(120/20)/10^(30/20)=10^6/10^1.5=10^4.5≈31622.78,即喷气式飞机的噪音对人耳造成的声压是安静图书馆中的31622.78倍!
目前风扇厂家的风扇噪音测试多为声压测量,下文如无特别说明,所提到声级均为声压测量结果。工业标准测试是在背景噪音低于15dBA的静音室中,将风扇固定于减震支架之上,以声级计在风扇进风侧轴向距离1m的位置进行测量,或完全记录下工作噪音,进而进行详细分析。
噪音是风扇除性能之外,影响“适用性”的重要参数。长时间处于高声级噪音环境绝对是对人身体与精神的摧残!
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风扇的工作噪音主要有三个来源:轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。
1.轴承的摩擦与振动:不但产生噪音,而且影响性能,缩短器件寿命,降低能源利用效率,是产品设计中尽量解决的关键技术问题。
2.扇叶的振动:一般采用塑料制作的风扇扇叶具有一定的韧性,可以承受一定程度的物理形变,同样也会在推动空气过程中因受力发生振动,但幅度一般较小。另一种较为严重的振动则是由于扇叶质量分布不均,质心与旋转轴心存在偏心距所致。当扇叶面积(质量)或偏心距较大的情况下,可能会带动风扇甚至散热器整体发生振动,进而波及整个机箱。如果发生此类现象,则应怀疑风扇品质与工作状态。
3.风噪:流动的空气之间互相冲扰,与周围物体发生摩擦,叶片对气流的分离作用,周期性送风的脉动力等,都会产生噪音。空气流速越快,湍流越多,往往风噪也越大,而且会随着风速的提高呈加速度增大。普通的轴流风扇会在扇叶与外框间的空隙处产生反激气流,产生较大风噪的同时,更会对风量造成不利影响,也正因此出现了折缘、侧进风等改良设计。
噪音的主要影响就体现在使用者的身心健康与安全之上,而与噪音相伴的振动则可能导致芯片磨损、接口松动、盘片划伤等危及使用的现象。
选择风扇时,应当关注风扇的工作噪音,要求自然是越小越好。但厂家在产品参数中所提供的噪音数据,往往与实际使用中的效果存在一定差距,不可直接以之为准,这主要是由于工业标准测试方法与实际使用环境存在差别所致。
1.首先,日常生活中的背景噪音远高于静音室中15dBA的背景噪音。一般城市,非靠近交通干道的居民小区,深夜的背景噪音在30~35dBA之间,而日间则在40~50dBA。
2.其次,静音室内壁材料具有吸音、隔音的效果,于进风侧测量无法反映出风扇送出气流产生的声压,而实际使用中用户无法回避。
3.再者,风扇单独工作与安装到散热片上的工作噪音差别巨大。有经验的用户都知道:风冷散热器的噪音大部分来自气流高速通过散热鳍片时产生的风噪与摩擦音,而风扇本身的工作噪音只占较小的一部分。多数散热器所标注的噪音也仅是所配风扇单独工作噪音,而非整体工作噪音,厂家没有明确说明则略有误导之嫌。
4.此外,实际使用中用户与风扇间的距离一般都在1m以内,如果再考虑到机箱的隔音效果、小房间内的回声等影响,具体情况难以判断。当然,这是任何“标准化”的测试都无法解决的问题,只能建议希望减轻噪音损害的用户不影响使用的同时尽量拉大与噪音源之间的距离,选用隔音效果更好机箱,房间装修时采用吸音材料。
因此,为了更加接近用户在实际使用中的状态,秉持着OCER.net一贯的深刻、严谨的原则,我们在进行产品测试时,订立了一套自己的噪音测试标准:
1.环境噪音低于35dBA,即日常生活能够达到的最低声级水平;
2.对用户产品整体进行测试,如具风扇调速或类似功能则分别测量最高与最低转速时的噪音声级;
3. 用户产品平置于橡胶减震垫之上,与声级计距离保持50cm,之间无任何遮蔽物,反向距墙壁(无软性装饰材料)50cm,另两侧距墙壁3m以上;
采用此套标准可以保证:用户实际使用中,只要不发生共振、异物阻塞等特殊情况,所需忍受的噪音声级最高水品不超过测量值。尽量不对读者造成误导——在测试中受到好评,实际使用却令人失望,甚至难以忍受。
建立自己的标准是一回事,风扇标注的噪音参数也还有其意义所在——虽然与实际使用情况存在一定差别,但仍可作为参考数据,值得注意。
根据经验:
标称噪音低于27dBA的风扇,均可归入静音之列;标称噪音27~33dBA的风扇,勉强可算“安静”,但无法忽视其存在;标称噪音33~40dBA的风扇,单独工作已经令人感到嘈吵,配合散热片后更甚;标称噪音在40dBA之上的风扇,一般为强劲的“暴力”扇,本身工作噪音已不容小觑,搭配散热片后长期使用绝对是对人耳忍耐限度的挑战。
率:
功率是风扇重要的性能指标之一,变相体现了风扇的性能。
功率即风扇单位时间内所消耗的能量(电能),单位为W-瓦。正如关心“廉颇老矣”时,会询问“尚能饭否”,能“吃”的风扇往往也有更强劲的性能。功率从另外一个角度体现了风扇的性能。常见的直流无刷风扇产品上通常不会直接标明功率,而是标注额定工作电压与最大电流,将两个数值相乘即可得到风扇额定电压下的最大功率。
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风扇的输入功率可划分为有用功率与无用功率两部分。有用功率即最终驱动扇叶转动的功率,称作输入轴功;无用功率则包括元件电阻损耗、机械摩擦损耗及振动损耗等。有用功率与消耗总功率的比值即风扇的能量转换效率,自然是越高越好^_^。
除风扇能量转换效率外,还有一类重要的风扇效率,即输入轴功转换为流体(空气)动能的效率。常用的有3种考察方式:
全压效率=输出全压流功/输入轴功x 100%;
静压效率=输出静压流功/输入轴功x 100%;
水力效率=实际全扬程/理想全扬程 x 100%;
3种风扇效率分别与最大风量、最大静压及实际工作点密切相关,是检验风扇设计改进成果的重要指标。
以输出全压流功率为例,设风扇出风口各点风速均等,则有如下公式:
输出全压流功率=1/2 x m/t x V^2=1/2 x (S x V x ρ) x V^2=1/2 x Q x ρ
x V^2=1/2 x S xρ x V^3=1/2 x ρ x Q^3/S^2;
其中:m/t为单位时间内带动空气的质量,V为风速,S为出风口面积,ρ为空气密度,Q为风量。
如果考虑到出风口各点的不同风速,则要以V为变量,S为微元,根据1/2 x
S x ρ x V^3公式在出风口平面上计算曲面积分,分析较为复杂,此处不进行详细讨论。只要根据上述公式对风扇功率与风速、风量的数量级关系有所了解,就达到了目的。
风扇设计确定后,全压效率确定,若能量转换效率恒定,从上面公式可以看到:出风面积固定后,功率与风速(风量)的3次方同步增长;相同风量的风扇,过风面积越大,功率越小。因此,功率主要取决于风量与尺寸规格。功率会随着风量(风速)的增大急剧增加,增大口径则有利于控制功率。
无用功率主要取决于元件、材料的选择及设计上对摩擦、振动等的控制。元件电阻损耗是各种电气设备中不可避免的,只能通过提高元件选材规格尽量控制。要减少振动、摩擦等损耗,风扇的轴承是重点所在,厂家会在设计过程中花费大量精力进行研究与开发。可以说,对无用功率的控制、风扇效率的提高是厂家技术实力与产品用料品质的重要体现。通常而言,风扇性能越强,即输出全压流功率、输出静压流功率、理想全扬程越大(全部提高或某一、两项提高都是性能提升的表现),总功率自然水涨船高。相同规格与设计的风扇,简单的比较标称功率大小就可以明显的判断出性能强弱;相同性能的风扇,输入功率越小则说明设计、用料越优秀。
选择风扇时,除了通过功率判断性能外,还要注意较大功率风扇对供电方式的特殊要求,以免无法正常使用。
一般而言,额定电压12V的直流风扇(计算机中使用的散热风扇大多属于此类),普通产品最大电流不超过0.5A,各种主板都可负担;而大于此数值的,则由于主板设计原因,可能在部分主板上无法正常使用,建议采用外接电源;最大电流超过1A的,一般主板都无法正常驱动,多直接采用大4pin接口供电。各种“暴力”风扇的功率都不可小觑,选购时应注意供电方式,适当搭配转接线。常见的6cm“暴力”风扇,最大电流都在0.5A以上,8cm“暴力”风扇最大电流则全面超过0.8A,1A以上也属“正常”。