ВЕНТИЛЯТОР С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ КАНАЛОМ Российский патент 2024 года по МПК F04D29/16 

Настоящее изобретение относится к осевому канальному вентилятору. Данное выражение в настоящем документе относится к осевому вентилятору, диаметр Dr которого превышает 0,5 м, предпочтительно превышает 1 м.

В промышленности известно использование осевых вентиляторов, как правило, для обеспечения соответствующего воздушного потока вокруг определенных излучающих поверхностей, во вставках, требующих отвода значительных количеств тепла.

Осевые вентиляторы, например для промышленного применения, обычно содержат центральную втулку, которая определяет ось вращения и на которой установлены лопасти. Вращение втулки приводит к вращению лопастей и, как понятно специалисту, сообщает различные тангенциальные скорости разным участкам каждой лопасти. Фактически тангенциальная скорость каждого участка лопасти является произведением угловой скорости (которая является одинаковой для всех участков) на радиальное расстояние относительно оси вращения (которое увеличивается при удалении от оси вращения).

По этой причине, как известно квалифицированному специалисту, лопасти осевого вентилятора не могут эффективно работать по всему их радиальному направлению. Тангенциальная скорость радиально самых внутренних участков лопасти часто является слишком низкой, чтобы получить эффективное относительное движение относительно воздушного потока. Отсюда следует, что фактическая работа вентилятора в основном приходится на радиально наружные участки, которые обеспечивают почти весь общий расход воздуха, создаваемый осевым вентилятором.

Как может понять квалифицированный специалист, такое распределение потока делает осевой вентилятор в целом не очень эффективным. Несмотря на то, что были предложены некоторые технические решения для лучшего использования радиально внутренних участков лопастей, тем не менее все еще существует потребность в повышении эффективности радиально наружных участков. Как известно, по существу, наружные участки подвергаются краевым эффектам, ограничивающим их эффективность. Как уже было упомянуто, поскольку большая часть потока создается именно радиально наружными участками, то даже небольшая неэффективность в процентном отношении в этой области приводит к большой неэффективности в абсолютном выражении для всего вентилятора.

Вдоль промежуточных частей аэродинамической поверхности, будь то крыло или, как в данном случае, лопасть вентилятора, воздушная зона высокого давления и воздушная зона низкого давления физически отделены друг от друга наличием самой лопасти. На конце лопасти данное разделение перестает существовать, и поэтому самопроизвольно создается воздушный поток, который стремится переместиться из зоны высокого давления в зону низкого давления. Таким образом, на конце лопасти образуется вихрь, который оказывает значительно сопротивление продвижению лопасти в воздухе.

Первое решение, предложенное для такого рода проблемы, состояло в том, чтобы поместить вентилятор в патрубок, заключив его таким образом внутри кожуха с диаметром немного большим, чем наружный диаметр самого вентилятора. Этот кожух далее называется патрубком.

С добавлением патрубка размеры концевых вихрей значительно уменьшаются и, следовательно, количество воздуха, перемещаемого этими вихрями, и соответственно созданное сопротивление уменьшаются.

Однако, как хорошо понимает квалифицированный специалист, не только невозможно свести к нулю расстояние между концом лопастей и внутренним диаметром патрубка, но и такое расстояние даже нельзя уменьшить сверх определенного предела. Фактически необходимо максимально исключить любой контакт между воздуховодом и концами лопастей, и для этого необходимо обеспечить безопасное расстояние. Поэтому из-за их размера и стоимости обслуживания лопасти не могут быть изготовлены с точными допусками. Кроме того, лопасти могут подвергаться явлениям вибрации и деформироваться во время работы. Следовательно, даже при наличии оптимального патрубка концевые вихри не могут быть устранены.

Другое решение, заимствованное из воздухоплавания, заключается в обеспечении дополнительной поверхности, называемой устройством законцовки крыла или законцовкой на конце каждой лопасти. Прежде всего, функция законцовки заключается в наличии пластины, препятствующей движению воздуха, и тем самым противодействующей образованию концевого вихря. Кроме того, в зависимости от выбранной формы законцовка также может влиять на остаточный концевой вихрь, оптимизируя его и тем самым ограничивая образование шума.

Эти решения, хотя и имеют широкую популярность, тем не менее не лишены недостатков.

Фактически, несмотря на расположение патрубка и законцовок, возможно также в дополнение друг к другу, образование концевых вихрей остается до некоторой степени неизбежным. Таким образом, эффективность осевых вентиляторов остается ограниченной.

Следовательно, целью настоящего изобретения является устранение недостатков, отмеченных выше в отношении предшествующего уровня техники.

В частности, задачей настоящего изобретения является обеспечение канального осевого вентилятора, имеющего улучшенную эффективность.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание канального осевого вентилятора, который ограничивает образование концевых вихрей в большей степени, чем вентиляторы известного типа.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание канального осевого вентилятора, который помимо предоставления дополнительных преимуществ также сохраняет преимущества вентиляторов известного типа.

Такая цель и задачи достигаются с помощью канального осевого вентилятора по п. 1 формулы изобретения.

Для лучшего понимания изобретения и оценивания его преимуществ ниже приведено описание некоторых из его иллюстративных и неограничительных вариантов выполнения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых

фиг. 1 схематически изображает вид в плане вентилятора согласно настоящему изобретению,

фиг. 2 схематически изображает увеличенный вид фрагмента, обозначенного II на фиг. 1,

фиг. 3 схематически изображает вид в разрезе по линии III-III, показанной на фиг. 2, фиг. 4.а схематически изображает вид в разрезе по линии IV-IV, показанной на фиг. 3, фиг. 4.b - 4.n схематически изображают некоторые другие виды в разрезе, подобные показанному на фиг. 4.а,

фиг. 5 изображает частичный перспективный вид снизу вентилятора согласно изобретению,

фиг. 6 изображает перспективный вид вентилятора согласно изобретению, в котором патрубок частично удален для большей ясности,

Фиг. 7 изображает вид в плане другого вентилятора согласно настоящему изобретению,

фиг. 8 изображает вид в разрезе по линии VIII-VIII, показанной на фиг. 7,

фиг. 9 изображает вид в разрезе по линии IX-IX, показанной на фиг. 7,

фиг. 10 изображает перспективный вид части патрубка вентилятора согласно настоящему изобретению,

фиг. 11 изображает увеличенный вид фрагмента, обозначенного XI на фиг 10,

фиг. 12 изображает летательный аппарат, содержащий канальный ротор согласно настоящему изобретению,

фиг. 13 изображает увеличенный вид фрагмента, обозначенного XIII на фиг. 12,

фиг. 14 схематически изображает увеличенный вид фрагмента, обозначенного XIV на фиг. 13, и

фиг. 15 изображают вид в разрезе по линии XV-XV, показанной на фиг. 14, в трех различных пространственных расположениях.

В контексте настоящего обсуждения были приняты некоторые терминологические обозначения, чтобы сделать чтение более легким и понятным. Эти терминологические условные обозначения поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Термин «патрубок» в дальнейшем относится к боковой стенке или кожуху, обычно цилиндрической формы, который окружает канальный вентилятор, образуя канал, в котором ограничен воздушный поток.

Вентилятор согласно настоящему изобретению предназначен для образования воздушного потока, направленного из зоны всасывания (внизу на сопроводительных чертежах) в зону выпуска (вверху на сопроводительных чертежах). Таким образом, следует понимать, что относительно направления потока (обозначенного на чертежах символом а) термины «выше по потоку», «предшествующий» и подобные им, в отношении терминов «ниже по потоку», «следующий» и подобные им определены однозначно.

Термины «сужающийся» и «расширяющийся» также следует относительно направления а потока.

Поскольку вентилятор согласно изобретению однозначно определяет ось X вращения, то термины «осевой», «радиальный», «тангенциальный» и «круговой» определены относительно этой оси.

«Немного» - различные величины описаны далее. Наречие «немного» предназначено для обозначения различий в пределах 10% от большей из двух величин, предпочтительно в пределах 5% от большей из двух величин.

Настоящее изобретение относится к канальному осевому вентилятору, обозначенному ниже в целом номером позиции 20. Вентилятор 20 содержит ротор 22, выполненный с возможностью вращения относительно оси X и содержащий лопасти 24, и патрубок 26, выполненный с возможностью образования канала 28 круглого сечения, проходящего в осевом направлении вокруг ротора 22.

В вентиляторе 20 согласно изобретению, патрубок 26 содержит кольцевое гнездо 30, которое проходит по окружности вокруг ротора 22, при этом концы лопастей 24 по меньшей мере частично размещены в кольцевом гнезде 30 патрубка 26.

То есть, в кольцевом гнезде 30 наружный диаметр Dr ротора 22 больше внутреннего диаметра Ds кольцевого гнезда 30 (см., например, фиг. 9).

Например, наружный диаметр Dr ротора 22 больше 0,5 м, предпочтительно больше 1 м.

Предпочтительно ротор 22 вентилятора 20 содержит втулку 23, определяющую ось X вращения. На втулке 23 установлены лопасти 24. Предпочтительно лопасти 24 конструктивно выполняются независимо от втулки 23 с последующей их установкой на втулке 23 так, чтобы иметь возможность изменять шаг в соответствии с конкретными проектными требованиями. Предпочтительно лопасти 24 крепятся к втулке 23 болтами (см. фиг. 6).

Предпочтительно по меньшей мере одна лопасть 24 вентилятора 20 содержит концевую аэродинамическую поверхность 32 также называемую просто законцовкой 32. Законцовка 32 по существу является известным устройством, расположенным на концах лопастей 24 для уменьшения создаваемого ими шума и для уменьшения сопротивления, обусловленного образованием концевых вихрей. Предпочтительно законцовка 32 содержит пластину 34, проходящую по меньшей мере частично в осевом направлении. Преимущественно основная протяженность пластины 34 законцовки 32 проходит по поверхности, определяемой осевым направлением и окружным или тангенциальным направлением.

Патрубок известного типа имеет круглую цилиндрическую форму по меньшей мере в осевом сегменте, содержащем ротор. Кроме того, по существу известным образом, патрубок имеет внутренний диаметр немного больший, чем наружный диаметр соответствующего ротора.

Патрубок 26 согласно изобретению и, в частности, его кольцевое гнездо 30 может принимать различные формы в зависимости от вариантов выполнения.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму в осевом сегменте, содержащем ротор 22, и имеет внутренний диаметр Dd немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В соответствии с другими вариантами выполнения патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму и в сегменте непосредственно выше по потоку от ротора 22 имеет внутренний диаметр немного меньший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В этих вариантах выполнения патрубок 26 затем прерывается около ротора 22, где расположено кольцевое гнездо 30. В этом случае выше по потоку от ротора 22 внутренний диаметр патрубка 26 совпадает с внутренним диаметром Ds кольцевого гнезда 30. Ниже по потоку от ротора 22, в некоторых вариантах выполнения, патрубок 26 принимает внутренний диаметр Dd немного больший, чем наружный диаметр ротора 22, тогда как в других вариантах выполнения патрубок 26 снова принимает внутренний диаметр Ds немного меньший, чем наружный диаметр ротора 22.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму и в сегменте непосредственно выше по потоку от ротора 22 и в соответствии с ротором 22 (т.е. где расположено кольцевое гнездо 30) имеет внутренний диаметр Dd, немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В некоторых таких вариантах выполнения патрубок 26 проходит ниже по потоку от ротора 22 с внутренним диаметром немного меньшим, чем наружный диаметр ротора 22. В этом случае ниже по потоку от ротора 22 внутренний диаметр патрубка 26 совпадает с внутренним диаметром Ds кольцевого гнезда 30.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения кольцевое гнездо 30 содержит аэродинамическую сглаживающую поверхность 36. Например, кольцевое гнездо 30 может содержать сужающуюся аэродинамическую сглаживающую поверхность 36с, предпочтительно расположенную непосредственно выше по потоку от ротора 22. Как вариант или дополнительно кольцевое гнездо 30 может содержать расширяющуюся аэродинамическую сглаживающую поверхность 36d, предпочтительно расположенную непосредственно ниже по потоку от ротора 22.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения аэродинамическая сглаживающая поверхность 36 (сужающаяся 36с и/или расширяющаяся 36d) образует сужение в канале 28, образованном патрубком 26.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения кольцевое гнездо 30 открыто в осевом направлении. Например, кольцевое гнездо 30 может быть открыто в осевом направлении вверх по потоку (то есть в направлении зоны всасывания) или вниз по потоку (то есть в направлении зоны выпуска).

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения кольцевое гнездо 30 открыто в радиальном направлении внутрь патрубка 26. Предпочтительно кольцевое гнездо 30 проходит в осевом направлении вверх по потоку и/или вниз по потоку.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения кольцевое гнездо 30 в целом проходит снаружи патрубка 26, тогда как в других вариантах выполнения кольцевое гнездо 30 в целом проходит внутри патрубка 26.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения по меньшей мере одна лопасть 24 вентилятора 20 содержит законцовку 32, содержащую пластину 34, проходящую в осевом направлении. Например, пластина 34 законцовки 32 может проходить в осевом направлении вверх по потоку, вниз по потоку или в обоих направлениях. Предпочтительно каждая лопасть 24 содержит законцовку 32.

Законцовка 32 может принимать различные формы. На фиг. 6 показан, например, ротор 22, содержащий законцовки 32 известного типа, у которых пластина 34 имеет довольно небольшое удлинение в осевом направлении. Другие конструкции законцовки 32 показаны на фиг. 3 и 8. Следует отметить, что в этих случаях осевое удлинение вверх по потоку от законцовки 32 больше и шире в тангенциальном направлении (т.е. вдоль хорды аэродинамического профиля лопасти 24). В вентиляторе 20 согласно изобретению этот тип законцовки 32 с большим осевым удлинением обеспечивает лучшее взаимодействие кольцевого гнезда 30.

В некоторых вариантах выполнения патрубок 26 вентилятора 20 согласно изобретению содержит сужающуюся горловину 38. По существу известно, что сужающаяся горловина 38 образована на расположенном выше по потоку конце патрубка 26 и служит для приема воздушного потока в зону всасывания и плавного его переноса к ротору 22. В вариантах выполнения, показанных на фиг. 5, 6 и 8-11, сужающаяся горловина 38 определяется по существу известным образом стенкой самого патрубка 26. В соответствии с другими схематическими вариантами выполнения, например показанными на фиг. 4.k и 4.l, сужающаяся горловина 38 определяется расположенным выше по потоку выступом аэродинамической сглаживающей поверхности 36, в частности сужающейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36с.

В варианте выполнения, схематически показанном на фиг. 4.а, патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму в осевом сегменте, содержащим ротор 22, и имеет внутренний диаметр Dd немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В таком варианте выполнения кольцевое гнездо 30 получается из традиционного патрубка 26 путем добавления аэродинамической сглаживающей поверхности 36. В частности, сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с расположена непосредственно выше по потоку от ротора 22. Таким образом, сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с образует сужение в канале 28, содержащемся в патрубке 26, так что внутренний диаметр Ds кольцевого гнезда 30 немного меньше, чем наружный диаметр Dr ротора 22. Благодаря форме сужающейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36с, кольцевое гнездо 30 открыто вниз по потоку в осевом направлении. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34, проходящей в осевом направлении вверх по потоку и размещенной в кольцевом гнезде 30.

В варианте выполнения, схематически показанном на фиг. 4.b, патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму и в сегменте непосредственно выше по потоку от ротора 22 имеет внутренний диаметр немного меньший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В этом случае выше по потоку от ротора 22 внутренний диаметр патрубка 26 совпадает с внутренним диаметром Ds кольцевого гнезда 30. Патрубок 26 затем прерывается около ротора 22, где расположено кольцевое гнездо 30, и продолжается в соответствии и ниже по потоку от ротора 22 с внутренним диаметром Dd, немного большим чем наружный диаметр Dr ротора 22. Благодаря форме патрубка 26, кольцевое гнездо 30 в осевом направлении открыто вниз по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34, проходящей в осевом направлении вверх по потоку и размещенной в кольцевом гнезде 30.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.с, весьма похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.а, на описание которого сделана ссылка. Кроме того, в этом варианте выполнения расширяющаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36d расположена непосредственно ниже по потоку от ротора 22. Получающееся в результате кольцевое гнездо 30 проходит целиком внутри канала 28 патрубка 26. Такое кольцевое гнездо 30 открыто в радиальном направлении внутрь и проходит в осевом направлении вниз по потоку и вверх по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34. Конец лопасти 24 в радиальном направлении введен в кольцевое гнездо 30, а пластина 34 законцовки 32 в осевом направлении проходит вниз по потоку и вверх по потоку внутри кольцевого гнезда 30.

В варианте выполнения, схематически показанном на фиг. 4.d, патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму в осевом сегменте, содержащем ротор 22, и имеет внутренний диаметр Dd, немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В таком варианте выполнения кольцевое гнездо 30, таким образом, получается из традиционного патрубка 26 путем добавления аэродинамической сглаживающей поверхности 36. В частности, расширяющаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36d расположена непосредственно ниже по потоку от ротора 22. Таким образом, расширяющаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36d определяет сужение в канале 28, содержащемся в патрубке 26, так что внутренний диаметр Ds кольцевого гнезда 30 немного меньше, чем наружный диаметр Dr ротора 22. Благодаря форме расширяющейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36d, кольцевое гнездо 30 в осевом направлении открыто вверх по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34, проходящей в осевом направлении вниз по потоку и размещенной в кольцевом гнезде 30.

В варианте выполнения, схематически изображенном на фиг. 4.е, патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму и в сегменте непосредственно выше по потоку и непосредственно ниже по потоку от ротора 22 имеет внутренний диаметр немного меньший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В этом случае внутренний диаметр патрубка 26 совпадает с внутренним диаметром Ds кольцевого гнезда 30. Патрубок 26 затем прерывается около ротора 22, где расположено кольцевое гнездо 30. Получающееся в результате кольцевое гнездо 30 проходит полностью снаружи канала 28 в патрубке 26. Такое кольцевое гнездо 30 открыто в радиальном направлении внутрь и проходит в осевом направлении вниз по потоку и вверх по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34. Конец лопасти 24 в радиальном направлении введен в кольцевое гнездо 30, а пластина 34 законцовки 32 в осевом направлении проходит вниз по потоку и вверх по потоку внутри кольцевого гнезда 30.

В варианте выполнения, схематически изображенном на фиг. 4.f, патрубок 26 принимает форму, аналогичную форме, полученной путем переворота патрубка 26, показанного на фиг. 4b. Патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму и в сегменте непосредственно выше по потоку от ротора 22 и в соответствии с ротором 22, где расположено кольцевое гнездо 30, имеет внутренний диаметр Dd, немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. Патрубок 26 продолжается ниже по потоку от ротора 22 с внутренним диаметром немного меньшим, чем наружный диаметр ротора 22. В этом случае ниже по потоку от ротора 22 внутренний диаметр патрубка 26 совпадает с внутренним диаметром Ds кольцевого гнезда 30. Благодаря форме патрубка 26, кольцевое гнездо 30 открыто в осевом направлении вверх по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34, проходящей в осевом направлении вниз по потоку и размещенной в кольцевом гнезде 30.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.g, очень похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.f, на описание которого сделана ссылка. Кроме того, в этом варианте выполнения сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с расположена непосредственно выше по потоку от ротора 22. Получающееся в результате кольцевое гнездо 30 открыто в радиальном направлении внутрь и проходит в осевом направлении вниз по потоку и вверх по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34. Конец лопасти 24 в радиальном направлении размещен в кольцевом гнезде 30, а пластина 34 законцовки 32 в осевом направлении проходит вниз по потоку и вверх по потоку внутри кольцевого гнезда 30.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.h, весьма похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.b, на описание которого сделана ссылка. Кроме того, в этом варианте выполнения расширяющаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36d расположена непосредственно ниже по потоку от ротора 22. Получающееся в результате кольцевое гнездо 30 открыто в радиальном направлении внутрь и проходит в осевом направлении вниз по потоку и вверх по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34. Конец лопасти 24 в радиальном направлении размещен в кольцевом гнезде 30, а пластина 34 законцовки 32 в осевом направлении проходит вниз по потоку и вверх по потоку внутри кольцевого гнезда 30.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4 л, весьма похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.с, на описание которого сделана ссылка. Однако в этом варианте выполнения лопасть 24 не содержит законцовку 32. Конец лопасти 24 в радиальном направлении размещен в кольцевом гнезде 30.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.j, весьма похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.е, на описание которого сделана ссылка. Однако в этом варианте выполнения, лопасть 24 не содержит законцовку 32. Конец лопасти 24 в радиальном направлении размещен в кольцевом гнезде 30.

В варианте выполнения, схематически показанном на фиг. 4.k, патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму в осевом сегменте, содержащем ротор 22, и имеет внутренний диаметр Dd, немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22. В таком варианте выполнения кольцевое гнездо 30 получается из традиционного патрубка 26 путем добавления аэродинамической сглаживающей поверхности 36. В частности, сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с расположена непосредственно выше по потоку от ротора 22. Кроме того, аэродинамическая сглаживающая поверхность выступает вверх по потоку с образованием сужающейся горловины 38. Подобно тому, что описано выше относительно фиг. 4.а, сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с образует сужение в канале 28, при этом внутренний диаметр Ds кольцевого гнезда 30 немного меньше, чем наружный диаметр Dr ротора 22, кольцевое гнездо 30 в осевом направлении открыто вниз по потоку. Лопасть 24 содержит законцовку 32 с пластиной 34, проходящей в осевом направлении вверх по потоку и размещенной в кольцевом гнезде 30.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.l, похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.е, на описание которого сделана ссылка. Однако в этом варианте выполнения стенка патрубка 26 имеет форму, обеспечивающую образование сужающейся горловины 38 выше по потоку от ротора 22.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.m, весьма похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.а, на описание которого сделана ссылка. Однако в этом варианте выполнения форма сужающейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36с не обеспечивает плавное и непрерывное сужение в канале 28, но указанная поверхность имеет форму с остроугольным профилем, образующую скачкообразное ступенчатое сужение.

Вариант выполнения, схематически показанный на фиг. 4.n, весьма похож на вариант выполнения, показанный на фиг. 4.с, на описание которого сделана ссылка. Однако в этом варианте выполнения форма сужающейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36с и расширяющейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36d не обеспечивает плавные и непрерывные изменения в канале 28, но указанные поверхности имеют форму с остроугольными профилями, обеспечивающую скачкообразные ступенчатые изменения.

Эти варианты выполнения, схематически показанные на фиг. 4.m и 4.n, хотя и не являются оптимальными с точки зрения аэродинамики, тем не менее могут быть преимущественными при конкретных специфических условиях для большей простоты их реализации.

Формы патрубка 26 и кольцевого гнезда 30, описываемые выше со ссылкой на фиг. 4, показаны в качестве иллюстрации. Как хорошо это будет понимать квалифицированный специалист, кольцевое гнездо 30 может принимать формы, отличные от форм, подробно описываемых в данном документе, для удовлетворения конкретных потребностей.

Из фиг. 4 квалифицированный специалист может видеть, что форма кольцевого гнезда 30 и конца лопасти 24 согласно изобретению дают возможность получить своего рода лабиринтное уплотнение. По существу известным образом лабиринтное уплотнение определяет извилистый путь, который значительно уменьшает самопроизвольное прохождение текучей среды из зоны высокого давления в зону низкого давления. В конкретном случае форма кольцевого гнезда 30 и конца лопасти 24 (с законцовкой 32 или без нее) определяет извилистый путь для воздуха, который самопроизвольно стремится проходить из зоны высокого давления (выше лопасти 24) в зону низкого давления (ниже лопасти 24). Благодаря уменьшению количества воздуха, проходящего из одной зоны в другую на конце лопасти 24, величина концевого завихрения и, как следствие, возникающее сопротивление уменьшаются.

Варианты выполнения, показанные на фиг. 5-11, подобны варианту, схематически показанному на фиг. 4.а. Конкретнее, фиг. 5 и 6 показывают один вариант выполнения ротора 22, тогда как фиг. 7, 8 и 9 показывают другой вариант выполнения ротора 22. Основное отличие между двумя вариантами выполнения заключается в форме и удлинении пластины 34 законцовки 32. Фиг. 6 показывает законцовку 32 меньшего размера по сравнению с показанной на фиг. 8. Патрубок 26 и кольцевое гнездо 30 являются общими для обоих вариантов выполнения и более подробно изображены на фиг. 10 и 11.

В вариантах выполнения, показанных на фиг. 5 - 11, патрубок 26 имеет круговую цилиндрическую форму в осевом сегменте, содержащим ротор 22, и имеет внутренний диаметр Dd немного больший, чем наружный диаметр Dr ротора 22 (см. фиг. 9). Кольцевое гнездо 30 таким образом получается из традиционного патрубка 26 посредством добавления аэродинамической сглаживающей поверхности 36. В частности, сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с расположена непосредственно выше по потоку от ротора 22. Таким образом, сужающаяся аэродинамическая сглаживающая поверхность 36с определяет сужение в канале 28, содержащемся в патрубке 26, так что внутренний диаметр Ds кольцевого гнезда 30 немного меньше, чем наружный диаметр Dr ротора 22 (см. снова фиг. 9). Благодаря форме сужающейся аэродинамической сглаживающей поверхности 36с, кольцевое гнездо 30 в осевом направлении открыто вниз по потоку. Лопасти 24 содержат соответствующие законцовки 32, которые принимают различные формы, однако в любом случае они имеют пластину 34, проходящую в осевом направлении вверх по потоку и размещенную в кольцевом гнезде 30.

Каждый из описываемых выше вариантов выполнения дает возможность получить некоторые конкретные преимущества, несколько из которых описано ниже в качестве иллюстрации.

Варианты выполнения, содержащие традиционный патрубок 26, к которому добавлены аэродинамические сглаживающие поверхности 36, делают возможной модификацию существующего вентилятора 20, чтобы он соответствовал изобретению. Такие варианты выполнения показаны, например на фиг. 4.а, 4.с, 4.d, 4.i, 4.k, 4.m и 4.n.

Варианты выполнения, содержащие сужение в канале 28 у кольцевого гнезда 30, допускают локальное ускорение воздушного потока. В этом отношении следует отметить, что разница между внутренним диаметром Dd патрубка 26 и внутренним диаметром Ds гнезда может в некоторых случаях достигать 5% от внутреннего диаметра Dd патрубка 26. Однако в большинстве случаев эта разница составляет менее 2% от Dd. Поскольку это уменьшение находится точно на радиальной периферии, где скорость потока является большей, то местное влияние сужения на скорость потока является даже более очевидным. Такие варианты выполнения показаны, например, на фиг. 4.а, 4.с, 4.d, 4.f, 4.g, 4.i, 4.m и 4.n.

Варианты выполнения, содержащие расширение канала 28 у кольцевого гнезда 30, дают возможность оптимально организовать воздушный поток для случаев, требующих расширяющегося выпуска при выходе из всего патрубка 26. Такие варианты выполнения показаны, например, на фиг. 4.b, 4.h и 4.k.

Предпочтительно вентилятор 20 согласно изобретению также содержит двигатель (не показан), выполненный с возможностью вращения ротора 22 с расчетной скоростью.

Кроме того, вентилятор 20 согласно изобретению предпочтительно содержит каркас (не показан), выполненный с возможностью надежной поддержки патрубка 26, ротора 22 и возможно двигателя во всех рабочих режимах.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, схематически изображенными на фиг. 14 и 15, ротор 22 представляет собой ротор с регулируемым шагом. В соответствии с этими вариантами выполнения, каждая отдельная лопасть 24 может поворачиваться относительно оси р, имеющей по существу радиальное направление. Возможность одновременного поворота каждой лопасти 24 относительно соответствующей оси р дает возможность изменять угол атаки лопастей относительно воздуха (см. фиг. 15), изменяя таким образом скорость потока самого канального вентилятора 20. Таким образом, канальные вентиляторы 20 с регулируемым шагом дают возможность адаптироваться к различным условиям эксплуатации и поэтому широко используются в различных областях.

Область, в которой канальные вентиляторы 20 с регулируемым шагом являются особенно ценными, является авиационная промышленность. В различных типах летательных аппаратов используются канальные вентиляторы 20 с регулируемым шагом, например для приведения в движение и/или управления летательным аппаратом. Конкретным примером канального вентилятора с регулируемым шагом является рулевой винт вертолета 40 (см. в качестве примера фиг. 12). Это решение, обычно называемое фенестроном, хотя и широко признано, имеет те же недостатки, которые уже были указаны выше в отношении канальных вентиляторов для промышленного использования.

Даже в этом случае особенно преимущественным является размещение на патрубке 26 кольцевого гнезда 30, проходящего по окружности вокруг ротора 22, при этом концы лопастей 24 по меньшей мере частично введены в кольцевое гнездо 30.

В этом типе применения варианты выполнения, схематически изображенные на фиг. 4.с, 4.е, 4.i и 4.j, являются особенно подходящими, хотя другие варианты выполнения также могут быть успешно использованы.

Вышеприведенное описание касается технических особенностей, которые отличают изобретение от решений предшествующего уровня техники. Для всех других признаков, которые могут быть общими для предшествующего уровня техники и изобретения, можно сделать ссылку на введение, описывающее и комментирующее предшествующий уровень техники.

Как легко может понять квалифицированный специалист, изобретение дает возможность устранить недостатки, отмеченные ранее со ссылкой на предшествующий уровень техники.

В частности, настоящее изобретение обеспечивает канальный осевой вентилятор, который имеет улучшенную эффективность.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает канальный осевой вентилятор, который ограничивает образование концевых вихрей в большей степени, чем вентиляторы известного типа.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает канальный осевой вентилятор, который помимо предоставления дополнительных преимуществ также сохраняет преимущества вентиляторов известного типа.

Следует понимать, что конкретные свойства описаны в отношении различных вариантов выполнения изобретения с помощью неограничивающих примеров. Очевидно, что специалист в данной области техники может вносить дополнительные модификации и изменения в настоящее изобретение, чтобы удовлетворить случайные и конкретные потребности. Например, технические свойства, описанные в отношении варианта выполнения изобретения, могут быть экстраполированы и применены к другим вариантам выполнения изобретения. Такие модификации и вариации также подпадают под объем правовой охраны изобретения, определенный нижеследующей формулой изобретения.

Данное изобретение относится к канальному осевому вентилятору. Вентилятор содержит ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси X и содержащий лопасти, и патрубок, выполненный с возможностью образования канала, имеющего круглое сечение, и проходящий в осевом направлении вокруг ротора. В вентиляторе согласно изобретению патрубок содержит кольцевое гнездо, проходящее по окружности вокруг ротора, при этом концы лопастей по меньшей мере частично размещены в кольцевом гнезде патрубка. 11 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Осевой канальный вентилятор (20), содержащий ротор (22), выполненный с возможностью вращения вокруг оси X и содержащий лопасти (24),

патрубок (26), выполненный с возможностью образования канала (28), имеющего круглое сечение и проходящего в осевом направлении вокруг ротора (22), причем

патрубок (26) содержит кольцевое гнездо (30), проходящее по окружности вокруг ротора (22),

и причем концы лопастей (24) по меньшей мере частично размещены в кольцевом гнезде (30) патрубка (26),

отличающийся тем, что по меньшей мере одна лопасть (24) содержит законцовку (32), причем законцовка (32) содержит пластину (34), проходящую в осевом направлении и размещенную в кольцевом гнезде (30).

2. Вентилятор (20) по п. 1, в котором, в соответствии с кольцевым гнездом (30), наружный диаметр Dr ротора (22) больше внутреннего диаметра Ds кольцевого гнезда (30).

3. Вентилятор (20) по одному из предыдущих пунктов, в котором кольцевое гнездо (30) имеет аэродинамическую сглаживающую поверхность (36).

4. Вентилятор (20) по одному из предыдущих пунктов, в котором кольцевое гнездо (30) имеет сужающуюся аэродинамическую сглаживающую поверхность (36с), расположенную непосредственно выше по потоку от ротора (22).

5. Вентилятор (20) по одному из предыдущих пунктов, в котором кольцевое гнездо (30) имеет расширяющуюся аэродинамическую сглаживающую поверхность (36d), расположенную непосредственно ниже по потоку от ротора (22).

6. Вентилятор (20) по одному из пп. 3-5, в котором аэродинамическая сглаживающая поверхность (36) образует сужение в канале (28), образованном патрубком (26).

7. Вентилятор (20) по п. 6, в котором указанное сужение содержит разницу между внутренним диаметром Dd патрубка (26) и внутренним диаметром Ds кольцевого гнезда (30), причем эта разница составляет менее 5% от Dd, предпочтительно менее 2% от Dd.

8. Вентилятор (20) по одному из предыдущих пунктов, в котором кольцевое гнездо (30) открыто в осевом направлении вниз по потоку.

9. Вентилятор (20) по п. 8, в котором пластина (34) проходит в осевом направлении вверх по потоку и размещена в кольцевом гнезде (30).

10. Вентилятор (20) по одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий двигатель и/или каркас.

11. Вентилятор (20) по одному из предыдущих пунктов, в котором ротор (22) представляет собой ротор с регулируемым шагом.

12. Вентилятор (20) по п. 11, причем вентилятор (20) является рулевым винтом вертолета (40).