КРЫЛЬЧАТКА ДЛЯ ВЕНТИЛЯТОРА
IMPELLER FOR FAN

Изобретение относится к вентиляторам, в частности к крыльчатке для вентилятора согласно ограничительной части пунктов формулы изобретения 1, или 12, или 24.
Известны вентиляторы и крыльчатки (немецкая заявка DE 20 2004 005 548 U1), у которых лопасти вентилятора исходят из ступицы крыльчатки, которые выполнены спиральными и на радиально наружном крае снабжены струйным элементом. Лопасти вентилятора имеют примерно форму поперечного сечения крыла самолета. Струйные элементы на наружном крае этой лопасти вентилятора имеют аналогичное очертание. Благодаря этому наружный край струйных элементов проходит примерно параллельно верхней и нижней поверхности поперечного сечения принадлежащих лопастей вентилятора. В области передней и задней кромки лопасти вентилятора уменьшается осевая высота струйных элементов почти до 0. Благодаря такому исполнению должно по меньшей мере уменьшаться образование шума при работе крыльчатки, соответственно вентилятора. Струйные элементы оказывают повышенное сопротивление для потерянного потока, который проходит вокруг радиально наружного края лопасти вентилятора от напорной стороны к всасывающей стороне.
В основе изобретения лежит задача выполнения соответствующего вида крыльчатки таким образом, чтобы при простом конструктивном исполнении при работе достигался низкий уровень шума.
Эта задача у соответствующего вида крыльчатки согласно изобретению решается с помощью отличительных признаков пунктов формулы изобретения 1, или 12, или 22.
В предложенной согласно изобретению крыльчатке по п.1 лопасть вентилятора имеет по своей радиальной длине по меньшей мере подобные сечения профиля, если смотреть в сечении цилиндра через лопасть вентилятора. Радиально самое наружное сечение профиля, которое лежит в цилиндрической огибающей поверхности крыльчатки, расположено со смещением по отношению к соседнему сечению профиля. Это смещение больше, чем смещение, которое это соседнее сечение профиля имеет к своему соседнему сечению профиля. Таким образом, лопасть вентилятора образуется так, что лопасть вентилятора, исходя от ступицы крыльчатки, по своей радиальной длине имеет сечения профиля, которые по меньшей мере на части этой радиальной длины лежат со смещением по отношению друг к другу. Смещение в этой области между отдельными сечениями профиля приблизительно равно. Радиально самое наружное сечение профиля напротив смещено на величину, которая больше, преимущественно многократно больше, чем смещение сечений профиля в упомянутой радиальной остальной области лопасти вентилятора. Таким образом, лопасть вентилятора может формироваться конструктивно простым образом так, что воздух может обтекать радиально наружное сечение профиля в основном беспрепятственно и благодаря этому достигается уменьшение шума. Смещение сечения профиля на радиально наружном краю лопасти вентилятора может достигаться более простым способом с помощью описанного конструирования лопасти вентилятора. При этом лопасть вентилятора выполнена так, что она по своей радиальной длине имеет примерно подобные сечения профиля. Формы поперечного сечения лопасти вентилятора сконструированы подобно таким образом, что также радиально самое наружное сечение профиля в своей форме поперечного сечения не существенно отличается от форм поперечного сечения других профилей сечения вдоль лопасти вентилятора. Благодаря предложенному согласно изобретению исполнению лопасть вентилятора может быть очень просто сконструирована, так как сечение профиля лопасти вентилятора лишь смещается, причем это смещение может осуществляться поступательно и/или вращательно. Эти линейные и/или вращательные смещения сечения профиля делают возможным простые расчет и конструкцию лопасти вентилятора, которая простым способом может оптимально приспосабливаться к предусмотренному случаю применения.
Предпочтительно сечения профиля, следующие за самым наружным сечением профиля, по меньшей мере на приблизительно равных расстояниях по меньшей мере имеют соответственно смещение по отношению друг к другу, которое меньше, чем смещение между самым наружным сечением профиля и соседним с ним сечением профиля.
Предпочтительно интервал сечений профиля, которые заложены в лопасти вентилятора, больше, чем радиальная ширина радиально наружных концевых областей лопасти вентилятора, образованная смещением самого наружного сечения профиля. Эта концевая область имеет благодаря большему смещению также больший подъем, чем остальная часть лопасти вентилятора, в которой предусмотрены другие сечения профиля, в частности, сечение профиля, лежащее по соседству к самому наружному сечению профиля.
Предложенная согласно изобретению крыльчатка по пункту 12 формулы изобретения отличается тем, что осевая высота струйного элемента в области передней и задней кромки лопасти вентилятора имеет максимум. Предпочтительно высота струйного элемента уменьшается в направлении середины лопасти вентилятора. Благодаря такому исполнению струйного элемента получается исключительное снижение шума при применении крыльчатки, а также оптимальный беспрепятственный проход воздуха от напорной к всасывающей стороне, что благоприятно сказывается на уменьшении шума.
При предпочтительном исполнении снижается отношение осевой высоты струйного элемента к осевой толщине лопасти вентилятора с удалением от максимума в направлении середины лопасти вентилятора. Высота струйного элемента может снижаться до 0 в области между передней и задней кромкой лопасти вентилятора.
Другие признаки изобретения вытекают из других пунктов формулы изобретения, описания и чертежей.
Изобретение более подробно поясняется с помощью нескольких, представленных на чертежах примеров осуществления, где показано:
фиг.1 - перспективное изображение части вентилятора с предложенной согласно изобретению крыльчаткой,
фиг.2 - увеличенное изображение части вентилятора согласно фиг.1,
фиг.3 - в перспективном изображении радиально наружная область лопасти вентилятора предложенной согласно изобретению крыльчатки,
фиг.4 - вид сверху лопасти вентилятора согласно фиг.3,
фиг.5 - диаграмма изменения поперечного сечения лопасти вентилятора, а также струйного элемента, предусмотренного на радиальном наружном конце лопасти вентилятора, а также отношение высоты струйного элемента, замеренной в осевом направлении вентилятора к толщине лопасти,
фиг.6 - в разрезе протекание потока на лопасти вентилятора предложенной согласно изобретению крыльчатки,
фиг.7 - в перспективном изображении вторая форма осуществления предложенной согласно изобретению лопасти вентилятора с несколькими сечениями,
фиг.8 - сечения лопасти согласно фиг.7 с цилиндрической огибающей поверхностью крыльчатки для пояснения смещения радиально наружного сечения лопасти,
фиг.9 - в перспективном изображении передняя и задняя кромка и концевая область лопасти вентилятора согласно фиг.7, образованная благодаря смещению наружного сечения лопасти,
фиг.10 - в перспективном изображении лопасть вентилятора согласно фиг.3,
фиг.11 - несколько сечений лопасти вентилятора согласно фиг.10.
Вентилятор 1 имеет корпус 1 с цилиндрической обечайкой 2, которая окружает транспортный канал 3. В транспортном канале 3 находится крыльчатка 4, ступица 5 которой установлена известным образом с возможностью вращения. Крыльчатка 4 может с помощью привода 4а приводиться во вращении в направлении 6, указанном стрелкой против движения часовой стрелки.
Из ступицы исходят, например, шесть лопастей 7 вентилятора, которые простираются почти до обечайки 2. Как показывает фиг.6, воздух проходит между радиально наружным краем лопастей 7 вентилятора и внутренней стороной обечайки 2 от напорной стороны 9 в основном без помех к всасывающей стороне 8 крыльчатки 4.
Чтобы создаваемый при работе вентилятора шум лежал в спектре частот, приемлемом для человеческого уха, предпочтительно, чтобы лопасти 7 вентилятора были распределены неравномерно.
Разумеется, что крыльчатка 4 также может быть выполнена таким образом, что предусмотрено равномерное распределение лопастей 7 вентилятора по окружности ступицы 5.
Лопасти 7 вентилятора имеют соответственно лежащую впереди в направлении 6 вращения переднюю кромку 10 и лежащую сзади в направлении 6 вращения заднюю кромку 11. Передняя кромка 10, если смотреть в осевом направлении крыльчатки 4, выполнена серповидной, т.е. она имеет вогнутую форму. Передняя кромка 10 простирается с удалением от ступицы 5 до наружного края 12, который простирается в направлении по окружности крыльчатки. Наружный край 12 имеет радиальный зазор 13 (фиг.6) от обечайки 2 корпуса. Это расстояние выбрано таким образом, чтобы поток утечки был по возможности малым, и образование шума было на низком уровне.
Предпочтительно область 14 (фиг.2), в которой передняя кромка 10 отсекает наружный край 12, в направлении 6 вращения расположена дальше вперед, чем область присоединения передней кромки 10 к боковой поверхности ступицы. Если провести радиальную линию через ось крыльчатки 4 и через эту угловую область 14, то, если смотреть в направлении оси, область присоединения передней кромки 10 будет лежать на боковой поверхности ступицы в направлении вращения позади этой радиальной линии. Благодаря такому исполнению лопасти 7 вентилятора получается уменьшение шума при работе вентилятора и улучшение характеристики проекта.
Задняя кромка 11 лопасти 7 вентилятора по меньшей мере на части своей длины имеет выпуклую форму. Выпуклая форма может быть предусмотрена от ступицы 5 до наружного края 12 лопасти вентилятора. Но также возможно, что выпуклая форма предусмотрена только на части длины задней кромки 11 лопасти 7 вентилятора. Так, например, эта выпуклая форма может быть предусмотрена только в области задней кромки 11, примыкающей к наружному краю 12.
В представленном примере осуществления задняя кромка 11 на части своей длины снабжена зубцами 15, которые сужаются в направлении своего свободного конца. Зубцы 15 могут иметь одинаковую форму. В предпочтительной форме осуществления зубцы 15 выполнены так, что их концы, которые сужаются к острию, выдаются до выпуклой огибающей линии 16 (фиг.4 и 7). Эта огибающая линия 16 может, преимущественно, образовывать продолжение не снабженной зубцами области задней кромки 11.
Зубцы 15 могут вдоль задней кромки 11 иметь также различную форму и/или различную длину. Благодаря соответствующему выбору исполнения зубцов 15 образование шума вентилятора может оптимально подбираться к соответствующему случаю применения.
Лопасть 7 вентилятора выполнена в виде спиральной лопасти.
На радиально наружном краю 12 каждая лопасть 7 вентилятора в примере осуществления согласно фиг.1-6 снабжена струйным элементом 17, который предпочтительно простирается по всей длине наружного края 12 между передней кромкой 10 и задней кромкой 11. Струйные элементы простираются на наружном крае 12 к всасывающей стороне 8 лопасти 7 вентилятора. Но также возможно, что струйный элемент 17 простирается как на всасывающую сторону 8, так и на напорную сторону 9. Точно также возможно, что струйный элемент 17 выдается только в направлении напорной стороны 9.
Струйные элементы 17 выполнены предпочтительно цельными с лопастями 7 вентилятора, но могут в принципе быть конструктивными элементами отдельными от лопасти вентилятора, которые соответствующим образом закреплены на лопастях вентилятора.
Струйный элемент 17 имеет в области передней и задней кромки 10, 11 лопасти 7 вентилятора соответственно свою наибольшую высоту h, если измерять в осевом направлении 18 крыльчатки 4 (фиг.5). На фиг.5 представлен струйный элемент 17, а также профиль принадлежащей лопасти вентилятора на высоте струйного элемента 17. Осевая высота h струйного элемента 17 уменьшается соответственно с удалением от передней кромки 10 или задней кромки 11, пока струйный элемент 17 не будет иметь в области между обеими кромками 10, 11 высоту 0 или приблизительно 0. Эта область может лежать на половине ширины лопасти 7 вентилятора. В области струйного элемента 17 лопасть 7 вентилятора имеет осевую толщину d. В остальной области лопасть 7 вентилятора может иметь различные толщины.
Осевая высота h струйного элемента 17 и осевая толщина d лопасти 7 вентилятора согласованы в отношении друг к другу таким образом, что отношение h/d уменьшается с удалением от передней кромки 10 и задней кромки, как показывает штриховая линия 19 на фиг.5. В области, в которой осевая высота h струйного элемента 17 составляет величину близкой к 0, это отношение h/d самое малое.
В зависимости от случая применения струйный элемент 17 может быть выполнен так, что его минимальная осевая высота лежит не на половине ширины лопасти 7 вентилятора. Существенным является, что приведенное отношение h/d уменьшается с удалением от передней кромки 10 или задней кромки. Благодаря такому исполнению лопасти вентилятора со струйным элементом получается исключительное уменьшение шума при применении вентилятора.
Как следует из фиг.5, лопасть 7 вентилятора имеет форму профиля крыла самолета. В области передней кромки 10 лопасть 7 вентилятора скруглена, в то время как она в области задней кромки 11 является почти острой. В области между обеими кромками 10, 11 лопасть 7 вентилятора может иметь также примерно постоянную толщину поперечного сечения.
При предпочтительно цельном исполнении лопасти 7 вентилятора и струйного элемента 17 лопасть 7 вентилятора имеет на напорной стороне 9 большую область 20 подачи (фиг.6) на переходе от лопасти 7 к струйному элементу 17, преимущественно с большим радиусом 27. Это вносит заметный вклад в обеспечение работы вентилятора с небольшим шумом.
Струйный элемент 17 выполнен так, что его осевое простирание, исходя от передней кромки 10 лопасти 7 вентилятора, на очень короткой области очень сильно увеличивается, пока струйный элемент на небольшом расстоянии от передней кромки 10 не будет иметь свою наибольшую осевую высоту h. Подобно на очень короткой области очень сильно увеличивается осевая высота h струйного элемента 17 с удалением от задней кромки 11 лопасти 7 вентилятора, пока струйный элемент 17 на небольшом расстоянии от задней кромки 10 не будет иметь в этой области свою наибольшую осевую высоту h, которая уменьшается в направлении к середине лопасти 7 вентилятора. Благодаря этому исполнению струйный элемент 17 имеет полностью другую форму, чем лопасть 7 вентилятора в области струйного элемента 17.
Фиг.7-11 показывают спиральную лопасть 7 вентилятора, которая вместо струйного элемента 17 в радиально наружной области имеет такое исполнение, что она, несмотря на отсутствующий струйного элемента 17, показывает одинаковую эффективность, что и лопасть вентилятора со струйным элементом. Это достигается благодаря особому исполнению лопасти вентилятора, которое ниже описывается более подробно.
Как показывают фиг.7 и 8, лопасть 7 вентилятора имеет по своей радиальной длине на одинаковых расстояниях сечения 24.1-24.7 профиля, которые имеют подобное образование поперечного сечения. Как и в предыдущей форме осуществления, лопасть 7 вентилятора имеет форму профиля крыла самолета, при которой лопасть 7 вентилятора скруглена в области передней кромки 10 и в области задней кромки 11 выполнена сужающейся приблизительно на острие.
Наружный край 12 лопасти 7 вентилятора, смотрящий на обечайку 2 корпуса, сформирован так, что радиально наружное сечение профиля лопасти вентилятора смещено в направлении к всасывающей стороне 8. На фиг.7 показаны различные по длине лопасти 7 вентилятора сечения 21, 21.1-21.7 профиля. Сечения профиля являются сечениями цилиндра через лопасти 7 вентилятора. Сечения 21.1-21.7 профиля предусмотрены на одинаковых расстояниях в радиальном направлении лопасти 7 вентилятора. Сечение 21.7 профиля (фиг.7) предусмотрено у ступицы 5 крыльчатки 4. Видно, что все сечения 21.1-21.7 имеют подобную форму поперечного сечения в примере осуществления форму профиля крыла самолета. Сечения профиля, исходя от расположенного на внутренней стороне сечения 21.7 профиля, и, если смотреть в радиальном направлении лопасти 7 вентилятора, расположены со смещением.
На фиг.8 изображен случай, когда это смещение сечений профиля обычным образом продолжено до цилиндрической огибающей поверхности 22 крыльчатки 4. Тогда радиально самое наружное сечение профиля в огибающей поверхности 22 заняло бы положение, которое на фиг.8 показано штриховой линией 21.1. В данной форме осуществления, однако, это радиально самое наружное сечение 21 профиля расположено в направлении всасывающей стороны 8 с таким смещением, что сечение 21 профиля имеет относительно большое смещение в отношении соседнего сечения профиля 21.2. Смещение между этим радиально самым наружным сечением 21 профиля и соседним сечением 21.2 профиля больше, чем смещение между сечением 21.2 профиля и соседним с ним сечением 21.3 профиля. Благодаря этому заметному смещению между самым наружным сечением 21 профиля и соседним сечением 21.1 профиля получается радиально более наружная концевая область 20 (фиг.9), которая имеет существенно больший подъем, чем остальная часть лопасти вентилятора, в которой находятся сечения 21.2-21.7 профиля.
Сечения профиля расположены так, что расстояние сечений профиля друг от друга больше, чем ширина 25 (фиг.9) радиально наружной концевой области 20, образованной благодаря смещению самого наружного участка 20 профиля. Так как смещение между радиально самым наружным сечением 21 профиля и соседним сечением 21.2 профиля больше, преимущественно существенно больше, чем смещение между сечением профиля 21.2 и 21.3, радиально наружная область 20 имеет больший подъем, чем остальная часть лопасти 7 вентилятора, на которой расположены сечения 21.1-21.7 профиля.
В принципе достаточно, если только самое наружное сечение 21 профиля смещено в направлении всасывающей стороны 8 по сравнению с соседним (соседними) сечением (сечениями) профиля.
Радиальная концевая область 20 (фиг.9), возникшая благодаря смещению сечения (сечений) профиля, оказывает действие, которое, в общем, достигается благодаря смещению сечений профиля, соответствующее струйному элементу 17 предыдущей формы осуществления.
В примере осуществления сечения 21-21.7 профиля имеют подобное образование поперечного сечения. Радиально наружное сечение 21 профиля может иметь другую форму сечения профиля, чем остальные сечения 21.2-21.6 профиля. Таким образом, с помощью влияния положения соответствующих сечений профиля относительно друг друга лопасть 7 вентилятора может оптимально улучшаться в отношении требуемого случая применения в части коэффициента полезного действия и/или снижения уровня шума.
В описанном и изображенном примере осуществления достигается смещение сечения профиля по направлению к всасывающей стороне 8. Но может быть также предусмотрено смещение по направлению к напорной стороне 9.
В остальном лопасть 7 вентилятора выполнена так же, как и предыдущей форме осуществления.
Чтобы получить по возможности беспрепятственное прохождение потока через зазор в области между струйным элементом или концевой областью 20 и внутренней стороной обечайки 2 корпуса, струйный элемент 17 или концевая область 20 имеют, если смотреть в осевом направлении крыльчатки 4, большой радиус 27 кривизны.
Оптимальное прохождение потока 24 через зазор поддерживается благодаря тому, что зазор 26 для потока (фиг.6) между струйным элементом 17 или концевой областью 20 и обечайкой 2 корпуса сужается с удалением от напорной стороны 9 по направлению к всасывающей стороне 8. Зазор 26 для потока выполнен в форме сопла, что вносит вклад при свободном от помех протекании воздуха через зазор 26 для потока в уменьшение шума.
Смещение сечений профилей лопасти 7 вентилятора, описанное с помощью фиг.7-11, осуществляется в представленном примере поступательно и вращательно. На фиг.11 различные сечения профиля изображены в виде проекции на плоскость чертежа. Из фиг.11 следует, что эти сечения профиля смещены по отношению друг к другу не только поступательно, но также и вращательно. Можно видеть, радиально внутри лежащие сечения 21.7-21.5 профиля проходят более круто, чем радиально лежащие снаружи сечения 21-21.4 профиля. Из фиг.11 дальше следует, что благодаря этому сдвигу сечения профиля по радиальной длине лопасти 7 вентилятора форма этой лопасти вентилятора с помощью разработчика может очень просто устанавливаться и подбираться к случаю применения.