ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2007 года по МПК F04D19/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям 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 большой 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 сжимаемого 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 причина является применение тонких профилей малой кривизны. Немаловажным фактором является не только профиль лопасти в поперечном сечении, но и форма лопасти в плане, а именно соотношение нижней и верхней частей лопастей, а также соотношение размеров других элементов вентилятора.

Известен осевой вентилятор, содержащий втулку и листовые или профилированные лопатки, в котором втулка выполнена в виде цилиндрического стакана, боковая поверхность каждой лопасти представляет собой фрагмент цилиндрической оболочки, образованной 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, образуют 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 (см. патент РФ №2168069 с приоритетом от 24 июля 2000 года).

Известен также узел осевого вентилятора и статора, который предназначен для образования воздушного потока через теплообменник. Вентилятор, вращающийся относительно оси вращения электродвигателем, содержит восемь лопаток, проходящих в радиальном направлении от ступицы к круговому бандажу. Каждая лопатка имеет угол выноса и длину хорды, изменяющиеся вдоль ее протяженности. Кроме того, каждая лопатка имеет заднюю кромку с проходящей вдоль этой кромки плоской поверхностью. Плоские поверхности всех кромок совмещены с плоскостью, перпендикулярной оси вращения. Поток воздуха, создаваемый при вращении вентилятора, имеет составляющую скорости потока, расположенную под углом к оси вращения (см. патент WO 9701040, опубликованный 9 января 1997 года).

Недостатком указанных технических решений является неучет формы лопасти как одной из важных параметров осевого вентилятора, определяемых соотношением наружных диаметров ободка и ступицы, ширины ступицы и ширины ободка, размеров лопасти в нижней и в верхней ее частях.

Известен осевой вентилятор двигателя автомобиля, в котором лопатки выполнены одинаковыми и на внутреннем радиальном участке, примыкающем к ступице, равномерно распределены по периметру ступицы, а на наружном радиальном участке расположены несимметрично с неравным шагом. Это обеспечивает высокую мощность вентилятора, но препятствует нежелательному шуму от вращения (см. патент Германии №4140987, опубликованный 17 июня 1993 года).

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

Недостатком прототипа, несмотря на обеспечение высокой мощности вентилятора, является низкая величина коэффициента полезного действия из-за появления "паразитных" потоков воздуха при неравномерном шаге лопастей.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение высокой производительности, напора и соответственно высокого значения КПД в широком диапазоне скоростей вращения вентилятора при низком значении уровня шума.

Согласно предлагаемому техническому решению указанная задача решается особой формой вентилятора, состоящей из ступицы, лопастей и ободка, и соотношением размеров как отдельных элементов вентилятора, так и других элементов между собой.

На фиг.1 изображен осевой вентилятор; на фиг.2 - вентилятор, вид сверху на фиг.1. Осевой вентилятор содержит ступицу 1, лопасти 2, ободок 3. Лопасти 2 нижней частью соединены со ступицей 1, а верхней частью с ободком 3, при этом ширина ступицы и ширина ободка выполнены с соотношением размеров в пределах 2,5-3,0.

Работает устройство следующим образом.

При вращении вентилятора лопасти 2 захватывают воздух и продвигают воздушную массу, создавая напор в продольном направлении. Благодаря выбору оптимального соотношения размеров нижней и верхней частей лопастей в вентиляторе создается равномерное поле скоростей воздуха.

Использование предложенного изобретения в конструкции осевого вентилятора позволяет повысить его производительность и напор нагнетания воздушной массы, а также увеличить КПД на 5-8%.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям осевых вентиляторов, которые могут быть использованы для охлаждения автомобильного двигателя, и обеспечивает высокое значение КПД в широком диапазоне скоростей вращения вентилятора при низком значении уровня шума. Этот результат достигается тем, что в осевом вентиляторе, содержащем ступицу, лопасти и ободок, ширина ступицы и ширина ободка выполнены с соотношением размеров в пределах 2,5-3,0. 2 ил.

Осевой вентилятор, содержащий ступицу, лопасти и ободок, отличающийся тем, что ширина ступицы и ширина ободка выполнены с отношением размеров в пределах 2,5-3,0.