ЛОПАСТЬ ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2003 года по МПК F04D29/26 F04D29/38 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям лопастей осевых вентиляторов, которые могут быть использованы для охлаждения автомобильного двигателя.

Осевые вентиляторы имеют расположенное в цилиндрическом кожухе лопаточное (лопастное) колесо, при вращении которого поступающий воздух перемещается в осевом направлении. Осевые вентиляторы по сравнению с центробежными проще, имеют больший кпд, реверсивны - при изменении направления вращения колеса изменяется направление движения воздуха, но не обеспечивают больших давлений. Совершенствование осевых вентиляторов идет по пути улучшения аэродинамической схемы и конструктивного исполнения с целью обеспечения большей экономии и производительности в прежних (заданных) габаритах, обусловленных размерами охлаждающего радиатора и пространством между радиатором и двигателем автомобиля.

Лопасти осевых вентиляторов имеют вдоль размаха различные профили в поперечном сечении и переменный угол наклона профиля к плоскости вращения - крутку. При больших скоростях вращения под влиянием сжимаемости воздуха из-за отбрасывания воздуха в радиальном направлении, а также из-за увеличения сопротивления воздуха вращению лопастей, кпд осевого вентилятора падает. Основным способом снижения потерь мощности от указанных причин является применение тонких профилей малой кривизны. Немаловажным фактором является не только профиль лопасти в поперечном сечении, но и форма лопасти в плане, а именно кривизна набегающего и сбегающего краев, размеры основания (комля) и вершины (верхней кромки) лопасти. Поэтому поиск оптимальной конфигурации лопасти осевого вентилятора с учетом профиля в поперечном сечении и формы лопасти в плане является актуальным.

Известна лопатка для машин с газовым потоком. Корневая часть (комель) лопатки осевого компрессора присоединена к полке суженным участком или корневым выступом, который сужается по направлению потока в горизонтальной проекции и немного укорочен, т.е. подрезан сзади относительно корневой части полки. Полка наклонена вверх от передней кромки к задней для того, чтобы разместилось уширение лопатки, вследствие чего корневой выступ увеличивается по высоте к задней кромке. При этом увеличивается общая гибкость в этой области, способствующая уменьшению напряжений, возникающих в хвостовой кромке лопатки. Полка по той же причине сужается по толщине (патент США 3458119, опубликованный 29.07.69).

Недостатком указанного технического решения является сложность технологии изготовления лопатки, связанная с наличием дополнительной полки, выполненной в зоне корневой части лопатки.

Известна также лопатка (лопасть) вентилятора с криволинейным профилем и снабженной утолщенной передней кромкой аэродинамической поверхностью с высоким уровнем подъемной силы (патент США 5624234, опубликованный 29.04.97). В указанном изобретении предложен профиль, образующий форму лопаток вентилятора для охлаждения автомобильного двигателя. Каждая лопатка имеет комель, верхнюю кромку и проходящее между ними тело. Основание содержит первый участок, примыкающий к комлю и имеющий выпуклый профиль, а также второй участок, примыкающий к верхней кромке лопатки и имеющий вогнутый профиль. Между этими участками расположен прямолинейный промежуточный участок.

Указанное техническое решение, как наиболее близкий аналог, может быть принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является сравнительно большая длина корневой части лопастей, что приводит к завихрению потока воздуха и, как следствие, к увеличению сопротивления. Кроме того, увеличивается продольный размер рабочей части вентилятора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение высокой производительности при меньшем потреблении энергии в широком диапазоне скоростей вращения вентилятора, а также уменьшение расхода материала и повышение технологичности.

Согласно предлагаемому техническому решению указанная задача решается особой формой лопасти осевого вентилятора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена форма лопасти в плане без указания углов установки корневой части и верхней кромки лопасти, а также крутки лопасти. Указанные параметры могут меняться в широком диапазоне, поэтому выбор конкретных величин этих параметров или их сочетаний может быть осуществлен различными способами, исходя из возможностей заданной конструкции и требований достижения оптимальных характеристик. В предложенном изобретении ожидаемый технический результат достигнут за счет того, что вогнутый сбегающий край лопасти в районе корневой части ограничен плоскостью, перпендикулярной оси вентилятора, в результате чего образована лопасть с пятью углами.

Лопасть осевого вентилятора содержит выпуклый набегающий край 1, вогнутый сбегающий край 2, корневую часть 3 и верхнюю кромку 4. В районе корневой части 3 лопасти сбегающий край 2 ограничен плоскостью 5, перпендикулярной оси вентилятора, в результате чего образована лопасть с пятью углами.

Работает устройство следующим образом.

При вращении вентилятора лопасти захватывают воздух передним набегающим краем 1 и продвигают воздушную массу к заднему сбегающему краю 2, создавая напор в продольном направлении. В связи с тем, что лопасти от корневой части 3 к верхней кромке 4 выполнены сужающимися, обеспечивается равномерное поле скоростей воздуха.

Использование предложенного изобретения в конструкции осевого вентилятора позволяет повысить его производительность и эффективность нагнетания воздушной массы. Выполнение сбегающего края 2 усеченным у основания корневой части 3 (т. е. ограниченным плоскостью, перпендикулярной оси вентилятора) позволяет уменьшить завихрения в зоне корневой части 3, а также сократить продольный размер рабочей части вентилятора, что особенно важно при ограниченном пространстве между радиатором и двигателем автомобиля.

Лопасть предназначена для использования в области машиностроения, в конструкциях лопастей осевых вентиляторов для охлаждения автомобильного двигателя. Содержит выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. В корневой части лопасти сбегающий край ограничен плоскостью, перпендикулярной оси вентилятора, в результате чего образована лопасть с пятью углами. Позволяет повысить производительность за счет уменьшения завихрения воздушного потока в зоне корневой части, а также сократить продольный размер рабочей части вентилятора. 1 ил.

Лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, отличающаяся тем, что сбегающий край лопасти в зоне корневой части ограничен плоскостью, перпендикулярной оси вентилятора, в результате чего образована лопасть с пятью углами.