CN101970884B - 混合流风扇装置 - Google Patents

Abstract

一种用于沿混合径向和轴向方向引导流体流的风扇组件，该组件包括：后板，具有围绕中心轴线(CL)定位的内径部和大致截头圆锥体形外径部；从后板延伸的多个叶片；和环形风扇护罩，靠近多个叶片定位，并构造为与多个叶片共同旋转。后板、多个风扇叶片和风扇护罩形成风扇子组件，并且风扇子组件的总深度约为风扇子组件的全径的20-35％。

Description

混合流风扇装置

技术领域

本发明适合汽车应用的风扇和风扇组件。

背景技术

现代车辆，如中型或中型柴油卡车，可以具有相对高的冷却需求。例如，由欧洲和北美柴油机法令批准的散热要求已经在很大程度对发动机冷却系统提出了不断增加的要求。不仅要求更多的气流来提供足够的冷却和要求增加的压力来克服散热器和其它热交换器的限制，而且车辆设计规定和限制冷却系统零件的尺寸。当为了使驾驶员的能见度更好，希望卡车和施工设备具有低发动机罩时，这种限制属于特别关注的。在不能增加散热器和其它热交换器的暴露表面积的情况下，通常将它们制造得较厚。较厚(即，较深)的散热器和其它热交换器减少了诸如风扇和风扇离合器之类的其它冷却系统零件可用的机舱空间。

传统上，汽车应用已经采用轴向流风扇以提供冷却流。轴向流风扇通常沿平行于风扇旋转轴线的方向移动空气。然而，流量要求增加和热交换器变厚的结合在根本上将冷却系统的限制增加到常规轴向流风扇不再能提供足够的气流的程度。即使采用可以增大的风扇系统，常规轴向流风扇的相对低的效率导致过大功率牵曳(如，大于或等于发动机功率的约15％)，这减少了从发动机可用的功率。而且，对于汽车应用，轴向流风扇可能不能如期望的那样安静地运转，这可能是满足噪声控制的关注点。

熟知的是，混流风扇(也即混合流风扇)和径向流风扇(也即离心式风扇)具有比轴向流风扇更大的效率和流动压力特性，但混流和径向流风扇在大多数车辆发动机舱中难以包装。为了使效率最佳，径向流风扇通常要求大的涡壳，并且如果在没有这种涡壳的情况下使用，则具有不能有助于车辆发动机附近的运动的径向排出速度。虽然混流风扇不具有径向流风扇的这些问题，但沿轴向方向它们通常比引擎罩下应用中可以使用的厚(即，深)。而且，混流风扇是很复杂的装置。虽然混流风扇的一般概念看起来简单，但使它们适合满足特定应用的要求所需要的巨大量的实验和设计已经意味着在实践中很少使用它们。

发明内容

一种用于沿混合径向和轴向方向引导流体流的风扇组件，包括：后板，具有围绕中心轴线定位的内径部和大致截头圆锥体形外径部；从后板延伸的多个叶片；和环形风扇护罩，靠近所述多个叶片定位，并构造为与所述多个叶片共同旋转。后板、多个风扇叶片和风扇护罩形成风扇子组件，并且风扇子组件的总深度约为风扇子组件的全径的20-35％。

本发明要求于2008年2月22日递交的名称为“高效混合流风扇”的美国临时专利申请No.61/066,692的优先权，在此通过参考将其全部内容结合到本发明中。

通常，本发明提供了一种准混(或混合)流风扇(在此通常简单地称为混流风扇)，其使得能够响应于旋转输入产生沿混合径向和轴向方向(即，在相对于轴向方向的0和90°之间的某处)的流体流。在一种实施方式中，风扇具有约为总风扇直径的20-35％的总深度(即，厚度或宽度)。本发明的风扇可以用在发动机冷却系统，优选在从约0.04至0.08的风扇节流系数范围内运转时，其中节流系数定义为速度压力与总压力之比，速度压力的计算基于等于气流除以风扇轴向投影面积所得结果的表面速度。

本发明的风扇提供了多种优点和好处。例如，该风扇为发动机冷却提供了相对高的气流和相对高的压力风扇。然而，为了用于汽车和其它发动机冷却应用，风扇的结构通常受到几个限制。风扇优选应当以与现有轴向流风扇相同的方式(如，皮带传动或曲轴安装)安装在发动机前面。而且，风扇应当允许使用粘性风扇离合器(也称为粘性风扇驱动装置)，这是一种允许进行风扇的速度控制和帮助将风扇与曲轴扭转振动隔离的装置。风扇的全径优选应当比得上现有的轴向流风扇。风扇的厚度(即，轴向深度)理想的是应当比得上现有的轴向流风扇，或者尽可能地薄(即，轴向窄)，因为通常难以或不可能分配附加的发动机舱空间。风扇的入口直径优选应当尽可能大，以避免在散热器或其它热交换器的中间出现可能导致有害的气流分层通过散热器和热交换器芯体的高的高速气流。从风扇排出的气流优选应当具有轴向分量，以帮助引导发动机附近的空气并使它们经过发动机。风扇的静态效应应当尽可能高，优选大于50％，以最大化有用功可利用的发动机功率。由风扇产生的噪声应当尽可能低，优选声音不大于以较次的空气动力学性能运转的现有轴向流风扇的声音。而且，至风扇的入口和散热器或热交换器之间的接口(即，罩盖)应当适应由发动机摇摆和机座扭曲引起的两种运动之间的相对运动，并且由普通装配线程序可实现的结构制成。

上述限制中的数个看起来是相互排斥的。风扇的入口直径是一种这样的例子。通常，在径向流(或离心式)风扇中，更大的压力产生是通过减小叶片内径与叶片外径之比实现的，因此使风扇叶片沿径向方向较长。然而，这样做减少了风扇的轴向进口面积，增加了进口速度。由于车辆散热器(或其它热交换器)和风扇之间的间距通常较短，这种直接在风扇前面流动的高速流体将可能在散热器(或其它热交换器)的角部中产生不希望的“死区”，从而降低了总的热交换效率。类似地，径向流(或离心式)风扇中的大气流通常是通过增加风扇的轴向深度实现的，这是引擎罩下发动机冷却应用不可用的选项。因此，在本发明的风扇设计中必要的是产生具有在大量限制下产生适当有效的风扇的设计参数的风扇。通常，本发明的风扇倾向于展现相对大的气流和静态效率特性，同时还满足上述限制。

附图说明

图1为从前面观看的本发明的风扇装置的一种实施方式的透视图。

图2为从后面观看的图1的风扇装置的透视图。

图3为图1和2的风扇装置的正视图。

图4为图1-3的风扇装置的侧视图。

图5为图1-4的风扇装置的后视图。

图6为根据本发明的风扇组件的一部分的剖视图。

图7为堆叠的图1-6中的多个风扇装置的剖视图。

图8为图1-6的风扇装置的一部分的透视图。

图9为根据本发明的风扇装置的可替换实施方式的示意图，以省略风扇护罩的方式示出。

图10为根据本发明的风扇装置的另一可替换实施方式的正视图，以省略风扇护罩的方式示出。

图11为根据本发明的风扇装置的又一可替换实施方式的正视图，以省略风扇护罩的方式示出。

图12为风扇组件的选择的可替换实施方式的性能数据的图示。

虽然上述附图阐述了本发明的数个实施方式，但如在讨论中注意到的那样，其它实施方式也是可以预期的。在所有的情况中，本公开以代表性且非限制的方式提出了本发明。应当理解，本领域技术人员也可以想出落入本发明范围和原理之内的多种其它修改和实施方式。附图可以不按比例绘制。在整个附图中，相同的附图标记用来表示相同的部件。

具体实施方式

图1-5图示了风扇装置20的一种实施方式的不同视图。图1为从前面观看的风扇装置20的透视图，图2为从后面观看的风扇装置20的透视图。图3-5分别为风扇装置20的正视图、侧视图和后视图。如图1-5所示，风扇装置20包括后板22、多个叶片24(也称为机翼)和设置为围绕中心线C_L旋转的风扇护罩26。后板22、叶片24和风扇护罩26共同称为风扇子组件。如图3中的箭头28所示，图示的风扇装置20构造为沿顺时针方向旋转，但应当理解，在可替换实施方式中，风扇装置20可以构造为沿逆时针方向旋转。

本领域技术人员将会认识到，在一种实施方式中，风扇装置20连接至合适的离合器(未示出)，如在PCT公开申请No.WO 2007/016497 A1中披露的类型的粘性离合器，并依次可操作地连接至发动机(未示出)。离合器通常采用螺钉或其它适合的连接装置可拆卸地固定至风扇装置20的后板22。发动机和离合器可以以目标速度选择性地使风扇装置20旋转，风扇装置20移动空气，以帮助冷却发动机。在典型的应用中，风扇装置20定位在散热器和/或其它热交换器(未示出)和发动机之间，风扇运转将冷却空气引导至发动机，并移动空气通过散热器(和/或其它热交换器)，以进一步提供冷却。

图6为包括风扇装置20和入口护罩32的风扇组件30的一部分的剖视图。为了简单起见，在图6中仅图示了风扇组件30的一个叶片24。由风扇组件30在运转期间产生的流体流由箭头33图示，其沿混合径向和轴向方向(即，沿相对于中心线C_L的0和90°之间的方向)流出风扇装置20。应当注意到，由风扇装置20产生的沿混合径向和轴向方向的气流对引擎罩下汽车应用特别有用。相比于用于引擎罩下冷却应用的纯轴向或径向气流，通常更期望这种混合气流定向，因为它倾向于引导气流围绕并经过发动机用于更好地冷却。

后板22包括大致平坦的内径(ID)部(也称为轮毂)34和圆截锥体外径(OD)部36。ID部34设置为大致垂直于风扇装置20的中心线C_L。金属盘38(如，由钢、铝等制成)可选地在中心线C_L处结合在ID部34中，以提供用于将风扇装置20连接至离合器或其它旋转输入源(未示出)的相对刚性的结构。一个或多个开口可选地设置在中心线C_L处或附近的ID部34中的金属盘38中，以便于连接至离合器或其它旋转输入源。ID部34足够大，以适合连接至离合器。现有技术的混流风扇倾向于具有太小而不能安装至传统汽车风扇离合器的ID部。OD部36直接靠近ID部34并从ID部34径向地向外定位。OD部36以相对于中心线C_L的角度θ₁设置。通常，气流33流出风扇装置20的出口角等于角度θ₁。在图示的实施方式中，OD部36延伸至风扇组件20的周边(即，圆周)。后板22具有半径R₁，其限定了对应的全径对于通用应用，直径的值的范围为从约450mm至约750mm，但将会理解，当期望用于特定应用时，直径基本上可以具有大于零的任何值。

在图示的实施方式中，凹槽39形成在后板22的后侧，对应于并与每个叶片24对齐。凹槽39降低后板22的厚度和风扇装置20的总质量。凹槽39是可选的，并且通常仅在后板22和叶片24在制造期间一体地模制时存在。当后板22被注射模制时，凹槽39还帮助避免缩痕，这是由于冷却期间体积收缩出现的模塑缺陷。以下进一步讨论风扇装置20的制造。

环形肋40大致在与叶片24相对的后板22的后侧处从后板22轴向延伸(参见图2、5和6)。在图示的实施方式中，环形肋40大致在后板22的周边和ID部34之间的位置处从后板22的OD部36轴向地延伸。而且，环形肋40相对于后板22的周边轴向地凹陷。合适数量的角撑板42(如，8个)设置在环形肋40和后板22之间，以提供结构支撑。在图示的实施方式中，角撑板42沿圆周方向相互间隔开，并位于环形肋40的OD面。平衡重量(未示出)可选地连接至环形肋40，以在运转期间帮助平衡风扇装置20。在一种实施方式中，熟知结构的平衡重量胶着地固定在环形肋40的ID面处，以便环形肋40在风扇运转期间帮助径向限制重量。环形肋40还可以使风扇装置20的刚性增加。

图7为处于堆叠的3个风扇装置20、20’和20”的剖视图。在其它实施方式中，可以将任何数量的风扇装置20、20’和20”堆叠在一起。如图7所示，风扇装置20、20’和20”中的每一个都具有相同的结构，并用类似的附图标记标明，但用于风扇装置20’的零件的附图标记带有上标，用于风扇装置20”带有双上标。当堆叠时，风扇装置20’和20”的风扇护罩26’和26”延伸到由相邻的风扇装置20或20’的肋部40和40’与后板22和22’的OD部36和36’限定的凹处。而且，风扇装置20和20’的肋部40和40’从相邻的扇装置20’或20”的风扇护罩26’和26”上径向向内定位，并且后板22和22’接触相邻的风扇护罩26’或26”。以这种方式，风扇装置20、20’和20”在堆叠中可以相对容易地对准，用于存储或运输，并且这种堆叠是相对紧凑的，并足够稳定以抵抗翻倒。这种堆叠可以可选地放置在任何适合的容器(未示出)中，用于储存或运输。

再次转向图1-6，风扇护罩26固定至与后板22相对的每个叶片24，并且在运转期间随风扇装置20一起旋转。在图示的实施方式中，风扇护罩26具有大致环形形状，并且至少部分地弯曲成环形、缩扩(converging-diverging)结构。风扇护罩26的ID部弯曲远离后板22。风扇护罩26大体上固定至叶片24的OD部。如图6所示，风扇护罩26限定投影宽度PW_s(在风扇护罩26的轴向前、后区域之间测量的)和进口半径R₂(在风扇护罩26的中心线C_L和径向向内区域之间测量的)，半径R₂限定了对应的直径在示例性实施方式中，直径约为直径的85％。在一种实施方式中，投影宽度PW_s约为直径的12％。风扇护罩26的OD部以相对于中心线C_L的角度θ₂定向。

叶片24从后板22的OD部36延伸至风扇护罩26。在图示的实施方式中，设置了总共16个叶片24，但在可替换实施方式中，叶片24的数量可以改变(如，总共18个叶片24等等)。在图示的实施方式中，每个叶片24限定了以相对于后板22的OD部36成角度θ₃定向的前缘44和基本上平行于中心线C_L设置的后缘46。本领域技术人员将会认识到，叶片24的相对的压力和吸入侧在前缘44和后缘46之间延伸。在图示的实施方式中，叶片24的前缘44未连接至风扇护罩26。叶片24的前缘44共同限定了围绕中心线C_L的半径R₃，其对应于叶片内径由于叶片24沿着后板22的截头圆锥体形OD部36延伸，则叶片24的前缘44的径向位置影响风扇装置22沿轴向方向的质心。通常期望的是将质心设置在轴向中间位置，以在运转期间更好地平衡风扇装置20，特别是相对于风扇装置20可以安装到其上的离合器的轴承。在一些实施方式中，ID部34大致上与风扇装置20的质心对准(如，沿轴向方向相对于质心在约+/-2％的全径的范围内)。而且，每个叶片限定了进口角β_I和出口角β_E(参见图3)。每个叶片24的进口角β_I限定在前缘44处的切线和在前缘44处的叶片平均厚度线之间。出口角β_E限定在后缘46处的切线和在后缘46处的叶片24的平均厚度线之间。每个叶片24以相对于垂直于后板22的OD部36的线(即，平行于中心线C_L的线)的倾角α_T定向(参见图4)。叶片24沿一个方向倾斜到在图3中由箭头28表示的风扇装置20的旋转方向。应当注意到，在一些实施方式中，叶片24基本上可以以等于零的倾角α_T轴向定向。

图1-6中示出的风扇装置20的实施方式中的叶片24构造成向后倾斜的结构。本领域技术人员将会认识到，作为进口角β_I和出口角β_E之间的关系的函数，风扇叶片可以构造成向后弯曲的、向后倾斜的、径向(或准径向)倾斜、向前弯曲和径向叶片结构。在多种可替换实施方式中，利用任何期望结构的叶片(如，参见图9和10)。而且，如果由箭头28表示的目标旋转方向改变(即，从顺时针改变为逆时针)，用于特定结构的叶片24的配置将反转(即，作为镜像)。

如图6，经向(meridional)流线48投射在图示的叶片24上。经向流线48由两个相邻叶片24之间的后板22和风扇护罩26之间的流体的体积中心或中点限定，从叶片24的前缘44处的进口至叶片24的后缘46处的出口。经向流线48大体为曲线或弧线，其与由箭头33图示的流体流相关。每个叶片24具有沿其各个投影经向流线48限定的经向长度。叶片总长度L_Btot定义为通过将风扇装置20的每个叶片24的经向长度加在一起获得的累计长度。叶片总长度L_Btot受风扇装置20包括的叶片24的数量以及各个叶片24的尺寸的影响。

风扇装置20限定了沿轴向方向的投影宽度PW_f(即，总深度或厚度)。在图示的实施方式中，投影宽度PW_f限定在风扇护罩26的轴向前侧区域和后板22的OD部36的轴向后侧区域之间。在一种实施方式中，风扇装置20的全径约为550mm，风扇装置20的投影宽度PW_f约为165mm。虽然风扇装置20通常比常规轴向流风扇厚(即，轴向方向深)，但风扇装置20可以仅具有相对于常规轴向流风扇厚度的约180-200％的厚度，相比约为现有技术混流风扇厚度的250％，约为现有技术径向流风扇厚度的300％。

入口护罩32为靠近风扇装置20定位的环形构件，并包括至少部分地弯曲成环形结构的ID部50。入口护罩32限定了大于下游开口的上游开口。典型地，入口护罩32可旋转地固定，并且在引擎罩下应用中可以固定至发动机、散热器或其它热交换器、车架等。入口护罩在ID部50的径向向内区域处限定了半径R₄，半径R₄对应于直径在图示的实施方式中，入口护罩32的ID部50的至少一部分定位在风扇护罩26的上游部分内，并从风扇护罩26的轴向前侧区域向后延伸。换句话说，轴向重叠形成在风扇护罩26和入口护罩32之间。大致径向的间隙存在于风扇护罩26和入口护罩32之间，在引擎罩下应用中，允许这些部件之间的由发动机摇摆、车架扭曲、振动或其它运动引起的相对运动。在运转期间，沿箭头33方向的流体流穿过入口护罩32的中间开口，到达风扇装置20。入口护罩32可以帮助将来自散热器或其它热交换器的气流引导至风扇装置20。而且，通过风扇护罩26和入口护罩32之间的大致径向的间隙，一些其它流体流可以到达风扇装置20。

当期望用于特定应用时，根据本发明的风扇装置20的结构可以改变。表1为风扇装置20的参数提供了三种可行的范围。表1中给出的值都是近似的。还应当注意到，表1中的值仅仅以举例且非限制的方式设置。而且，表1应当解释为允许独立地选择各个参数。例如，一个参数可以从“第一范围”栏选择，另一参数可以从“第二范围”栏选择，等等。

表1.

图8为风扇装置20的一部分的透视图。如图8所示，可选的嵌条52设置在叶片24和风扇护罩26之间。叶片24具有靠近前缘44的未连接顶端部54。在图示的实施方式中，嵌条52与叶片24一体地形成，并沿大致弦向方向从叶片24的未连接顶端部54延伸至风扇护罩26，大致径向向内朝向。嵌条52物理接触风扇护罩26，并且可选地接合至风扇护罩26。嵌条52可选地设置在风扇装置20的每个叶片上，并且在可替换实施方式中可以完全省略。嵌条52的存在帮助降低每个叶片24和风扇护罩26之间的界面处的应力。

风扇组件30，包括风扇装置20，可以以多种方式制造。通常风扇组件30的部件由聚合物或其它可注模材料制成，但可替换地可以是使用玻璃纤维、金属和其它合适的材料。在一种实施方式中，利用注射成型，其中聚合物材料，如尼龙，基本上形成风扇组件30的除了金属盘38之外的所有部件，金属盘38可以由钢制成。叶片24和后板22通常一体地形成为单个分组件。如果叶片24和后板22是注射成型的，则金属盘38可以采用聚合物材料包覆成型(overmolded)，以一体地形成叶片24和后板22。风扇护罩26和入口护罩32通常都通过注射成型或其它合适的技术单独地性成果的。随后，采用焊接工艺、机械紧固件或其它合适的技术将风扇护罩26连接至分组件的叶片24。焊接或焊接类似的工艺，如超声波焊接或高频电磁焊接和接合是优选的。在叶片24和风扇护罩26之间具有焊接接头的结构在叶片24和风扇护罩26之间的焊接接头上产生了相对低的应力，同时简化了注射成型随后焊接在一起的各个部件的工艺。入口护罩32单独地连接至安装结构，风扇装置20靠近入口护罩32定位在目标安装位置上。

在其它实施方式中，风扇装置20的后板22、叶片24和风扇护罩26一体地模制为单件。虽然单件结构提供了强度优势，但它意图要求实现复杂且昂贵的模子。可替换地，风扇护罩26和叶片24一体地模制，并连接至单独模制的后板22。

如前所述，在可替换实施方式中，根据本发明的风扇装置可以使它的叶片设置成大量不同的结构，如向后弯曲、向后倾斜的、径向(或准径向)倾斜、向前弯曲和径向叶片结构。这些术语源自径向流风扇设计。不同的叶片结构将具有不同的操作效果，其通常与其它风扇装置参数联系在一起。根据目标工作特性和对风扇装置设计的限制，可选的叶片结构将改变，用于不同的应用。图9和10图示了两个其它的叶片结构，虽然将会理解，其它结构在本发明的范围内也是可行的。

图9为风扇装置120的可替换实施方式的示意图，该风扇装置120包括后板122和多个叶片124，并构造为沿箭头28的方向(即，顺时针)旋转。风扇装置120还包括固定至在叶片124的风扇护罩，在图9中省略了风扇护罩，以更好地展示叶片124。扇装置120的一般结构和操作类似于上述风扇装置20的结构和操作。在图示的实施方式中，风扇装置120的叶片124配置成向前弯曲的结构。

图10为风扇装置220的另一可替换实施方式的正视图，该风扇装置220包括后板222和多个叶片224，并构造为沿箭头28的方向(即，顺时针)旋转。风扇装置220还包括固定至在叶片224的风扇护罩，在图10中省略了风扇护罩，以更好地展示叶片224。扇装置220的一般结构和操作类似于上述风扇装置20的结构和操作。在图示的实施方式中，风扇装置220的叶片224配置成准径向尖端(quasi-radial tip)结构。在实际的径向尖端结构，叶片弯曲，使得它们的后缘严格径向配置。然而，在图示的准径向尖端结构中，叶片224弯曲，使得叶片224的后缘246配置成接近径向，但不是严格的径向。

图11为风扇装置320的又一可替换实施方式的正视图，该风扇装置320包括后板322和多个叶片324，并构造为沿箭头28的方向(即，顺时针)旋转。风扇装置320还包括固定至在叶片324的风扇护罩，在图11中省略了风扇护罩，以更好地展示叶片324。扇装置320的一般结构和操作类似于上述风扇装置20的结构和操作。在图示的实施方式中，风扇装置320的叶片324配置成向后弯曲的结构。

考虑到前述描述，本领域技术人员将会认识到，根据本发明的风扇组件提供了多种优势和益处。例如，根据本发明的风扇提供了相对高的压力和气流，但是相对薄，并且与否则设计者在大量实质轴向深度空间可用的情况下产生的相比，大体上展现了不同于的纵横比。而且，本发明的风扇展现了相对高的运转静态效率特性。本发明的风扇还可以满足用于引擎罩下汽车冷却应用的目标工作特性，同时满足与引擎罩下应用相关联的多种设计限制。

此外，根据本发明的风扇提供了相对好的噪声特性，包括噪声强度和噪声质量特性。两种风扇类型之间的最公开的噪声比较是都在相同的空气动力学位置(即，相同的流量和压力)下运转。将本发明的以1900RPM的速度运行的680mm直径的风扇与现有技术的以1970RPM的速度运行的750mm直径的径向流风扇相比较，本发明的风扇更安静4dBA。本发明的风扇由于两个主要原因而比较安静。第一，与径向流风扇相比，本发明的风扇可以以较低的旋转速度产生期望水平的静态压力，并且风扇噪声非常强烈地依赖于圆周速度(即，尖端速度)。第二，在本发明的风扇期望运转的高压下，通过本发明的风扇的空气流比通过径向流风扇的空气流平稳很多，涡流也少很多。典型地，在上述条件下通过径向流风扇的流动熟知为失速气流，其高度地扰动且不稳定，并且与轰鸣噪声相关联。

还提供了未具体提及的其它优势和益处。

实施例

根据本发明的原型风扇组件被开发出来，并被测试，且运行计算机模拟，以进一步研究根据本发明的风扇组件设计。原型测试已经显示出，根据本发明的风扇可以实现比当前工艺水平的径向流风扇高约35％的气流，大15％的静态效率，并展现出比当前工艺水平的径向流风扇安静的工作特性，同时还适合引擎罩下汽车冷却应用中的安装，并展现出可接受的功率要求。

试验设计(DOE)协议用来运行多个认真选择的风扇设计变量的多种排列的模拟。DOE允许在仅在有限数量的可行排列上进行测试的同时进行优化。计算流体动力学(CFD)软件(如，从加拿大的Santa Clara市的ANSYS公司可买到的流动建模软件用来根据每个DOE产生模拟测试数据。进行多个DOE研究。所进行的最大的DOE涉及具有三种可能级别的5个因数，每个因素用于总共243(或3⁵)个可能的组合，在这些组合中，根据表2中列出的因素和级别的选择模拟27个变量。

表2.

为气流速率(单位kg/s)、静态压力(单位Pa)和静态效率(％)收集DOE结果。图12为根据最大DOE的用于风扇组件20的选定的可替换实施方式的性能数据的图示。图12的图示表示沿着水平轴的气流(kg/s)与沿着左手侧垂直轴的压力(Pa)和沿着右手侧垂直轴的静态效率(％)之比。用于静态效率与气流之比的27个DOE结果在图12中以空心方块绘制，用于压力与气流之比的结果在图12中以实心菱形绘制。应当注意到，在图12中，每个空心方块与对应的实心菱形垂直对齐。

规定用于压力与气流之比的数据点的结果(实心菱形)落在近似典型的发动机冷却限制曲线的二次方曲线。DOE结果示出对应的静态效率与气流之比的数据点(空心方块)共同限定了边界曲线400。基于27个DOE结果，为三种优化的风扇装置20设计进行数据点的内插。对于#1设计，为最佳气流和最佳静态效率优化性能，在图12中对于静态效率图示为空心三角形，对于压力图示为实心三角形。对于#2设计，为最佳静态效率优化性能，在图12中对于静态效率图示为空心圆，对于压力图示为实心圆。对于#3设计，为最佳静态气流优化性能，在图12中对于静态效率图示为空心六边形，对于压力图示为实心六边形。在表3中提供了与#1-3设计相关的风扇装置20的参数。风扇装置20的参数之间的相互作用不是直观的，并通过物理原型构建和测试而花费大量时间确定。#1-3设计中的每一个都是简易的，并且可以满足具有不同要求的不同发动机冷却应用。

表3.

虽然已经参照优选实施方式描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节方面进行改变。

Claims (18)

1.一种用于沿混合径向和轴向方向引导流体流的风扇组件，该组件包括：

后板，具有围绕中心轴线定位的内径部和截头圆锥体形外径部，其中截头圆锥体形外径部延伸至风扇组件的周围；

从后板延伸的多个叶片；和

环形风扇护罩，靠近所述多个叶片定位，并构造为与所述多个叶片共同旋转，其中，后板、所述多个风扇叶片和风扇护罩形成风扇子组件，

其中，风扇子组件的总深度大于或等于风扇子组件的全径的28％且小于风扇子组件的全径的32％。

2.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，由后板的外径部限定的出口角以相对于所述轴线的65-80°的角度定向。

3.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，风扇进口的内径为风扇子组件的全径的80-90％。

4.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个叶片中的每一个的进口角为15-30°，并且所述多个叶片中的每一个的出口角为40-90°。

5.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，叶片总长度为风扇子组件的全径的450-550％。

6.根据权利要求5所述的风扇组件，其中，叶片总长度为风扇子组件的全径的480-520％。

7.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个叶片的内径为风扇子组件的全径的50-75％。

8.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个叶片等距离间隔开并连接至后板的外径部。

9.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，后板的内径部基本上是平坦的。

10.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，后板的内径部包括金属材料，并且其中后板的外径部包括内径部上包覆成型的聚合物材料。

11.根据权利要求1所述的风扇组件，还包括：

靠近风扇护罩定位的环形入口护罩，其中所述入口护罩可旋转地固定，

其中所述入口护罩包括限定进口和出口的壁，其中，进口具有比出口小的直径，

并且其中所述壁具有弓形截面形状。

12.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，后板的内径部近似轴向定位在风扇子组件的质心处。

13.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个叶片具有从由下述结构组成的组中选择的结构：向前弯曲结构、向后弯曲结构和向后倾斜结构。

14.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，由后板的外径部限定的出口角以相对于所述轴线的65-80°的角度定向，其中风扇进口的内径为风扇子组件的全径的80-90％，其中所述多个叶片中的每一个的进口角为15-30°，其中所述多个叶片中的每一个的出口角为40-90°，其中叶片总长度为风扇子组件的全径的450-550％，并且其中所述多个叶片的内径为风扇子组件的全径的50-75％。

15.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个叶片的倾角在0-15°的范围内。

16.根据权利要求1所述的风扇组件，其中，所述多个叶片的倾角在3-10°的范围内。

17.根据权利要求1所述的风扇组件，还包括：

定位在后板的截头圆锥体形的外径部处的至少部分轴向延伸的环形肋，其中环形肋与所述多个叶片相对延伸。

18.一种用于沿混合径向和轴向方向引导流体流的风扇组件，该组件包括：

后板，具有围绕中心轴线定位的内径部和大致截头圆锥体形外径部；

环形风扇护罩；和

在后板和风扇护罩之间延伸的多个叶片，

其中后板、所述多个风扇叶片和风扇护罩形成风扇子组件，

其中风扇子组件的总深度大于或等于风扇子组件的全径的28％且小于风扇子组件的全径的32％，

其中由后板的外径部限定的出口角以相对于所述轴线的65-80°的角定向，

其中风扇进口的内径为风扇子组件的全径的80-90％，

其中所述多个叶片中的每一个的进口角为15-30°，

其中所述多个叶片中的每一个的出口角为40-90°，其中叶片总长度为风扇子组件的全径的450-550％，并且

其中所述多个叶片的内径为风扇子组件的全径的50-75％。