ЛОПАСТЬ ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2006 года по МПК F04D19/00 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. Основное достоинство осевых вентиляторов - это получение большого расхода воздуха при малых величинах напора (давления), а центробежных вентиляторов наоборот - получение большого напора при малых величинах расхода. 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 лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, при этом углы наклона прямых, соединяющих края корневой части, средней части и верхней кромки, к плоскости вращения лопасти выполнены в соотношении как 2,5:1,6:1. Указанная конструкция лопасти осевого вентилятора обеспечивает равномерное поле скоростей воздуха, при этом уменьшается интенсивность вихреобразования и связанная с ним величина общего шума (см. заявку на изобретение №2003111100 от 17.04.2003 г.).

Известна 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 промежуточный прямоугольный участок.

Недостатком указанного технического решения является сравнительно большая длина корневой части лопастей, что приводит к завихрению потока воздуха и, как следствие, к увеличению сопротивления.

Известна также лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, корневую и верхнюю кромку, при этом сбегающий край лопасти в зоне корневой части ограничен плоскостью, перпендикулярной оси вентилятора, в результате чего образована лопасть с пятью углами (см. заявку на изобретение №2001120497/06 от 23.07.2001, по которой 13.11.2002 принято решение о выдаче патента).

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

Недостатком прототипа является затрудненность одновременного получения большого значения напора при больших значениях производительности.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение высокой производительности и напора в широком диапазоне скоростей вращения вентилятора, а также обеспечение равнопрочности лопасти вентилятора по всей длине от основания до верхней кромки.

Согласно предлагаемому техническому решению указанная задача решается особой формой лопасти осевого вентилятора, выполненной с заданными радиусами кривизны и переменной максимальной толщины по длине лопасти вентилятора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена форма лопасти в плане. Лопасть осевого вентилятора содержит выпуклый набегающий край 1, вогнутый сбегающий край 2, корневую часть 3, среднюю часть 4 и верхнюю кромку 5. Требуемая крутка лопасти обеспечивается за счет того, что углы наклона прямых, соединяющих края корневой части 3, средней части 4 и верхней (периферийной) кромки 5 выбраны в определенном соотношении α₁:α₂:α₃, которое учитывает изменение линейной скорости вращения лопасти от корневой части к верхней кромке, т.е. у корневой части, где линейная скорость меньше, угол установки больше, а у верхней кромки, где линейная скорость вращения лопасти максимальна, угол установки меньше. При этом радиусы внутренней кривизны корневой части 3, средней части 4 и верхней кромки 5 соответственно R₁:R₂:R₃ выбраны в соотношении 1:1,67:1,08, а максимальные толщины сечений допасти в указанных частях δ₁:δ₂:δ₃ выбраны в соотношении 1,45:1,17:1.

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 предложенной конструкцией лопасти обеспечивается равномерная крутка от корневой части 3 к верхней кромке 5, создается равномерное поле скоростей воздуха. Кроме того, указанное соотношение кривизны лопасти по ее длине обеспечивает оптимальный напор нагнетания воздушной массы при минимальном сопротивлении воздуха, а соотношение максимальных толщин сечений лопасти в предложенных пределах обеспечивает равную прочность лопасти вентилятора по всей ее длине.

Использование предложенного изобретения в конструкции осевого вентилятора позволяет повысить его производительность и напор нагнетания воздушной массы с одновременным обеспечением прочности лопасти вентилятора.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкциям лопастей осевых вентиляторов, которые могут быть использованы для охлаждения автомобильного двигателя. Лопасть осевого вентилятора содержит выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, при этом радиусы внутренней кривизны корневой части, средней части и верхней кромки выбраны в соотношении 1:1,67:1,08, а максимальные толщины сечений лопасти в указанных частях выбраны в соотношении 1,45:1,17:1. Использование предложенного изобретения в конструкции осевого вентилятора позволяет повысить его производительность и напор нагнетания воздушной массы с одновременным обеспечением прочности лопасти вентилятора. 1 ил.

Лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, отличающаяся тем, что радиусы внутренней кривизны корневой части, средней части и верхней кромки выбраны в соотношении 1:1,67:1,08, а максимальные толщины сечений лопасти в указанных частях выбраны в соотношении 1,45:1,17:1.