CN103328826B - 用于风机的具有可变叶片角的推进器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种推进器（1），包括毂（3）、壳体（4）和叶片（2），叶片（2）在毂（3）和壳体（4）之间径向地延伸，每个叶片（2）包括在其与毂（3）的接头处的根部（6）和在与壳体（4）的接头处的头部（11），每个叶片（2）具有前缘（16）和后缘（17），在前缘和后缘之间，在每个展平的横截面处限定有翼弦。对于每个叶片（2），根据根部（6）朝向头部（11）的径向方向，在翼弦（15）和推进器（9）的旋转轴线之间的叶片角变化，且根部（6）和头部（11）之间的叶片角的变化在第一位置和第二位置之间具有拐点。

Description

用于风机的具有可变叶片角的推进器

技术领域

本发明涉及一种风机轮，其包括毂和从毂径向向外延伸的叶片。

背景技术

这样的轮特别用于冷却用于驱动机动车辆的发动机，该轮产生通过热交换器的空气流。

轮的毂，也称为“碗状物”，适于被锁定到马达的轴上，其可以是由控制电子设备驱动的电马达。

如果这样的轮用于冷却机动车辆的发动机，其被放置在用于冷却发动机的散热器的前方或后面。

当需要改善这些轮的空气和声学性能时，这些轮的设计在实践中带来许多问题。

特别地，必须考虑它们的空气动力准则，这些准则通过翼型（拖曳和提升）理论并借助径向平衡规律已知，因为总的压力必须在没有熵损失的情况下平衡。

为了符合这些准则，叶片以已知的方式被制成有桨距角，其随半径增加。

螺旋角通过存在于翼弦和旋转轴线之间的角度限定，翼弦被限定为在展平横截面上连接叶片的前缘和后缘的线段。

典型已知的是具有在根部为65°且在头部增至75°的桨距角的轮。

由于叶片周围的流本质上是三维的，产生了二次流，特别是在它们的根部和它们的头部。在这些位置，叶片分别被连接至毂和旋转引导件。流在那里被干扰，且空气动力学分离源于那里。

已经尝试借助具有叶片的轮解决这些问题，这些叶片的桨距角靠近头部局部减小。这些轮在头部提供满意度，但没有减少其他位置的二次流。

发明内容

本发明的目的是提出这样一种轮，其形状使得可以限制在叶片的头部处和根部处的二次流，还限制大体在叶片的整个跨度上的二次流。

相应地，本发明提出一种风机轮，特别地用于冷却用于驱动机动车辆的发动机，包括毂、引导件和叶片，叶片在毂和引导件之间径向地延伸，每个叶片包括在其与毂的接头处的根部和在与引导件的接头处的头部，每个叶片具有前缘和后缘，在前缘和后缘之间，在每个展平的横截面处限定有翼弦。对于每个叶片，沿从根部到头部的径向方向，在翼弦和轮的旋转轴线之间的桨距角变化，在根部和头部之间的桨距角的变化在第一水平部和第二水平部之间具有拐点。

由此，通过沿具有水平部和拐点的曲线改变桨距角，由碗状部和引导件引起的紊流被考虑用于二次流，且二次流在叶片的根部处和头部处以及在整个跨度上被限制。

根据一个实施例，沿径向方向，桨距角随半径尖锐地增加到第一水平部，桨距角随半径再次在第一水平部和第二水平部之间增加。

在头部处，桨距角在第二水平部和头部之间尖锐地减小。

可选地，沿径向方向，桨距角随半径尖锐地减小到第一水平部，桨距角随半径再次在第一水平部和第二水平部之间减小。

结合一些前述特征，对于每个叶片，沿径向方向，翼弦长度变化，且根部和头部之间的翼弦长度的变化在两个水平部之间具有拐点。

可选地，翼弦长度的变化具有三个水平部，在两个相继的水平部之间具有拐点。

沿径向方向，翼弦长度随半径减小到第一水平部，翼弦长度随半径增加到第二水平部，然后翼弦长度再次随半径减小到第三水平部。

可选地，沿径向方向，翼弦长度在叶片的第三水平部和头部之间尖锐地增加。

根据一个变化实施例，沿径向方向，翼弦长度随半径增加到第一水平部，翼弦长度随半径减小到第二水平部，然后翼弦长度再次随半径增加到第三水平部。

可选地，翼弦长度在第三水平部和头部之间尖锐地减小。

根据本发明的轮具有单独或结合的以下特征：

-前缘和后缘中的至少一个具有凹波动部，且通过凸波动部延伸；和/或

-凸波动部布置在两个凹波动部之间；和/或

-凹波动部布置在两个凸波动部之间；和/或

-每个叶片具有在前缘和后缘之间延伸的面，其具有凹部且其通过隆起延伸；和/或

-隆起布置在两个凹部之间。

附图说明

本发明的特征和优势将在借助附图作为优选的非限制示例给出的以下描述中而显现，在附图中：

图1是现有技术的轮的前视图；

图2是图1的轮的局部截面图，叶片沿横截面切开；

图3是图2的轮的叶片的沿展平横截面的截面图；

图4是根据本发明的轮的前部面的透视图；

图5是图4的轮的后部面的透视图；

图6、7和8是沿根据本发明的叶片的沿三个不同角的透视图；

图9和10是示出了分别显示作为至叶片根部的距离的函数的螺旋角变化和翼弦长度变化的曲线的图表。

图11和12是用于叶片变化例的类似于图8和图9的那些图表的图表。

具体实施方式

在这些图中显示的轮1常规地包括多个叶片2，这些叶片从中心毂3大体径向地延伸并在轮1的周边处通过引导件4连接在一起。毂3、叶片2和引导件4通过塑料模制形成为单件。

毂3具有轴对称的环形壁5和朝向上游的平坦前壁7，叶片2的根部6连接到该壁5。术语上游和下游在该情况下是指通过轮1的旋转产生的空气流的方向。前壁7和环形壁5通过具有圆形弯曲轮廓的圆形元件连接在一起。

沿轮9的轴线的方向，前壁7连接至中心套筒，该套筒包覆模制到金属环形插件8上，该插件设计为将轮1连接到未示出的驱动马达的轴。增强肋设置在毂3内。

引导件4也具有轴对称环形壁10，在叶片2的端部处的头部11连接到该壁10，且该壁通过圆形扩张部自上游侧延伸。

对于其余部分，表达“展平横截面13”定义为通过经由轴对称圆柱形表面绕轮1的轴线切割叶片并通过将该圆柱形表面滚平而获得的展平封闭曲线。现有技术的横截面13，在图2和3中显示，具有像飞机机翼的轮廓那样的空气动力学轮廓形状。

翼弦15则定义为在展平横截面上连接前缘16和后缘17的线段。轮1沿由“后缘到前缘”方向定义的方向旋转。螺旋角α，或桨距角（pitchangle），通过存在于翼弦15和旋转轴线9之间的角度定义。如图3可见，桨距角α已经在翼弦15和平行于轮1的旋转轴线9的轴线20之间示出。

参考图4至8，轮根据本发明的一个实施例被描述，用于图1至3所示的现有技术的轮的相同附图标记被保留。

轮1与现有技术的轮的不同在于叶片2的形状。

轮1的叶片2现在被描述。轮1包括七个相同的叶片2，所述叶片2从毂3延伸到引导件4，且以均匀的方式绕毂3成角度地分布。

每个叶片2具有上游面22和下游面23，上游面22能在图4中看到，而下游面23能在图5中看到。

由于叶片2彼此相同，仅一个参照图4至10进行描述。

总体来说，叶片2的形状通过一方面从根部6至头部11改变翼弦15的长度以及桨距角α而获得。翼弦15的长度变化对叶片2宽度有影响。在这种情况下，这导致前缘上的波动部的存在。螺旋角α的变化通过产生隆起和凹陷而对叶片2的起伏有影响。

叶片2具有波动的前缘16。自根部6开始，边缘16以波动部或凹弯曲部25开始。凹弯曲部25通过凸弯曲部26延伸，该凸弯曲部本身通过凹弯曲部27延伸。弯曲部27在头部11处具有与根部6相反的端部，在叶片2和引导件4之间的接头处。

三个确定点30、31、32在叶片2的前缘16上限定。点30定位为靠近根部6。点31在根部6和头部11之间定位在一半叶片的距离的区域中。就点32而言，其定位为靠近头部11。

点30定位在凹弯曲部25的顶点上；点31定位在弯曲部26的顶点上；点32定位在弯曲部27的顶点上。

就后缘17而言，其具有单个凹陷的弯曲部，其更平坦，也就是说，其具有几乎平坦的宽的中心平台28。

现参考图10，其显示了翼弦15的长度相对于叶片2的跨度的演变，也就是说相对于至根部6的距离。该图包含值L30、L31和L32，其对应于自点30、31和32至叶片2的根部6的距离。

该图表显示，在根部6和点30之间，也就是说在长度L30上，翼弦的长度减小。在该点30处，其到达第一最小值。且在该点30周围，翼弦的长度的演变在水平部33上产生，在那里，翼弦长度实际上没有演变。在此，且在说明书的其余部分，在叶片跨度的10%的范围上，当翼弦长度没有演变多于5%时，认为长度根本没有演变。根据变体，可以提供一水平部，对于此水平部，翼弦演变不多于3%。

在从长度L30引出且因此在点30和31之间的长度距离L31上，翼弦长度增加。该翼弦长度在点31处到达最大值。且在该点31周围，翼弦的长度的演变在水平部34上产生，在那里，翼弦长度实际上没有演变。

在两个水平部33、34之间，且因此在对应于点30的最小值和对应于点31的最大值之间，翼弦的演变的曲线具有第一拐点36。

在自长度L31引出的长度L32上，也就是说，在叶片的点31和32之间，翼弦的长度再次减小以到达第二最小值。且在该点32周围，翼弦的长度的演变在水平部35上产生，在那里，翼弦长度实际上没有演变。

在两个水平部34、35之间，且因此在对应于点31的最大值和对应于点32的第二最小值之间，翼弦的演变的曲线具有第二拐点37。

在叶片2的长度的其余部分上，也就是说在叶片2的点32和头部11之间，翼弦长度尖锐地增加。“尖锐地”意味着在点32和头部11之间的增加梯度绝对值比点31和点32之间的减小梯度大得多。

翼弦长度的这些变化是如上所述的前缘的波动部的结果。

根据未示出的变化实施例，在根部6和点30之间，翼弦的长度尖锐地减小。还在此，且如说明书的其余部分，尖锐地意味着，在该段上梯度的绝对值比在变化没有被认为是尖锐的段上的大得多。

像翼弦15的长度，桨距角α的值在根部6和头部11之间变化。这特别是叶片12的面上的起伏存在的结果。

因此，如图6至8所示，叶片2的上游面22在根部6的侧部上具有凹部40。在面22的中间，面22具有隆起41。且在头部11的侧部上，表面再次具有凹部42，从而面22具有隆起41，在该隆起的两侧具有凹部40、42。隆起41和凹部40、42几乎在面22的整个宽度上延伸，即使这些凹部或隆起的顶点或最低点在该情况下没有位于边缘16、17上。

就下游面而言，其具有相反的起伏。

现参考图9，其显示了桨距角α相对于叶片12的跨度的演变，也就是说相对于至根部6的距离。值L30、L31和L32也在该图中示出。

螺旋角α自根部6在整个长度L30上尖锐地增加，且继续很大地增加至水平部43，该水平部43位于点30和31之间。在水平部43的区域中，螺旋角α保持在恒定值，且然后再次自点31增加。该增加继续，并通过拐点45。在拐点45之后，螺旋角α再次增加至第二水平部44。第二水平部44位于点31和点32之间，略微在点32之前。在水平部44之后，且更清楚地在点32之后，螺旋角α尖锐地减小至头部11。

根据未示出的变体，在水平部43之后，螺旋角α的值减小至最小值，以便在随后增加。

桨距角的这些变化是具有其如上所述的凹部和隆起的叶片2的形状的结果。

根据图11和12所示的变体，其在以下详细描述，翼弦的长度和螺旋角α的演变相对于已参考图9和10所描述的那些颠倒。

现参考图12，其显示了翼弦15的长度相对于叶片12的跨度的演变，也就是说相对于至根部6的距离。该图显示值L30、L31和L32，其对应于自点30、31和32至叶片2的根部6的距离。

该图表显示，在根部6和点30之间，也就是说在长度L30上，翼弦的长度增加。在该点30处，其到达第一最大值。且在该点30周围，翼弦的长度的演变在水平部53上实现，在那里，翼弦长度实际上没有演变。

在从长度L30引出且因此在点30和31之间的长度距离L31上，翼弦长度增加。该翼弦长度到达最大值。且在该点31周围，翼弦的长度的演变在水平部54上产生，在那里，翼弦长度实际上没有演变。

在两个水平部53、54之间，且因此在对应于点30的最大值和对应于点31的最小值之间，翼弦的演变的曲线具有第一拐点56。

在自长度L31引出的长度L32上，也就是说，在叶片的点31和32之间，翼弦的长度再次增加以到达第二最大值。且在该点32周围，翼弦的长度的演变在水平部55上产生，在那里，翼弦长度实际上没有演变。

在两个水平部54、55之间，且因此在对应于点31的最小值和对应于点32的第二最大值之间，翼弦的演变的曲线具有第二拐点57。

在叶片2的长度的其余部分上，也就是说在叶片2的点3和头部11之间，翼弦长度尖锐地减小。

根据未示出的变化实施例，在根部6和点30之间，翼弦的长度尖锐地增加。

尽管叶片2没有根据该变体被示出，通过类推，前缘16朝向前缘17波动，且自前缘17一距离处波动。自根部6开始，边缘16以凸波动部或曲线开始。凸弯曲部通过凹弯曲部延伸，该凹弯曲部本身通过凹弯曲部延伸。弯曲部在头部11处具有与根部6相反的端部，在叶片2和毂3的壁5之间的接头处。

像翼弦15的长度，桨距角α的值在根部6和头部11之间变化运动。这特别是叶片12的面上的起伏存在的结果。

由此，尽管制作图11和12的图表的叶片2没有以透视图显示，该叶片在根部6的侧部上具有隆起。在面22的中跨，面22具有凹部。且在头部11的侧部，表面再次具有隆起，从而面22具有凹部，在该凹部的两侧具有隆起。凹部和隆起几乎在面22的整个宽度上延伸。就下游面而言，其具有相反的起伏。

现参考图11，其显示了桨距角α相对于叶片12的跨度的演变，也就是说相对于至根部6的距离。值L30、L31和L32也在该图中示出。

螺旋角α自根部6在整个长度L30上尖锐地减小，且继续很大地减小至水平部63，该水平部43位于点30和31之间。在水平部63的区域中，螺旋角α保持在恒定值，且然后再次自点31减小。该减小继续，并通过拐点65。在拐点65之后，螺旋角α再次减小至第二水平部64。第二水平部64位于点31和点32之间，略微在点32之前。在水平部64之后，且更清楚地在点32之后，螺旋角α尖锐地增加至头部11。

叶片2示出有波动边缘，该波动边缘由翼弦长度的变化导致。保持在本发明的范围内的同时，可以提供不具有这些波动边缘但只具有桨距角变化的叶片。

根据一个变化实施例，后缘还具有一种轮廓，该轮廓具有围绕凸弯曲部的两个凹弯曲部，或反之亦然，这取决于前缘的轮廓。在该变体中，前缘可具有或不具有等同的轮廓。

根据变化实施例，桨距角的演变在两个水平部之间只具有一个拐点。

根据未示出的另一实施例，仅一定的叶片根据本发明形成，而另一些叶片具有如图1的翼弦或螺旋角的更常规的分布。在该情况下，根据本发明的叶片以可以均匀或可以不均匀的方式成角度地分布。

根据未示出的实施例，在根部和头部之间的桨距角的变化α具有两个拐点，其中的一个或两个拐点布置在第一水平部和第二水平部之间。

根据该实施例的变体，存在第三水平部，每个拐点布置在两个相继的水平部之间。

根据未示出的另一实施例，仅桨距角α被制成为从根部到头部变化，而翼弦长度没有变化。这是具有起伏（凹部和隆起）但非常有限的波动的恒定展平横截面的结果。

本发明不限于所描述和展示的实施例，而涵盖任何变化实施例。

Claims (17)

1.一种风机轮，包括毂(3)、引导件(4)和叶片(2)，叶片(2)在毂(3)和引导件(4)之间径向地延伸，每个叶片(2)包括在其与毂(3)的接头处的根部(6)和在与引导件(4)的接头处的头部(11)，每个叶片(2)具有前缘(16)和后缘(17)，在前缘和后缘之间，在每个展平的横截面处限定有翼弦(15)，其特征在于，对于每个叶片(2)，沿从根部(6)至头部(11)的径向方向，在翼弦(15)和风机轮的旋转轴线(9)之间的桨距角(α)变化，且在于，根部(6)和头部(11)之间的桨距角(α)的变化在第一水平部(43；63)和第二水平部(44；64)之间具有拐点(45；65)。

2.如权利要求1所述的风机轮，其特征在于，沿所述径向方向，桨距角(α)随半径尖锐地增加到第一水平部(43)，且桨距角(α)随半径再次在第一水平部(43)和第二水平部(44)之间增加。

3.如权利要求1和2中的任一项所述的风机轮，其特征在于，在头部(11)处，桨距角(α)在第二水平部(44)和头部(11)之间尖锐地减小。

4.如权利要求1所述的风机轮，其特征在于，沿所述径向方向，桨距角(α)随半径尖锐地减小到第一水平部(63)，且桨距角(α)随半径再次在第一水平部(63)和第二水平部(64)之间减小。

5.如权利要求1和4中的任一项所述的风机轮，其特征在于，桨距角(α)在第二水平部(64)和头部(11)之间尖锐地增加。

6.如权利要求1、2和4中的任一项所述的风机轮，其特征在于，对于每个叶片(2)，沿所述径向方向，翼弦(15)长度变化，且在于，根部(6)和头部(11)之间的翼弦(15)长度的变化在两个水平部(33-34，34-35；53-54，54-55)之间具有拐点(36，37；56，57)。

7.如权利要求6所述的风机轮，其特征在于，翼弦长度的变化具有三个水平部(33，34，35；53，54，55)，在两个相继的水平部之间具有拐点(36，37；56，57)。

8.如权利要求7所述的风机轮，其特征在于，沿所述径向方向，翼弦(15)长度随半径减小到第一水平部(33)，翼弦(15)长度随半径增加到第二水平部(34)，然后翼弦(15)长度再次随半径减小到第三水平部(35)。

9.如权利要求8所述的风机轮，其特征在于，沿所述径向方向，翼弦(15)长度在叶片(2)的第三水平部(35)和头部(11)之间尖锐地增加。

10.如权利要求7所述的风机轮，其特征在于，沿所述径向方向，翼弦(15)长度随半径增加到第一水平部(53)，翼弦(15)长度随半径减小到第二水平部(54)，然后翼弦(15)长度再次随半径增加到第三水平部(55)。

11.如权利要求10所述的风机轮，其特征在于，翼弦(15)长度在第三水平部(55)和头部(11)之间尖锐地减小。

12.如权利要求1、2和4中的任一项所述的风机轮，其特征在于，前缘(16)和后缘(17)中的至少一个具有凹波动部(25，27)，且通过凸波动部(26)延伸。

13.如权利要求12所述的风机轮，其特征在于，凸波动部(26)布置在两个凹波动部(25，27)之间。

14.如权利要求12所述的风机轮，其特征在于，凹波动部布置在两个凸波动部之间。

15.如权利要求1、2和4中的任一项所述的风机轮，其特征在于，每个叶片(2)具有在前缘(16)和后缘(17)之间延伸的面(22)，其具有凹部(40，42)且其通过隆起(41)延伸。

16.如权利要求15所述的风机轮，其特征在于，隆起(41)布置在两个凹部(40，42)之间。

17.如权利要求1所述的风机轮，其特征在于，所述风机轮用于冷却用于驱动机动车辆的发动机。