Вентиляторная установка с диффузорным выходом
FAN UNIT WITH DIFFUSER OUTLET

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к легковым автомобилям.
Для обеспечения работы двигателя легкового автомобиля в тяжелых дорожных условиях при движении с малой скоростью применяется вентилятор, который при включении обдувает радиатор системы охлаждения. Для увеличения КПД вентилятор используется с кожухом (Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей / А.М. Кригер, М.Е. Дискин, А.Л. Новенников, В.И. Пикус. - М.: Машиностроение, 1985. - 176 с.). Из существующего уровня техники вариант конструкции вентиляторной установки представляет собой прямоугольный «короб» с открытой передней частью, направленной к радиатору и охватывающий его сердцевину по периметру (фиг. 1). На задней стенке имеется отверстие, охваченное кольцом, именно в этом отверстии располагается вентилятор (фиг. 2). Вентилятор существующего уровня техники имеет внешнее кольцо 3, охватывающее концы лопастей 2. Кольцо имеет цилиндрическую форму. Соответственно выходное кольцо кожуха 1 также имеет цилиндрическую форму.
Кожух увеличивает производительность вентиляторной установки, но при этом ухудшает использование набегающего потока воздуха при движении автомобиля. Сужение потока в выпускном отверстии кожуха создает большое сопротивление для прохода набегающего потока, недостающее количество воздуха в тяжелых условиях эксплуатации приходится возмещать включением вентилятора.
На легковых автомобилях условия применения вентиляторных установок в значительной мере осложнены, реализовать оптимальную геометрию и форму проблематично. Дело в том, что подкапотное пространство легкового автомобиля критически ограничено. Эти обстоятельства в значительной мере снижают эффективность вентилятора и снижают возможность использования набегающего потока воздуха, решение проблемы приводит к увеличению затраты мощности для подачи охлаждающего воздуха.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении эффективность вентиляторной установки системы охлаждения двигателя легкового автомобиля и рационального использования набегающего потока воздуха при движении автомобиля.
Поставленная задача решается за счет изменения формы внешнего кольца концов лопастей вентилятора и кольца выходного отверстия кожуха вентилятора.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что за основу взята современная вентиляторная установка легкового автомобиля существующего уровня техники (фиг. 1), которая состоит из вентилятора 2 и кожуха 1. В изобретении предлагается видоизменить тот и другой элемент. У вентилятора видоизменению подлежит внешнее кольцо (фиг. 2, поз. 3), охватывающее концы лопастей. В изобретении предлагается форму кольца выполнить в виде входного и выходного участков, входной участок представляет собой цилиндрическую поверхность, которая плавно переходит в коническую (фиг. 3, поз. 3). Таким образом выходной участок кольца представляет собой диффузорное расширение на выходе. Концы лопастей вентилятора 2 продлеваются до конусной поверхности кольца 3. Благодаря тому что диаметр лопастей вентилятора остается неизменным, поэтому диаметр входной части вентилятора не выйдет за пределы фронтальных габаритов сердцевины радиатора («ометаемая» площадь радиатора остается прежней). При сохранении оборотов вентилятора физический характер обтекания лопастей во всасывающей части вентилятора практически не изменится. Вентилятор вставляется в выходное отверстие кожуха вентилятора 1, имеющее конусную кольцеобразную форму, эта форма повторяет форму выходного участка кольца вентилятора с постоянным зазором между ними. Кольцо вентилятора и кожуха образуют расширяющийся диффузор канал на выходе воздуха из вентиляторной установки, благодаря такой конструкции аэродинамическое сопротивление вентиляторной установки уменьшается. Это обстоятельство имеет положительное значения по отношению к работе вентиляторной установки на стоянке или при движении с малой скоростью. Как показали исследования расход воздуха увеличивается на 7%. Второй положительный эффект наблюдается при использовании набегающего потока воздуха при движении автомобиля, при этом расход воздуха увеличивается на 6%. Все это позволяет уменьшить затраты мощности для подачи охлаждающего воздуха, а значит уменьшить расход топлива и выброс вредных веществ в атмосферу.
На фиг. 1 изображена вентиляторная установка легкового автомобиля.
На фиг. 2 изображен фрагмент сечения в вертикальной продольной плоскости вентиляторной установки существующего уровня техники.
На фиг. 3 изображен фрагмент сечения в вертикальной продольной плоскости, заявляемой в изобретении вентиляторной установки.
Вентиляторная установка с диффузорным выходом состоит из вентилятора и кожуха вентилятора (фиг. 1, поз. 1 и 2). Вентилятор (фиг. 3) состоит из ступицы 4, лопастей 2 и внешнего кольца 3, охватывающего концы вентилятора. Особенность вентилятора состоит в том, что его внешнее кольцо имеет специфическую форму. Кольцо на входе имеет цилиндрическую форму, затем плавно переходит в коническую форму, таким образом кольцо на выходе имеет диффузорное расширение. Кожух вентилятора 1 представляет собой открытый в передней части «короб», которой кожух примыкает к радиатору системы охлаждения. На задней стенке имеется выходное отверстие, охваченное кольцом. В проем этого кольца устанавливается вентилятор. Кольцо имеет коническую форму, соответствующую форме конусной части кольца вентилятора 3. Между кольцами имеется одинаковый зазор. Вентилятор в сборе с кожухом образуют канал на выходе из вентиляторной установки в виде диффузора.
Утверждение об эффективности применения диффузорного выхода на заявляемой вентиляторная установка легкового автомобиля основывается на фундаментальных законах аэродинамики и численных экспериментальных исследованиях. При выходе воздушного потока из вентиляторной установки существующего уровня техники отмечается внезапное расширение, вследствие этого возникают потери на удар, обусловленные вихреобразованием. Диффузорный выхода на вентиляторной установке работает следующим образом. По мере продвижения и благодаря плавному увеличению сечения средняя скорость потока в диффузоре падает и вихреобразование снижается. В результате аэродинамическое сопротивление этого участка и вентиляторной установки в целом уменьшается. Этот результат проявляется примерно одинаково как при работе вентилятора, так и под действием набегающего потока при движении автомобиля.
Простое решение позволяет существенно повысить эффективность вентиляторной установки и эффективность использования набегающего потока воздуха, таким образом снизить затраты мощности для подачи воздуха в системе охлаждения двигателя легкового автомобиля.