CN107676299A - 一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，通过在风扇的叶尖处增加一个内环和一个外环，分别起到导流和分流的作用。所述内环和外环的中心轴与风扇一致，内环通过与各个叶片的顶部相接从而与风扇固定。外环的直径、宽度均大于内环，在外环的两端各有一个相同环宽的圆环挡板，圆环挡板的环宽等于内外环的半径之差。内环与外环之间通过沿环的周向排列的众多等间隔分布的直叶片相连，直叶片在内外环之间分隔出一样大小的空气通道，拥有整流的作用。本发明通过导流、分流和整流来有效减轻风扇内的不稳定流动，提高风扇的工作稳定性。

Description

一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇
技术领域
本发明涉及一种汽车风扇，特别是涉及一种用于汽车发动机冷却系统的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇。
背景技术
汽车发动机在运转过程中会产生大量的热，使发动机温度升高。当发动机长时间处于高温环境下，会影响发动机零部件的工作特性，使零件寿命下降；影响发动机润滑和可燃混合气浓度，使发动机工作不稳定；影响发动机各部件的配合间隙，使发动机工作异常。所以，汽车发动机都采用了“水冷系统”。也就是在发动机气缸周围增加水道，通过水泵的作用使冷却水在这些水道中流动，并将这些水引入汽车前端装有散热片的散热器上。而“冷却风扇”，就是安装在散热器的一侧，用于提供冷却风来降低冷却水温度的装置。所以，汽车发动机冷却系统的主要作用是能对发动机进行强制冷却，保证发动机能始终处在最适宜的温度状态下工作，使发动机获得较高的发动机经济性能、动力性能、工作可靠性能。而在发动机冷却系统的工作过程中，冷却风扇又起着至关重要的作用。
冷却风扇的工作原理是：发动机带动冷却风扇以一定的转速转动，在冷却风扇的两侧产生不同大小的气压。空气在两侧气压的作用下从低气压面快速流向高气压面，形成一定的冷却风。冷却风吹过散热器上的散热片，带走一部分热量。冷却风扇的持续运转将确保发动机的温度不会过高。
不同冷却风扇的工作范围不一样，但都有不稳定的工作区域存在。若冷却风扇运转在这些区域下，风扇的叶片内部将出现极其不稳定的流动，降低冷却风扇的工作稳定性。风扇的不稳定流动现象多发生在风量较小的情况下，如果风扇长时间工作在这些不稳定的区域，还会引发很多严重的问题。不稳定流动将导致空气与风扇叶片间的作用力增加，使风扇叶片的振动加剧，降低风扇的工作寿命；风扇叶片的剧烈振动还使叶片表面的噪音增大，降低了车辆在噪声性能方面的表现；流动的不稳定性也使风扇两侧的压差减小，降低风扇的风量，影响整个发动机冷却系统的工作性能。
发明内容
本发明的目的是针对冷却风扇存在的不稳定流动现象，提供一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇。该风扇能减少风扇叶片内部的不稳定流动，提高风扇工作稳定性，提升整个发动机冷却系统的工作性能。
本发明所采用的技术方案是：
一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，包括具有风扇轮毂、和风扇叶片的风扇，还包括内外相套的圆筒形内环和外环、若干分离器直叶片、环宽相同的后圆环挡板和前圆环挡板，所述内环的长度小于外环长度且均与所述风扇轮毂同轴设置，所述风扇轮毂和风扇叶片位于内环的内孔中且各风扇叶片的顶端分别与内环内壁固定连接，所述分离器直叶片沿周向均匀分布地连接在内环和外环之间，所述后圆环挡板和前圆环挡板分别固定在外环后端和前端的口缘处且与外环的轴线垂直，所述后圆环挡板和前圆环挡板的内径与内环的外径相匹配，外径与外环的内径相匹配，所述内环前后端分别与前圆环挡板和后圆环挡板之间形成环形的分离器出口和分离器进口，所述内环和外环之间由分离器直叶片隔离形成若干大小相同的空气通道，起到整流的作用。
优选地，所述外环与内环之间的距离与风扇的直径成正比。因风扇的风量随风扇直径的增大而增大，为了使分离器通过更大的流动循环流量，需要增大内外环间的距离。
优选地，所述风扇叶片在轴线上的投影与所述内环在轴线上的投影沿靠近后圆环挡板方向相互错开距离H。使叶片伸入分离器进口一定的距离H有利于提高流动循环流量。
优选地，各个所述分离器直叶片所在平面与所述内环对应连接处的切线夹角β均为900。
优选地，各个所述分离器直叶片所在平面与所述内环对应连接处的切线夹角β均为600~800，有利于破坏流动循环子午面上的环形涡流结构，减少流动循环的不稳定性。
优选地，各个所述分离器直叶片所在平面的倾斜方向与风扇的旋转方向相同。相同的方向能使分离器直叶片与流动循环间的相互作用力增大，提高整流的效果。
优选地，所述距离H与分离器进口的宽度比为1/3~2/3，有利于提供较大的流动循环流量。
优选地，所述分离器直叶片的数量与风扇的直径成正比。这样能使不同直径风扇的分离器直叶片间距相当，提供稳定的整流效果。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明能减少冷却风扇叶片内部的不稳定流动，扩大冷却风扇的稳定工作范围。通过内环的导流作用，减少了空气流经风扇叶顶间隙处的流动泄露，对风扇的总风量做出了贡献。穿过风扇的空气有一部分能从分离器的进口处进入分离器，流过分离器内的空气通道后从分离器的出口流出，与吹向风扇的气流汇合后再次通过风扇，因此空气在分离器与风扇叶片间形成流动循环，当空气经过流动循环的整流作用后能减轻流动的不稳定现象，提高风扇的工作稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为典型的现代车辆发动机冷却系统示意图。
图2是本发明实施例的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇结构示意图。
图3是本发明实施例的双导流环形风扇正视图的半剖视图。
图4是本发明实施例的双导流环形风扇俯视图的半剖视图。
图5是本发明实施例的双导流环形风扇的工作原理示意图。
图中：1-外环，2-后圆环挡板，3-前圆环挡板，4-内环，5-风扇轮毂，6-风扇叶片，7-分离器直叶片，8-空气通道，9-分离器进口，10-分离器出口，11-流动循环，12-冷凝器，13-中冷器，14-散热器，15-冷却风扇，16-发动机，17.冷却气流。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
在图1所示，常规的汽车发动机冷却系统的冷凝器12、中冷器13及散热器14依次安装在冷却风扇15的前端，冷却风扇15安装在发动机16的壳体上。发动机16使用气缸水道中的循环水冷却，把水道内受热的水引入散热器14，通过风冷却后再返回到水道内。当发动机16运转时，水泵随之旋转，提高了冷却液的压力，促使冷却液强制循环。循环的冷却液带走了发动机16缸体、缸套、缸盖等零件的热量；当冷却液温度未达到发动机节温器的开启温度时，冷却液将不通过散热器14，直接从水泵进入缸体，避免了冷却液不必要的冷却。当冷却液温度达到发动机节温器的开启温度，节温器产生作用，冷却液将穿过节温器流入散热器14内的水室。空气从汽车中网进入汽车发动机舱，形成气流17。气流17先后穿过冷凝器12和中冷器13，获得足够的冷却。发动机16带动冷却风扇15以一定的转速旋转，在冷却风扇的两侧产生不同大小的气压。冷却的气流17在两侧气压的作用下从散热器14侧快速流向发动机侧，形成一定的冷却风。冷却风吹过散热器14上的散热片，带走一部分热量。温度已经下降的冷却液，流回散热器14的水室，经水泵再泵入缸体重新参加冷却循环。冷却风扇15在稳定的工作状态下持续运转，将确保发动机冷却系统的长时间正常工作，使发动机的温度保持在适当范围内。
本实施例通过对冷却风扇15进行改进，以减少风扇叶片内部的不稳定流动，提高风扇工作稳定性，提升整个发动机冷却系统的工作性能。
如图2和图3所述，一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，包括具有风扇轮毂5、和风扇叶片6的风扇，还包括内外相套的圆筒形内环4和外环1、若干分离器直叶片7、环宽相同的后圆环挡板2和前圆环挡板3，所述内环4的长度小于外环1长度且均与所述风扇轮毂5同轴设置，所述风扇轮毂5和风扇叶片6位于内环4的内孔中且各风扇叶片6的顶端分别与内环4内壁固定连接，所述分离器直叶片7沿周向均匀分布地连接在内环4和外环1之间，其中，各个所述分离器直叶片7所在平面与所述内环对应连接处的切线夹角β均为900，也即所述分离器直叶片7所在平面与所述内环4对应的径向是相一致的。
所述后圆环挡板2和前圆环挡板3分别固定在外环1后端和前端的口缘处且与外环1的轴线垂直，所述后圆环挡板2和前圆环挡板3的内径与内环4的外径相匹配，外径与外环1的内径相匹配，所述内环4前后端分别与前圆环挡板3和后圆环挡板2之间形成环形的分离器出口10和分离器进口9，所述内环4和外环1之间由分离器直叶片7隔离形成若干大小、形状相同的空气通道8，起到整流的作用。
其中，所述外环1与内环4之间的径向距离W与风扇的直径成正比。也即当风扇的直径较大时，所述外环1与内环4之间的径向距离W也随着增大，从而保证通风顺畅。所述分离器直叶片7的数量与风扇的直径成正比，也即风扇的直径越大，所述分离器直叶片7的数量随之增加，其目的是使不同直径风扇的分离器直叶片间距相当，提供稳定的整流效果。
如图3所示，在本发明一个可行的实施例中，所述风扇叶片6在轴线上的投影与所述内环4在轴线上的投影沿靠近后圆环挡板2方向相互错开距离H。也即在轴线方向上，所述风扇叶片6比与内环4更靠近后圆环挡板2，也即风扇叶片6与后圆环挡板2的距离要比内环4与后圆环挡板2的距离少H，其目的是使叶片伸入分离器进口9一定的距离H来提供较大的流动循环流量。所述距离H与分离器进口9的宽度比为1/3~2/3。
如图4所述，在本发明另一个可行的实施例中，各个所述分离器直叶片7所在平面与所述内环4对应连接处的切线夹角β均为600~800。各个所述分离器直叶片7所在平面的倾斜方向与风扇的旋转方向相同。空气通道8形状的改变会影响分离器的分流、整流效果，本实施例通过改变夹角和倾斜方向，从而利于分离器直叶片破坏流动循环11子午面上的环形涡流结构，减少流动循环11的不稳定性。
可以通过合理设计分离器直叶片7的数量和角度β、径向距离W、距离H与分离器进口9的宽度比可以优化分离器的性能。
在图5所述，上述实施例的工作原理及过程如下：
由汽车中网进入，先后穿过冷凝器12、中冷器13和散热器14的冷却气流17吹向风扇。冷却气流17从前圆环挡板3的空心处进入风扇，然后绕过风扇轮毂5从风扇叶片6的间隙穿过风扇，此时在前圆环挡板3的作用下，冷却气流17会避开分离器出口10。通过风扇后的冷却气流17拥有一定的径向速度，使空气向外流动，其中一部分空气经由分离器进口9进入空气通道8后再从分离器出口10流出。从分离器出口10出来的空气与来自散热器14的冷却气流17汇合，再次穿过风扇并形成流动循环11。流动循环11的存在能减少风扇内部的不稳定流动，扩大冷却风扇的稳定工作范围。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，包括具有风扇轮毂（5）、和风扇叶片（6）的风扇，其特征在于：还包括内外相套的圆筒形内环（4）和外环（1）、若干分离器直叶片（7）、环宽相同的后圆环挡板（2）和前圆环挡板（3），所述内环（4）的长度小于外环（1）长度且均与所述风扇轮毂（5）同轴设置，所述风扇轮毂（5）和风扇叶片（6）位于内环（4）的内孔中且各风扇叶片（6）的顶端分别与内环（4）内壁固定连接，所述分离器直叶片（7）沿周向均匀分布地连接在内环（4）和外环（1）之间，所述后圆环挡板（2）和前圆环挡板（3）分别固定在外环（1）后端和前端的口缘处且与外环（1）的轴线垂直，所述后圆环挡板（2）和前圆环挡板（3）的内径与内环（4）的外径相匹配，外径与外环（1）的内径相匹配，所述内环（4）前后端分别与前圆环挡板（3）和后圆环挡板（2）之间形成环形的分离器出口（10）和分离器进口（9），所述内环（4）和外环（1）之间由分离器直叶片（7）隔离形成若干大小相同的空气通道8。
2.根据权利要求1所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：所述外环（1）与内环（4）之间的径向距离与风扇的直径成正比。
3.根据权利要求1所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：所述风扇叶片（6）在轴线上的投影与所述内环（4）在轴线上的投影沿靠近后圆环挡板（2）方向相互错开距离H。
4.根据权利要求1所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：各个所述分离器直叶片（7）所在平面与所述内环对应连接处的切线夹角β均为900。
5.根据权利要求1所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：各个所述分离器直叶片（7）所在平面与所述内环对应连接处的切线夹角β均为600~800。
6.根据权利要求5所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：各个所述分离器直叶片（7）所在平面的倾斜方向与风扇的旋转方向相同。
7.根据权利要求3所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：所述距离H与分离器进口（9）的宽度比为1/3~2/3。
8.根据权利要求1所述的带叶片式空气分离器的双导流环形风扇，其特征在于：所述分离器直叶片（7）的数量与风扇的直径成正比。
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