BR112012022550B1

BR112012022550B1 - Conjunto de ventilador axial de ponta livre

Info

Publication number: BR112012022550B1
Application number: BR112012022550-2A
Authority: BR
Inventors: Robert J. Van Houten
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2020-08-04
Also published as: WO2011112853A1; US20110223024A1; EP2545284A1; EP2545284B1; CN102782334A; US8137070B2; KR20130014514A; BR112012022550A2; CN102782334B; KR101660565B1

Abstract

conjunto de ventilador axial de ponta livre. a presente invenção refere-se a um conjunto de ventilador axial de ponta livre tem uma distribuição de inclinação que reduz o ruído do ventilador, minimizando ao mesmo tempo a deflexão de ponta radial. a diferença entre o valor máximo de inclinação de borda dianteira e o valor de inclinação de válvula de ação rápida, no raio do ventilador, é pelo menos 10 graus. a razão da diferença da inclinação de borda dianteira, entre o valor máximo e o valor no raio do ventilador, para a diferença da inclinação de borda dianteira, entre o valor máximo e o valor no radio, é pelo menos 2,5.

Description

REMISSÃO RECÍPROCA A PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS

[001] Este pedido de patente reivindica a prioridade para o pedido de patente provisório U.S. 61/312.487, depositado em 10 de março de 2010, cujo conteúdo integral é incorporado por referência no presente relatório descritivo.

ANTECEDENTES

[002] Esta invenção refere-se a ventiladores de fluxo axial de ponta livre, e, mais particularmente, a ventiladores de ponta livre, que podem ser utilizados como ventiladores de refrigeração de motor automotivo.

[003] Os ventiladores de refrigeração de motor são usados em veículos automotivos, para movimentar ar por um conjunto de trocadores de calor, que inclui, tipicamente, um radiador para refrigerar um motor de combustão interna, um condensador de condicionador de ar, e, talvez, trocadores de calor adicionais. Esses ventiladores são geralmente fechados por um invólucro, que serve para reduzir a recirculação e dirigir ar entre os trocadores de calor e o ventilador.

[004] O espaço cheio do invólucro (aquela parte do invólucro adjacente aos trocadores de calor) é geralmente retangular, e o influxo para o ventilador não é eixosimétrico. O radiador tem, tipicamente, uma estrutura de aleta e tubo, que contribui para as estruturas de fluxo não eixosimétrico adicionais para o influxo. Essa falta de simetria no influxo provoca uma carga instável na pá, e a geração de tons acústicos. Além disso, há várias fontes de ruído de faixa ampla. Para reduzir ambos os ruídos tonal e de faixa ampla, as pás dos ventiladores são fre-quentemente oblíquas.

[005] Os ventiladores são tipicamente moldados por injeção em plástico, um material com propriedades mecânicas limitadas. Os ventiladores plásticos apresentam deflexão por fluência, quando submetidos à carga rotativa e aerodinâmica a alta temperatura. Isso é particularmente uma consequência, quando o ventilador é montado a jusante dos trocadores de calor, quando o ventilador opera em ar de alta temperatura, e fica ainda mais sujeito a calor radiante de vários componentes sob a tampa. Essa deflexão deve ser creditada ao processo de projeto.

[006] Embora alguns ventiladores de refrigeração de motores tenham faixas de pontas rotativas, muitos são de ponta livre. Esses ventiladores são projetados para que tenham um vão na ponta, ou um espaço operacional, entre as pontas das pás e o tambor do invólucro. Esse vão de ponta deve ser suficiente para permitir ambas as tolerâncias de manufatura e a deflexão máxima, que podem ocorrer durante o tempo de vida útil do conjunto de ventilador. Infelizmente, grandes vãos de pontas resultam geralmente em menor eficiência do ventilador e maior ruído do mesmo.

[007] Muitos conjuntos de ventiladores, usando ventiladores de ponta livre, são conjuntos de potências relativamente baixas. Esses ventiladores não consomem uma grande quantidade de energia elétrica, nem fazem muito ruído. São frequentemente projetados com grandes vãos de pontas, e uma inclinação mínima das pás. A diminuição em desempenho e o aumento em ruídos resultantes podem não ser tão importantes, como seria o caso com conjuntos de ventiladores de maior potência.

[008] Outros conjuntos de ventiladores, no entanto, consomem energia elétrica considerável, e produzem um ruído questionável. Esses conjuntos devem ser projetados para minimizar o ruído e maximizar a eficiência. Há, portanto, uma necessidade para um projeto de ventilador, que minimize a deflexão da ponta da pá. Um problema experimentado pelo projetista de ventilador é que a inclinação da pá, que é desejável para redução de ruído, resulta, frequentemente, em maior deflexão.

[009] Os ventiladores de ponta livre são frequentemente projetados para ter uma forma de ponta de raio constante, e operar em um tambor de invólucro, que é cilíndrico na área de vão livre mais próximo das pás do ventilador. Nesse caso, o componente radial da deflexão da ponta é componente de maior preocupação. No entanto, a patente U.S. 6.595.744 descreve um ventilador de refrigeração de ponta livre, no qual as pontas das pás se conformam a um tambor de invólucro afunilado. Nesse caso, ambas as deflexões das pontas axial e radial podem variar o tamanho do vão livre das pontas. Embora a patente U.S. 6.595.744 descreva ainda uma geometria de ventilador, que minimiza a deflexão axial da ponta de pá para uma determinada inclinação, não recomenda distribuições de inclinação que minimizam a deflexão radial.

SUMÁRIO

[0010] A invenção serve à necessidade para um ventilador que é inclinado para reduzir ruído do mesmo, mas que experimenta uma baixa deflexão de ponta de pá radial. Por minimização da deflexão radial, o vão da ponta pode ser minimizado, e o desempenho aperfeiçoado.

[0011] Em um aspecto, a presente invenção proporciona um conjunto de ventilador axial de ponta livre, compreendendo um ventilador rotativo em torno de um eixo e que tem um raio R e um diâmetro D. O ventilador inclui um cubo tendo um raio Rcubo, e várias pás, que se estendem geralmente radialmente do cubo. Todas as várias pás têm uma borda dianteira, uma borda traseira, uma ponta de pá, e uma extensão S, igual à diferença entre o raio do ventilador R e o raio do cubo Rcubo. Um invólucro do conjunto de ventilador inclui um tambor de invólucro, circundando pelo menos uma parte das pontas de pás. Um vão livre de ponta é definido entre o tambor de invólucro e as pontas de pás. Todas as várias pás têm uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de inclinação de borda dianteira e um ângulo de inclinação de borda traseira. O ângulo de inclinação de borda dianteira tem um valor máximo, e a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira e o ângulo de inclinação de borda dianteira no raio de ventilador R é pelo menos 10 graus. O ângulo de inclinação de borda traseira tem um valor máximo, e a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda traseira e o ângulo de inclinação de borda traseira no raio de ventilador R é pelo menos 2,5 vezes a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda traseira e o ângulo de inclinação de borda traseira no raio de ventilador R.

[0012] Em algumas construções, a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira e o ângulo de inclinação de borda dianteira no raio de ventilador R é pelo menos 3,5 vezes maior do que a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda traseira e o ângulo de inclinação de borda traseira no raio de ventilador R.

[0013] Em algumas construções, a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira e o ângulo de inclinação de borda dianteira no raio de ventilador R é pelo menos 4,5 vezes maior do que a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda traseira e o ângulo de inclinação de borda traseira no raio de ventilador R.

[0014] Em algumas construções, a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira e o ângulo de inclinação de borda dianteira no raio de ventilador R é pelo menos de 15 graus.

[0015] Em algumas construções, a diferença entre o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira e o ângulo de inclinação de borda dianteira no raio de ventilador R é pelo menos de 20 graus.

[0016] Em algumas construções, o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira é pelo menos 2 graus.

[0017] Em algumas construções, o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira é pelo menos 5 graus.

[0018] Em algumas construções, o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira é pelo menos 9 graus.

[0019] Em algumas construções, o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira ocorre a uma posição longitudinal de pá entre cerca de 0,2 vez a extensão da pá S e cerca de 0,6 vez a extensão da pá S.

[0020] Em algumas construções, o valor máximo do ângulo de inclinação de borda dianteira ocorre a uma posição longitudinal de pá entre cerca de 0,3 vez a extensão da pá S e cerca de 0,5 vez a extensão da pá S.

[0021] Em algumas construções, o tambor de invólucro é afunilado, e a borda dianteira da ponta de pá se estende ainda radialmente mais para fora do que a borda traseira de ponta de pá.

[0022] Em algumas construções, o vão livre de ponta é inferior a 0,02 vez o diâmetro do ventilador D.

[0023] Em algumas construções, as pás são moldadas de um material plástico.

[0024] Em algumas construções, o conjunto de ventilador é um conjunto de ventilador de refrigeração de motor automotivo do tipo exaustor.

[0025] Em algumas construções, todas as várias pás têm uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de varredura de borda dianteira, e o ângulo de varredura de borda dianteira, no raio de ventilador R, é pelo menos 47 graus em uma direção para trás.

[0026] Em algumas construções, todas as várias pás têm uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de varredura de borda dianteira, e o ângulo de varredura de borda dianteira, no raio de ventilador R, é pelo menos 55 graus em uma direção para trás.

[0027] Em algumas construções, todas as várias pás têm uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de varredura de borda dianteira, e o ângulo de varredura de borda dianteira, no raio de ventilador R, é pelo menos 62 graus em uma direção para trás.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] A figura 1a é uma representação esquemática de um conjunto de ventilador de refrigeração de motor de ponta livre, mostrando uma ponta de pá de raio constante e um tambor de invólucro cilíndrico.

[0029] A figura 1b é uma representação esquemática de um conjunto de ventilador de refrigeração de motor de ponta livre, mostrando uma ponta de pá que se conforma à forma de um tambor de invólucro afunilado.

[0030] A figura 1c é uma vista de varredura de um ventilador de ponta livre com uma ponta de pá de raio constante, com definições de vários parâmetros geométricos.

[0031] A figura 1d é uma vista de varredura de um ventilador de ponta livre com uma ponta de pá de raio variável, com definições de vários parâmetros geométricos.

[0032] A figura 2a mostra uma projeção axial de um ventilador da técnica anterior com uma ponta de pá de raio constante e um ângulo de varredura de borda dianteira positivo em uma região radialmente externa.

[0033] A figura 2b mostra uma projeção axial de uma pá do ventilador mostrado na figura 2a, com definições de vários parâmetros geo- métricos.

[0034] A figura 3a mostra uma projeção axial de um ventilador da técnica anterior com uma ponta de pá, que se conforma a um invólucro afunilado, e um ângulo de varredura de borda dianteira negativo em uma região radialmente externa.

[0035] A figura 3b mostra uma projeção axial de uma pá do ventilador mostrado na figura 3a.

[0036] A figura 3c é uma representação esquemática das forças de dobramento exercidas na parte de borda traseira da região radialmente externa da pá mostrada na figura 3b.

[0037] A figura 4a mostra uma projeção axial de um ventilador de acordo com uma construção da presente invenção.

[0038] A figura 4b mostra uma projeção axial de uma pá do ventilador mostrado na figura 4a.

[0039] A figura 5a mostra uma projeção axial de um ventilador de acordo com uma construção da invenção.

[0040] A figura 5b mostra uma projeção axial de uma pá do ventilador mostrado na figura 5a.

[0041] A figura 6 mostra uma representação gráfica de deflexão radial calculada da ponta de pá para os ventiladores mostrados nas figuras 3, 4 e 5.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0042] A figura 1a mostra um conjunto de ventilador axial de ponta livre 1, que é configurado para uso como um conjunto de ventilador de refrigeração de motor, montado adjacente a um conjunto de trocadores de calor 2. Este conjunto de trocadores de calor inclui, tipicamente, um radiador 3, que refrigera um motor de combustão interna, mas em veículos de alternativamente maior potência pode incluir trocadores de calor para refrigerar baterias, motores, etc. Um invólucro 4 guia o ar refrigerante do radiador 3 para o ventilador 5. O ventilador 5 gira em torno de um eixo 6 e compreende um cubo 7, e, pás estendendo-se geralmente radialmente 8. Uma das pás 8 é mostrada em uma vista de varredura, na qual a extensão axial é representada graficamente em função de raio. A extremidade da pá 8, adjacente ao cubo 7, é a raiz de pá 9, e a extremidade mais externa da pá 8 é a ponta de pá 10a. As pontas de pás 10a são circundadas pelo tambor de invólucro 11a. Um vão livre de ponta 12a proporciona um espaço operacional, entre as pontas de pás 10a e o tambor de invólucro 11a.

[0043] Embora, mais tipicamente, o ventilador esteja em uma configuração de "extração" e localizado a jusante dos trocadores de calor, em alguns casos, o ventilador é um "impulsor" e localizado a montante dos trocadores de calor. Embora a figura 1a represente, mais precisamente, uma configuração de extração, pode ser interpretada como um impulsor, embora nessa configuração a posição do radiador 3, dentro do conjunto de trocadores de calor 2, vá ser invertida.

[0044] A figura 1a mostra a ponta de pá 10a como estando a um raio constante, e o tambor de invólucro 11a sendo cilíndrico na região bem próxima da ponta de pá 10a. Este exemplo mostra toda a ponta de pá 10a bem próxima do tambor de invólucro 11a. Em outros casos, a ponta de pá 10a é deixada ficar saliente do tambor 11a (por exemplo, estendendo-se para a esquerda na figura 1a), de modo que apenas a parte traseira de cada ponta de pá 10a (a parte de pá à direita na figura 1a) tenha um pequeno vão livre de folga com o tambor de invólucro 11a.

[0045] A figura 1 b mostra um conjunto de ventilador axial de ponta livre, que é configurado para uso como um conjunto de ventilador de refrigeração de motor, no qual o tambor de invólucro 11 b é afunilado, e a ponta de pá 10b se conforma com a forma do tambor de invólucro afunilado 11b. Um vão livre de ponta 12b proporciona espaço operacional entre as pontas de pás 10b e o tambor de invólucro 11b. Como mostrado pela linha tracejada na figura 1b, a ponta de pá 10b pode ter, opcionalmente, tem uma forma arredondada localmente na borda traseira.

[0046] A figura 1c é uma vista de varredura de um ventilador de ponta livre com uma ponta de pá de raio constante. O raio da ponta é R, e o raio do cubo é Rcubo. Se o cubo tiver uma forma não cilíndrica, Rcubo pode ser definido como o raio de cubo na borda traseira de pá TE. A extensão da pá S é a distância radial entre o cubo, na borda traseira de pá, e a ponta de pá, ou (R - Rcubo). A geometria de pá pode ser descrita em função da posição radial r, frequentemente adimensio- nal como r/R, ou em função da posição longitudinal s, que é igual a (r - Rcubo). A posição longitudinal pode ser adimensional como s/S. Ambas a posição radial r e a posição longitudinal s são definidas como aumentando na direção radialmente para fora.

[0047] A figura 1c mostra a posição axial de uma borda dianteira de pá LE e uma borda traseira de pá TE, representadas graficamente em função da posição radial r. A linha de corda intermediária, em uma posição radial r, é mostrada como sendo axialmente a meio caminho entre as bordas dianteira e traseira, nessa posição radial r. A inclinação de corda intermediária da pá XMID, em uma posição radial r, é definida como sendo a distância axial da linha de corda intermediária, nessa posição radial r, a partir da posição r da posição da linha de corda intermediária no raio de cubo Rcubo. O ângulo de inclinação de corda in-termediária ©MID, em uma posição radial r, é o ângulo formado entre uma linha radial e uma tangente de linha para a linha de corda intermediária nessa posição radial r. A inclinação XMID e o ângulo ©MID são ambos mostrados como sendo positivos na posição radial r arbitrária, ilustrada na figura 1c. A linha de corda intermediária fica axialmente à frente da sua posição na raiz de pá 9, e fica tendendo ainda à frente na medida em que a posição radial r aumenta.

[0048] A figura 1d é uma vista de varredura de um ventilador de ponta livre, com uma ponta de pá que é afunilada para se conformar com um tambor de invólucro afunilado, como mostrado na figura 1b. O raio da ponta de pá na borda dianteira é RLE, e o raio da ponta de pá na borda traseira é RTE. A extensão da pá S é a distância radial entre o cubo e a ponta de pá. No caso de um ventilador com pontas de pás alargadas, o raio de borda traseira RTE é considerado como o raio de ponta de pá nominal. Além do mais, se a ponta de pá for arredondada localmente na borda traseira (como mostrado pelas linhas tracejadas nas figuras 1b e 1 d), o raio de borda traseira RTE de cada ponta de pá 10b é considerado como sendo o raio da ponta de pá na borda traseira TE, na qual o vão livre de ponta é o valor nominal ou substancialmente mínimo. Desse modo, a menos que indicado de outro modo, quando "raio de ponta de pá", "raio de ponta de pá R" ou "raio de ventilador" for usado na descrição a seguir, quer-se mencionar que abrange ambos o raio de ponta de pá constante de um ventilador com pontas de pás não alargadas e o raio de ponta de pá nominal de um ventilador com pontas de pás alargadas. Consequentemente, a extensão de pá S do ventilador da figura 1d pode ser expressa como (RTE - Rcubo) ou (R - Rcubo).

[0049] As convenções para definição da posição radial r e da posição longitudinal s de qualquer posição ao longo da pá são mostradas na figura 1c. No caso do ventilador da figura 1 d, que tem pontas de pás alargadas, vai haver uma pequena parte da pá correspondente a um valor de posição radial r maior do que o raio de ponta de pá R (RTE), e um valor de posição longitudinal s maior do que a extensão de pá S.

[0050] O diâmetro D do ventilador é considerado como sendo duas vezes o raio do ventilador, isto é, duas vezes o raio de ponta de pá R, como mostrado na figura 1c, ou duas vezes o raio de borda traseira RTE, como mostrado na figura 1d. Em uma posição axial na qual é um mínimo, o vão livre de ponta, entre o ventilador e o invólucro, pode ser entre 0,007 e 0,02 vez o diâmetro do ventilador D. As figuras 1a e 1b mostram o vão livre de ponta como sendo aproximadamente 0,01 vez do diâmetro do ventilador D.

[0051] A figura 2a é uma projeção axial de um ventilador de ponta livre da técnica anterior, no qual a geometria do ventilador é projetada em um plano normal ao eixo de rotação do ventilador. O ventilador tem uma ponta de pá de raio constante 10a. A rotação é horária, e a borda dianteira do ventilador LE e a borda traseira do ventilador TE são como mostradas.

[0052] A figura 2b é uma projeção axial de uma única pá do ventilador mostrado na figura 2a. O raio do ventilador R, o raio do cubo Rcubo, e a extensão de pá S são mostrados. Ambas as borda dianteira e a borda traseira são caracterizadas por um ângulo de varredura e um ângulo de inclinação, cada um dos quais é uma função da posição radial r. Também se mostra a posição longitudinal s, que corresponde à posição radial r.

[0053] O ângulo de varredura de uma borda em uma posição radial r é o ângulo em uma projeção axial formada por uma linha radial com a borda, nessa posição radial r, e uma tangente de linha com a borda, nessa posição radial r. O ângulo de varredura da borda dianteira é mostrado na figura 2b como ɅLE, e aquele da borda traseira é mostrado como ɅTE. Na posição radial indicada r, ambos os ɅLE e ɅTE são positivos (isto é, as bordas dianteira e traseira ficam tendendo na direção de rotação, na medida em que a posição radial r aumenta). Isso é fre-quentemente referido como uma varredura à frente.

[0054] O ângulo de inclinação de uma borda em uma posição radial r é o ângulo em uma projeção axial formada por uma linha radial com a borda nessa posição radial r e uma linha radial na mesma borda na raiz de pá. 0 ângulo de inclinação da borda dianteira é mostrado na figura 2b como ΦLE, e aquele da borda traseira é mostrado como ΦTE. Na posição radial indicada r, ambos os ΦLE e ΦTE são positivos (isto é, as bordas dianteira e traseira são deslocadas na direção de rotação relativa às suas posições na raiz de pá). Isso é frequentemente referido como uma inclinação à frente.

[0055] A figura 3a é uma projeção axial de um ventilador de ponta livre da técnica anterior, com uma ponta de pá que se conforma com um invólucro afunilado, como mostrado na figura 1b. A rotação é horária, e a borda dianteira do ventilador LE e a borda traseira do ventilador TE são como mostradas. O raio da ponta de pá, na borda dianteira, é RLE, e, na borda traseira, é RTE, em que RLE excede RTE. Como descrito acima, o raio de ventilador ou o raio de ponta de pá R é definido como sendo igual a RTE.

[0056] Embora os ângulos de inclinação não sejam marcados no ventilador da figura 3a, pode-se notar que ambas a borda dianteira e a borda traseira têm inclinação positiva (à frente) na região radialmente interna da pá, e inclinação negativa (para trás) na região radialmente externa da pá. O ventilador da figura 3a é similar àquele descrito na figura 4a da patente U.S. 6.595.744. Os ensinamentos da patente U.S. 6.595.744 sugerem que esse ventilador tem uma distribuição de inclinação similar àquela mostrada na figura 4b da patente U.S. 6.595.744, que é similar àquela mostrada na figura 1b do presente pedido de pa-tente. Especificamente, os ângulos de inclinação prescritos são positivos (à frente) na região radialmente interna, e negativos (para trás) na região radialmente externa. Essa distribuição de inclinação minimiza a deflexão axial da pá, mas tem um efeito limitado na deflexão radial.

[0057] A figura 3b é uma projeção axial de uma única pá do ventilador mostrado na figura 3a. Para ambas as bordas dianteira e traseira, a figura 3b mostra o valor de inclinação máximo (isto é, o mais positivo), e o valor de inclinação no raio de ventilador R. Também mostrada, para cada borda, a diferença entre esses dois valores. Para a borda dianteira, essa diferença é definida como ΔΦLE, e para a borda traseira é definida como ΔΦTE. Para a pá mostrada, a inclinação da borda dianteira tem um valor máximo ΦLE (max) de cerca de 9,5 graus, e um valor no raio de ventilador ΦLE (R) de cerca de - 14,8 graus, propiciando uma diferença de inclinação de borda dianteira ΔΦLE de cerca de 24,3 graus. A inclinação de borda traseira tem um valor máximo ΦTE (max) de cerca de 16,3 graus, e um valor no raio de ventilador ΦTE (R) de cerca de - 2,1 graus, propiciando uma diferença de inclinação de borda traseira ΔΦTE de cerca de 18,4 graus. A razão de ΔΦLE para ΔΦTE é cerca de 1,32. Embora a interseção entre a borda traseira e a ponta de pá não seja mostrada como arredondada localmente na figura 3b, alguns ventiladores podem ser arredondados localmente nesse local. No caso no qual ocorre arredondamento local entre a borda traseira e a ponta de pá (como visto em uma projeção axial na qual a inclinação é medida), a inclinação de borda traseira, no raio de ventilador ΦTE (R), é considerada como sendo o valor de inclinação mínima (mais negativo) dentro da região de arredondamento local.

[0058] A figura 3b mostra o ângulo de inclinação de borda dianteira no raio de ventilador, ɅLE (R), como sendo de aproximadamente - 62 graus. O invólucro de borda dianteira pode reduzir ambos os tons e o ruído de faixa ampla, particularmente, ruído de turbulência - ingestão.

[0059] A figura 3b também mostra a posição radial do ângulo de inclinação máximo da borda dianteira, rΦI.Emax, que é igual a cerca de 0,625 vez o raio de ventilador R. A posição longitudinal do ângulo de inclinação de borda dianteira máximo, sΦI.Emax, é cerca de 0,375 vez a extensão de lâmina S.

[0060] A figura 3c é uma representação esquemática simples das forças devido à rotação, que agem na região de borda traseira da pon- ta da pá mostrada na figura 3b. Pode-se notar que um momento de dobramento, que faz com que a borda traseira de ponta de pá seja de- fletida para fora. Essa deflexão para fora pode provocar uma redução no espaço operacional entre o ventilador e o tambor de invólucro, e pode, finalmente, provocar contato entre o ventilador e o invólucro. Convencionalmente, a maneira de reduzir a probabilidade de contato entre o ventilador e o invólucro inclui ou o sacrifício de desempenho do ventilador e um baixo ruído ao proporcionar-se um grande vão livre de ponta, ou o sacrifício de manufatura de baixo custo por construção do ventilador de um material de alta resistência mecânica.

[0061] A figura 4a é uma projeção axial de um ventilador de acordo com uma construção da presente invenção. Tem uma ponta de pá que se conforma com um invólucro afunilado. A rotação é horária. Como na figura 3a, ambas a borda dianteira e a borda traseira têm inclinação positiva (à frente) na região radialmente interna da pá, e inclinação negativa (para trás) na região radialmente externa da pá.

[0062] A figura 4b é uma projeção axial de uma única pá do ventilador, mostrada na figura 4a. O raio de cubo e o perfil da borda dianteira desse ventilador são idênticos àqueles na figura 3b. A inclinação de borda traseira tem um valor máximo ΦTE (max) de cerca de 8,6 graus e um valor no raio de ventilador ΦTE (R) de cerca de 0,7 grau, propiciando um diferencial de inclinação de borda traseira ΔΦTE de cerca de 7,9 graus. A razão de ΔΦLE para ΔΦTE é cerca de 3,08.

[0063] A ponta de pá da figura 4b tem uma menor tendência de ser defletida radialmente, quando comparada com a ponta de pá da figura 3b, devido ao fato de que a região de borda traseira de ponta experimenta um menor momento, devido às forças centrífugas. Desse modo, um vão livre de ponta inferior a 0,02 vez o diâmetro do ventilador D (por exemplo, cerca de 0,01 vez o diâmetro do ventilador D ou menor) é obtido mais facilmente.

[0064] A figura 5a é uma projeção axial de um ventilador de acordo com uma construção da presente invenção. Tem uma ponta de pá que se conforma a um invólucro afunilado. A rotação é horária. Como nas figuras 3a e 4a, ambas as borda dianteira e borda traseira têm inclinação positiva (à frente) na região radialmente interna da pá, e inclinação negativa (para trás) na região radialmente externa da pá.

[0065] A figura 5b é uma projeção axial de uma única pá do ventilador, mostrada na figura 5a. O raio de cubo e o perfil da borda dianteira desse ventilador são idênticos àqueles nas figuras 3b e 4b. A inclinação de borda traseira tem um valor máximo ΦTE (max) de cerca de 1,6 grau e um valor no raio de ventilador ΦTE (R) de cerca de - 3,1 graus, propiciando um diferencial de inclinação de borda traseira ΔΦTE de cerca de 4,7 graus. A razão de ΔΦLE para ΔΦTE é cerca de 5,2.

[0066] A ponta de pá da figura 5b tem uma tendência muito menor para ser defletida radialmente, comparada com a ponta de pá da figura 3b. Desse modo, um vão livre de ponta inferior a 0,02 vez o diâmetro do ventilador D (por exemplo, cerca de 0,01 vez o diâmetro do ventilador D ou menos) é mais facilmente atingido.

[0067] A figura 6 mostra uma representação gráfica de deflexão de ponta de pá calculada para os ventiladores mostrados nas figuras 3, 4 e 5. A deflexão é representada graficamente em função da razão ΔΦLE / AOTE, e é normalizada em relação à deflexão do ventilador da técnica anterior da figura 3. A linha é uma regressão da lei de potência dos dados, com um expoente de melhor ajuste de - 1,63. A regressão indica que aumentando-se a razão ΔΦLE / ΔΦTE de 1,3 a 2,5, reduz-se a deflexão em 65 por cento. Aumentando-se a razão ΔΦLE / ΔΦTE de 1,3 a 3,5, reduz-se a deflexão em 80 por cento, e aumentando-se a razão ΔΦLE / ΔΦTE de 1,3 a 4,5, reduz-se a deflexão em 87 por cento. A resistência do ventilador a forças centrífugas é aperfeiçoada bastante por controle do parâmetro de inclinação ΔΦLE / ΔΦTE. Como discutido aci- ma, os ventiladores ilustrados das figuras 4 e 5 são projetados com um valor da razão ΔΦLE / ΔΦTE de pelo menos 2,5, para fazer uso da vantagem do benefício da resistência a forças centrífugas.

[0068] Uma medida do potencial para a redução de ruído é o valor do diferencial de inclinação de borda dianteira AOLE. Embora os ventiladores das figuras 3, 4 e 5 tenham um diferencial de inclinação de borda dianteira AOLE de cerca de 24 graus, uma redução de ruído significativa pode ser também obtida com um diferencial de inclinação de borda dianteira AOLE superior ou inferior a 24 graus. Em algumas construções, o diferencial de inclinação de borda dianteira AOLE é igual ou superior a cerca de 10 graus, e, em outras construções, é pelo menos 15 graus ou pelo menos 20 graus.

[0069] A patente U.S. 6.595.744 descreve uma distribuição de inclinação que minimiza a deflexão axial da ponta de pá. Para uma pá, que é inclinada à frente na raiz e inclinada para trás na ponta, ela recomenda um ângulo de inclinação à frente na raiz, e um ângulo de inclinação para trás na ponta. Para manter uma geometria de ventilador axialmente compacta, o grau de inclinação à frente na região radialmente interna deve equilibrar o grau de inclinação para trás na região radialmente externa. Uma medida do grau de inclinação à frente, na região radialmente interna, é o valor de ângulo de inclinação máximo da borda dianteira, ΦLE (max). Embora as figuras 3, 4 e 5 tenham todas um valor de ΦLE (max) de cerca de 9,5 graus, verifica-se algumas vezes que valores menores ou maiores desse parâmetro são adequados. Os ventiladores com um valor de ΦLE (max) de pelo menos 2 graus (por exemplo, pelo menos 5 graus, ou, em alguns casos, pelo menos 9 graus) podem ter baixo ruído, baixa deflexão e uma dimensão axial compacta.

[0070] Os ventiladores das figuras 3, 4 e 5 têm um valor máximo de inclinação na borda dianteira, ΦLE (max), que ocorre em uma posição longitudinal s igual a cerca de 0,375 vez a extensão de pá S. Tipicamente, o valor máximo de inclinação na borda dianteira, ΦLE (max), foi verificado como ocorrendo em uma posição longitudinal s, que é entre cerca de 0,2 vez a extensão de pá S e cerca de 0,6 vez a extensão de pá S, e, mais tipicamente, entre cerca de 0,3 vez a extensão de pá S e cerca de 0,5 vez a extensão de pá S.

[0071] Embora os ventiladores das figuras 4 e 5 sejam ambos ilustrados com um ângulo de inclinação de borda dianteira, no raio de ventilador R, similar a ɅLE(R), mostrado no ventilador da figura 3b (isto é, aproximadamente - 62 graus), uma inclinação de borda dianteira mais (mais negativa) ou menos (menos negativa) para trás pode estar presente no raio de ventilador R. Por exemplo, em um ventilador no qual o valor de ɅLE(R) é pelo menos 55 graus na direção para trás (ɅLE(R) < - 55 graus), ou mesmo tão pouco quanto 47 graus na direção para trás (ɅLE(R) < - 47 graus), uma redução de ruído significativa pode ser ainda obtida. Contrariamente, uma redução de ruído ainda maior pode ser obtida por ter-se mais inclinação na borda dianteira para trás no raio de ventilador R, isto é, quando o valor de ɅLE(R) é superior a 62 graus na direção para trás (ɅLE(R) < - 62 graus).

[0072] Embora a interseção entre a borda dianteira e a ponta de pá não seja mostrada como sendo arredondada localmente nas figuras 3, 4 e 5, ventiladores de acordo com outras construções da invenção podem ser arredondados localmente neste local. Em um caso no qual ocorre arredondamento local, entre a borda dianteira e a ponta de pá (como visto em uma projeção axial, na qual a inclinação é medida), a inclinação de borda dianteira no raio de ventilador ΦLE (R) e a inclinação de borda dianteira no raio de ventilador ɅLE(R) são medidas de um modo tal que desprezam esse arredondamento - por exemplo, por ex-trapolação da forma da ponta de pá e da forma de borda dianteira, até interceptarem-se, e depois medida do ângulo de inclinação e do ãngu- lo de varredura da borda dianteira extrapolada no raio de ventilador R.

[0073] Embora os ventiladores das figuras 4 e 5 apresentam ambos uma varredura de borda dianteira positiva, em uma região radialmente interna da pá, e uma varredura de borda dianteira negativa, em uma região radialmente externa, os ventiladores de acordo com certos aspectos da invenção podem ter outras distribuições de varredura de borda dianteira. De modo similar, embora os ventiladores das figuras 4 e 5 apresentam ambas a varredura de borda traseira positiva, em uma região radialmente interna da pá, e a varredura de borda traseira negativa, em uma região radialmente externa, os ventiladores de acordo com a invenção podem ter outras distribuições de varredura de borda traseira.

[0074] Além do mais, a posição radial do valor máximo de inclinação de borda traseira ΦTE (max) não seja limitado àquele mostrado nos desenhos, e pode ocorrer em qualquer posições radial r, do raio de cubo Rcubo ao raio de ventilador R, incluindo esses extremos.

[0075] Embora os ventiladores das figuras 4 e 5 tenham ambas as pontas de pás alargadas, que se conformam a um tambor de invólucro afunilado, os ventiladores de acordo com a invenção podem ter uma ponta de pá de raio constante, e operam em um tambor de invólucro, que é cilíndrico na região de espaço livre de ponta mínimo.

[0076] Embora os benefícios da invenção sejam geralmente maiores, quando o conjunto de ventilador está em uma configuração de extração, os conjuntos de ventiladores de acordo com a presente invenção podem estar em uma configuração de extração ou impulsão, exceto quando reivindicado de outro modo.

Claims

1. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), compreendendo um ventilador rotativo em torno de um eixo (6) e tendo um raio (R) e um diâmetro (D), o ventilador compreendendo um cubo (7), o cubo (7) tendo um raio (Rcubo) e uma pluralidade de pás (8) que se estendem geralmente radialmente do cubo (7), cada uma da pluralidade de pás (8) tendo uma borda dianteira (LE), uma borda traseira (TE), uma ponta de pá (10a; 10b), e uma extensão (S) igual à diferença entre o raio do ventilador (R) e o raio do cubo (Rcubo); e um invólucro (4) compreendendo um tambor de invólucro (11a; 11b) circundando pelo menos uma parte de cada uma da pluralidade de pontas de pás (10a; 10b), um vão livre de ponta (12a; 12b) sendo definido entre o tambor de invólucro (11a; 11b) e as pontas de pás (10a; 10b), sendo que o raio de ventilador (R) é medido na borda traseira (TE) no caso de um ventilador com pontas de pá alargadas, e no caso de um ponta de pá arredondada localmente na borda traseira (TE), é medido no ponto onde o vão livre de ponta (12a; 12b) está em um valor substancialmente mínimo, sendo que cada uma da pluralidade de pás (8) tem uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) e um ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE), O ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) tendo um valor máximo (ΦLE(max)), caracterizado pelo fato de que a diferença entre o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (OLE) e o ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) no raio de ventilador (R) sendo pelo menos 10 graus; e o ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) tem um valor máximo (ΦTE(max)), e a diferença entre o valor máximo (OLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) e o ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) no raio de ventilador (R) é pelo menos 2,5 vezes a diferença entre o valor máximo (ΦTE(max)) do ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) e o ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) no raio de ventilador (R).

2. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) e o ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) no raio de ventilador (R) é pelo menos 3,5 vezes a diferença entre o valor máximo (ΦTE(max)) do ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) e o ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) no raio de ventilador (R).

3. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o valor máximo (ΦLE (max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) e o ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) no raio de ventilador (R) é pelo menos 4,5 vezes a diferença entre o valor máximo (ΦTE(max)) do ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) e o ângulo de inclinação de borda traseira (ΦTE) no raio de ventilador (R).

4. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) e o ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) no raio de ventilador (R) é pelo menos 15 graus.

5. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o valor máximo ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) e o ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) no raio de venti- lador (R) é pelo menos 20 graus.

6. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) é pelo menos 2 graus.

7. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) é pelo menos 5 graus.

8. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) é pelo menos 9 graus.

9. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) ocorre a uma posição longitudinal de pá (s) que é entre cerca de 0,2 vez a extensão da pá (S) e cerca de 0,6 vez a extensão da pá (S).

10. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor máximo (ΦLE(max)) do ângulo de inclinação de borda dianteira (ΦLE) ocorre a uma posição longitudinal de pá (s) que é entre cerca de 0,3 vez a extensão da pá (S) e cerca de 0,5 vez a extensão da pá (S).

11. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tambor de invólucro (11a; 11b) é alargado, e a borda dianteira (LE) da ponta de pá se estende ainda radialmente mais para fora do que a borda traseira (TE) de ponta de pá.

12. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o vão livre de ponta (12a; 12b) é inferior a 0,02 vez o diâmetro do ventilador (D).

13. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de pás (8) é moldada de um material plástico.

14. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de ventilador (1) é um conjunto de ventilador de refrigeração de motor automotivo do tipo exaustor.

15. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma da pluralidade de pás (8) tem uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de varredura de borda dianteira, e o ângulo de varredura de borda dianteira no raio de ventilador (R) é pelo menos 47 graus em uma direção para trás.

16. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma da pluralidade de pás (8) tem uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de varredura de borda dianteira, e o ângulo de varredura de borda dianteira no raio de ventilador (R) é pelo menos 55 graus em uma direção para trás.

17. Conjunto de ventilador axial de ponta livre (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma da pluralidade de pás (8) tem uma geometria, como vistas em projeção axial, que tem, em todas as posições radiais, um ângulo de varredura de borda dianteira, e o ângulo de varredura de borda dianteira no raio de ventilador (R) é pelo menos 62 graus em uma direção para trás.