КРЫЛЬЧАТКА ДЛЯ ДИАГОНАЛЬНЫХ ИЛИ РАДИАЛЬНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ (ЕЕ ВАРИАНТЫ), ФОРМА ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОЙ КРЫЛЬЧАТКИ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ С ОДНОЙ ТАКОЙ КРЫЛЬЧАТКОЙ
IMPELLER FOR DIAGONAL OR RADIAL FANS (EMBODIMENTS THEREOF), DIE CASTING MOLD FOR MAKING SUCH IMPELLER, AS WELL AS DEVICE WITH AT LEAST ONE SUCH IMPELLER

Настоящее изобретение относится к области вентиляторов, в частности крыльчатки для диагональных или радиальных вентиляторов (ее вариантов), формы для литья под давлением для изготовления такой крыльчатки и устройства по меньшей мере с одной такой крыльчаткой.
Известны крыльчатки для диагональных или радиальных вентиляторов с двухмерными (2D) геометрическими характеристиками, которые изготавливают в виде одной детали методом литья под давлением. У крыльчаток с двухмерными геометрическими характеристиками, однако, низки значения КПД, мала производительность по воздуху и высок уровень шума.
Известны также трехмерные (3D) крыльчатки, которые, однако, изготовлены из нескольких деталей, нуждающихся в соединении друг с другом. Поэтому такие крыльчатки экономически недостаточно выгодны в изготовлении.
В основе изобретения лежит задача сформировать обычную для класса крыльчатку, обычную для класса форму для литья под давлением и устройство таким образом, чтобы добиться простоты изготовления крыльчаток с трехмерными геометрическими характеристиками и, соответственно, особо высоким КПД, особо высокой производительностью по воздуху и особо низким шумом, причем используя лишь незначительное количество материала.
В случае обычной для данного класса крыльчатки эту задачу согласно изобретению решают с помощью признаков, описанных в пункте 1, 22, 33 и 35 формулы изобретения, в случае обычной для данного класса формы для литья под давлением - согласно изобретению с помощью признаков, описанных в пункте 37, а в случае устройства - с помощью признаков пункта 39 формулы изобретения.
Крыльчатка согласно изобретению отличается тем, что ее нижний диск, верхний диск и лопасти сформированы в трех измерениях таким образом, что их можно изготавливать методом литья под давлением все вместе в виде одной детали. В проекции на соосный цилиндр со средним диаметром тыльного либо же, соответственно, переднего края продолжение тыльного и/или переднего края лопастей образуют в каждом случае с линиями, параллельными оси вращения, некоторый угол, из которых по меньшей мере один угол не равен 0°. Следствие трехмерных геометрических характеристик крыльчатки - это высокий коэффициент полезного действия при низком уровне шума. Крыльчатка изготовлена так, что гарантируется возможность ее извлечения из формы (из инструмента для литья под давлением). Трехмерная форма, помимо высокого коэффициента полезного действия, высокой производительности по воздуху и низкого шумовыделения, дает возможность изготавливать эти детали тонкостенными и тем не менее добиваться высокой прочности крыльчатки. Выгодно, чтобы по меньшей мере один угол был больше 0°.
Согласно изобретению в особо предпочтительной форме исполнения крыльчатка изготовлена так, чтобы оба угла между проекциями продления тыльных и/или передних краев лопастей и линиями, параллельными оси вращения, существенно различались, в результате чего тыльный и/или передний край может иметь криволинейную форму.
Предпочтительно, чтобы угол, относящийся к верхнему диску, был больше, чем угол, относящийся к нижнему диску.
Предпочтительно, чтобы верхний диск был изготовлен так, чтобы его диаметр, если смотреть в разрезе по оси, увеличивался от впуска для воздуха в направлении к выпуску для воздуха. Такое исполнение облегчает извлечение из формы для литья под давлением. Кроме того, такое исполнение верхнего диска способствует повышению коэффициента полезного действия и снижению уровня шума.
Предпочтительно, чтобы образующая верхнего диска имела такую кривизну, чтобы диаметр верхнего диска увеличивался от впуска для воздуха к выпуску воздуха непрерывно (плавно). Образующая позволяет очень просто задать форму верхнего диска в трех измерениях.
Также простоте извлечения крыльчатки из формы для литья под давлением выгодным образом способствует то, что образующая на некотором расстоянии от впускного отверстия для воздуха проходит прямо.
В еще одном выгодном варианте исполнения диаметр нижнего диска, при взгляде в разрезе по оси, увеличивался, начиная с обращенного к верхнему диску конца. Изготовленный таким образом нижний диск благоприятствует повышению коэффициента полезного действия и снижению уровня шума.
Образующая нижнего диска проходит от обращенной к верхнему диску стороны с таким искривлением, чтобы диаметр нижнего диска в разрезе по оси увеличивался. Посредством образующей можно простым образом регулировать трехмерную форму нижнего диска в соответствии с заданными условиями применения крыльчатки.
Простоте извлечения из формы выгодным образом способствует также то, что образующая на некотором расстоянии от своего конца, обращенного к верхнему диску, проходит по прямой.
В особо предпочтительной форме исполнения, при которой добиваются высокой производительности по воздуху, высокого коэффициента полезного действия и низкого шумовыделения, угол α2, в разрезе по оси заключенный между свободным концом нижнего диска, обращенным от верхнего диска, и радиальной линией, по меньшей мере на 3° меньше, чем угол α1, который в разрезе заключен между обращенным к выпуску для воздуха концом верхнего диска и радиальной линией.
Чтобы, несмотря на тонкостенное исполнение лопастей, обеспечить высокую прочность, переходный участок от лопастей к верхнему и/или нижнему диску выполнен с закруглением. Это позволяет исполнить критический переходный участок так, чтобы в процессе применения крыльчатки удавалось избежать пиковых напряжений и чтобы нагрузки в этой области воспринимались надежно.
Чтобы можно было настроить переходный участок на нагрузки при использовании, выгодно, если переход от лопастей к верхнему и/или нижнему диску имеет различную ширину в зависимости от стороны лопасти.
Так, например, ширина закругления в направлении лопасти и в направлении верхнего или нижнего диска различна.
Для простоты соединения крыльчатки с мотором нижний диск снабжен соответствующим местом стыковки (сопряжением) для соединения с мотором.
Если размеры мотора малы, то место стыковки выгодным образом представляет собой кольцевидную шайбу, которая предусмотрена на внутреннем краю нижнего диска.
Чтобы было возможно простое присоединение крыльчатки к мотору, место стыковки располагается в пределах участка, окруженного лопастями крыльчатки, если смотреть в направлении оси крыльчатки.
Если крыльчатка предусмотрена для мотора больших размеров, то место стыковки выгодным образом предусмотрено на некотором расстоянии от внутреннего края нижнего диска и образовано выступающими с наружной стороны нижнего диска куполами. Чтобы соединить мотор с крыльчаткой, крепежные винты можно ввинчивать либо непосредственно в эти купола, либо во вложенные в купола металлические втулки.
В случае предпочтительной формы исполнения соединение крыльчатки с мотором осуществляют шурупами-саморезами для пластмассы, которые ввинчивают в купола.
Чтобы улучшить проведение потока в направлении места стыковки, в предпочтительной форме исполнения на внутреннем краю нижнего диска можно установить колпак для потока (обтекатель).
Он выгодным образом изготовлен так, что его наружная сторона по меньшей мере приблизительно представляет собой непрерывное (плавное) продолжение внутренней стороны нижнего диска.
Форма для литья под давлением согласно изобретению для изготовления верхнего диска оснащена, вкупе с местом стыковки, по меньшей мере одной формовочной вставкой, которая находится между двумя толкателями. Посредством формовочной вставки внутри обоих формовочных инструментов изготавливают нижний диск с местом сопряжения, внутри формы для литья под давлением. Форма формовочной вставки зависит от того, какую форму должно иметь место стыковки. Таким образом, путем простой замены формовочной вставки можно несложным способом изготавливать в форме для литья под давлением нижние диски с различными местами стыковки.
Поскольку с применением формовочной вставки формуют весь нижний диск с местом стыковки, то расходы на инструмент еще не оптимальны. По этой причине в выгодном усовершенствованном варианте предусматривается, что формовочная вставка представляет собой вставку-адаптер, в которую можно устанавливать меньшие формовочные вставки для формирования места стыковки. Вставка-адаптер служит по существу для формирования нижнего диска, в то время как вставленные малые формовочные вставки используют для формирования места стыковки на нижнем диске. Благодаря применению вставки-адаптера с малыми формовочными вставками экономятся расходы на оборудование, так как для формирования различных мест стыковки требуются только малые формовочные вставки.
Устройство согласно изобретению имеет по меньшей мере один вентилятор с крыльчаткой согласно изобретению.
Предпочтительно, чтобы устройство имело по меньшей мере два расположенных друг рядом с другом вентилятора. Это позволяет отлично охлаждать устройство.
Если расстояние между осями вентиляторов составляет самое большее 1,75*D1, причем D1 - это диаметр верхнего диска в области выпуска воздуха, то устройство, несмотря на по меньшей мере два вентилятора, можно изготовить компактным.
Особо компактное относительно производительности по воздуху устройство можно изготовить так, чтобы боковые стенки устройства подходили на очень близкое расстояние в радиальном направлении к выпуску воздуха крыльчатки вентилятора, причем без существенного ухудшения коэффициента полезного действия, производительности по воздуху или малошумности. У особо компактного устройства характерные размеры боковых стенок устройства Dg (в случае круглой формы это диаметр, а в случае четырех угольной формы - расстояние между боковыми стенками) таковы, что Dg<=1,75 D1, причем D1 - это диаметр верхнего диска в области выпуска воздуха.
Предмет настоящей заявки очевиден не только из предметов отдельных пунктов формулы изобретения, но и из всех данных и признаков, раскрытых в чертежах и описании. Для них, также и в том случае, если они не являются предметом формулы изобретения, испрашивается защита как для существенных для изобретения, постольку, поскольку они обладают новизной в сравнении с нынешним уровнем техники по отдельности или в комбинации.
Прочие признаки изобретения следуют из прочих пунктов формулы, описания и из рисунков.
Приведено более подробное объяснение изобретения на основании примеров исполнения, показанных на чертежах. Представлено:
Фиг. 1 Крыльчатка согласно изобретению,
Фиг. 2 Разрез крыльчатки в осевом направлении согласно Фиг. 1,
Фиг. 3 Вид сбоку на крыльчатку согласно изобретению,
Фиг. 3а Двухмерное изображение тыльного конца лопатки с характерными углами,
Фиг. 4а
- Фиг. 4с Различные возможности исполнения элемента X на Фиг. 2, увеличено,
Фиг. 5 Вид с торца на крыльчатку согласно изобретению,
Фиг. 6 Разрез в осевом направлении крыльчатки, которая снабжена устройством пристыковки для моторов больших размеров,
Фиг. 6а В изображении, соответствующем Фиг. 2, - характерные углы для задания сечения профиля лопастей крыльчатки.
Фиг. 6b В изображении, соответствующем Фиг. 2, - крыльчатка с мотором,
Фиг. 7 Схематическое изображение в разрезе инструмента для литья под давлением (головки экструдера), с помощью которого изготавливают крыльчатку с устройством пристыковки для моторов малого размера.
Фиг. 8 В изображении, соответствующем Фиг. 7, - инструмент для литья под давлением для изготовления крыльчатки с устройством пристыковки для моторов больших размеров,
Фиг. 9
и Фиг. 10 В каждом случае в изображении, соответствующем Фиг. 7, - другие варианты исполнения инструментов для литья под давлением (головок экструдеров) для изготовления крыльчатки,
Фиг. 11 В схематическом изображении и в разрезе - колпак для потока (обтекатель) крыльчатки,
Фиг. 12 Разрез по линии А-А на Фиг. 6а, увеличено,
Фиг. 13 Устройство согласно изобретению с двумя вентиляторами, расположенными рядом друг с другом,
Фиг. 14 еще одна форма исполнения устройства согласно изобретению,
Крыльчатка предназначена для вентилятора, который может быть диагональным или радиальным. Крыльчатка отличается свободными трехмерными геометрическими характеристиками. Под этим подразумевается, что на лопастях вентилятора отсутствуют прямые линии или плоские или экструдированные поверхности. Под экструзией в данном случае подразумевают формирование поверхности лопасти вентилятора путем параллельного переноса образующей кривой в пространстве. Вентиляторы с такими крыльчатками обладают очень высоким коэффициентом полезного действия при особо низком уровне шума. Крыльчатка выполнена в виде одной детали, изготовленной методом литья под давлением. Для лопастей вентилятора, нижнего и верхнего дисков крыльчатки используют перемычки [(элементы)] малой толщины, так что можно сэкономить материал для изготовления крыльчатки. Тем не менее крыльчатка отличается высокой прочностью.
Крыльчатку выгодным образом изготавливают из армированного волокном термопласта. В возможных формах исполнения термопласт может представлять собой полиамид (ПА6, ПА66, ПА66/6, ПАПА, ППА, ПА 4.6, ПА12), сложный полиэфир (ПБТ, ПЭТ), полипропилен (ПП), ППС, ПЭС, ПЭСУ, ПЭЭК, АБС, ПК или АСА, предпочтительно полиамид или полипропилен. Армирующие волокна могут состоять из стекла, углеволокна, арамида, термопласта (ПЭТ, ПА) или натурального волокна (например, лен, конопля, сизаль, джут, кокос), предпочтительно стекловолокно.
У крыльчатки имеется верхний диск 1, через который засасывается воздух, направление потока которого обозначено стрелками 2. Верхний диск выполнен как тело вращения и обладает поперечным сечением потока, плавно увеличивающимся в направлении входного потока. Выгодно, чтобы верхний диск 1 был выполнен таким образом, чтобы в области выхода 4 (Фиг. 2) его диаметр был на 30-70% больше, чем в области входа 5.
Верхний диск 1 соединен лопастями 6 с нижним диском 7. В данном примере исполнения он, как и нижний диск 7, выполнен как тело вращения. Нижний диск 7 выполнен по существу коническим и имеет боковую поверхность 8, которая вместе с противолежащей стенкой верхнего диска 1 образует рабочий проход для воздуха, составляющего поток. На свободном конце диаметр нижнего диска 7 максимален, он, например, больше диаметра входа 5 верхнего диска 1. Начиная от свободного конца боковой поверхности (оболочки) 8, диаметр нижнего диска 7 выгодным образом плавно уменьшается в направлении верхнего диска 1. К внутреннему концу оболочки (боковой поверхности) 8 примыкает устройство пристыковки мотора 9, образующее место стыковки для присоединения моторного привода и выполненное в виде кольцевой шайбы. Устройство пристыковки мотора 9 располагается в радиальной плоскости крыльчатки. У устройства пристыковки мотора имеются распределенные по окружности сквозные отверстия 10 для крепежных болтов.
В осевом разрезе оболочка 8 нижнего диска 7 может оставаться прямой по своей длине. В представленном примере исполнения оболочка 8 проходит вблизи устройства пристыковки мотора 9 с искривлением, и только на некотором расстоянии от него она прямая.
Верхний диск 1 и нижний диск 7 предпочтительно выполнены в виде тел вращения. Они, однако, могут иметь и любую другую форму, в зависимости от варианта применения и конструкции вентилятора, на котором предстоит смонтировать крыльчатку.
Верхний диск 1 и нижний диск 7 соединены друг с другом лопастями 6. Как видно из фиг. 1-3, лопасти 6 находятся на малом расстоянии от входа 5 верхнего диска 1, а также на малом расстоянии от свободного края 11 нижнего диска 7. Лопасти 6 выполнены одинаковыми и при использовании вентилятора они обеспечивают всасывание воздуха через входное отверстие 5 верхнего диска 1 в направлении стрелок 2, обозначающих поток, и течение воздуха под углом наружу в направлении стрелок 12 между стенкой 3 верхнего диска 1 и оболочкой 8 нижнего диска 7. В осевом разрезе согласно фиг. 2 проекция направления потока 12 на плоскость чертежа, соответствующую осевой плоскости, образует острый угол α с соответствующей линией радиуса крыльчатки.
Как угол α обозначен угол между спроецированным на осевую плоскость воображаемым усредненным направлением потока 12 на выходе крыльчатки полученным по оценке, основанной на геометрических свойствах крыльчатки, и находящимся в осевой плоскости перпендикуляром, опущенным на ось вращения 13 крыльчатки. Для диагональных вентиляторов угол α находится приблизительно между 20° и приблизительно 70°. При этом угол α задан соотношением α=0,5*(α1+α2). При этом, когда требуется высокий коэффициент полезного действия при низком уровне шума, выдерживается α1≥α2. В особо предпочтительной форме исполнения, при которой добиваются высокой производительности по воздуху, высокого коэффициента полезного действия и низкого шумоиспускания, α2 по меньшей мере на 3° меньше, чем α1. Выгодный диапазон углов находится приблизительно между 5° и 15°.
Угол α1 определяют между находящимся в осевой плоскости перпендикуляром к оси вращения 13 и находящимся в осевой плоскости продлением стенки 3 нижнего диска 7. При этом перпендикуляр к оси вращения 13 проходит через свободный конец 14 нижнего диска 7.
Равным же образом угол α2 определяют между находящимся в осевой плоскости перпендикуляром к оси вращения 13 и находящимся в осевой плоскости продлением оболочки 8 нижнего диска 7. При этом перпендикуляр проходит через свободный край 11 нижнего диска 7.
На основании Фиг. 3 приведено пояснение конструкции лопастей 6 в трех измерениях. У лопастей 6 имеются тыльные края 15, кривая прохождения которых существенно отличается от соответствующей прямой хорды 16. Она соединяет два конца тыльного края 15. У переднего края 17 лопастей 6 также имеется кривая прохождения (профиль), существенно отличающаяся от соответствующей прямой хорды. Максимальное расстояние от хорды 16 до тыльного края лопасти в предпочтительной форме исполнения больше, чем 8% длины хорды 16. Это аналогичным образом справедливо для переднего края лопасти и его хорды. Лопасти 6 сконструированы так, что всю крыльчатку, несмотря на сложную трехмерную геометрическую форму можно просто и недорого изготавливать в инструменте для литья под давлением.
Ниже приведено описание того, как получают двухмерное изображение тыльных краев 15 на фигуре 3а. На фигуре 3а в упрощенном виде, по прохождению их средней линии, представлены тыльные канты 15, которые на фигуре 3 изображены в виде узких площадей. Для вывода фигуры 3а из фигуры 3 тыльные канты, представленные в упрощенном виде как линии, проецируют на боковую поверхность цилиндра. При этом используемый для проекции цилиндр использует ось вращения в качестве своей оси, а диаметр его - это средний диаметр по обеим конечным точкам тыльного края 15. Используемый метод проекции - это метод наименьших расстояний (спроецированная точка - это точка на боковой поверхности цилиндра, находящаяся на наименьшем расстоянии от исходной точки). Спроецированное на боковую поверхность цилиндра изображение тыльного канта еще разворачивают в плоскость чертежа; так в конце концов получают изображение тыльных кантов 15 на фигуре 3а. Абсолютно аналогичным образом можно вывести двухмерное изображение профиля переднего канта лопасти 17.
Значения углов β, β1 и β2 на Фиг. 3а положительны. Положительные углы дают ту тенденцию, что если двигаться по тыльному канту в направлении нижнего диска, то профиль тыльного канта смещается в направлении вращения 47 крыльчатки.
В зависимости от требований к аэродинамике крыльчатки возможны также и отрицательные значения углов β, β1 и β2. В качестве примера на Фиг. 3а схематически представлен отрицательный угол β2-. Отрицательный угол β2- определяют таким же образом, как это было изложено ранее для положительных значений угла β2.
Для приблизительного определения трехмерности лопастей 6 и таким образом крыльчатки используют углы β, β1 и β2 (Фиг. 3а), которые по модулю значительно больше 0°. Эти углы на Фиг. 3а представляют собой углы между соответствующими касательными (изображение точечным пунктиром) к тыльному краю лопатки 15 и параллели к оси, представленной штриховой линией. Например, оба угла β1 и β2 в конечных точках тыльного канта лопатки 15 могут быть по модулю, например, больше 10°. Выгодно, если углы β1 и β2 имеют положительные значения. Оба угла β1 и β2 (Фиг. 3а) могут быть одинаковы, но также могут и существенно отличаться друг от друга. В особо целесообразной форме исполнения оба угла β1 и β2 отличаются друг от друга более чем на 10°. При этом β1 больше, чем β2. Изменение угла β от начальной точки тыльного края 15 на верхнем диске, где угол приобретает значение β1, и до конечной точки тыльного канта 15 на нижнем диске 7, где угол приобретает значение β2, представляет собой в этом примере исполнения монотонное падение. Также возможно немонотонное изменение угла β.
Описанные применительно к тыльному краю лопатки профили углов β, β1 и β2 можно также аналогичным образом использовать для изменений переднего края лопатки. Описанными свойствами (чтобы благодаря этому описать трехмерные геометрические свойства крыльчатки) могут обладать профиль тыльного канта лопатки или профиль переднего канта лопатки или же оба профиля.
В предпочтительной форме исполнения тыльный край 15 и передний край 17 лопасти 6 проходят с непрерывным наличием касательной, то есть у них отсутствуют изломы.
Следствие больших значений модуля β, β1 и β2 - это аэродинамические и аэроакустические преимущества. Из соображений техники изготовления (пригодности к извлечению из инструмента для литья под давлением при изготовлении в виде одной детали) предпочтительно выбирать углы с не слишком большим значением по модулю. Так, предпочтительно, чтобы β1 и β2 по модулю были не больше 50°, а также чтобы самый большой по модулю угол β при рассмотрении по всему тыльному канту 15 был не больше 65°.
На фигуре 12 показан разрез лопасти 6. Такой разрез получают благодаря сечению лопасти 6 плоскостью сечения А-А, которая показана на фигуре 6а. Более подробное описание положения плоскостей сечения А-А:
Каждая возможная плоскость сечения А-А пересекает среднюю линию тыльного канта лопасти 15 в точке Р (Фиг. 6а). В этой точке Р плоскость сечения А-А проходит параллельно воображаемому направлению выхода потока 12, спроецированному на локальную осевую плоскость, которое описано углом α. Кроме того, плоскость сечения А-А в точке Р проходит параллельно локальному направлению скорости вращения (направлению образующей). Рассматриваются только плоскости сечения, которые пересекают как тыльный кант лопатки, так и передний кант лопатки. По этим условиям возникает плоскость сечения, которая представляет собой самую близкую к верхнему диску 1, а также плоскость сечения, которая представляет собой самую близкую к нижнему диску 7. Обе эти крайние плоскости сечения представляют собой начало (верхний диск) и конец (нижний диск) прохождения плоскостей сечения.
Предпочтительно, чтобы полученное описанным образом сечение лопасти 6 (Фиг. 12) было похоже на профиль несущей плоскости (крыла), известный применением в самолетах. Это приводит к низкому шумоиспусканию при эксплуатации, а также обеспечивает высокие значения коэффициента полезного действия. Чтобы сэкономить материал и снизить расходы, предпочтительно выбирают тонкие сечения профиля. Предпочтительно, чтобы отношение максимальной толщины профиля dmax (максимального диаметра вписанной окружности) к длине хорды профиля s составляло d/s<0,04. Чтобы дополнительно минимизировать шумовыделение, дополнительно минимизирована толщина лопасти 6 в области тыльного канта 15 (со стороны отходящего потока). Чтобы иметь возможность технической реализации малой толщины тыльного канта при изготовлении, существенно уменьшают толщину на участке shk (последних 10% длины хорды s). Коэффициент уменьшения толщины от начала до конца этого участка непосредственно на тыльном канте 15 превышает 30%, предпочтительно 50%.
Углом γ в плоскости сечения (Фиг. 12) обозначают угол между хордой s и линией 1, которая соединяет середину хорды с осью вращения 13. Предпочтительно, чтобы этот угол γ составлял от 20° до 70°. В особо предпочтительной форме исполнения этот угол γ изменяется между различными сечениями (от верхнего диска к нижнему) существенно более чем на 10°. Лопасть 6, таким образом, закручена, что особо предпочтительно для коэффициента полезного действия и акустики.
Закрутку лопасти 6 можно описать на основании углов γ1 и/или γ2. В особо предпочтительных формах исполнения углы γ1 и/или γ2 изменяются между различными сечениями (от верхнего диска к нижнему) более, чем на 10°.
Согласно Фиг. 12 через γ1 обозначается угол между касательной к средней линии профиля лопасти на переднем канте лопасти 17 и линией 11, которая соединяет передний кант 17 с осью вращения 13. Аналогично, согласно Фиг. 12 через γ2 обозначается угол между касательной к средней линии профиля лопасти на тыльном канте лопасти 15 и линией 12, которая соединяет тыльный кант 15 с осью вращения 13.
Трехмерные свойства лопасти также очевидны из сильного изменения длины хорды s между различными сечениями (от верхнего диска к нижнему). В особо целесообразной форме исполнения длина хорды изменяется между двумя самыми наружными сечениями (на верхнем и нижнем дисках) более чем на 5%.
В особо предпочтительной форме исполнения сечение с максимальной длиной хорды находится в срединной области крыльчатки, между верхним и нижним дисками. В этом случае максимальная длина хорды по меньшей мере на 3% больше, чем длина хорды на сечении, соответствующем верхнему диску, а также по меньшей мере на 3% больше, чем длина хорды на сечении, соответствующем нижнему диску.
Лопасти 6 выполнен в виде одной детали с верхним диском 1, а также с нижним диском 7 (Фиг. 2). Переходы между лопастями 6 и нижним либо же, соответственно, верхним диском можно выполнять по-разному, что более подробно описано на основании Фиг. 4а-4с. В частности, эти переходы можно выполнить так, что при малом расходе материала пиков напряжения в этой переходной области избегают или же настолько сильно уменьшают, что они не представляют проблемы в процессе применения крыльчатки.
При изготовлении согласно Фиг. 4а обе наружные стороны 18, 19 лопасти 6 переходят во внутреннюю сторону 20 оболочки (боковой поверхности) 8 нижнего диска 7 с образованием острой кромки. Из-за перехода с острой кромкой в процессе эксплуатации крыльчатки возникают высокие пики напряжения, которые связаны с концентрацией напряжений (влиянием надреза). Соответственно, лопасть 6 и оболочка 8 обладают такой толщиной, чтобы в этой области перехода не возникал излом.
В форме исполнения согласно Фиг. 4b наружные стороны 18, 19 лопасти 6 переходят во внутреннюю сторону 20 оболочки 8 с закруглением. Закругление выполнено так, что оно простирается приблизительно на одинаковое расстояние в направлении лопасти dy и в направлении верхнего/нижнего диска dx. Ввиду закругления сечение в области перехода от лопасти 6 к боковой поверхности (оболочке) 8 плавно увеличивается. Благодаря этому исполнению при эксплуатации на переходном участке возникают лишь небольшие пики напряжения.
В примере исполнения согласно Фиг. 4с закругления с двух сторон лопасти 6 выполнены по-разному. Протяженность закругленного участка в переходной зоне подобрана соответственно возникающей во время эксплуатации нагрузке. Так, переход, простирающийся в направлении лопасти dy, существенно больше, чем участок, простирающийся в направлении dx верхнего или нижнего диска 1, 7. В качестве примера можно указать, что переходный участок dy больше, чем приблизительно 1,5 dx. Благодаря этому асимметричному (неравномерному) исполнению участка перехода между лопастью 6 и верхним или нижним диском 1, 7 можно добиться оптимального соответствия крыльчатки ожидаемым при эксплуатации нагрузкам.
Крыльчатка согласно Фиг. 1, 2 и 5 предусматривается для моторов с малым диаметром места стыковки. Мотор можно привинтить к кольцевидному устройству пристыковки мотора 9. Как видно на Фиг. 5, передние канты 17 лопастей 6 находятся на некотором расстоянии от устройства пристыковки мотора 9 в радиальном направлении, если смотреть по оси крыльчатки. Благодаря этому мотор с его соответствующим местом стыковки можно без сложностей привинтить к кольцевидному устройству пристыковки мотора 9.
На фигуре 6b показана такая крыльчатка с привинченным мотором 39. Мотор 39, во вращающемся фланце 40 которого сделаны резьбовые отверстия, закреплен винтами 41, которые ввинчены со стороны всасывающего отверстия 5. Возможно также не вводить во фланец мотора 40 резьбовые отверстия, а закреплять болты 41 на моторе 39 гайкой. Неподвижная часть 39' мотора 39 (с внешним ротором) смонтирована известным способом.
В предпочтительной форме исполнения в сквозное отверстие 10 пластмассовой крыльчатки дополнительно введены металлические втулки, что обеспечивает повышенную прочность винтового соединения.
Если же крыльчатку, напротив, применяют с моторами 39 с большим диаметром места стыковки, то устройство пристыковки 9 мотора предусмотрено в области боковой поверхности (оболочки) 8 нижнего диска 7 (Фиг. 6). Устройство пристыковки мотора 9 формируется куполами 21, расположенными друг за другом по окружности на некотором расстоянии друг от друга, которые выступают с наружной стороны 22 оболочки 8 нижнего диска 7. В каждом случае купола 21 снабжены углублением 23 для размещения крепежных винтов, которыми можно привинтить мотор 39 с его соответствующим местом стыковки. Возможно также соединение мотора 39 с устройством пристыковки мотора через дополнительный адаптер из металлического листа или пластмассы. Нижний диск 7 согласно Фиг. 6 отличается от предыдущей формы исполнения тем, что на суженном конце у него нет кольцевой шайбы. В остальном нижний диск 7 может быть изготовлен так же, как и в предыдущей форме исполнения. Поскольку купола 21 предусмотрены на наружной стороне 22 оболочки 8, обращенной от верхнего диска 1, крыльчатку удобно присоединять к мотору 39.
Чтобы иметь возможность простого изготовления крыльчатки с различными вариантами устройства пристыковки мотора 8, применяют всего лишь различные вставки для инструментов для литья под давлением, как это поясняется на основании Фиг. 7-10. Таким образом можно методом литья под давлением очень просто изготавливать крыльчатки для моторов различных размеров.
Описанные крыльчатки имеют характерные размеры либо же, соответственно, соотношения размеров, с которыми возможно простое изготовление крыльчаток методом литья под давлением.
В области входа 5 внутренний диаметр верхнего диска 1 имеет значение Ds. Соседствующие с входом 5 концы 24 лопастей 6 лежат на окружности с диаметром Di1. Лежащие на нижнем диске 7 концы 24а лопастей 6 лежат на окружности с диаметром Di2, если смотреть в осевом разрезе. В области выхода 4 диаметр верхнего диска 1 имеет значение D1. Нижний диск 7 на свободном конце 11 имеет диаметр D2.
На Фиг. 6 показаны не названные диаметры, а соответствующие радиусы в виде Ds/2, Di1/2, Di2/2, D1/2 и D2/2.
В изображении согласно Фиг. 6 концы 24 лопастей 6 лежат не в плоскости чертежа, но смещены назад относительно плоскости чертежа. Концы лопастей 24 располагаются на боковой поверхности 3 верхнего диска 1. Поэтому в зависимости от формы боковой поверхности 3 диаметр Di1 может быть равен диаметру Ds, но также может быть меньше или больше, чем диаметр Ds.
Диаметры D1 и D2, а также Di1 и Di2 в каждом случае отличаются в определенных соотношениях. Кроме того, отношение Ds/D1 у крыльчатки сравнительно велико и находится, например, в диапазоне приблизительно больше 0,6, предпочтительно 0,7..0,85. Это соотношение диаметров приводит к тому, что при эксплуатации крыльчатка демонстрирует лишь незначительное шумовыделение. Благодаря большому соотношению Ds/D1 вентилятор может выдавать большой объемный поток воздуха.
Диаметр D2 меньше или равен D1. Предпочтительно, чтобы D2 находился в пределах от 0,8 до 0,95*D1. Выбор такого значения D2 дает возможность высокого объемного потока воздуха, поскольку поток воздуха на нижнем диске 7 не слишком значительно поворачивает в радиальном направлении.
Этому также способствует тот факт, что диаметры D1 и D2 тоже согласованы друг с другом таким образом, что выход воздуха (стрелки потока 12) организован оптимально и способствует очень тихой работе крыльчатки.
Диаметр Di2 существенно меньше, чем Di1. В предпочтительной форме исполнения Di2 находится в пределах от 0,2 до 0,5*Di1. Это обеспечивает высокие значения коэффициента полезного действия и низкие акустические показатели. Кроме того, это соотношение также характеризует трехмерные свойства и сложность геометрических показателей крыльчатки, извлечение которой в виде одной детали из инструмента для литья под давлением представляет собой сложность.
Лопасти 6 также изготовлены таким образом, что при эксплуатации крыльчатки они создают лишь незначительный шум, при этом, однако, оптимальным образом перемещают воздух.
Описанные крыльчатки характеризуются высоким коэффициентом полезного действия и особо низким уровнем шума. При этом крыльчатки можно изготавливать недорого, поскольку их изготавливают, в частности, в виде одной детали. Особо предпочтительно изготавливать крыльчатки в виде детали методом литья под давлением из армированной волокном пластмассы. Благодаря этому у крыльчаток не только мала масса, но они еще и отличаются высокой прочностью. Благодаря особой форме перехода между лопастями 6 и боковой поверхностью 8 нижнего диска 7 либо же, соответственно, боковой поверхностью 3 верхнего диска 1 лопасти можно изготавливать очень тонкостенными, причем это происходит не за счет прочности. Переход между лопастями 6 и верхним диском 1 либо же, соответственно, нижним диском 7 можно, как это описано применительно к Фиг. 4с, отрегулировать в соответствии с возникающей при эксплуатации крыльчатки нагрузкой в этой области. Закругление на переходе от лопасти 6 к верхнему диску 1 либо же, соответственно, нижнему диску 7 выбирают так, чтобы участок перехода выдерживал нагрузки, возникающие при эксплуатации крыльчатки. Благодаря этому сами лопасти 6 можно выполнить очень тонкими, что способствует не только малой массе крыльчатки, но также вносит существенный вклад в экономию пластмассы для изготовления крыльчатки.
Ниже описано изготовление различных крыльчаток в инструменте для литья под давлением. На Фиг. 7 схематически показан инструмент для литья под давлением, с помощью которого можно изготавливать крыльчатку согласно Фиг. 1, 2 и 5, причем устройство пристыковки мотора 9 образовано кольцевой шайбой на внутреннем крае нижнего диска 7. У инструмента для литья под давлением имеются два ползунка 26, 27, располагающиеся по обе стороны формовочной вставки 28, с помощью которой изготавливают нижний диск 7 с кольцевой шайбой 9. Формовочная вставка 28 вместе с другими (не изображенными) деталями формы для литья под давлением ограничивает полость, в которую впрыскивают пластмассу для изготовления нижнего диска 7. По окончании процесса впрыскивания оба ползунка 26, 27, расположенных по обе стороны формовочной вставки 28, можно отвести в противоположных друг другу направлениях, показанных стрелкой.
Если предстоит изготовить крыльчатку в соответствии с Фиг. 6, у которой устройство пристыковки мотора 23 не находится на внутреннем краю нижнего диска 7, то вместо формовочной вставки 28 изготавливают формовочную вставку 29 (фиг. 8), которая сконструирована так, что на наружной стороне 22 боковой поверхности 8 нижнего диска 7 можно изготовить купола 21. Ползунки 26, 27 остаются такими же.
Описанным образом можно благодаря применению различных вставок в каждом случае изготавливать нижний диск так, чтобы к крыльчатке можно было присоединять моторы различного размера.
В случае устройства пристыковки мотора согласно Фиг. 1, 2 и 5 крепежные винты ввинчивают во фланец мотора 40 через отверстия 10 со стороны входа 5. Сам приводной двигатель находится в области, заключенной внутрь нижнего диска 7.
В случае крыльчатки согласно Фиг. 6 винты со стороны нижнего диска ввинчивают через фланец мотора или адаптера непосредственно в купола 21 нижнего диска 7. Шурупы-саморезы и самофиксирующиеся шурупы для пластмассы выгодным образом ввинчивают непосредственно в купола 21. В купола 21 можно, однако, вкладывать также и металлические втулки, в которые вворачивают крепежные винты.
Фиг. 9 демонстрирует еще один пример исполнения инструмента для литья под давлением, с помощью которого можно изготавливать нижний диск 7 соответственно Фиг. 1, 2 и 5. В отличие от формы исполнения согласно Фиг. 7 применяют две формовочные вставки 30, 31, которые размещаются между ползунками 26, 27 инструмента для литья под давлением. Формовочная вставка 30 образует вставку-адаптер, в которую можно вкладывать различные формовочные вставки, чтобы изготавливать различные устройства пристыковки мотора. Формовочная вставка 30 изготовлена так, что она по существу формирует боковую поверхность (оболочку) 8 нижнего диска 7. Существенно меньшая формовочная вставка 31 служит для изготовления остальной части оболочки 8, а также устройства пристыковки мотора 9 нижнего диска 7.
Как демонстрирует Фиг. 10, посредством замены малой формовочной вставки 31 можно изготавливать другую форму устройства пристыковки мотора 9 нижнего диска 7. Формовочная вставка 30 точно такая же, как формовочная вставка инструмента для литья под давлением согласно Фиг. 9.
Оба примера с формовочными вставками 31 демонстрируют, что различные устройства пристыковки мотора 9 можно изготовить путем применения очень малых формовочных вставок. Адаптерная вставка 30 дает возможность сэкономить расходы на оборудование, если необходимо изготавливать различные варианты устройств пристыковки мотора 9 на внутреннем конце нижнего диска 7.
Фиг. 11 демонстрирует возможность предусмотреть на нижнем диске 7 колпак для потока (обтекатель) 32, с помощью которого можно улучшить проведение потока в области устройства пристыковки мотора. Обтекатель 32 можно установить на крыльчатку позднее. Форму ему можно придавать, например, в зависимости от применяемого мотора, его наружных геометрических показателей, а также его термических характеристик. Обтекатель 32 в примере исполнения выполнен закрытым и таким образом закрывает отверстие 33 в середине нижнего диска 7. Обтекатель 32 может также иметь по центру отверстие, которое оставляет, например, место для части мотора, например, для фланца (конусного фланца) мотора.
Представленный обтекатель 32 сконструирован приблизительно конусовидным с закругленной вершиной конуса 34, а на свободном его краю имеется по меньшей мере один крепежный элемент 35, с помощью которого его можно закрепить на нижнем диске 7. Крепежный элемент 35 представляет собой, например, охватывающее его кольцо с наружным кольцевым пазом 36, с которым входит в зацепление фасонный элемент 37 на краю 25 нижнего диска 7. Фасонный элемент 37 и кольцевой паз 36 входят в зацепление друг с другом по типу соединения "ласточкин хвост", благодаря чему обтекатель 32 надежно соединяется с нижним диском 7.
Наружная сторона 38 обтекателя 32 образует по существу плавное продолжение внутренней стороны 20 нижнего диска 7.
Обтекатель 32 может соединяться с нижним диском 7 любым подходящим образом, например, посредством защелкивающихся крюков, винтового соединения и т.п.
Описанные крыльчатки пригодны, в частности, для применения в рабочих точках с низким сопротивлением потоку. Крыльчатки выполнены компактными, так что их можно применять и во встроенном состоянии. Вследствие выполнения в виде одной детали крыльчатки можно экономичным образом изготавливать с применением соответствующих инструментов для литья под давлением.
На Фиг. 13 показано устройство 42, которое может представлять собой, например, сплит-систему (кондиционер), крышный вентилятор или тепловой насос, на котором установлены два вентилятора 43 с крыльчатками согласно изобретению. Эти вентиляторы 43 откачивают воздух из устройства 42. Благодаря форме, которая придана крыльчатке, получается возможность очень близкого размещения нескольких вентиляторов 43 друг рядом с другом, причем коэффициент полезного действия или акустические характеристики существенно не ухудшаются. Причина прежде всего состоит в выборе угла истечения α, но также и в оптимальных геометрических показателях лопастей в трех измерениях. Оказывается возможно очень компактно разместить две или более крыльчатки для вентиляторов согласно изобретению параллельно с межосевым расстоянием Dax в 1,75*D1 или менее (в частности 1,4-1,7*D1) и при этом сохранить малошумность и энергоэффективность.
Вентиляторы 43 можно размещать друг рядом с другом и/или друг за другом. В зависимости от величины подлежащего охлаждению устройства 42 можно выбирать количество вентиляторов 43. Каждый из вентиляторов присоединен своим верхним диском 1 в каждом случае ко входному соплу 44 устройства 42. Поскольку воздушные потоки выходят из вентиляторов наружу в направлении обозначающих поток стрелок 12, вентиляторы можно размещать на устройстве 42 друг рядом с другом относительно плотно, без того, чтобы выходящие из вентиляторов потоки воздуха 12 мешали друг другу.
Фигура 14 демонстрирует устройство 45, которое может представлять собой, например, короб системы кондиционирования или вентилятор для установки в трубе, где вентилятор 43 с крыльчаткой согласно изобретению нагнетает воздух слева в устройство 45. Форма стенки устройства 46 может быть в поперечнике круглой (труба) или же четырехугольной (короб системы кондиционирования). Со стороны истечения боковые стенки 46 ввиду конструкции или по недостатку места мешают воздушным потокам. Благодаря особой форме крыльчатки согласно изобретению мешающие боковые стенки 46 устройства можно приближать к вентилятору 43 очень близко без заметных недостатков (для акустических характеристик или коэффициента полезного действия). Это позволяет сделать конструкцию очень компактной. Расстояние Dg между стенками устройства 46 можно выбрать меньше 1,75*D1, в частности 1,4-1,7*D1.
Описанные крыльчатки можно применять в самых разных устройствах и вентиляторах. Так, крыльчатки можно выгодным образом применять в вентиляторах в каналах или трубах, в прецизионных кондиционерах, в тепловых насосах, в компактных или снабженных коробами кондиционерах, при охлаждении электроники, при охлаждении генераторов, в вентиляционных блоках или квартирных устройствах вентиляции.