CN102782334B - 扭斜型轴流式风扇组件 - Google Patents
扭斜型轴流式风扇组件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102782334B CN102782334B CN201180011938.8A CN201180011938A CN102782334B CN 102782334 B CN102782334 B CN 102782334B CN 201180011938 A CN201180011938 A CN 201180011938A CN 102782334 B CN102782334 B CN 102782334B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fan
- leading edge
- skew angle
- top end
- radius
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 11
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 7
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- DSUPUOGOCIFZBG-UHFFFAOYSA-N 2-(phenylcarbamoyl)benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 DSUPUOGOCIFZBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/38—Blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/38—Blades
- F04D29/384—Blades characterised by form
- F04D29/386—Skewed blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
- F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
- Y10S416/02—Formulas of curves
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
- Y10S416/05—Variable camber or chord length
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
一种自由梢端型轴流式风扇组件，其具有减小风扇噪音同时将径向梢端挠弯最小化的扭斜角分布。前缘扭斜角的最大值和风扇半径处的前缘扭斜角之差至少为10度。前缘扭斜角的最大值和风扇半径处的前缘扭斜角之差与后缘扭斜角的最大值和风扇半径处的后缘扭斜角之差的比率至少为2.5。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年3月10日提交的美国临时专利申请No.61/312，487的优先权，其全部内容通过引用而结合在本文中。
技术领域
本发明大致涉及自由梢端型轴流式风扇，且更特别地涉及可用作机动车发动机冷却风扇的自由梢端型风扇。
背景技术
发动机冷却风扇用于机动车辆，以使空气移动穿过一组热交换器，其通常包括冷却内燃机的散热器、空调机的冷凝器、以及或许会附加的热交换器。这些风扇由罩盖大致包封，所述罩盖用以减少回流且在热交换器和风扇之间引导空气。
罩盖通风室(即邻近热交换器的那部分罩盖)为大致矩形，且流入到风扇的气体并非轴对称。散热器通常具有翅片管式结构，这给流入气体造成附加的非轴对称流动结构。流入气体缺乏对称会引起叶片载荷不稳定且产生单频声音。此外还有几种宽频噪音来源。为了减小单频和宽频噪音，风扇叶片经常是扭斜的。
风扇通常用具有有限机械性能的塑料进行注塑成型。当在高温下承受旋转和空气动力载荷时，塑料风扇会产生蠕变变形或挠弯。这在将风扇安装到热交换器的下游（其中风扇在所述热交换器下游处的高温空气中操作）、且还承受着来自各个发动机罩内的构件的辐射热时尤其是个问题。在设计过程中必须解决该蠕变变形问题。
虽然一些发动机冷却风扇具有旋转梢端带体，但是许多的发动机冷却风扇是梢端自由的。这些风扇设计成在叶片梢端和罩盖筒之间具有梢端间距或运作间隙。该梢端间距必须足够到允许制造公差和风扇组件在使用寿命期间可能出现的最大挠弯。不幸地是，较大梢端间距通常会引起风扇效率减小和风扇噪音增大。
许多使用自由梢端型风扇的风扇组件是相对低功率的组件。这些风扇不会消耗大量电功率，也不会制造大量噪音。所述这些风扇经常设计成具有较大梢端间距和最小叶片扭斜度。这样所产生的性能降低和噪音增加的结果可能不会像使用更大功率的风扇组件时那样重要。
但是，其它风扇组件会消耗大量电功率和制造让人厌烦的噪音。这些风扇组件必须设计成将噪音最小化和将效率最大化。为了达到此目的，梢端间距应该尽可能小。因此，需要一种将叶片梢端挠弯最小化的风扇设计。风扇设计者所面对的一个问题是，对于减小噪音所需的叶片扭斜（skew）经常导致叶片梢端挠弯（deflection）增加。
自由梢端型风扇经常被设计成具有固定半径的梢端的形状，且被设计成在罩盖筒中操作，所述罩盖筒在非常接近风扇叶片的空隙区域为圆筒形。在该情况下，梢端挠弯的径向分量是所关注的主要分量。但是，美国专利No.6，595，744描述了一种自由梢端型发动机冷却风扇，其中叶片梢端与喇叭型罩盖筒形状相顺应或一致。在该情况下，轴向和径向梢端挠弯都能改变梢端间距的尺寸。虽然美国专利No.6，595，744还描述了一种风扇几何结构，其将给定扭斜度的叶片梢端的轴向挠弯最小化，但是所述专利没有给出将径向挠弯最小化的扭斜度分布。
发明内容
本发明用于满足对这样一种风扇的需要，所述风扇是扭斜的以减小风扇噪音，但其产生较小的径向叶片梢端挠弯。通过使径向挠弯最小化，能够将梢端间距最小化，且能够改进性能。
在一方面，本发明提供了一种包括风扇的自由梢端型轴流式风扇组件，所述风扇可绕轴线旋转且具有半径R和直径D。所述风扇还包括具有半径Rhub的毂和从所述毂上大致径向延伸的多个叶片。所述多个叶片的每一个均具有前缘、后缘、叶片梢端、以及等于风扇半径R和毂半径Rhub之差的跨距S。风扇组件的罩盖包括围绕至少一部分所述叶片梢端的罩盖筒。梢端间距限定在罩盖筒和叶片梢端之间。所述多个叶片的每一个均具有几何结构，如轴向投影中所视，其在每个径向位置处具有前缘扭斜角和后缘扭斜角。前缘扭斜角具有最大值，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少是10度。后缘扭斜角具有最大值，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少是后缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的后缘扭斜角之差的2.5倍。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少3.5倍。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少4.5倍。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为15度。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为20度。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值至少为2度。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值至少为5度。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值至少为9度。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值出现在叶片跨距S的约0.2倍和叶片跨距S的约0.6倍之间的叶片跨度方向位置上。
在一些结构中，前缘扭斜角的最大值出现在叶片跨距S的约0.3倍和叶片跨距S的约0.5倍之间的叶片跨度方向位置上。
在一些结构中，罩盖筒为喇叭型，且叶片梢端前缘比叶片梢端后缘更进一步径向向外延伸。
在一些结构中，梢端间距小于风扇直径D的0.02倍。
在一些结构中，叶片由塑料成型。
在一些结构中，风扇组件是吸风式汽车发动机冷却风扇组件。
在一些结构中，所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角在向后方向上至少为47度。
在一些结构中，所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角在向后方向上至少为55度。
在一些结构中，所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角在向后方向上至少为62度。
附图说明
图1a是自由梢端型发动机冷却风扇组件的示意图，示出了固定半径的叶片梢端和圆筒形的罩盖筒。
图1b是自由梢端型发动机冷却风扇组件的示意图，示出了与喇叭型罩盖筒的形状相顺应的叶片梢端。
图1c是自由梢端型风扇的扫掠图，其具有固定半径的叶片梢端，其中定义了多种几何结构参数。
图1d是自由梢端型风扇的扫掠图，其具有半径变化的叶片梢端，其中定义了多种几何结构参数。
图2a示出了现有技术中风扇的轴向投影图，其具有固定半径的叶片梢端以及在径向外部区域中具有正的前缘扫掠角。
图2b示出了图2a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图，其中定义了多种几何结构参数。
图3a示出了现有技术中风扇的轴向投影图，其具有与喇叭型罩盖的形状相顺应的叶片梢端、且在径向外部区域中具有负的前缘扫掠角。
图3b示出了图3a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图。
图3c是弯曲力施加到图3b示出的叶片的径向外部区域的后缘部分的示意图。
图4a示出了根据本发明的一个结构的风扇的轴向投影图。
图4b示出了图4a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图。
图5a示出了根据本发明的一个结构的风扇的轴向投影图。
图5b示出了图5a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图。
图6示出了由图3、4和5示出的风扇所计算的叶片梢端径向挠弯的曲线图。
具体实施方式
图1a示出了一种自由梢端型轴流式风扇组件1，其配置以用作发动机冷却风扇组件，并安装在邻近于一组热交换器2处。该组热交换器通常包括将内燃机冷却的散热器3，但是以替代性能源为动力的车辆能包括热交换器以冷却电池、电动机等。罩盖4将冷却空气从散热器3引导至风扇5。风扇5绕轴线6旋转，且包括毂7和大体上径向延伸的叶片8。多个叶片8之一在扫掠图中示出，其中轴向宽度表示为半径的函数。叶片8的邻近于毂7的端部为叶片根部9，而叶片8的最外端部为叶片梢端10a。所述叶片梢端10a由罩盖筒11a围绕。梢端间距12a提供了叶片梢端10a和罩盖筒11a之间的运行间隙。
虽然最通常风扇为“吸风式”配置且位于热交换器的下游，但在一些情况中，风扇可为“吹风式”且位于热交换器的上游。虽然图1a最准确地代表着吸风式配置，但其能被解释为吹风式配置，虽然在该吹风式配置中该组热交换器2中的散热器3的位置将被颠倒。
图1a示出的叶片梢端10a为固定半径、且罩盖筒11a在非常接近于叶片梢端10a的区域为圆筒形的。该示例示出了非常接近于罩盖筒11a的整个叶片梢端10a。在其它情况下，允许叶片梢端10a从罩盖筒11a突伸出去(例如，在图1a中向左方延伸出去)，从而只有每个叶片梢端10a的后部(图1a中右方的叶片部分)与罩盖筒11a之间有小间隙。
图1b示出了一种自由梢端型轴流式风扇组件，其配置以作为发动机冷却风扇组件，其中罩盖筒11b为喇叭型，且叶片梢端10b与喇叭型罩盖筒11b的形状相顺应。梢端间距12b提供了叶片梢端10b和罩盖筒11b之间的运行间隙。如图1b中的虚线所示，叶片梢端10b能可选地在后缘处具有局部倒圆的形状。
图1c是自由梢端型风扇的扫掠图，其具有固定半径的叶片梢端。梢端半径为R，且毂半径为Rhub。如果毂具有非圆筒形状，可将在叶片后缘TE处的Rhub定义为毂半径。叶片的跨距S为叶片后缘处的毂和叶片梢端之间的径向距离，或为(R-Rhub)。叶片几何结构能被描述为径向位置r的函数(其经常被无量纲化为r/R)或跨度方向位置s的函数(其等于(r-Rhub)）。跨度方向位置能被无量纲化为s/S。径向位置r和跨度方向位置s两者都定义成在径向向外方向上增加。
图1c示出了叶片前缘LE和叶片后缘TE的轴向位置，它们都表示为径向位置r的函数。径向位置r处的中弦线示出为该径向位置r处的前后缘之间的轴向中央。径向位置r处的叶片中弦倾度XMID定义为从毂半径Rhub处中弦线的位置到该径向位置r处中弦线的轴向距离。径向位置r处的中弦倾角ΘMID是由该径向位置r处的径向线和该径向位置r处的中弦线的切线之间所形成的角度。倾度XMID和倾角ΘMID在图1c所示的任意径向位置r处都示为正值。中弦线在叶片根部9处其位置轴向向前，且随着径向位置r的增加而进一步倾向前。
图1d是自由梢端型风扇的扫掠图，其具有喇叭型的叶片梢端而与喇叭型罩盖筒的形状相顺应，如图1b所示。前缘处的叶片梢端半径为RLE，后缘处的叶片梢端半径为RTE。叶片跨距S是毂和叶片梢端之间的径向距离。在风扇具有喇叭型叶片梢端的情况下，后缘半径RTE被认为是名义叶片梢端半径。此外，如果叶片梢端在后缘处局部倒圆(如图1b和1d中的虚线所示)，每个叶片梢端10b的后缘半径RTE为后缘TE处（其梢端间距为名义值或大致最小值）的叶片梢端半径。因此，除非特别另外指出，否则在以下说明中无论使用“叶片梢端半径”、“叶片梢端半径R”或“风扇半径”，它们都意味着包含恒定叶片梢端半径（风扇具有非喇叭型叶片梢端）和名义叶片梢端半径（风扇具有喇叭型叶片梢端）在内。因此，图1d中风扇的叶片跨距S可表达为(RTE-Rhub)或(R-Rhub)。
图1c示出了用于定义沿叶片的任何位置的径向位置r和跨度方向位置s的规定。使用图1d中具有喇叭型叶片梢端的风扇的情况下，叶片有一小部分所对应的径向位置r的值大于叶片梢端半径R(RTE)，且所对应的跨度方向位置s的值大于叶片跨距S。
风扇的直径D是风扇半径的两倍，即是图1c所示的叶片梢端半径R的两倍，或是图1d所示的后缘半径RTE的两倍。在梢端间距为最小值的轴向位置处，风扇和罩盖之间的梢端间距可以是风扇直径D的0.007倍到0.02倍。图1a和1b示出了大约是风扇直径D的0.01倍的梢端间距。
图2a是现有技术中自由梢端型风扇的轴向投影，其中风扇几何结构投影到正交于风扇旋转轴线的平面上。风扇具有固定半径的叶片梢端10a。旋转沿顺时针方向，且风扇前缘LE和后缘TE如所示。
图2b是图2a示出的风扇的单个叶片的轴向投影。示出了风扇半径R、毂半径Rhub和叶片跨距S。前缘和后缘都以扫掠角和扭斜角(skewangle)表示特征，扫掠角和扭斜角均是径向位置r的函数。也示出了与径向位置r相对应的跨度方向位置s。
边缘（前缘或后缘）在径向位置r处的扫掠角是在轴向投影中的一个角度，其由边缘在该径向位置r处的径向线和边缘在该径向位置r处的切线形成。前缘的扫掠角在图2b中示出为ΛLE，且后缘的扫掠角示出为ΛTE。在所指示的径向位置r，ΛLE和ΛTE均为正值(即，前缘和后缘随着径向位置r的增加而倾向旋转方向)。这经常被称为向前扫掠（forwardsweep）。
边缘在径向位置r处的扭斜角是轴向投影中的角度，其由在该径向位置r处通过边缘的径向线和在该叶片根部处通过该相同边缘的径向线形成。前缘扭斜角在图2b中示出为ΦLE，且后缘扭斜角示出为ΦTE。在所指示的径向位置r，ΦLE和ΦTE均为正值(即，前缘和后缘相对于它们在叶片根部处的位置沿旋转方向移位)。这经常被称为向前扭斜（forwardskew）。
图3a是现有技术中自由梢端型风扇的轴向投影，其具有与喇叭型罩盖形状相顺应的叶片梢端，如图1b所示。旋转沿顺时针方向，且风扇前缘LE和后缘TE如所示。前缘处的叶片梢端半径为RLE，且后缘处的叶片梢端半径为RTE，其中RLE超过RTE。如上所述，风扇半径或叶片梢端半径R定义为等于RTE。
虽然扫掠角未标注在图3a的风扇上，可以看出前缘和后缘在叶片的径向内部区域都具有正的(向前)扫掠角，而在叶片的径向外部区域具有负的(向后)扫掠角。图3a的风扇类似于美国专利No.6，595，744的图4a中所公开的风扇。美国专利No.6，595，744的指导中建议了该风扇具有类似于美国专利No.6，595，744的图4b中示出的倾度分布，其类似于本申请的图1b示出的倾度分布。特别地，所指示的倾角在径向内部区域中为正值(向前)，且在径向外部区域中为负值(向后)。所述倾度分布将叶片的轴向挠弯最小化，但对径向挠弯的影响有限。
图3b是图3a中示出的风扇的单个叶片的轴向投影。对于前缘和后缘，图3b示出了扭斜度的最大值(即，最大正值)以及在风扇半径R处的扭斜度值。该图还示出了对于每个边缘而言的扭斜角的最大值和风扇半径R处的扭斜角值之差。对于前缘该差值定义为ΔΦLE，而对于后缘该差值定义为ΔΦTE。对于示出的叶片，前缘扭斜角具有约为9.5度的最大值ΦLE(max)，且在风扇半径处的值ΦLE(R)约为-14.8度，使得前缘扭斜角之差ΔΦLE约为24.3度。后缘扭斜角具有约为16.3度的最大值ΦTE(max)，且在风扇半径处的值ΦTE(R)约为-2.1度，使得后缘扭斜角之差ΔΦTE约为18.4度。ΔΦLE与ΔΦTE的比率约为1.32。虽然后缘和叶片梢端之间的相交部分在图3b中未示为局部倒圆，但是一些风扇可以在该位置处局部倒圆。在后缘和叶片梢端之间有局部倒圆的情况下(如在测量出扭斜角的轴向投影中所视)，风扇半径处的后缘扭斜角值ΦTE(R)是局部倒圆区域内的最小扭斜角值(最小负值)。
图3b示出了风扇半径处的前缘扫掠角ΛLE(R)，其大约是-62度。前缘处发生的扫掠可以减少离散噪音（tones）和宽带噪音（broadbandnoise），特别是吸入紊流的噪音。
图3b还示出了前缘最大扭斜角的径向位置rΦLEmax，其等于风扇半径R的约0.625倍。最大前缘扭斜角的跨度方向位置sΦLEmax为叶片跨距S的约0.375倍。
图3c是由于在图3b所示叶片梢端的后缘区域施加旋转而产生的力的简要示意图。可以看出，存在引起叶片梢端后缘向外挠弯的弯矩。该向外挠弯能引起风扇和罩盖筒之间运行间隙的减小，且最终能引起风扇和罩盖之间的接触。传统地，减少风扇和罩盖之间接触的可能性的方式包括提供较大梢端间距（其将牺牲风扇性能和低噪音）或构造高强度材料的风扇（其无法用低成本制造）。
图4a是根据本发明的一个结构的风扇的轴向投影。所述风扇具有与喇叭型罩盖的形状相顺应的叶片梢端。旋转沿顺时针方向。如图3a所示，前缘和后缘都在叶片径向内部区域中具有正的(向前)扫掠角，且在叶片径向外部区域中具有负的(向后)扫掠角。
图4b是图4a示出的风扇的单个叶片的轴向投影。该风扇的毂半径和前缘廓线与图3b的相同。后缘扭斜角的最大值ΦTE(max)约为8.6度，且风扇半径处的后缘扭斜角值ΦTE(R)约为0.7度，使得后缘扭斜角之差ΔΦTE约为7.9度。ΔΦLE与ΔΦTE的比率约为3.08。
与图3b的叶片梢端相比较，图4b叶片梢端的径向挠弯的倾向程度减小，因为事实上由于离心力使梢端后缘区域承受着较小的转矩。因此，更容易得到比风扇直径D的0.02倍更小的梢端间距(例如，为风扇直径D的约0.01倍或更小)。
图5a是根据本发明的一个结构的风扇的轴向投影。所述风扇具有与喇叭型罩盖的形状相顺应的叶片梢端。旋转沿顺时针方向。如同图3a和图4a中，前缘和后缘都在叶片径向内部区域中具有正的(向前)扫掠角，且在叶片径向外部区域中具有负的(向后)扫掠角。
图5b是图5a中示出的风扇的单个叶片的轴向投影。该风扇的毂半径和前缘廓线与图3b和4b中的相同。后缘扭斜角的最大值ΦTE(max)约为1.6度，且风扇半径处的后缘扭斜角值ΦTE(R)约为-3.1度，使得后缘扭斜角之差ΔΦTE约为4.7度。ΔΦLE与ΔΦTE的比率约为5.2。
与图3b的叶片梢端相比较，图5b叶片梢端的径向挠弯的倾向减小。因此，更容易得到比风扇直径D的0.02倍更小的梢端间距(例如，为风扇直径D的约0.01倍或更小)。
图6示出了由图3、4和5中示出的风扇所计算的径向梢端挠弯值（deflection）的曲线图。该挠弯值表示为比率ΔΦLE/ΔΦTE的函数，且以图3的现有技术中风扇的挠弯值为标准（normalized）。所述曲线是数据的幂律回归，其中最合适的指数为-1.63。该回归结果显示出，将比率ΔΦLE/ΔΦTE从1.3增加到2.5会使挠弯减少了65%。将比率ΔΦLE/ΔΦTE从1.3增加到3.5使挠弯减少了80%，且将比率ΔΦLE/ΔΦTE从1.3增加到4.5使挠弯减少了87%。通过控制扭斜角参数ΔΦLE/ΔΦTE使风扇抗离心力的抵抗性能显著提高。如上所述，图4和5所示的风扇设计成具有至少为2.5的比率值ΔΦLE/ΔΦTE，以利用抵抗离心力的好处。
减小潜在噪音的一个测量标准是前缘扭斜角的差值ΔΦLE。虽然图3、4和5的风扇具有约24度的前缘扭斜角之差ΔΦLE，但是也可以通过大于或小于24度的前缘扭斜角之差ΔΦLE来显著减小噪音。在一些结构中，前缘扭斜角之差ΔΦLE约为10度或更多，且在另外的构造中，前缘扭斜角之差ΔΦLE至少为15度或至少20度。
美国专利No.6，595，744描述了一种倾度分布，其将叶片梢端的轴向挠弯最小化。对于根部处为向前扫掠而梢端处为向后扫掠的叶片，所述专利给出了根部处的向前倾角和梢端处的向后倾角（rakeangle）。为了维持轴流式紧凑风扇的几何结构，在径向内部区域中的向前扫掠量应该与在径向外部区域中的向后扫掠量相平衡。在径向内部区域中的向前扫掠量的一个测量标准是前缘扭斜角最大值ΦLE(max)。虽然图3、4和5都具有约9.5度的扭斜角最大值ΦLE(max)，有时会发现该参数的更小值或更大值是合适的。ΦLE(max)值为至少2度的(例如至少5度，或在一些情况下至少9度)的风扇能具有低噪音、小挠弯和紧凑的轴向尺寸。
图3、4和5的风扇所具有的前缘处扭斜角最大值ΦLE(max)，是出现在等于叶片跨距S约0.375倍的跨度方向位置s。通常前缘处扭斜角的最大值ΦLE(max)出现在叶片跨距S的约0.2倍和叶片跨距S的约0.6倍之间的跨度方向位置s处，且最通常在叶片跨距S的约0.3倍和叶片跨距S的约0.5倍之间。
虽然图4和5的风扇都示为在风扇半径R处具有前缘扫掠角（其类似于图3b风扇上示出的ΛLE(R)(即，大约-62度)），但是风扇半径R处可具有更大(更多的负值)或更小(更少的负值)的向后前缘扫掠角。例如，在向后方向上的ΛLE(R)值至少为55度(ΛLE(R)<-55度)或甚至在向后方向上的ΛLE(R)值小到47度(ΛLE(R)<-47度)的风扇中，仍然可以获得显著减小的噪音。相反的，通过在风扇半径R处使前缘扫掠更向后，即在向后方向上的ΛLE(R)值大于62度(ΛLE(R)<-62度)，甚至可获得更显著减小的噪音。
虽然前缘和叶片梢端之间的相交部分在图3、4和5中没有示为局部倒圆，根据本发明的其它构造的风扇可以在该位置处局部倒圆。在前缘和叶片梢端之间有局部倒圆的情况下(如在测量出扭斜角的轴向投影中所视)，风扇半径处的前缘扭斜角值ΦLE(R)和风扇半径处的前缘扫掠角ΛLE(R)以这样的方式测量以忽略该倒圆：例如，通过外推法来求解叶片梢端形状和前缘形状直到它们相交，然后测量风扇半径R处的外推前缘的扭斜角和扫掠角。
虽然图4和图5的风扇在叶片的径向内部区域中表现出正的前缘扫掠角，而在径向外部区域中表现出负的前缘扫掠角，但是根据本发明的某些方面的风扇能具有前缘扫掠角的其它分布。类似地，虽然图4和图5的风扇在径向内部区域中表现出正的后缘扫掠角，且在径向外部区域中表现出负的后缘扫掠角，但是根据本发明的风扇能具有后缘扫掠角的其它分布。
此外，后缘扭斜角ΦTE(max)最大值的径向位置不限于附图中示出的，且可以在从毂半径Rhub到风扇半径R的任何径向位置r处出现，包括那些末端位置。
虽然图4和5的风扇都具有与喇叭型罩盖筒的形状相顺应的喇叭型叶片梢端，但是根据本发明的风扇可具有固定半径的叶片梢端和在罩盖筒中操作，所述罩盖筒在最小梢端间隙的区域中是圆筒形的。
虽然本发明的好处在风扇组件为吸风式配置时通常更多，但是根据本发明的风扇组件可以是吹风式或吸风式配置，除非特别另有要求。
Claims (17)
1.一种自由梢端型轴流式风扇组件，包括：
风扇，其可绕轴线旋转且具有半径R和直径D，所述风扇包括具有半径Rhub的毂和从毂上大致径向延伸的多个叶片，所述多个叶片的每一个均具有前缘、后缘、叶片梢端以及等于风扇半径R和毂半径Rhub之差的叶片跨距S；以及
罩盖，其包括围绕所述多个叶片梢端的每一个中至少一部分的罩盖筒，梢端间距被限定在罩盖筒和叶片梢端之间，
其中，所述多个叶片的每一个均具有这样一个几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扭斜角和后缘扭斜角，所述前缘扭斜角具有最大值，且前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为10度，且
其中，后缘扭斜角具有最大值，且前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少2.5倍；其中，对具有喇叭型叶片梢端的风扇而言，所述风扇半径R是在后缘处测量，而如果叶片梢端在后缘处局部倒圆，则所述风扇半径R是在梢端间距为大致最小值的点处进行测量。
2.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少3.5倍。
3.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少4.5倍。
4.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为15度。
5.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为20度。
6.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值至少为2度。
7.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值至少为5度。
8.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值至少为9度。
9.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值是出现在约0.2倍叶片跨距S和约0.6倍叶片跨距S之间的叶片跨度方向位置上，所述0.2倍叶片跨距S和0.6倍叶片跨距S是从风扇的毂朝向叶片梢端、沿径向向外测量而得。
10.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：前缘扭斜角的最大值是出现在0.3倍叶片跨距S和约0.5倍叶片跨距S之间的叶片跨度方向位置上，所述0.3倍叶片跨距S和0.5倍叶片跨距S是从风扇的毂朝向叶片梢端、沿径向向外测量而得。
11.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：罩盖筒为喇叭型，且叶片梢端前缘比叶片梢端后缘更远地沿径向向外延伸。
12.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：梢端间距小于风扇直径D的0.02倍。
13.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：所述多个叶片由塑料模制成型。
14.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：风扇组件是吸风式汽车发动机冷却风扇组件。
15.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角是在向后方向上具有至少47度。
16.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角是在向后方向上具有至少55度。
17.如权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于：所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角是在向后方向上具有至少62度。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US31248710P | 2010-03-10 | 2010-03-10 | |
| US61/312,487 | 2010-03-10 | ||
| PCT/US2011/027967 WO2011112853A1 (en) | 2010-03-10 | 2011-03-10 | Skewed axial fan assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102782334A CN102782334A (zh) | 2012-11-14 |
| CN102782334B true CN102782334B (zh) | 2015-12-09 |
Family
ID=43923754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201180011938.8A Active CN102782334B (zh) | 2010-03-10 | 2011-03-10 | 扭斜型轴流式风扇组件 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8137070B2 (zh) |
| EP (1) | EP2545284B1 (zh) |
| KR (1) | KR101660565B1 (zh) |
| CN (1) | CN102782334B (zh) |
| BR (1) | BR112012022550B1 (zh) |
| WO (1) | WO2011112853A1 (zh) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6066691B2 (ja) * | 2012-11-26 | 2017-01-25 | 株式会社サムスン日本研究所 | プロペラファン及び前記プロペラファンを用いた空気調和装置 |
| CN104214139B (zh) * | 2013-05-30 | 2016-12-28 | 台达电子工业股份有限公司 | 风扇 |
| CN109773635A (zh) * | 2013-07-12 | 2019-05-21 | 南京德朔实业有限公司 | 手持式砂光机 |
| FR3010747B1 (fr) * | 2013-09-16 | 2017-12-15 | Valeo Systemes Thermiques | Ventilateur pour automobile a pales optimisees pour l'acoustique et l'aerodynamique |
| US8869504B1 (en) * | 2013-11-22 | 2014-10-28 | United Technologies Corporation | Geared turbofan engine gearbox arrangement |
| FR3028299B1 (fr) * | 2014-11-07 | 2019-11-22 | Valeo Systemes Thermiques | Ventilateur pour automobile a pales optimisees pour les forts debits |
| JP6529251B2 (ja) * | 2014-12-24 | 2019-06-12 | 株式会社オカムラ | 送風装置および冷凍冷蔵ショーケース |
| CN107438717B (zh) * | 2015-04-15 | 2021-10-08 | 罗伯特·博世有限公司 | 自由梢端型轴流式风扇组件 |
| JP2018003764A (ja) * | 2016-07-06 | 2018-01-11 | 株式会社鎌倉製作所 | 送風機 |
| KR101921422B1 (ko) * | 2017-06-26 | 2018-11-22 | 두산중공업 주식회사 | 블레이드 구조와 이를 포함하는 팬 및 발전장치 |
| DE102017008292A1 (de) * | 2017-09-05 | 2019-03-07 | Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Lüfterrad |
| EP3882470A4 (en) * | 2018-11-22 | 2022-02-23 | GD Midea Air-Conditioning Equipment Co., Ltd. | AXIAL FLOW BIKE AND AIR CONDITIONER INCLUDING IT |
| DE102018132002A1 (de) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg | Ventilationseinheit |
| US11187083B2 (en) * | 2019-05-07 | 2021-11-30 | Carrier Corporation | HVAC fan |
| CN110259722A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-09-20 | 陕西金翼通风科技有限公司 | 一种轴流风机用降噪叶轮 |
| US20220170469A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Counter-Rotating Fan Assembly |
| US20220325905A1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-10-13 | Rheem Manufacturing Company | Air handling unit and fan therefor |
| WO2022247737A1 (zh) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | 苏州欧普照明有限公司 | 扇叶结构及风扇灯 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0536662A1 (en) * | 1991-10-11 | 1993-04-14 | Siemens Electric Limited | High efficiency, low noise, axial flow fan |
| EP0947704A2 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-06 | GATE S.p.A. | An axial fan, particularly for motor vehicles |
| EP1016788A2 (en) * | 1998-12-31 | 2000-07-05 | Halla Climate Control Corp. | Axial flow fan |
| US6315521B1 (en) * | 1999-11-30 | 2001-11-13 | Siemens Automotive Inc. | Fan design with low acoustic tonal components |
| CN1444705A (zh) * | 2000-06-16 | 2003-09-24 | 罗伯特·博施公司 | 具有扩口罩和带合适叶片顶部的风扇的汽车风扇组件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6368061B1 (en) * | 1999-11-30 | 2002-04-09 | Siemens Automotive, Inc. | High efficiency and low weight axial flow fan |
| ITBO20040468A1 (it) * | 2004-07-23 | 2004-10-23 | Spal Srl | Ventola assiale a flusso aumentato |
-
2011
- 2011-03-10 US US13/045,351 patent/US8137070B2/en active Active
- 2011-03-10 CN CN201180011938.8A patent/CN102782334B/zh active Active
- 2011-03-10 WO PCT/US2011/027967 patent/WO2011112853A1/en active Application Filing
- 2011-03-10 KR KR1020127023410A patent/KR101660565B1/ko active IP Right Grant
- 2011-03-10 EP EP11709294.0A patent/EP2545284B1/en active Active
- 2011-03-10 BR BR112012022550-2A patent/BR112012022550B1/pt active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0536662A1 (en) * | 1991-10-11 | 1993-04-14 | Siemens Electric Limited | High efficiency, low noise, axial flow fan |
| EP0947704A2 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-06 | GATE S.p.A. | An axial fan, particularly for motor vehicles |
| EP1016788A2 (en) * | 1998-12-31 | 2000-07-05 | Halla Climate Control Corp. | Axial flow fan |
| US6315521B1 (en) * | 1999-11-30 | 2001-11-13 | Siemens Automotive Inc. | Fan design with low acoustic tonal components |
| CN1444705A (zh) * | 2000-06-16 | 2003-09-24 | 罗伯特·博施公司 | 具有扩口罩和带合适叶片顶部的风扇的汽车风扇组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8137070B2 (en) | 2012-03-20 |
| EP2545284B1 (en) | 2014-01-08 |
| BR112012022550A2 (pt) | 2016-08-30 |
| EP2545284A1 (en) | 2013-01-16 |
| US20110223024A1 (en) | 2011-09-15 |
| KR20130014514A (ko) | 2013-02-07 |
| KR101660565B1 (ko) | 2016-09-27 |
| BR112012022550B1 (pt) | 2020-08-04 |
| WO2011112853A1 (en) | 2011-09-15 |
| CN102782334A (zh) | 2012-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102782334B (zh) | 扭斜型轴流式风扇组件 | |
| KR100332539B1 (ko) | 축류팬 | |
| US5769607A (en) | High-pumping, high-efficiency fan with forward-swept blades | |
| JP4648606B2 (ja) | 冷却ファン | |
| US11333168B2 (en) | Propeller fan | |
| RU2367825C2 (ru) | Осевая крыльчатка с увеличенным потоком | |
| US9404511B2 (en) | Free-tipped axial fan assembly with a thicker blade tip | |
| US11499564B2 (en) | Free-tipped axial fan assembly | |
| US20110094460A1 (en) | Partial ring cooling fan | |
| WO2004097225A1 (ja) | 多翼遠心送風機 | |
| JP4048302B2 (ja) | 軸流ファン | |
| JP2007063989A (ja) | 冷却ファン | |
| US6428277B1 (en) | High speed, low torque axial flow fan | |
| KR101833559B1 (ko) | 프리팁형 축류팬 조립체 | |
| US8186957B2 (en) | Fan propeller, in particular for motor vehicles | |
| KR100761152B1 (ko) | 축류팬 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |