Крыльчатка осевого вентилятора

Полезная модель относится к осевым вентиляторам для перемещения воздуха через теплообменник, предназначенным для использования в охлаждающих и нагревательных системах автомобилей.
Вентиляторы этого типа должны отвечать определенным требованиям, среди которых низкий уровень шума, высокий коэффициент полезного действия, малые размеры и способность обеспечения удовлетворительных величин напора и подачи.
Известен вентилятор с лопастями, которые имеют равные промежуточные углы. Лопасти имеют неизменную длину хорды по всей их длине и ограничены у передней и задней кромок двумя кривыми, которые в проекции на плоскость вращения колеса вентилятора представляют собой две дуги окружности (см. патент EP0553598В, МПК 7 F04D29/32; F04D29/38, 1993 г.).
Известна крыльчатка вентилятора для модуля вентилятора радиатора  в автомобиле. Крыльчатка вентилятора содержит: ступицу, кожух, множество лопастей, которые проходят от ступицы наружу и соединены друг с другом через кожух, и множество обтекаемых ребер, которые расположены между лопастями на нижней стороне кожуха  (см. патент US2018202452, МПК F01P11/10; F01P5/06; F04D29/16; F04D29/32; F04D29/52; F04D29/66 (2018.01), 2018 г.).
Хотя вентиляторы, изготовленные согласно этим патентам, позволяют добиться хороших результатов в отношении коэффициента полезного действия и низкого уровня звукового давления, распределение шума может оказывать раздражающее действие на ухо человека.
Аэродинамические шумы могут быть вызваны различными типами источников (монопольными, дипольными, квадрупольными). Эти источники имеют разное происхождение, но их можно разделить на две большие группы: источники, вызывающие широкополосный шум (в котором все частоты равно представлены), и источники, вызывающие дискретный (тональный) шум (излучение сосредоточено только на некоторых частотах).
Дискретные составляющие акустического спектра, связанные с шумом вращения и взаимодействия, как правило, имеют на 15-20 дБ более высокие уровни, чем широкополосный турбулентный и вихревой шумы. Поэтому дискретный шум оказывает наиболее раздражающее влияние на людей. Основным источником дискретного шума служат лопасти. Фактически, когда лопасти отстоят друг от друга через одинаковые углы, имеют мест резонанс с основной гармоникой, частота которой представляет собой произведение количества оборотов в секунду колеса вентилятора и количества лопаток. Этот резонанс приводит к свистящему шуму, который раздражает ухо человека.
Используется способ уменьшения шума вращения за счет установки лопаток с неравномерным шагом. При неравномерном шаге от каждой из лопаток будет излучаться последовательность импульсов звукового давления через неравномерные промежутки времени, что приводит к снижению и «размыванию» дискретных составляющих.
Известен осевой вентилятор, вращающийся в плоскости (ХY) и содержащий центральную ступицу и множество лопаток. Каждая лопатка имеет корневую часть и концевую часть. Лопатки  ограничены первой кромкой и второй кромкой и состоят из участков с аэродинамическими профилями, у которых угол (β) установки лопатки постепенно и непрерывно уменьшается от корневой части  к концевой части лопатки. Угол (β) установки лопатки определяется как текущий угол между плоскостью вращения (ХY) и прямой линией, соединяющей переднюю кромку и заднюю кромку аэродинамического профиля каждого участка лопатки. Лопатки отстоят друг от друга на неодинаковые промежуточные углы (Θi...n), которые могут изменяться в процентном отношении (Θ%) на величины, находящиеся между 1,5 и 8,5% по сравнению с конфигурацией с равными промежуточными углами (Θ=) для вентиляторов с тем же самым количеством лопаток, т.е. 1,5%≤Θ%≤8,5%. Данный  вентилятор сбалансирован за счет того, что проекция выпуклой кромки на плоскость (ХY) определяется параболическим сегментом и что проекция вогнутой кромки на плоскость (ХY) определяется геометрической кривой второй степени (см. патент РФ 2208712, МПК F04D 19/00 (2000.01), F04D 29/38 (2000.01), F04D 29/66 (2000.01), 2003 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатком указанного решения является незначительное снижение уровня звука, что вызвано выбором размера неодинаковых промежуточных углов между лопастями. Для сбалансированности крыльчатки смещение лопастей выполнено на небольшие углы и при этом происходит чередование положительного и отрицательного отклонения от среднего значения.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью - улучшение акустических показателей осевого вентилятора при достижении высокого коэффициента полезного действия.
Поставленная техническая проблема решается за счет того, что в известной крыльчатке осевого вентилятора, содержащей центральную ступицу, наружное кольцо и множество лопастей, имеющих корневую и концевую части и отстоящих друг от друга на неодинаковые промежуточные углы (Θi...n), которые изменяются в процентном отношении (Θ%) по сравнению с конфигурацией с равными промежуточными углами (Θ=) для крыльчаток с тем же самым количеством лопастей, в соответствии с полезной моделью, неодинаковые углы изменяются в процентном отношении от 4,7% до 12,8% с постепенным увеличением промежутка между лопастями.
Промежуточные углы соответствующих пар лопастей - второй и седьмой, третьей и шестой, четвертой и пятой равны между собой.
1
Крыльчатка выполнена симметричной, с осью симметрии, проходящей по биссектрисе угла Θ.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в обеспечении низкого уровня шума при высоком коэффициенте полезного действия.
За счет изменения неодинаковых углов в процентном отношении от 4,7% до 12,8% с постепенным увеличением промежутка между лопастями, достигается эффект снижения дискретных шумов, что обеспечивает низкий уровень шума при высоком коэффициенте полезного действия.
Такое решение позволяет добиться максимально возможного, без потери эффективности, изменения промежутка между лопастями.
На схеме показан вид спереди крыльчатки осевого вентилятора.
Крыльчатка осевого вентилятора содержит центральную ступицу 1, наружное кольцо 2 и множество лопаток 3, расположенных между ними. Лопатки 3 имеют корневую 4 и концевую 5 части и ограничены выпуклой кромкой 6 и вогнутой кромкой 7. Корневой частью 4 лопатки присоединены к ступице 1, а концевой частью 5 - к наружному кольцу 2.
Лопатки 3 отстоят друг от друга на неодинаковые промежуточные углы (Θi...n), которые изменяются в процентном отношении от 4,7 % до 12,8 % по сравнению с конфигурацией с равными промежуточными углами (Θ=) для крыльчаток с тем же самым количеством лопаток (см. приведенную таблицу).
2
7
3
6
4
5
Промежуточные углы соответствующих пар лопастей – второй Θ и седьмой Θ, третьей Θ и шестой Θ, четвертой Θ и пятой Θ равны между собой (см. приведенную таблицу).
1
Крыльчатка выполнена симметричной, с осью симметрии, проходящей по биссектрисе угла Θ(см. фиг. 1).
-1
Как показали проведенные испытания, снижение уровня звука, по сравнению с крыльчаткой с равными промежуточными углами, для крыльчатки диаметром 285 мм при частоте вращения 3100 мин, составило 8 дБА (см. Протокол испытаний).
Крыльчатка осевого вентилятора может быть изготовлена на современном оборудовании из существующих материалов (различных видов пластиков, например из ударопрочных стеклонаполненнных термостабилизированных полиамидов).
Заявленная полезная модель может быть использована в машиностроении для осевых вентиляторов, предназначенных для использования в охлаждающих и нагревательных системах автомобилей.
Таблица 1
Угол
Крыльчатка с неравными углами, град.
Крыльчатка с  равными углами, град.
Отклонения, град.
Отклонения, %
Θ<sub>1</sub>
58
51,429
6,571
12,78
Θ<sub>2</sub>
55
51,429
3,571
6,94
Θ<sub>3</sub>
49
51,429
-2,429
-4,72
Θ<sub>4</sub>
47
51,429
-4,429
-8,61
Θ<sub>5</sub>
47
51,429
-4,429
-8,61
Θ<sub>6</sub>
49
51,429
-2,429
-4,72
Θ<sub>7</sub>
55
51,429
3,581
6,94