BRPI0711849A2

BRPI0711849A2 - conjunto de ventilador axial

Info

Publication number: BRPI0711849A2
Application number: BRPI0711849-0A
Authority: BR
Inventors: William M Stevens; Robert W Stairs
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2011-12-13
Also published as: KR20090014308A; US7794204B2; EP2029897A2; WO2007140438A3; EP1862675A2; DE602007002588D1; US20070280827A1; CN101535657A; KR101018146B1; BRPI0711849B1; JP2009539033A; EP1862675A3; WO2007140438A2; ATE444448T1; EP1862675B1; ATE483916T1; US20070280829A1; CN101535657B; JP5097201B2; DE602007009678D1

Abstract

CONJUNTO DE VENTILADOR AXIAL. A presente invenção proporciona um ventilador axial, incluindo um cubo adaptado para rotação em torno de um eixo central e uma pluralidade de pás estendendo radialmente para fora do cubo e disposta em torno do eixo central. Todas pás incluem uma raiz, uma ponta, uma borda dianteira entre a raiz e a ponta, e uma borda traseira entre a raiz e a ponta. Cada uma das pás define um raio de pá entre as pontas das pás e o eixo central. Cada uma das pás define um ângulo de obliq(iidade decrescente dentro dos 20% externos do raio da pá. A razão do passo da pá para o passo da pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 20% externos do raio da pá. O valor mais alto é cerca de 30% a cerca de 75% maior do que o valor mais baixo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTO DE VENTILADOR AXIAL".

PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica a prioridade do pedido de pa- tente provisório U.S. 60/803.576, depositado em 31 de maio de 2006, cujo conteúdo integral é incorporado por referência no presente relatório descritivo.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a ventiladores axiais e, mais par- ticularmente, a conjuntos de ventiladores axiais automotivos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os conjuntos de ventiladores axiais, quando utilizados em uma aplicação automotiva, incluem, tipicamente, um invólucro, um motor acopla- do ao invólucro e um ventilador axial acionado pelo motor. O ventilador axial inclui, tipicamente, uma tira conectando as respectivas pontas das pás dos ventiladores axiais, reforçando, desse modo, as pás do ventiladores axiais e permitindo que as pontas gerem mais pressão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Os conjuntos de ventiladores axiais utilizados em aplicações au- tomotivas devem operar com alta eficiência e baixo nível de ruído. No entan- to, várias limitações freqüentemente complicam esse objetivo de projeto. Essas limitações podem incluir, por exemplo, um espaço limitado entre o ventilador axial e um trocador de calor a montante (isto é, "um espaçamento do ventilador para o núcleo"), bloqueio aerodinâmico dos componentes do motor imediatamente a jusante do ventilador axial, uma grande razão da á- rea da cobertura do invólucro para a área varrida das pás dos ventiladores axiais (isto é, "a razão de áreas"), e a recirculação entre a tira do ventilador axial e o invólucro.

Vários fatores podem contribuir para a diminuição da eficiência do ventilador axial. Uma grande razão de áreas combinadas com um peque- no espaçamento do ventilador para o núcleo resulta, usualmente, em veloci- dades altas de influxo radial para dentro, próximo das pontas das pás dos ventiladores axiais. O fluxo de ar nessa região também freqüentemente se mistura com um fluxo de ar recirculante em torno da tira. Esse fluxo de ar recirculante em torno da tira pode ter um grau relativamente alto de "pré- redemoinho", ou uma velocidade tangencial relativamente alta, na direção de rotação do ventilador axial. Esses fatores, considerados individualmente ou em combinação, freqüentemente diminuem a capacidade das pontas das pás dos ventiladores axiais de gerar eficientemente pressão.

A presente invenção proporciona, em um aspecto, pás dos venti- ladores axiais configuradas para manter um fluxo de ar de alta velocidade associado às pontas das pás dos ventiladores axiais e da tira (isto é, em uma região das pás dos ventiladores correspondente a 20% externos do raio das pás dos ventiladores), a despeito da presença de um ou mais dos fato- res listados acima, que podem contribuir para diminuir a eficiência do venti- lador axial.

A presente invenção proporciona, em outro aspecto, um ventila- dor axial incluindo um cubo, adaptado para rotação em torno de um eixo central, e uma pluralidade de pás estendendo-se radialmente para fora do cubo e dispostas em torno do eixo central. Cada uma das pás inclui uma raiz, uma ponta, uma borda dianteira entre a raiz e a ponta, e uma borda traseira entre a raiz e a ponta. Cada uma das pás define um raio de pá entre as pontas das pás e o eixo central. Cada uma das pás define um ângulo de obliqüidade decrescente dentro dos 20% externos do raio da pá. Uma razão de passo de pá para passo de pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 20% externos do raio da pá. O valor mais alto é cerca de 30% a cerca de 75% maior do que ou igual a do que o valor mais baixo.

A presente invenção proporciona, em mais um outro aspecto, um conjunto de ventilador axial, incluindo um invólucro e um motor acoplado ao invólucro. O motor inclui um eixo de saída rotativo em torno de um eixo central. O conjunto de ventilador axial também inclui um ventilador axial, tendo um cubo acoplado ao eixo de saída para rotação em torno do eixo central e uma pluralidade de pás estendendo-se radialmente para fora do cubo e disposta em torno do eixo central. Cada uma das pás inclui uma raiz, uma ponta, uma borda dianteira entre a raiz e a ponta, e uma borda traseira entre a raiz e a ponta. Cada uma das pás define um raio de pá entre as pon- tas das pás e o eixo central. Cada uma das pás define um ângulo de obliqüi- dade decrescente dentro dos 20% externos do raio da pá. Uma razão de passo de pá para passo de pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 20% externos do raio da pá. O valor mais alto é cerca de 30% a cerca de 75% maior que o valor mais baixo.

Outras características e aspectos da invenção vão ficar eviden- tes considerando-se a descrição detalhada apresentada a seguir e os dese- nhos seguintes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista em seção transversal parcial de um con- junto de ventilador axial da presente invenção, ilustrando um invólucro, um motor acoplado ao invólucro, e um ventilador axial acionado pelo motor.

A figura 2 é uma vista em perspectiva de topo do ventilador axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

A figura 3 é uma vista em perspectiva de fundo do ventilador axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

A figura 4 é uma vista de topo do ventilador axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

A figura 5 é uma vista em seção transversal ampliada do ventila- dor axial ao longo da linha 5 - 5 na figura 4.

A figura 6 é uma vista em seção transversal ampliada de uma parte do ventilador axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

A figura 7 é uma vista em seção transversal ampliada de uma parte do conjunto de ventilador axial da figura 1, ilustrando um bloqueio a jusante espaçado do ventilador axial.

A figura 8 é uma vista ampliada da seção transversal do conjun- to de ventilador axial da figura 7, ilustrando o espaçamento entre o ventilador axial e o invólucro.

A figura 9 é um gráfico ilustrando um passo de pá pela extensão axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

A figura 10 é um gráfico ilustrando o passo da pá e o ângulo de obliqüidade da pá pela extensão do ventilador axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

A figura 11 é um gráfico ilustrando a inclinação da pá pela ex- tensão do ventilador axial do conjunto de ventilador axial da figura 1.

Antes que quaisquer concretizações da invenção sejam explica- das em detalhes, deve-se entender que a invenção não é limitada na sua aplicação aos detalhes de construção e à disposição dos componentes a- presentados na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos apresentados a seguir. A invenção é capaz de outras concretizações e de ser praticada ou de ser conduzida de vários modos. Também, deve-se entender que a fraseo- logia e a terminologia usadas no presente relatório descritivo têm a finalida- de de descrever e não devem ser consideradas como limitantes. O uso de "incluindo", "compreendendo" ou "tendo" e suas variações no presente rela- tório descritivo é mencionado para abranger os itens listados a seguir e os seus equivalentes, bem como itens adicionais. A menos que especificado ou limitado de outro modo, os termos "montado", "conectado", "suportado" e "acoplado" e suas variações são usados amplamente e abrangem ambas as montagens, conexões, suportes e acoplamentos diretos e indiretos. Além disso, "conectado" e "acoplado" não são limitados a conexões ou acopla- mentos físicos ou mecânicos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A figura 1 ilustra um conjunto de ventilador axial 10 acoplado a um trocador de calor 14, tal como um radiador de automóvel. No entanto, o conjunto de ventilador axial 10 pode ser utilizado em combinação com o tro- cador de calor 14 em quaisquer de várias diferentes aplicações. O conjunto de ventilador axial 10 inclui um invólucro 18, um motor 22 acoplado ao invó- lucro 18 e um ventilador axial 26 acoplado e acionado pelo motor 22. Parti- cularmente, como mostrado na figura 1, o motor 22 inclui um eixo de saída 30 para acionar o ventilador axial 26 em torno de um eixo central 34 do eixo de saída 30 e o ventilador axial 26. O conjunto de ventilador axial 10 é acoplado ao trocador de calor 14 em uma configuração de "estendido por", de modo que o ventilador axial 26 puxe um fluxo de ar pelo trocador de calor 14. Alternativamente, o conjun- to de ventilador axial 10 pode ser acoplado ao trocador de calor 14 em uma configuração de "empurrado por", de modo que o ventilador axial 10 descar- regue um fluxo de ar pelo trocador de calor 14. Quaisquer de vários diferen- tes conectores podem ser utilizados para acoplar o conjunto de ventilador axial 10 no trocador de calor 14.

Na construção ilustrada do conjunto de ventilador axial 10 da figura 1, o invólucro 18 inclui um suporte 38 no qual o motor 22 é acoplado. O suporte 38 é acoplado às partes externas do invólucro 18 por uma plurali- dade de pás de hélices inclinadas 42, que redirecionam o fluxo de ar descar- regado pelo ventilador axial 26. No entanto, uma construção alternativa do conjunto de ventilador axial 10 pode utilizar outros elementos de suporte, que não redirecionam substancialmente o fluxo de ar descarregado do venti- lador axial 26, para acoplar o suporte 38 nas partes externas do invólucro 18. O motor 22 pode ser acoplado ao suporte 38 por uso de quaisquer de vários diferentes prendedores ou outros dispositivos de conexão.

O invólucro 18 também inclui uma campânula de saída substan- cialmente anular 46, posicionada em torno da periferia externa do ventilador axial 26. Uma pluralidade de estatores de vazamento 50 é acoplada à cam- pânula de saída 46 e é disposta em torno do eixo central 34. Durante opera- ção do ventilador axial 26, os estatores de vazamento 50 reduzem a recircu- lação em torno da periferia externa do ventilador axial 26 por rompimento ou diminuição do componente tangencial do fluxo de ar recirculante (isto é, o "pré-redemoinho"). No entanto, uma construção alternativa do conjunto de ventilador axial 10 pode utilizar uma campânula de saída 46 e estatores de vazamento 50 configurados diferentemente daqueles ilustrados na figura 1. Ainda mais, uma outra construção alternativa do conjunto de ventilador axial 10 pode não incluir a campânula de saída 46 ou os estatores de vazamento 50.

Com referência às figuras 1 a 4, o ventilador axial 26 inclui um cubo central 54, uma pluralidade de pás 58 estendendo-se para fora do cubo 54, e uma tira 62 conectando as pás 58. Particularmente, cada pá 58 inclui uma parte de raiz ou uma raiz 66 adjacente e acoplada ao cubo 54, e uma parte de ponta ou uma ponta 70 espaçada para fora da raiz 66 e acoplada à tira 62. A distância radial entre o eixo central 34 e as pontas 70 das respecti- vas pás 58 é definida como o raio de pá máximo "R" do ventilador axial 26 (vide figura 4), enquanto que a distância radial entre a raiz 66 de cada pá 58 e a ponta 70 correspondente de cada pá 58 é definida como a extensão da pá "S". O diâmetro das pás 58 é definido como o diâmetro de pá máximo "D" e é igual a duas vezes o raio da pá "R".

Cada pá 58 também inclui uma borda dianteira 74 entre a raiz 66 e a ponta 70, e uma borda traseira 78 entre a raiz 66 e a ponta 70. A figura 4 ilustra as bordas dianteiras e traseira 74, 78 das pás 58 relativas à direção de rotação horária do ventilador axial 26, indicada pela seta "A". Em uma construção alternativa do conjunto de ventilador axial 10, as pás 58 podem ser configuradas diferentemente de acordo com uma direção de rotação anti- horária do ventilador axial 26. Além disso, cada pá 58 inclui uma superfície de pressão 86 (consultar as figuras 2 e 4) e uma superfície de sucção 82 (vide figura 3). As superfícies de pressão e sucção 86, 82 conferem a cada pá 58 uma forma de aerofólio, que permite que o ventilador axial 26 gere um fluxo de ar.

Com referência às figuras 1 e 3, uma pluralidade de pás secun- dárias 90 é disposta em torno do eixo central 34 e acoplada à periferia inter- na do cubo 54, para proporcionar um fluxo de ar de resfriamento pelo motor 22. O motor 22 pode incluir um alojamento de motor 94 encerrando substan- cialmente os componentes elétricos do motor (vide figura 1). Embora não- mostrado na figura 1, o alojamento de motor 94 pode incluir uma pluralidade de aberturas,para permitir que o fluxo de ar de revestimento, gerado pelas pás secundárias 90, passe pelo alojamento 94, para resfriar os componentes elétricos do motor 22. Alternativamente, o alojamento de motor 94 pode não incluir quaisquer aberturas, e o fluxo de ar de resfriamento, gerado pelas pás secundárias 90, pode ser dirigido apenas pelo alojamento 94. Em mais uma outra construção do conjunto de ventilador axial 10, o ventilador axial 26 po- de não incluir as pás secundárias 90.

Com referência à figura 4, várias características das pás 58 vari- am pela extensão S. Particularmente, essas características podem ser me- didas em distintas seções de pás cilíndricas correspondentes com um raio "r", movimentando-se da raiz 66 da pá 58 para a ponta 70 da pá 58. Uma seção de pá tendo um raio "r" é assim definida na interseção do ventilador 26 com um cilindro tendo um raio "r" e um eixo colinear com o eixo central 34 do ventilador 26. Como discutido acima, a seção da pá correspondente com a ponta 70 da pá 58 tem um raio "R" igual ao raio máximo das pás 58 do ventilador axial 26. Portanto, as características das pás 58, que variam com a extensão S, podem ser descritas com referência a uma seção de pá particular em uma fração (isto é, "r/R") do raio da pá R. Como usado no pre- sente relatório descritivo, a fração "r/R" pode ser também referida como o "raio adimensional".

Com referência à figura 5, uma seção de pá próxima à extremi- dade da extensão S (isto é, r/R ~ 1) é mostrada. Nessa seção de pá particu- lar, a pá 58 tem uma curvatura. A extensão da curvatura da pá 58, conheci- da de outro modo na técnica como "arqueamento", é medida por referência a uma linha média 98 e uma linha de extremidade traseira em forma de nariz 102 da pá 58 na seção de pá particular. Como mostrado na figura 5, a linha média 98 se estende da borda dianteira 74 para a borda traseira 78 da pá 58, a meio caminho entre a superfície de pressão 86 e a superfície de suc- ção 82 da pá 58. A linha da extremidade traseira em forma de nariz 102 é uma linha reta, que se estende entre a borda dianteira 74 e a borda traseira 78 da pá 58 e intercepta a linha média 98 na borda dianteira e na borda tra- seira 78 da pá 58.

O arqueamento é uma quantidade adimensional, que é uma fun- ção da posição ao longo da linha da extremidade traseira em forma de nariz 102. Particularmente, o arqueamento é uma função descrevendo a distância perpendicular "D" da linha da extremidade traseira em forma de nariz 102 para a linha média 98, dividida pelo comprimento da linha da extremidade traseira em forma de nariz 102, conhecido de outro modo como a "corda" da pá. Geralmente, quanto maior do que ou igual a quantidade adimensional do arqueamento, maior do que ou igual à curvatura da pá 58.

A figura 5 também ilustra, na seção da pá próxima à extremida- de da extensão S (isto é, r/R ~ 1), um ângulo de passo "β" da pá 58. O ângu- lo de passo β é definido como o ângulo entre a linha da extremidade traseira em forma de nariz 102 e um plano 106 substancialmente normal ao eixo central 34. Com o conhecimento do ângulo de passo β da pá 58, correspon- dente a cada seção de pá subseqüente no raio "r", movimentando-se da raiz 66 da pá 58 para a ponta 70 da pá 58, o "passo" da pá pode ser calculado com a equação:

Passo = 2Πr tanβ

O passo das pás 58 é uma característica que governa, geral- mente, o grau de pressão estática gerada pela pá 58 ao longo do seu com- primento radial. Como é evidente da equação acima, o passo é uma quanti- dade dimensional e é visualizado como a distância axial percorrida teorica- mente pela seção de lâmina particular no raio "r" por uma revolução de eixo, se girando em um meio sólido, semelhante a um parafuso sendo aparafusa- do em um pedaço de madeira.

A figura 9 ilustra o passo da pá pela extensão S do ventilador axial 26. Particularmente, o eixo X representa a fração "r/R" ao longo da ex- tensão S de uma seção de pá particular, e o eixo Y representa uma razão de passo de pá para o passo de pá médio de todas as seções de pás entre a raiz 66 da pá 58 e a ponta 70 da pá 58. Considerando-se a razão de passo de pá para o passo de pá médio, a curva ilustrada na figura 9 é normalizada e é representativa de ambos os ventiladores axiais de baixo e alto passo 26. Além disso, a curva ilustrada na figura 9 é representativa de ventiladores axiais 26 tendo diferentes diâmetros de pás D. Em virtude do "passo de pá médio" ser meramente uma grandeza escalar, a forma da curva representa- tiva do "passo de pá" é igual àquele representativo do "passo de pá/passo de pá médio".

Com referência continuada à figura 9, a razão do passo da pá para o passo da pá médio não diminui dentro dos 20% externos do raio da pá R, ou entre 0,8 ≤ r/R ≤ 1. Adicionalmente, a razão do passo da pá para o passo da pá médio aumenta dentro dos 20% externos do raio da pá R. Na construção da pá 58, representada pela curva da figura 9, o valor do "passo da pá/passo da pá médio" aumenta por cerca de 40% dentro dos 20% exter- nos do raio da pá R, de cerca de 0,88 a cerca de 1,22. No entanto, em ou- tras construções da pá 58, o valor do "passo da pá/passo da pá médio" pode aumentar por pelo menos cerca de 5% dentro dos 20% externos do raio da pá R. Além disso, na construção da pá 58, representada pela curva da figura 9, o valor do "passo da pá/passo da pá médio" aumenta continuamente pe- los 10% externos do raio da pá R, ou entre 0,9 < r/R < 1. Em outras constru- ções da pá 58, o valor do "passo da pá/passo da pá médio" pode aumentar por cerca de 30% a cerca de 75% dentro dos 20% externos do raio da pá R, enquanto que em outras construções da pá 58, o valor do "passo da pá/passo da pá médio" pode aumentar por cerca de 20% a cerca de 60% dentro dos 10% externos do raio da pá R.

Por aumento do passo das pás 58 dentro dos 20% externos do raio da pá R, como ilustrado na figura 9, as pontas 70 das pás 58 podem desenvolver uma pressão estática crescente para manter um fluxo de ar axi- al de alta velocidade na tira 62, portanto, aperfeiçoando a eficiência do venti- lador axial 26, a despeito da presença dos componentes radialmente para dentro do influxo.

Com referência à figura 6, as pás 58 do ventilador axial 26 são moldadas tendo um ângulo de obliqüidade "Θ" variável. O ângulo de obliqüi- dade θ da pá 58 é medido em uma seção de pá correspondente com o raio "r", com referência à seção da pá correspondente à raiz 66 da pá 58. Especi- ficamente, um ponto de referência 110 é marcado na corda intermediária da seção da pá correspondente à raiz 66 da pá 58, e uma linha de referência 114 é esticada pelo ponto de referência 110 e eixo central 34 do ventilador axial 26. Como mostrado na figura 6, a linha de referência 114 demarca um ângulo de obliqüidade θ "positivo" de um ângulo de obliqüidade θ "negativo". Como definido no presente relatório descritivo, um ângulo de obliqüidade θ positivo indica que a pá 58 é inclinada na direção de rotação do ventilador axial 26, enquanto que um ângulo de obliqüidade θ negativo indica que a pá 58 é inclinada em uma direção oposta à direção de rotação do ventilador axial 26.

Uma linha de corda intermediária 118 é então esticada entre a borda dianteira 74 e a borda traseira 78 da pá 58. Cada seção da pá subse- qüente, correspondente a um raio "r" crescente tem um ponto na corda in- termediária (por exemplo, o ponto "P" na seção da pá ilustrada na figura 5), que fica na linha da corda intermediária 118. O ângulo de obliqüidade θ da pá 58, em uma seção da pá correspondente ao raio "r" é medido entre a li- nha de referência 114 e uma linha 122 conectando o ponto da corda inter- mediária da seção da pá particular (por exemplo, o ponto "P") e o eixo cen- tral 34. Como mostrado na figura 6, uma parte da pá 58 é inclinada na dire- ção positiva, e uma parte da lâmina 58 é inclinada na direção negativa.

A figura 10 ilustra o passo da pá e o ângulo de obliqüidade θ pe- la extensão S do ventilador axial 26. Particularmente, o eixo X representa o raio adimensional, ou a fração "r/R", ao longo da extensão S de uma seção da pá particular, o eixo Y no lado esquerdo representa uma razão de passo da pá para o diâmetro do ventilador axial ou diâmetro da pá D, e o eixo Y no lado direito representa o ângulo de obliqüidade θ com relação à linha de re- ferência 114. Considerando-se a razão de passo da pá para o diâmetro da pá D, a curva ilustrada na figura 10 fica adimensional e é representativa de ventiladores axiais 26 tendo diferentes diâmetros de pás D. Em virtude do diâmetro da pá D ser meramente uma grandeza escalar, a forma da curva representativa do "passo da pá" é igual àquela que é representativa do "pas- so da pá/diâmetro da pá D".

Com referência continuada à figura 10, as pás 58 definem um ângulo de obliqüidade θ decrescente dentro dos 20% externos do raio da pá R. Em outras palavras, o ângulo de obliqüidade θ diminui dentro da faixa de 0,8 < r/R < 1. Além disso, o ângulo de obliqüidade θ das pás 58 diminui con- tinuamente pelos 20% externos do raio da pá R. Na construção da pá 58, representada pela curva da figura 10, o ângulo de obliqüidade θ diminui por cerca de 12,75 graus dentro dos 20% externos do raio da pá R1 de cerca de (+)2,75 graus a cerca de (-)9>98 graus. Alternativamente, as pás 58 podem ser configuradas de modo que o ângulo de obliqüidade θ diminui mais ou menos do que cerca de 12,75 graus dentro dos 20% externos do raio da pá R. No entanto, em uma construção preferida do ventilador 26, o ângulo de obliqüidade θ das pás 58 deve diminuir por pelo menos cerca de 5 graus dentro dos 20% externos do raio da pá R.

Com referência às figuras 5 e 11, as pás 58 do ventilador axial 26 são moldadas tendo um perfil de inclinação variável. Como mostrado na figura 5, a inclinação da pá é medida como um deslocamento axial "Δ" de um ponto da corda intermediária (por exemplo, o ponto "P") de uma seção da pá particular correspondente ao raio "r" com referência a um ponto da corda intermediária da seção da pá correspondente à raiz 66 da pá 58 (aproximada pela linha de referência 124). O valor do deslocamento axial "Δ" é negativo, quando o ponto da corda intermediária (por exemplo, o ponto "P") da seção da pá correspondente ao raio "r" é localizado a montante do ponto da corda intermediária correspondente à raiz 66 da pá 58, enquanto que o desloca- mento axial "Δ" é positivo quando o ponto da corda intermediária da seção da pá correspondente ao raio "r" é localizado a jusante do ponto da corda intermediária da seção correspondente à raiz 66 da pá 58.

A figura 11 ilustra a inclinação da pá pela extensão S do ventila- dor axial 26. Particularmente, o eixo X representa o raio adimensional, ou a fração "r/R", ao longo da extensão S de uma seção da pá particular, e o eixo Y representa uma razão da inclinação da pá para o diâmetro do ventilador axial ou o diâmetro da pá D. Considerando-se a razão da inclinação da pá para o diâmetro da pá D (isto é, "inclinação da pá adimensional"), a curva ilustrada na figura 11 é adimensional e é representativa dos ventiladores a- xiais 26 tendo diferentes diâmetros de pás D. Em virtude do diâmetro da pá D ser meramente uma grandeza escalar, a forma da curva representativa da "inclinação da pá" é igual àquela que é representativa da "inclinação da pá/diâmetro da pá D".

O perfil de inclinação das pás 58 nos 20% externos do raio da pá R é ajustado de acordo com os perfis do ângulo de obliqüidade e do passo, ilustrado na figura 10, para reduzir os componentes radialmente para dentro e radialmente para fora das normais superficiais estendendo-se da superfície de pressão 86 das pás 58. Em outras palavras, a inclinação dianteira das pás 58 (isto é, na direção positiva indicada na figura 6), sem variar o perfil de inclinação das pás 58 gera normais, ou raios, superficiais estendendo-se perpendicularmente da superfície de pressão 86 da pá 58, tendo componen- tes radialmente para dentro além dos componentes axiais e tangenciais. I- gualmente, a inclinação para trás das pás 58 (isto é, na direção negativa in- dicada na figura 6) gera normais superficiais tendo componentes radialmente para fora além dos componentes axiais e tangenciais. Esses componentes radialmente para dentro e radialmente para fora de normais superficiais, es- tendendo-se da superfície de pressão 86 das pás 58, podem reduzir a efici- ência do ventilador axial 26. No entanto, por variação do perfil de inclinação das pás 58, como mostrado na figura 11, esses componentes radialmente para dentro e radialmente para fora das normais superficiais podem ser re- duzidos, aumentando, portanto, a eficiência do ventilador axial 26, bem co- mo a estabilidade estrutural das pás 58, e garantindo que a pressão desen- volvida por cada pá 58 seja alinhada otimamente com a direção do fluxo de ar.

A figura 11 ilustra um perfil de inclinação adimensional pelos 20% externos do raio da pá R. Particularmente, no perfil de inclinação ilus- trado, o perfil de inclinação adimensional aumenta continuamente pelos 20% externos do raio da pá R. Além disso, no perfil de inclinação ilustrado, a taxa de inclinação da pá adimensional, com relação ao raio adimensional pelos 20% externos do raio da pá R é cerca de 0,08 a cerca de 0,18. O perfil de inclinação ilustrado pelos 20% externos do raio da pá R pode ser descrito em função da variação do passo e da variação do ângulo de obliqüidade pe- los 20% externos do raio da pá R pelas seguintes fórmulas, nas quais "D" é igual ao diâmetro da pá D:

<formula>formula see original document page 13</formula> <formula>formula see original document page 14</formula>

Para calcular a variação na inclinação pelos respectivos incre- mentos da extensão S (isto é, 0,8 ≤ r/R ≤ 0,9 e 0,9 ≤ r/R ≤ 1), para um venti- lador axial 26 de diâmetro de pá D conhecido, os respectivos valores para passo e obliqüidade precisam ser primeiro determinados empiricamente.

Depois, os valores para variação em inclinação podem ser calculados.

Em construções alternativas do ventilador axial 26, as pás 58 podem incluir diferentes perfis de ângulo de obliqüidade e passo pelos 20% externos do raio da pá R, de modo que o perfil de inclinação resultante pelos 20% externos do raio da pá R seja diferente daquele perfil de inclinação a- dimensional ilustrado na figura 11.

Com referência à figura 7, o conjunto de ventilador axial 10 é mostrado posicionado em relação a um "bloqueio" a jusante ilustrado es- quematicamente 126. Esse bloqueio 126 pode ser, por exemplo, uma parte do motor de automóvel. A eficiência do conjunto de ventilador axial 10 é de- pendente, em parte, do espaçamento da tira 62 da campânula de saída 46 e dos estatores de vazamento 50, e do espaçamento entre a campânula de saída 46 e o bloqueio 126.

A figura 8 ilustra o espaçamento entre a tira 62 e a campânula de saída 46 e os estatores de vazamento 50, em uma construção do conjun- to de ventilador axial 10. Particularmente, a tira 62 inclui uma superfície de extremidade 130 adjacente a uma superfície radialmente mais interna, es- tendendo-se axialmente 134 e uma superfície radialmente mais externa, es- tendendo-se axialmente 138. A campânula de saída 46 inclui uma superfície de extremidade 142 adjacente a uma superfície radialmente mais interna 146. Um vão axial "G1" é medido entre as respectivas superfícies de extre- midade 130, 142 da tira 62 e da campânula de saída 46. A figura 8 também ilustra um vão radial "G2" medido entre a superfície radialmente mais exter- na, estendendo-se axialmente 138 da tira 62 e a superfície radialmente mais interna 146 da campânula de saída 46.

O vão axial G1 e o vão radial G2 são determinados com relação ao espaçamento ("L") entre a campânula de saída 46 e o bloqueio 126 (vide figura 7), ao raio da superfície radialmente mais externa, estendendo-se axi- almente 138 da tira 62 ("Rtira"). ao radio do cubo 54 ("RCUbo") e ao raio da su- perfície radialmente mais interna 146 da campânula de saída 150 ("Rsaída")· Particularmente, o vão axial G1 e o vão radial G2 podem ser determinado com relação a um "Fator de Bloqueio" calculado de acordo com a fórmula:

<formula>formula see original document page 15</formula>

Com referência à figura 8, em uma construção do conjunto de ventilador axial 10, no qual o Fator de Bloqueio é inferior a cerca de 0,83, uma razão do vão axial G1 para o diâmetro da pá D pode ser de cerca de 0,01 a cerca de 0,025. No entanto, em uma construção do conjunto de venti- Iador axial 10, na qual o Fator de Bloqueio é maior do que ou igual a do que ou igual a 0,83, a razão do vão axial G1 para o diâmetro da pá D pode ser cerca de 0 a cerca de 0,01. No conjunto de ventilador axial 10, ilustrado na figura 8, o vão axial G1 é formado por posicionamento da superfície de ex- tremidade 130, a montante da superfície de extremidade 142. No entanto, quando o Fator de Bloqueio é superior ou igual a cerca de 0,83, o vão axial G1 pode ser formado por posicionamento da superfície de extremidade 130 a jusante da superfície de extremidade 142. Esses vãos axiais G1 preferi- dos, em combinação com os perfis preferidos para passo, ângulo de obliqüi- dade θ e deslocamento axial Δ (isto é, inclinação), ilustrados nas figuras 9 a 11, podem aumentar a eficiência global do conjunto de ventilador axial 10, por aumento da eficiência dos estatores de vazamento 50, enquanto redu- zindo o pré-redemoinho e a recirculação do fluxo de ar entre a tira 62 e a campânula de saída 46.

Com referência continuada à figura 8, em uma construção do conjunto de ventilador axial 10, na qual o Fator de Bloqueio é maior do que ou igual a cerca de 0,83, uma razão do vão radial G2 para o diâmetro da pá D pode ser cerca de 0,01 a cerca de 0,02. No conjunto de ventilador axial 10, ilustrado na figura 8, o vão radial G2 é formado por posicionamento da superfície radialmente mais externa, estendendo-se axialmente 138 da cam- pânula de saída 46. No entanto, quando o Fator de Bloqueio é inferior a cer- ca de 0,83, o vão radial G2 pode ser formado por posicionamento da super- fície radialmente mais externa, estendendo-se axialmente 138 radialmente para fora da superfície radialmente mais externa 146 da campânula de saída 46.

Em uma construção do conjunto de ventilador axial 10, na qual o Fator de Bloqueio é inferior a cerca de 0,83, a superfície radialmente mais interna, estendendo-se axialmente 134 é substancialmente alinhada com a superfície radialmente mais interna 146 da campânula de saída 46. Portanto, uma razão do vão radial G2 para o diâmetro da pá D pode ser cerca de 0 a cerca de 0,01. Nessa construção do conjunto de ventilador axial 10, os esta- tores de vazamento 50 podem ser configurados para proporcionar suficiente vão livre para a tira 62. Esses vãos radiais G2 preferidos, em combinação com os perfis preferidos para passo, ângulo de obliqüidade θ e deslocamen- to axial Δ (isto é, inclinação), ilustrados nas figuras 9 a 11, podem aumentar a eficiência global do conjunto de ventilador axial 10 por redução da separa- ção de curso e da limitação desnecessária.

O conjunto de ventilador axial 10 incorpora um aumento de pressão estática relativamente constante pela extensão das pás do ventila- dor axial 58 com uma grande razão de área de invólucro e um pequeno es- paçamento de ventilador para núcleo. Essa combinação de aspectos gera freqüentemente velocidades de influxo radiais para dentro relativamente al- tas nas pontas 70 das pás do ventilador 58. Adicionalmente, um aumento da pressão estática relativamente alto próximo das pontas 70 das pás 58 au- menta a recirculação de fluxo de ar entre a tira 62 e a campânula de saída 46. Isso, por sua vez, aumenta o pré-redemoinho do influxo para as pontas 70 das pás 58. Velocidades de influxo radialmente para dentro relativamente altas podem propiciar separação do fluxo de ar da tira 62 e da campânula de saída 46. O aumento do passo das pás 58 dentro dos 20% externos do raio da pá R adapta as pontas 70 das pás 58 às velocidades de influxo relativa- mente altas. O aumento resultante nas velocidades de influxo e o aumento na pressão estática são sustentados pela inclinação das pás 58 dentro dos 20% externos do raio da pá R, para garantir que a pressão desenvolvida pe- las pás 58 seja otimamente alinhada com a direção do fluxo de ar, espaçan- do radialmente a tira 62 e a campânula de saída 46 dentro de uma faixa par- ticular, dependendo do Fator de Bloqueio, para proteção contra a separação de curso e a limitação desnecessária, e espaçando axialmente a tira 62 e a campânula de saída 46 dentro de uma faixa particular, dependendo do Fator de Bloqueio para otimizar a função dos estatores de vazamento 50, para reduzir o pré-redemoinho e a recirculação.

Vários aspectos da invenção são apresentados nas reivindica- ções a seguir.

Claims

1. Ventilador axial compreendendo: um cubo adaptado para rotação em torno de um eixo central; uma pluralidade de pás estendendo-se radialmente para fora do cubo e disposta em torno do eixo central, todas as pás incluindo: uma raiz; uma ponta; uma borda dianteira entre a raiz e a ponta; e uma borda traseira entre a raiz e a ponta; em que todas as pás definem um raio de pá entre as pontas de pás e o eixo central; em que todas as pás definem um ângulo de obliqüidade decrescente dentro dos 20% externos do raio da pá; em que uma razão do passo da pá para o passo da pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 20% externos do raio da pá; e em que o valor mais alto é cerca de 30% a cerca de 75% maior do que o valor mais baixo.

2. Ventilador axial de acordo com a reivindicação 1, em que a razão do passo da pá para o passo da pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 10% externos do raio da pá; e em que o valor mais alto, dentro dos 10% externos do raio da pá, é cerca de, -20% a cerca de 60% maior do que o valor mais baixo, dentro dos 10% mais externos, do raio da pá.

3. Ventilador axial de acordo com a reivindicação 1, em que o ângulo de obliqüidade das pás diminui continuamente pelos 20% externos do raio da pá.

4. Ventilador axial de acordo com a reivindicação 1, em que ca- da uma das pás define uma inclinação crescente dentro do 20% externos do raio da pá.

5. Ventilador axial de acordo com a reivindicação 4, em que a inclinação aumenta continuamente pelos 20% externos do raio da pá.

6. Ventilador axial de acordo com a reivindicação 4, em que uma razão de inclinação para diâmetro de pá máximo compreende uma inclina- ção de pá adimensional, e em que uma taxa de variação da inclinação de pá com relação a um raio adimensional pelos 20% externos do raio da pá é cer- ca de 0,08 a cerca de 0,18.

7. conjunto de ventilador axial, compreendendo: um invólucro; um motor acoplado ao invólucro, o motor incluindo um eixo de saída rotativo em torno de um eixo central; e um ventilador axial incluindo: um cubo adaptado para rotação em torno de um eixo central; uma pluralidade de pás estendendo-se radialmente para fora do cubo e disposta em torno do eixo central, todas as pás incluindo: uma raiz; uma ponta; uma borda dianteira entre a raiz e a ponta; e uma borda traseira entre a raiz e a ponta; em que todas as pás definem um raio de pá entre as pontas de pás e o eixo central; em que todas as pás definem um ângulo de obliqüidade decrescente dentro dos 20% externos do raio da pá; em que uma razão do passo da pá para o passo da pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 20% externos do raio da pá; e em que o valor mais alto é cerca de 30% a cerca de 70% maior do que o valor mais baixo.

8. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação 7, em que a razão de passo da pá para o passo da pá médio aumenta de um valor mais baixo para um valor mais alto dentro dos 10% externos do raio da pá, e em que o valor mais alto dentro dos 10% externos do raio da pá é cer- ca de 20% a cerca de 60% maior do que o valor mais baixo dentro dos 10% externos do raio da pá.

9. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação 7, em que o ângulo de obliqüidade das pás diminui continuamente pelos 20% externos do raio da pá.

10. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -7, em que todas as pás definem uma inclinação crescente dentro dos 20% externos do raio da pá.

11. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -10, em que a inclinação aumenta continuamente pelos 20% externos do raio da pá.

12. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -10, em que uma razão de inclinação para diâmetro da pá máximo compre- ende uma inclinação de pá adimensional, em que uma taxa de variação da inclinação da pá adimensional com relação a um raio adimensional pelos -20% externos do raio da pá é cerca de 0,08 a cerca de 0,18.

13. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -7, em que o ventilador inclui uma tira substancialmente circular acoplada às pontas das pás, e em que o invólucro inclui uma campânula de saída subs- tancialmente anular, centralizada no eixo central.

14. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -13, compreendendo ainda uma pluralidade de estatores de vazamento posi- cionados radialmente para fora da tira e adjacentes à campânula de saída, em que os estatores de vazamento são dispostos em torno do eixo central.

15. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -14, em que a campânula de saída inclui uma superfície radialmente mais interna, uma superfície radialmente mais externa, e uma superfície de ex- tremidade adjacente à superfície radialmente mais interna, em que os esta- tores de vazamento são posicionados entre a superfície radialmente mais interna e a superfície radialmente mais externa, em que a tira inclui uma su- perfície radialmente mais interna, estendendo-se axialmente, uma superfície radialmente mais externa, estendendo-se axialmente, e uma superfície de extremidade adjacente à superfície radialmente mais interna, estendendo-se axialmente e à superfície radialmente mais externa, estendendo-se axial- mente, em que as respectivas superfícies de extremidade da tira e da cam- pânula de saída são espaçadas por um vão axial, e em que uma razão do vão axial para um diâmetro de pá máximo é cerca de 0 a cerca de 0,01, em que a superfície radialmente mais externa, estendendo-se axialmente da tira é espaçada radialmente para dentro da superfície radialmente mais interna da campânula de saída por um vão radial, e em que uma razão do vão radial para o diâmetro da pá máximo é cerca de 0,01 a cerca de 0,02.

16. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -15, em que o cubo inclui uma superfície radialmente mais externa definindo um raio de cubo (RCubo), em que a superfície radialmente mais interna, es- tendendo-se axialmente da tira define um raio de tira (Rtira), em que a super- fície radialmente mais externa da campânula de saída define um raio de saí- da (Rsafda), em que a campânula de saída é axialmente espaçada de um blo- queio a jusante por uma dimensão de comprimento (L), em que um fator de bloqueio é definido pela fórmula: <formula>formula see original document page 21</formula> em que a razão do vão axial para o diâmetro da pá máximo é cerca de 0 a cerca de 0,01, e a razão do vão radial para o diâmetro da pá máximo é cerca de 0,01 a cerca de 0,02, quando o fator de bloqueio é maior do que ou igual a cerca de 0,83.

17. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -14, em que a campânula de saída inclui uma superfície radialmente mais interna, uma superfície radialmente mais externa, e uma superfície de ex- tremidade adjacente à superfície radialmente mais interna, em que os esta- tores de vazamento são posicionados entre a superfície radialmente mais interna e a superfície radialmente mais externa, em que a tira inclui uma su- perfície radialmente mais interna, estendendo-se axialmente, uma superfície radialmente mais externa, estendendo-se axialmente, e uma superfície de extremidade adjacente à superfície radialmente mais interna, estendendo-se axialmente e à superfície radialmente mais externa, estendendo-se axial- mente, em que a superfície radialmente mais externa, estendendo-se axial- mente da tira é espaçada radialmente da superfície radialmente mais interna da campânula de saída por um vão radial, em que uma razão do vão radial para um diâmetro da pá máximo é cerca de 0 a cerca de 0,01, em que as respectivas superfícies de extremidade da tira e da campânula de saída são espaçadas por um vão axial, e em que uma razão do vão axial para o diâme- tro da pá máximo é cerca de 0,01 a cerca de 0,025.

18. Conjunto de ventilador axial de acordo com a reivindicação -17, em que o cubo inclui uma superfície radialmente mais externa definindo um raio de cubo (Rcubo)i Gm que a superfície radialmente mais interna, es- tendendo-se axialmente da tira define um raio de tira (Rtira), em que a super- fície radialmente mais externa da campânula de saída define um raio de saí- da (Rsaída). em que a campânula de saída é axialmente espaçada de um blo- queio a jusante por uma dimensão de comprimento (L)1 em que um fator de bloqueio é definido pela fórmula: <formula>formula see original document page 22</formula> em que a razão do vão radial para o diâmetro da pá máximo é cerca de 0 a cerca de 0,01, e a razão do vão axial para o diâmetro da pá máximo é cerca de 0,01 a cerca de 0,025, quando o fator de bloqueio é inferior a cerca de 0,83.