專(zhuān)利名稱(chēng)：進(jìn)氣用的高效軸流風(fēng)扇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及風(fēng)扇，特別涉及那些例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻組合件中，用于移動(dòng)空氣通過(guò)散熱器和熱交換器的風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
典型的汽車(chē)?yán)鋮s組合件包括風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)，以及護(hù)罩，并聯(lián)同散熱器/冷凝器(熱交換器)，它通常放置在風(fēng)扇的上游。風(fēng)扇包括布置于中央的、受旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)的輪轂，若干葉片以及徑向的外環(huán)或卡箍。每片葉片以其根部連接至輪轂，并基本沿徑向伸展至其末梢，在此處它連接至卡箍。此外，每片葉片在一個(gè)角度下傾斜至風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)平面，以便在風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生通過(guò)冷卻組合件的軸向空氣流。護(hù)罩具有進(jìn)氣室，它引導(dǎo)空氣從熱交換器(一些熱交換器)流向風(fēng)扇，并在旋轉(zhuǎn)卡箍處以最小的間隙(與生產(chǎn)容差相一致)圍繞風(fēng)扇，從而使回流達(dá)到最小。還知道可將熱交換器放置在風(fēng)扇的下游(高壓)側(cè)，或同時(shí)放置在風(fēng)扇的上游和下游兩側(cè)。
像大多數(shù)空氣移動(dòng)裝置一樣，此組合件中應(yīng)用的軸流風(fēng)扇的設(shè)計(jì)主要要滿(mǎn)足兩個(gè)準(zhǔn)則。首先，它必須有效地運(yùn)行，克服熱交換器和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙室的阻力輸送大流量的空氣，同時(shí)吸收最小量的機(jī)械/電功率。其次，它運(yùn)行時(shí)應(yīng)產(chǎn)生盡可能小的噪聲和振動(dòng)。還考慮其它的準(zhǔn)則。例如，風(fēng)扇在結(jié)構(gòu)上必須能承受住運(yùn)行期間所經(jīng)受的空氣動(dòng)力學(xué)和離心力負(fù)載。設(shè)計(jì)者必須面對(duì)的一個(gè)附加項(xiàng)目是可利用的空間。冷卻組合件必須在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙室的界限內(nèi)運(yùn)行，通常對(duì)護(hù)罩和風(fēng)扇的尺寸有嚴(yán)格的限制。
為滿(mǎn)足這些準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)者必須優(yōu)化若干設(shè)計(jì)參數(shù)。這些參數(shù)包括風(fēng)扇直徑(通常受可利用空間的約束)、轉(zhuǎn)速(也常常受制約)、輪轂直徑、葉片數(shù)，以及葉片形狀的各種細(xì)節(jié)。已知風(fēng)扇葉片具有機(jī)翼截面，其節(jié)距、弦長(zhǎng)、折轉(zhuǎn)角和厚度可加以選擇以適應(yīng)特定的應(yīng)用，其平面形狀可以、或是純粹徑向的，或是向后或向前掃掠(斜交)的。此外，葉片可對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)地圍繞輪轂而間隔地配置。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)將葉片節(jié)距作為半徑的函數(shù)加以控制，我們已發(fā)現(xiàn)了一種加箍風(fēng)扇的風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)，它適用于由熱交換器和護(hù)罩產(chǎn)生的流動(dòng)環(huán)境，因此，它能給出更高的效率和降低的噪聲。葉片節(jié)距直接影響風(fēng)扇的泵送能力。它必須在風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、空氣通過(guò)風(fēng)扇的流量以及要求風(fēng)扇產(chǎn)生的壓力升高的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。特別關(guān)心的是精確的節(jié)距的徑向變化，它取決于葉片斜交，也取決于通過(guò)風(fēng)扇的空氣流量的徑向分布。
使風(fēng)扇葉片斜交(常常這樣做以減少噪聲)會(huì)改變它的空氣動(dòng)力學(xué)性能，因此，葉片節(jié)距必須調(diào)節(jié)用以均衡。具體講，相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向向后斜交的葉片一般應(yīng)具有縮小的節(jié)距角，以便在給定條件下產(chǎn)生的升力與非斜交、但所有其它方面均相同的葉片的升力相同。相反，向前斜交的風(fēng)扇葉片通常應(yīng)具有增大的節(jié)距以給出相同的性能。本發(fā)明將把這些因素均加以考慮。
此外，本發(fā)明計(jì)及空氣進(jìn)給速度的徑向變化。在圖1所示組合件情況，流入的空氣流過(guò)散熱器，然后受護(hù)罩進(jìn)氣室的迫使迅速?gòu)纳崞鞔髾M截面的流動(dòng)面積收縮至護(hù)罩中風(fēng)扇開(kāi)口的較小的流動(dòng)面積。這造成風(fēng)扇的流場(chǎng)在徑向高度的不均勻。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)設(shè)定在附圖及以下的說(shuō)明中。本發(fā)明的其它特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)將由說(shuō)明書(shū)和附圖，以及由權(quán)利要求變得更為清晰。


圖1是風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)和護(hù)罩的分解透視圖。熱交換器示意地示于風(fēng)扇的上游。
圖2是風(fēng)扇的透視圖，該風(fēng)扇具有本發(fā)明描述的特征。
圖3表示從排出(下游)側(cè)察看的風(fēng)扇平面視圖。
圖4展示了葉片的斜交角，它定義為在給定半徑相交葉片弦線中點(diǎn)線的徑向線與在葉片根部相交葉片弦線中點(diǎn)線的徑向線之間的角度。還展示了葉片的掃掠角。
圖5表示典型的風(fēng)扇卡箍幾何形狀的橫截面。
圖6表示汽車(chē)?yán)鋮s組合件的詳細(xì)橫截面，它包括熱交換器、具有進(jìn)氣室的護(hù)罩、泄漏控制裝置、出口喇叭口、電動(dòng)機(jī)支架和支承定子、電動(dòng)機(jī)，以及加箍的風(fēng)扇。
圖7是一種風(fēng)扇聯(lián)同在典型汽車(chē)?yán)鋮s組合件中應(yīng)用的護(hù)罩的前視圖，該風(fēng)扇具有本發(fā)明描述的特征。
圖8表示在護(hù)罩中運(yùn)行的風(fēng)扇，在不同面積比下，其周向平均的軸向速度沿徑向的分布。
圖9A表示冷卻組合件的簡(jiǎn)化橫截面，該冷卻組合件包括熱交換器、護(hù)罩、電動(dòng)機(jī)和含輪轂的風(fēng)扇。流線軌跡表示空氣通過(guò)組合件的流動(dòng)。圖9B表示平行于旋轉(zhuǎn)軸線的速度分量的等高線，展示了發(fā)生于風(fēng)扇葉片末梢附近的流量的集中。
圖10表示典型的葉片橫截面及進(jìn)氣速度向量。
圖11表示在護(hù)罩中運(yùn)行的風(fēng)扇，在不同面積比下，其節(jié)距比沿徑向的分布。
圖12是空氣流組合件的分解透視圖，該組合件包括風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)、護(hù)罩，以及設(shè)置在風(fēng)扇上游和下游兩側(cè)的熱交換器。
圖13A表示空氣流組合件的簡(jiǎn)化橫截面，該組合件具有護(hù)罩、電動(dòng)機(jī)、包含輪轂的風(fēng)扇，以及設(shè)置在風(fēng)扇上、下游兩側(cè)的熱交換器。流線軌跡表示空氣通過(guò)組合件的流動(dòng)。圖13B表示平行于旋轉(zhuǎn)軸線的速度分量的等高線，展示了發(fā)生于風(fēng)扇葉片末梢附近的流量的集中。
圖14表示風(fēng)扇的透視圖，該風(fēng)扇具有本發(fā)明所描述的特征。
在不同附圖中以相同的標(biāo)號(hào)指示相同的部件。
詳細(xì)說(shuō)明圖1表示一種冷卻組合件的主要部件，包括風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)、護(hù)罩以及在風(fēng)扇上游的熱交換器。同樣，圖12表示一種冷卻組合件的主要部件，其中熱交換器位于風(fēng)扇的下游。
圖2-3表示本發(fā)明的風(fēng)扇2。風(fēng)扇設(shè)計(jì)成引發(fā)通過(guò)汽車(chē)熱交換器的空氣流，它具有位于中心的輪轂6和若干葉片8，葉片8徑向向外伸展至外卡箍9。風(fēng)扇由模壓塑料制成。
輪轂一般為圓柱形，并在一端具有光滑的表面。位于此表面中心的孔20使受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸能插入，用于圍繞風(fēng)扇中心軸線90(示于圖4中)旋轉(zhuǎn)。輪轂的相對(duì)端是中空的，用以安放電動(dòng)機(jī)(未表示)，并包括若干肋30，用于增加強(qiáng)度。
在所示的實(shí)施例中，葉片8在末梢區(qū)域向后掠，或與旋轉(zhuǎn)方向12相反地掃掠。葉片斜交和葉片掃掠定義如下。斜交角40是徑向參考線41，它在葉片根與葉片的弦線中點(diǎn)線42相交；與在給定半徑45通過(guò)平面形狀弦線中點(diǎn)的第二徑向線之間的夾角(圖4)。正的斜交角40表示在旋轉(zhuǎn)方向斜交。零斜交角40或隨半徑恒定的斜交角40表示葉片具有直的平面形狀(徑向葉片)。葉片后掠角47是在給定半徑通過(guò)平面形狀弦線中點(diǎn)線的徑向線與弦線中點(diǎn)的軸向投影在同一給定半徑的切線之間的夾角(圖4)。因此，根據(jù)此約定，向后掃掠意味著斜交角局部減少。與具有徑向葉片的風(fēng)扇相比，在末梢區(qū)域葉片成后掠的風(fēng)扇一般產(chǎn)生較小的大氣噪聲，還將占據(jù)較小的軸向空間，因?yàn)槿~片在末梢區(qū)域具有較小的節(jié)距。
外卡箍9(圖5)通過(guò)在葉片8的末梢46支承葉片8使風(fēng)扇2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加強(qiáng)，并通過(guò)減少?lài)@葉片末梢從葉片高壓側(cè)至低壓側(cè)的空氣回流量提高了空氣動(dòng)力學(xué)效率。在葉片末梢連接至卡箍的區(qū)域，卡箍必須差不多是圓柱形的，以便能進(jìn)行模壓生產(chǎn)。在葉片的前方，或上游，卡箍包括徑向，或近似徑向部分(唇部)50以及喇叭口半徑51，它用作卡箍的圓柱部分52與徑向部分50之間的過(guò)渡。
從空氣動(dòng)力學(xué)方面來(lái)說(shuō)，喇叭口51起噴嘴的作用，用以引導(dǎo)氣流進(jìn)入風(fēng)扇，并設(shè)置盡可能大的半徑以確保氣流平穩(wěn)流過(guò)風(fēng)扇葉片排。但是，空間制約一般將半徑限制在小于10-15mm的長(zhǎng)度內(nèi)。
圖6表示連同典型汽車(chē)?yán)鋮s組合件1的各種部件的風(fēng)扇2的橫截面，包括熱交換器5、具有進(jìn)氣室10的護(hù)罩4、泄漏控制裝置60、出口喇叭口61、電動(dòng)機(jī)支架62和支承定子63，以及電動(dòng)機(jī)3。圖7表示了同一風(fēng)扇和護(hù)罩的前視圖，圖中指示了風(fēng)扇的直徑以及護(hù)罩進(jìn)氣室10的尺寸。護(hù)罩進(jìn)氣室可以也可以不與汽車(chē)散熱器的尺寸相符，且通常，但不必須是，矩形橫截面。進(jìn)氣室的主要目的是起漏斗的作用，使風(fēng)扇從熱交換器的大橫截面面積吸進(jìn)空氣，從而使空氣流的冷卻效應(yīng)達(dá)到最大。護(hù)罩也阻止空氣從風(fēng)扇的高壓排出側(cè)至緊挨風(fēng)扇的上游的低壓區(qū)域的回流。
已發(fā)現(xiàn)，護(hù)罩和風(fēng)扇的相對(duì)橫截面積是一個(gè)影響風(fēng)扇進(jìn)氣量的重要因素。此因素，或參數(shù)，今后將稱(chēng)為“面積比”，對(duì)矩形護(hù)罩將計(jì)算如下 此處L護(hù)罩是護(hù)罩開(kāi)口的長(zhǎng)度，在此處護(hù)罩連接至散熱器，H護(hù)罩是護(hù)罩開(kāi)口的高度，在此處護(hù)罩連接至散熱器，而D風(fēng)扇是風(fēng)扇直徑。
圖8表示在不同面積比下，風(fēng)扇進(jìn)氣軸向速度(周向平均)隨葉片徑向位置的分布。注意，對(duì)在正方形護(hù)罩中運(yùn)行的風(fēng)扇，理論的最小面積比是4/π，或近似是1.27。而1.40的適中面積比引起軸向進(jìn)氣速度幾乎沒(méi)有徑向變化，更大的面積比在葉片末梢附近區(qū)域產(chǎn)生顯著高得多的軸向進(jìn)氣速度。
圖9A表示通過(guò)散熱器5、護(hù)罩4和風(fēng)扇2的風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸線90的流動(dòng)截面(1/2平面)。此護(hù)罩-風(fēng)扇組合件的面積比是1.78。表示了流線以表示通過(guò)散熱器5和風(fēng)扇2的流動(dòng)形式?？諝庠谘杆偈湛s通過(guò)風(fēng)扇2之前，由于散熱器5的冷卻肋片，被迫沿平行風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸線90的方向(軸向)而流動(dòng)。圖9B表示同一流動(dòng)截面，但具有軸向速度的等高線。在風(fēng)扇的末梢46附近可清楚地看到高流動(dòng)速度的區(qū)域。
進(jìn)氣速度剖面的這一特點(diǎn)具有若干原因。首先，熱交換器冷卻肋片的流動(dòng)拉直效應(yīng)阻止在護(hù)罩外角的流入的空氣流在風(fēng)扇開(kāi)口上收縮，直至它通過(guò)熱交換器之后。因此，氣流被迫在熱交換器與風(fēng)扇之間可利用的較短的軸向空間中迅速收縮。此流動(dòng)特點(diǎn)被散熱器的空氣動(dòng)力學(xué)阻力(壓降)所放大，它阻止在風(fēng)扇的正前方形成高速流動(dòng)，而在外角造成流過(guò)散熱器的空氣量的相對(duì)增加。從這些外角收縮的流動(dòng)然后在流過(guò)風(fēng)扇之前，必須在風(fēng)扇卡箍處突然轉(zhuǎn)向。如前所述，風(fēng)扇卡箍上的喇叭口半徑通常限制在小于10-15mm的尺寸，從而在護(hù)罩/風(fēng)扇開(kāi)口的唇部發(fā)展成較快運(yùn)動(dòng)的空氣的集中射流。對(duì)風(fēng)扇末梢區(qū)域較高速度有貢獻(xiàn)的一個(gè)重要附加因素是通過(guò)熱交換器時(shí)壓頭損失隨徑向位置變化。在外角流動(dòng)較慢的空氣當(dāng)它通過(guò)散熱器時(shí)損失較小的壓頭。在外半徑處留于流動(dòng)中的較大的剩余能量造成風(fēng)扇末梢附近較高的速度。
在圖8和圖9B中顯然可見(jiàn)的還有軸向速度在風(fēng)扇葉片的徑向最外末端部分的突然下降。這是由于壁面上的摩擦，也由于在卡箍的喇叭口51處“射流”流動(dòng)下游的壓力迅速恢復(fù)。此收縮斷面效應(yīng)引起葉片末梢46附近的大容量流量在其通過(guò)風(fēng)扇時(shí)徑向向內(nèi)移動(dòng)，在葉片最末端的末梢46建立一個(gè)空氣移動(dòng)較慢的區(qū)域。
應(yīng)指出的是，這些流動(dòng)特征在熱交換器放置在風(fēng)扇的上游和下游兩側(cè)時(shí)(圖12)也存在。當(dāng)熱交換器只位于風(fēng)扇的下游側(cè)時(shí)，在卡箍處仍將產(chǎn)生加速流動(dòng)的集中射流，但是，射流的強(qiáng)度將下降。
雖然設(shè)計(jì)良好的風(fēng)扇可能降低這些進(jìn)氣速度的徑向變化，但要完全消除它們是困難的，特別對(duì)具有大面積比的空氣流組合件。它也可以是自挫敗型的，因?yàn)楦淖冿L(fēng)扇速度場(chǎng)以改進(jìn)風(fēng)扇效率能以下述方式影響熱交換器的流動(dòng)，即增加熱交換器的阻力，從而產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)效率的零凈增益。因此，為了獲得護(hù)罩和熱交換器(一些熱交換器)的安靜和高效的運(yùn)行性能，風(fēng)扇設(shè)計(jì)者在發(fā)展葉片設(shè)計(jì)(特別是葉片節(jié)距分布)時(shí)，應(yīng)預(yù)料到非均勻的流動(dòng)環(huán)境。
圖10表示相對(duì)旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片、在一個(gè)恒定半徑的葉片截面上、風(fēng)扇上游的近距離處的進(jìn)氣速度向量VTOT。進(jìn)氣向量包括由風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)引起的旋轉(zhuǎn)分量VROT(由于風(fēng)扇產(chǎn)生的旋渦流動(dòng)，在下游減弱)以及由于空氣通過(guò)風(fēng)扇的主要流動(dòng)引起的軸向分量VX。從圖10可容易地推斷，在軸向速度VX較高的區(qū)域，節(jié)距角β應(yīng)增加以維持要求的攻角α。相反，在軸向速度減少的區(qū)域，要求葉片節(jié)距下降。
圖11表示與圖8所示的進(jìn)氣速度分布相對(duì)應(yīng)的葉片無(wú)量綱節(jié)距比分布。節(jié)距比定義為葉片節(jié)距與風(fēng)扇直徑之比，其中節(jié)距是，如果在固體介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)，葉片截面通過(guò)一次軸旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)每一機(jī)械旋轉(zhuǎn)的理論軸向移動(dòng)距離。它可由葉片節(jié)距角β(即葉片截面與旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角)按π×r/R×tanβ計(jì)算，但是是一個(gè)比節(jié)距角更直觀的參數(shù)。例如，忽略斜交和旋渦(沖洗)效應(yīng)，在完全均勻進(jìn)氣中運(yùn)行的風(fēng)扇在橫跨葉片的寬度上具有恒定的節(jié)距比。但是，節(jié)距角將隨半徑而減小。這樣，節(jié)距比是葉片設(shè)計(jì)中斜交、旋渦和非均勻進(jìn)氣速度的影響的更直接的指示器。
在圖11中所有的葉片設(shè)計(jì)是后斜交的，并具有與圖1-3中所示風(fēng)扇相似或等同的斜交分布。在一些情況，葉片數(shù)、葉片弦長(zhǎng)、厚度和折轉(zhuǎn)角不相同。對(duì)面積比為1.4的較低面積比，進(jìn)氣大體上是均勻的(圖8)，因此斜交影響支配節(jié)距分布的選擇。由先前的專(zhuān)利，包括美國(guó)專(zhuān)利NO.4569632在內(nèi)，可預(yù)期，對(duì)于后斜交風(fēng)扇，其節(jié)距比隨半徑持續(xù)下降，特別在葉片的徑向外側(cè)部分。但是，對(duì)于大的面積比，進(jìn)氣速度分布的影響變得顯著了。最終的最佳葉片節(jié)距分布表示在軸向進(jìn)氣速度正在增加的徑向區(qū)域中節(jié)距比增加，隨之而來(lái)的是在葉片的最外側(cè)部分節(jié)距比減小。這與先前文獻(xiàn)中描述的徑向和后斜交風(fēng)扇的節(jié)距分布不同。
本發(fā)明提出的風(fēng)扇以這樣一種徑向節(jié)距分布為特點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)扇在護(hù)罩中運(yùn)行于由一臺(tái)或多臺(tái)熱交換器形成的非均勻流場(chǎng)中時(shí)，這種徑向節(jié)距分布能提高效率，并減少噪音。在較優(yōu)實(shí)施例中，風(fēng)扇葉片的平面形狀是徑向的，或在徑向位置r/R＝0.70與末梢(r/R＝1.00)之間的區(qū)域是成后掠的。葉片從徑向位置r/R＝0.85至r/R＝0.90與r/R＝0.975之間的一個(gè)徑向位置具有增大的節(jié)距比。從此局部最大節(jié)距比位置起，節(jié)距比向著葉片末梢(r/R＝1.00)減少。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中(圖14)，風(fēng)扇葉片的平面形狀是徑向的，或在徑向位置r/R＝0.70與末梢(r/R＝1.00)之間的區(qū)域是成后掠的。葉片從徑向位置r/R＝0.85至r/R＝0.90與r/R＝0.975之間的一個(gè)徑向位置具有增大的節(jié)距比。從此局部最大節(jié)距比位置起，節(jié)距比向著葉片末梢(r/R＝1.00)減少。此外，在r/R＝0.90與r/R＝0.975之間區(qū)域的局部最大節(jié)距比要大于在r/R＝0.75與r/R＝0.85之間區(qū)域的最小節(jié)距比值，所大的量等于或大于所述最小節(jié)距比的5％。
在另一更優(yōu)選的實(shí)施例中(圖14)，風(fēng)扇葉片的平面形狀是徑向的，或在徑向位置r/R＝0.70與末梢(r/R＝1.00)之間的區(qū)域是成后掠的。葉片從徑向位置r/R＝0.825至r/R＝0.90與r/R＝0.95之間的一個(gè)徑向位置具有增大的節(jié)距比。從此局部最大節(jié)距比位置起，節(jié)距比向著葉片末梢(r/R＝1.00)減少。此外，在r/R＝0.90與r/R＝0.95之間區(qū)域的局部最大節(jié)距比要大于在r/R＝0.775與r/R＝0.825之間區(qū)域的最小節(jié)距比值，所大的量等于或大于所述最小節(jié)距比的20％。
在最為優(yōu)選的實(shí)施例中(圖14)，風(fēng)扇葉片的平面形狀是徑向的，或在徑向位置r/R＝0.70與末梢(r/R＝1.00)之間的區(qū)域是成后掠的。葉片從徑向位置r/R＝0.775至徑向位置r/R＝0.925具有增大的節(jié)距比。從位置r/R＝0.925起，節(jié)距比向著葉片末梢(r/R＝1.00)減少。此外，在r/R＝0.925處的節(jié)距比大于在r/R＝0.775處的節(jié)距比，其所大的量等于或大于所述最小節(jié)距比的20％。
保持葉片節(jié)距分布具有上述較優(yōu)的特征能為在熱交換器附近，諸如汽車(chē)?yán)淠骱蜕崞鞲浇淖o(hù)罩中運(yùn)行的風(fēng)扇提供較高的效率和降低的噪聲。
已描述了若干本發(fā)明的實(shí)施例。但應(yīng)明白，只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍，仍可進(jìn)行各種修改。非均勻的確切性質(zhì)取決于若干因素，包括散熱器和護(hù)罩的幾何形狀，還受到風(fēng)扇下游物品，諸如障礙物或附加的熱交換器的影響。風(fēng)扇能安靜和有效運(yùn)行的節(jié)距的最佳徑向分布也將取決于這些因素，且一般將在不同設(shè)計(jì)的冷卻組合件之間有所不同。因此，其它實(shí)施例也在下述權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)扇，包括輪轂，它能在軸上旋轉(zhuǎn)；若干機(jī)翼型葉片，每片葉片從連接至所述輪轂的根部區(qū)域徑向向外伸展至末梢區(qū)域；一般為圓形的卡箍，它連接葉片末梢區(qū)域；每片所述葉片(i)在r/R＝0.70與葉片末梢(r/R＝1.00)之間的區(qū)域中，或具有大致為徑向的平面形狀，或大致成背離旋轉(zhuǎn)方向的后掠狀；和(ii)定位在這樣的節(jié)距比上，它A.一般從第一徑向位置r/R＝0.85增加至第二徑向位置，所述第二徑向位置在r/R＝0.90與r/R＝0.975之間，和B.一般從所述第二徑向位置減少至所述葉片末梢。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇，其特征在于，X代表r/R＝0.90與r/R＝0.975(含)之間區(qū)域中的最大節(jié)距比值，而Y代表r/R＝0.75與r/R＝0.85(含)之間區(qū)域中的最小節(jié)距比值，且X≥1.05Y。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇，其特征在于，(i)節(jié)距比一般從r/R＝0.825增加至r/R＝0.85，(ii)第二徑向位置在r/R＝0.9與r/R＝0.95之間，和(iii)Q代表r/R＝0.90與r/R＝0.95之間區(qū)域中的最大節(jié)距比值，而Z代表r/R＝0.775與r/R＝0.825之間區(qū)域中的最小節(jié)距比值，且Q≥1.2Z。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)扇，其特征在于，節(jié)距比一般從r/R＝0.775增加至r/R＝0.85，而第二徑向位置至少為r/R＝0.925。
5.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇，其特征在于，所述風(fēng)扇制作成整體結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇，其特征在于，所述整體結(jié)構(gòu)由模壓塑料制成。
7.一種空氣流組合件，它產(chǎn)生至少通過(guò)一臺(tái)熱交換器的軸向空氣流，所述組合件包括(i)根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的風(fēng)扇；和(ii)護(hù)罩，該護(hù)罩具有從所述風(fēng)扇伸展至所述熱交換器的周邊壁，用以引導(dǎo)空氣流動(dòng)通過(guò)所述熱交換器。
8.如權(quán)利要求7所述的空氣流組合件，其特征在于，所述組合件適用于連接至放置在所述風(fēng)扇上游的熱交換器上，而所述周邊壁伸展于所述風(fēng)扇的上游，用以形成一個(gè)從所述熱交換器流出的空氣的入口，所述開(kāi)口是一個(gè)排出開(kāi)口。
9.如權(quán)利要求8所述的空氣流組合件，其特征在于，(i)組合件產(chǎn)生至少通過(guò)一臺(tái)位于所述組合件下游的附加熱交換器的軸向空氣流；護(hù)罩具有周邊壁，它伸展于所述風(fēng)扇的下游，用以形成一個(gè)通過(guò)所述附加熱交換器的空氣流的排出口。
10.如權(quán)利要求7所述的空氣流組合件，其特征在于，所述組合件適用于連接至放置在所述風(fēng)扇下游的熱交換器，而所述周邊壁伸展于所述風(fēng)扇的下游，用以形成一個(gè)從所述熱交換器流過(guò)的空氣的排出口。
11.如權(quán)利要求7-10所述的空氣流組合件，其中，所述護(hù)罩還包括進(jìn)氣室表面，用以阻止空氣從風(fēng)扇的高壓排出側(cè)至緊挨風(fēng)扇的上游低壓區(qū)域的回流，并具有一個(gè)周邊縮小的開(kāi)口，它在所述卡箍的外邊緣嚴(yán)密地封閉所述風(fēng)扇。
12.如權(quán)利要求7所述的空氣流組合件，其特征在于，所述組合件適于供汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻熱交換器之用。
13.如權(quán)利要求11所述的空氣流組合件，該空氣流組合件還包括所述熱交換器。
14.一種空氣流組合件的組裝方法，該方法包括，提供(i)根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的風(fēng)扇；和(ii)護(hù)罩，該護(hù)罩具有從所述風(fēng)扇伸展至所述熱交換器的周邊壁，用以引導(dǎo)空氣流動(dòng)通過(guò)所述熱交換器，所述護(hù)罩還具有漏斗樣的進(jìn)氣室表面，用以阻止空氣從風(fēng)扇的高壓排出側(cè)至緊挨風(fēng)扇的上游低壓區(qū)域的回流，并具有一個(gè)周邊縮小的開(kāi)口，它在所述卡箍的外邊緣嚴(yán)密地封閉所述風(fēng)扇；以及組裝所述風(fēng)扇和所述護(hù)罩，以生產(chǎn)所述空氣流組合件。
15.一種冷卻組合件的組裝方法，該方法包括(i)提供如權(quán)利要求7所述的空氣流組合件以及熱交換器；和(ii)將所述空氣流組合件組裝至所述熱交換器上。
全文摘要
一種高效的軸流風(fēng)扇(2)，它包括中央輪轂(6)、若干葉片(8)和卡箍(9)，并設(shè)計(jì)成例如在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻組合件中，它運(yùn)行于護(hù)罩(4)內(nèi)，以產(chǎn)生通過(guò)一臺(tái)或多臺(tái)熱交換器(5)的流動(dòng)。風(fēng)扇葉片(8)具有節(jié)距比的徑向分布，這在熱交換器(5)和護(hù)罩(4)產(chǎn)生的非均勻流場(chǎng)中提供了高效和低噪聲。葉片(8)或沒(méi)有掃掠，或在徑向位置r/R=0.70與末梢(r/R=1.00)之間的區(qū)域中成后掠(即與旋轉(zhuǎn)方向相反)。葉片節(jié)距比從徑向位置r/R=0.85增加至r/R=0.90與r/R=0.95之間的徑向位置，然后減少至葉片末梢。
文檔編號(hào)F04D29/60GK1473244SQ01818562
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月8日
發(fā)明者羅伯特·W·斯泰爾斯, 戴維·S·格里雷, S 格里雷, 羅伯特 W 斯泰爾斯 申請(qǐng)人:羅伯特博施公司