ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР
AXIAL FAN

Область техники
Настоящее изобретение относится к осевому вентилятору с лопастями, наклонными в плоскости вращения вентилятора.
Вентилятор согласно настоящему изобретению может быть использован в различных применениях, например для продвижения воздуха через теплообменник или радиатор в системе охлаждения двигателя автомобиля; или для перемещения воздуха через теплообменник системы отопления и/или через испаритель системы кондиционирования воздуха внутреннего пространства автомобиля.
Более того, вентилятор согласно настоящему изобретению может быть использован для перемещения воздуха в стационарных отопительных системах или системах кондиционирования воздуха для зданий.
Предшествующий уровень техники
Вентиляторы такого типа должны удовлетворять различным требованиям, включая: низкий уровень шума, высокую производительность, компактность, способность достигать удовлетворительных значений давления и расхода.
В частности, достижение хороших рабочих характеристик, в то же время сохраняя низкий уровень шума, требует тщательной конструкции лопастей и профилей, из которых они состоят.
Вентилятор такого типа известен из Патента США US-6241474, который описывает малошумящий вентилятор с лопастями, чей угол или шаг постепенно уменьшается от ступицы к вершине по заданной протяженности радиуса, затем их угол увеличивается вновь по направлению к вершине. Эти лопасти соединены друг с другом внешним кольцом.
Сущность изобретения
Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение вентилятора, который обладает хорошими общими характеристиками при низком уровне шума.
Один объект настоящего изобретения касается осевого вентилятора, как указано в пункте 1.
Зависимые пункты относятся к предпочтительным и преимущественным воплощениям изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение описано более подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые изображают предпочтительное, не ограничивающее воплощение, на которых:
Фигура 1 изображает вид спереди вентилятора в соответствии с настоящим изобретением;
Фигура 2 - схематичный вид спереди лопасти вентилятора, изображенного на предыдущем чертеже;
Фигура 3 - поперечное сечение нескольких профилей на различных диаметрах вентилятора;
Фигура 4 - поперечное сечение профиля и соответствующие геометрические характеристики.
Подробное описание предпочтительных воплощений изобретения
Как показано на прилагаемых чертежах, вентилятор 1 вращается вокруг оси 2 и содержит центральную ступицу 3, к которой присоединено множество лопастей 4, лопасти изогнуты в плоскости вращения XY вентилятора 1.
Лопасти 4 имеют хвостовик 5, вершину 6 и ограничены выпуклой передней кромкой 7 и вогнутой задней кромкой 8.
Для наилучших результатов в показателях производительности, расхода и давления воздуха, вентилятор 1 вращается в направлении вращения V, показанном на фигурах 1 и 4, так что вершина 6 каждой лопасти 4 сталкивается с потоком воздуха после хвостовика 5.
Сохраняя направление вращения V, вентилятор 1 может быть как воздуходувным вентилятором, так и отсасывающим вентилятором, путем подходящего модифицирования и адаптации профилей лопастей. Нижеизложенное описание относится к воздуходувному вентилятору в виде примера.
На фигуре 2 изображен пример геометрических характеристик лопасти 4: передняя кромка 7 ограничена двумя сегментами 9, 10 дуг окружности, и задняя кромка 8 ограничена одним сегментом 11 дуги окружности. На передней кромке 7 радиус, обозначенный R1, является точкой перехода от одного сегмента дуги окружности к другому сегменту дуги окружности.
В соответствии с примером с Фигуры 2, общие размеры проекции лопасти 4 на плоскость XY сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Размеры лопасти 4
Радиус внутреннего сегмента (мм)
Радиус перехода (мм)
Радиус внешнего сегмента (мм)
Передняя кромка (7)
133,57 (9)
97,75 (R1)
83,23 (10)
Радиус (мм)
Задняя кромка (8)
67,25 (11)
Общие геометрические характеристики лопасти 4 определены относительно ступицы диаметром 110 мм, то есть лопасть 4 имеет минимальный радиус Rmin=55 мм на хвостовике 5, и внешний диаметр 302 мм, при этом в вершине 6 максимальный радиус Rmax=151 мм, что означает, что радиальная протяженность лопасти 4 составляет 96 мм.
Как показано на прилагаемых чертежах, периметр вентилятора может быть оборудован соединительным кольцом 12, которое может иметь толщину несколько миллиметров, что означает, что вентилятор 1 в иллюстративном воплощении имеет общий диаметр примерно 310 мм.
Как известно, одной из функций соединительного кольца является придание жесткости внешней части лопастей 4 с тем, чтобы способствовать сохранению углов установки и для улучшения аэродинамических характеристик внешнего профиля лопастей, снижая образование вихрей на вершинах 6 лопастей 4.
Однако следует отметить, что хорошие результаты также были достигнуты при помощи вентилятора, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, без соединительного кольца.
Принимая во внимание то, что лопасть 4 имеет минимальный радиус Rmin=55 мм и максимальный радиус Rmax=151 мм, передняя кромка 7 имеет радиус R1, где возникает переход между дугами окружностей, соответствующий примерно 44% радиальной протяженности передней кромки 7, протяженности, которая, как было сказано, составляет 96 мм.
Часть 9 передней кромки 7, ближайшая к хвостовику 5, состоит из дуги окружности с радиусом, равным примерно 88% радиуса Rmax, и часть 10 передней кромки 7, ближайшая к вершине 6, состоит из сегмента дуги окружности с радиусом, равным примерно 55% радиуса Rmax лопасти 4.
Что касается задней кромки 8, сегмент 11 дуги окружности имеет радиус, равный примерно 44,5% радиуса Rmax лопасти 4.
Размеры в процентах сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Размеры лопасти 4 в процентной форме
Радиус внутреннего сегмента (% от Rmax)
Радиус перехода (% протяженности лопасти=Rmax-Rmin)
Радиус внешнего сегмента (% от Rmax)
Передняя кромка (7)
88 (9)
44 (R1)
55 (10)
Радиус (% от Rmax)
Задняя кромка (8)
44,5 (11)
Удовлетворительные результаты относительно расхода, давления и шума были достигнуты даже при значениях в окрестности этих процентных размеров. В частности, отклонения примерно в плюс или минус 10% от вышеупомянутых размеров являются допустимыми.
Процентные диапазоны относительно размеров сведены в таблицу 3.
Таблица 3
Процентные диапазоны кромок лопасти 4
Радиус внутреннего сегмента (% от Rmax)
Радиус перехода (% протяженности лопасти=Rmax-Rmin)
Радиус внешнего сегмента (% от Rmax)
Передняя кромка (7)
79-97 (9)
40-48,5 (R1)
49,5-60,5 (10)
Радиус (% от Rmax)
Задняя кромка (8)
40-49 (11)
Для передней кромки 7 на участке перехода сегментов дуг окружностей может быть выполнено подходящее скругление, так что кромка 7 является непрерывной и свободной от точек заострения.
Что касается ширины или угловой протяженности лопастей, вновь со ссылкой на фигуру 2, проекция лопасти 4 в плоскости XY имеет амплитуду, на хвостовике 5, представленную углом В1, составляющую примерно 60 градусов, и амплитуду, на вершине 6, представленную углом В2, составляющую примерно 26 градусов.
Кроме того, удовлетворительные результаты были достигнуты относительно расхода, давления и шума при значениях углов В1, В2 в окрестности этих значений. В частности, отклонения примерно в плюс или минус 10% от вышеуказанных значений углов являются допустимыми. Угол В1 может изменяться от 54 до 66 градусов, в то время как угол В2 может изменяться от 23 до 29 градусов.
Также следует учесть, что из-за пластикового материала, используемого для изготовления вентиляторов, отклонения всех размеров и углов примерно в плюс или минус 5% должны быть учтены в указанных значениях. Рассматривая соответствующие биссектрисы и следуя по направлению вращения V вентилятора 1, вершина 6 отстает от хвостовика 5 на угол В3 примерно в 26 градусов.
Другими угловыми характеристиками лопасти 4 являются углы В4, В5, В6, В7 (фигура 2), образованные соответствующими касательными к двум кромкам 7, 8 и соответствующими линиями, проходящими через точки M, N, S, T: углы В4 и В5 составляют соответственно 28 и 54 градуса, и углы В6, В7 составляют соответственно 28 и 45 градусов.
Может быть оборудовано от трех до семи лопастей 4 и, в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения, оборудовано пять лопастей 4, и они разнесены на одинаковые углы.
Каждая лопасть 4 состоит из ряда аэродинамических профилей, которые постепенно соединяются, начиная от хвостовика 5 по направлению к вершине 6.
На фигуре 3 изображено семь профилей 13-19, относительно соответствующих сечений на различных интервалах вдоль радиальной протяженности лопасти 4.
Профили 13-19 также обладают геометрическими особенностям, пример которых приведен на фигуре 4 для одного из профилей.
Как показано на фигуре 4, каждый профиль 13-19 образован непрерывной центральной линией L1 без точек перегиба или заострений, и хордой L2.
Каждый профиль 13-19 также образован двумя углами BLE, BTE установки для передней кромки и задней кромки, вышеуказанные углы формируются соответствующими касательными к центральной линии L1 в точке пересечения с передней кромкой и с задней кромкой и соответствующей прямой линией, перпендикулярной плоскости XY, проходящей через соответствующие точки пересечения.
Со ссылкой на семь профилей 13-19, в таблице 4, приведенной ниже, указаны углы передней кромки BLE и задней кромки BTE, длина центральной линии L1 и хорды L2 профилей лопасти 4.
Таблица 4
Радиальное расположение, углы передней и задней кромок, длина центральной линии и хорды профилей лопасти 4
Профиль
Радиальная протяж. (%)
Радиус (мм)
BLE (градусы)
BTE (градусы)
L1 (центр. линия мм)
L2 (хорда мм)
13
0
55
78,47
55,15
64,12
63,66
14
17,9
72,15
81,38
49,31
65,37
64,53
15
44,5
97,75
82,93
48,46
69,40
68,30
16
71,2
123,35
83,53
51,96
73,28
73,31
17
81,5
133,27
83,99
53,96
73,95
73,04
18
97,9
148,95
84,82
54,96
72,63
71,64
19
100
151
85,28
54,85
72,18
71,14
Следует отметить, что толщина каждого профиля 13-19, в соответствии с общей тенденцией для крыловидных профилей, изначально увеличивается, достигая максимального значения S-MAX примерно на 40% длины центральной линии L1, затем она постепенно снижается так же, как и задняя кромка 8.
В процентах толщина S-MAX составляет примерно 1,6% радиуса Rmax; толщина профиля распределена симметрично относительно центральной линии L1.
Расположение профилей 13-19 относительно радиальной протяженности лопасти 4 и относительные значения для изменения толщины в соответствии с их положением относительно центральной линии L1 сведены в таблицу 5:
Таблица 5
Радиальное положение и изменение толщины профилей лопасти 4
Профиль
Протяж. (%)
Радиус (мм)
Толщина
S-MAX (мм)
Размер относительно S-MAX
0% L1
20% L1
40% L1
60% L1
80% L1
100% L1
13
0
55
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
14
17,9
72,15
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
15
44,5
97,75
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
16
71,2
123,35
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
17
81,5
133,27
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
18
97,9
148,95
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
19
100
151
2,45
0,681633
0,967347
1
0,808163
0,534694
0,2
В нижеприведенной таблице 6 сведены действительные значения в мм изменения толщины для каждого профиля 13-19 в соответствии с их положением относительно центральной линии L1 со ссылкой на проиллюстрированное воплощение.
Таблица 6
Изменение толщины профилей 13-19 лопасти 4 в мм
Профиль
Толщина (мм)
0% L1
20% L1
40% L1
60% L1
80% L1
100% L1
13
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
14
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
15
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
16
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
17
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
18
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
19
1,67
2,37
2,45
1,98
1,31
0,49
Профили 13-19 предпочтительно ограничены полукруглым скруглением на стороне передней кромки 7 и усечением, созданным при помощи сегмента прямой линии на стороне задней кромки 8.
В альтернативном воплощении хорошие общие характеристики были достигнуты относительно шума, расхода и давления при помощи описанного вентилятора даже с более толстыми профилями. В соответствии с указанным альтернативным воплощением положения профилей 13-19 относительно радиальной протяженности лопасти и относительные значения изменения толщины согласно их положению относительно центральной линии L1 сведены в таблице 7.
Также следует отметить, что в этом воплощении, толщина S-MAX достигается на 30% длины центральной линии L1.
Таблица 7
Радиальное положение и изменение толщины профилей лопасти 4
Профиль
Протяженность (%)
Радиус (мм)
Толщина
S-MAX (мм)
Безразмерная относительно S-MAX
0% L1
20% L1
40% L1
60% L1
80% L1
100% L1
13
0
55
3,98
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
14
17,9
72,15
2,45
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
15
44,5
97,75
2,45
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
16
71,2
123,35
2,45
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
17
84,5
136,15
2,45
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
18
97,9
148,95
2,45
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
19
100
151
2,45
0,42
0,9486
0,9667
0,75
0,46
0,125
В нижеприведенной таблице 8 сведены действительные значения изменения толщины в мм в соответствии с их положением относительно центральной линии L1 для каждого профиля 13-19 относительно воплощения, проиллюстрированного на прилагаемых чертежах.
Таблица 8
Изменение толщины профилей 13-19 лопасти 4 в мм
Профиль
Толщина (мм)
0% L1
20% L1
40% L1
60% L1
80% L1
100% L1
13
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
14
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
15
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
16
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
17
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
18
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
19
1,67
3,77
3,85
2,99
1,83
0,49
Как можно видеть, в обоих вариантах воплощения профили 13-19 имеют одинаковую толщину в соответствующих положениях (0% L1, 20% L1, …, 80% L1 и т.д.) вдоль протяженности центральной линии L1.
Первый вариант воплощения с более тонкими профилями обладает преимуществами, касающимися легковесности, стоимости и простоты отливки.
Второй вариант воплощения с более толстыми профилями обладает преимуществами, касающимися аэродинамической эффективности, так как более толстые профиля обладают лучшими свойствами для предотвращения срывов.
В описанном изобретении могут быть сделаны модификации и изменения, не выходя за рамки концепции изобретения, описанной в нижеизложенной формуле изобретения.
Список ссылочных позиций
Ссылка
Описание
1
Осевой вентилятор
2
Ось вращения
3
Центральная ступица
4
Лопасть вентилятора 1
5
Хвостовик лопасти 4
6
Вершина лопасти 4
7
Выпуклая передняя кромка
8
Вогнутая задняя кромка
9
Сегмент дуги окружности (внутренний)
10
Сегмент дуги окружности (внешний)
11
Сегмент дуги окружности
12
Соединительное кольцо
13-19
Аэродинамические профили
XY
Плоскость вращения
V
Направление вращения
R1
Радиус перехода между сегментами 9 и 10
XY
Проекция в плоскости
B1-B7
Характеристические углы лопасти 4
M, N, S, T
Характеристические точки лопасти 4
L1
Центральная линия
L2
Хорда
BLE
Углы установки передней кромки
BTE
Углы установки задней кромки