ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2001 года по МПК F04D19/00 F04D29/38 

Изобретение относится к вентиляторным установкам и может быть использовано в автомобилестроении в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Известен осевой вентилятор по а. с. 821753, МПК F 04 D 19/00, опубл. 1981, содержащий втулку, листовые или профилированные лопатки.

Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Прототип имеет переменный по высоте угол выхода лопаток и изменяющийся диаметр втулки, однако этих данных недостаточно для определения распределения по высоте лопатки таких параметров, как кривизна, ширина и угол входа лопатки, обеспечивающих высокий КПД. Это и является основным недостатком прототипа.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является упрощение технологии изготовления лопаток осевого вентилятора и повышение его КПД. Достигается это тем, что втулка выполнена в виде цилиндрического стакана, боковая поверхность каждой лопатки представляет собой фрагмент цилиндрической оболочки, образованный путем ее пересечения двумя вложенными одна в другую цилиндрическими поверхностями, оси которых параллельны и образуют перекрещивающиеся под прямым углом линии с осью оболочки, причем отношение радиусов цилиндрических поверхностей составляет 1,6...2,0, при этом передняя и задняя кромки лопатки образованы пересечениями оболочки внешней и внутренней цилиндрическими поверхностями соответственно; лопатка устанавливается на втулку так, что прямая, проходящая через середины корневой и концевой хорд лопатки, образует прямой угол с осью вентилятора; на внутренней торцевой поверхности втулки и ее цилиндрической части в радиальных направлениях выполнены Г-образные ребра жесткости, величина отношения высоты которых к диаметру втулки составляет 0,03...0,1.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показаны на фиг. 1 - общий вид колеса вентилятора, на фиг. 2 и фиг. 3 - принцип изготовления лопаток вентилятора, на фиг. 4 - втулка с ребрами жесткости, на фиг. 5 - общий вид колеса вентилятора в изометрии, на фиг. 6 - результаты испытаний опытного образца вентилятора.

Осевой вентилятор (фиг. 1) содержит лопатки 1, крепящиеся к втулке 2, выполненной в виде цилиндрического стакана. Концы лопаток 1 охватывает внешний обод 3. На внутренней торцовой поверхности втулки 2 и ее цилиндрической части в радиальных направлениях выполнены Г-образные ребра 4 жесткости (см. также фиг. 4, на которой изображена втулка 2 в плане). Пунктирной линией на фиг. 4 обозначена зона размещения электродвигателя 7, приводящего вентилятор в движение.

Каждая из лопаток 1 представляет собой фрагмент цилиндрической оболочки и изготавливается следующим образом (см. фиг. 2). Цилиндрическая оболочка 5 с осью α и системой координат XYZ пересекается двумя цилиндрическими поверхностями, вложенными одна в другую, оси которых γ и β параллельны и образуют с осью α перекрещивающиеся под прямым углом линии. Отношение радиусов R/r цилиндрических поверхностей составляет величину 1,6...2,0, а расстояние между их осями ε, отнесенное к радиусу колеса вентилятора, составляет величину 0,15. ..0,4. Криволинейная поверхность ABCD, являющаяся фрагментом цилиндрической оболочки 5, образованным ее пересечением цилиндрическими поверхностями, вложенными одна в другую, и есть лопатка 1 колеса вентилятора. На фиг. 3а показан вид лопатки ABCD на цилиндрической поверхности 5 (вид со стороны оси Z), на фиг. 3б показано расположение точек A, B, C, D на цилиндрической оболочке 5 (вид со стороны оси Y). При этом передняя и задняя кромки лопатки 1 образованы пересечениями оболочки 5 внешней и внутренней цилиндрическими поверхностями соответственно. Изготовленная таким образом лопатка 1 устанавливается на втулку 2 так, что прямая, проходящая через середины корневой и концевой хорд (BD и АС соответственно), образует прямой угол с осью вентилятора.

На внутренней торцевой поверхности втулки 2 (см. фиг. 4 и фиг. 1) и ее цилиндрической части выполнены ребра 4 жесткости, расходящиеся от оси втулки 2 в радиальных направлениях и представляющие собой плоские пластины, отношение высоты которых к диаметру втулки 2 составляет 0,03...0,1. Пунктирной линией на фиг. 4 обозначен электродвигатель 7. Через отверстие 6 в центре втулки 2 проходит вал электродвигателя 7. Высота ребер 4 жесткости подобрана таким образом, что они являются своеобразными лопатками центробежного вентилятора для охлаждения электродвигателя 7. На виде C стрелками показана циркуляция потока, создаваемого ребрами 4 (поток проходит через двигатель через специальные отверстия). Этим достигается исключение потерь расхода и полного давления, создаваемого колесом вентилятора, что также приводит к повышению его КПД.

Изготовлен опытный образец шестилопастного вентилятора с диаметром колеса 345 мм, диаметром втулки 145 мм, при этом лопатки вырезаны из цилиндрической заготовки радиусом 90 мм путем ее сечения цилиндрическими поверхностями с радиусами 120 и 201 мм, расстояние между их осями ε = 48,3 мм. Координаты точек A, B, C, D лопатки на цилиндрической заготовке приведены в таблице на фиг. 3, там же приведены координаты (x, y) осей γ и β цилиндрических поверхностей. Точки B и D расположены на втулке таким образом, что угол между хордой BD и плоскостью, перпендикулярной оси вентилятора, равен 42,5^o. Общий вид изготовленного осевого вентилятора приведен на фиг. 5. На экспериментальной базе Горьковского автозавода проведены сравнительные испытания разработанного вентилятора и вентилятора фирмы BOSH, Германия (количество лопаток равно 7, диаметр колеса 348 мм).

Результаты испытаний приведены на фиг. 6, где приняты обозначения:
Q - объемная производительность вентилятора, м³/ч или м³/с;
P_SV - статическое давление, Па;
j - ток электродвигателя, A;
n - частота вращения вентилятора, об/мин;
N - мощность двигателя, кВт;
η_s - КПД по статическому давлению.

Для удобства технические характеристики вентиляторов приведены в таблице для объемной производительности 2880 м³/ч (0,8 м³/с), потребной для охлаждения радиатора.

Из таблицы видно, что даже при меньшем количестве лопаток и меньшем числе оборотов опытный образец вентилятора по всем параметрам существенно превосходит вентилятор фирмы BOSH. Кроме того, при работе опытного образца его электродвигатель не нагревался выше 40^oC, что является следствием удачно выбранной схемы его охлаждения. Ориентировочная цена предложенного вентилятора в 2-2,2 раза ниже существующего импортного.

Изобретение относится к вентиляторным установкам, может быть использовано в автомобилестроении в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и позволяет упростить технологию изготовления лопаток вентилятора с одновременным повышением его КПД. Осевой вентилятор содержит втулку, выполненную в виде цилиндрического стакана, листовые или профилированные лопатки, причем боковая поверхность каждой лопатки представляет собой фрагмент цилиндрической оболочки, образованный путем ее пересечения двумя вложенными одна в другую цилиндрическими поверхностями, оси которых параллельны и образуют перекрещивающиеся под прямым углом линии с осью оболочки, причем отношение радиусов цилиндрических поверхностей составляет 1,6...2,0, a расстояние между их осями, отнесенное к радиусу колеса вентилятора, составляет 0,15 . .. 0,4, при этом передняя и задняя кромки лопатки образованы пересечениями оболочки внешней и внутренней цилиндрическими поверхностями соответственно, лопатка устанавливается на втулку так, что прямая, проходящая через середины корневой и концевой хорд лопатки образует прямой угол с осью вентилятора, а на внутренней торцевой поверхности втулки и ее цилиндрической части в радиальных направлениях выполнены Г-образные ребра жесткости, величина отношения высоты которых к диаметру втулки составляет 0,03 ...0,1. 6 ил., 1 табл.

Осевой вентилятор, содержащий втулку и листовые или профилированные лопатки, отличающийся тем, что втулка выполнена в виде цилиндрического стакана, боковая поверхность каждой лопатки представляет собой фрагмент цилиндрической оболочки, образованный путем ее пересечения двумя вложенными одна в другую цилиндрическими поверхностями, оси которых параллельны и образуют перекрещивающиеся под прямым углом линии с осью оболочки, причем отношение радиусов цилиндрических поверхностей составляет 1,6 ... 2,0, а расстояние между их осями, отнесенное к радиусу колеса вентилятора, составляет 0,15 ... 0,4, при этом передняя и задняя кромки лопатки образованы пересечениями оболочки внешней и внутренней цилиндрическими поверхностями соответственно, лопатка устанавливается на втулку так, что прямая, проходящая через середины корневой и концевой хорд лопатки, образует прямой угол с осью вентилятора, а на внутренней торцевой поверхности втулки и ее цилиндрической части в радиальных направлениях выполнены Г-образные ребра жесткости, величина отношения высоты которых к диаметру втулки составляет 0,03 ... 0,1.