CN114320962A - 一种冷却风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却风机，所述冷却风机包括有蜗壳、叶轮、集流器、导流帽等，集流器的一端与空气散热器通气口连接，另一端蜗壳进气口相连，所述导流帽处于叶轮轮毂前端；所述叶轮置于蜗壳的内部，且叶轮还包括多对叶片、后盖板和轮毂，叶轮分别由多对叶片、后盖板以及叶轮轮毂组成，每对叶片还包括有一对高、低扭曲叶片一和叶片二，且叶片一和叶片二交错分布在所述叶片轮毂上，所述叶轮为铆接、焊接或铆接、焊接或一体加工铸造而得，叶片交错式一体叶轮有利于增加风量和提高风压，实现了在狭小工作空间下，使本风机同时具备了高转速，大风量和高效率的特点，由于高压风机的机械磨损很微小，所以使用寿命相对较长。

Description

一种冷却风机

技术领域

本发明涉及润滑油散热系统及相关需要空气冷却的技术领域，特别涉及一种冷却风机。

背景技术

润滑油空气散热系统是一种通过从进气风道上吸入外部空气对滑油系统回油路的热滑油进行冷却的装置，而冷却风机则是润滑油空气散热系统的核心部件，其作用是将机械能转换为压力能，通过吸入空气体和抽出气体来使空气流动，提高空气压力并输送空气，从而为空气散热器提供了流动空气，使散热器实现润滑油与空气的热交换，将物体热量的与外界交换达到降温的效果，对于需要降低并保持润滑油或液压油温度的各种设备和装置，解决需要防止油温过高，引发蒸发、油质劣化、粘度降低等问题，但由于受工作空间狭小的影响，所需要的冷却风机需具备转速高，风量大，效率高的特点，这是目前传统冷却风机所不具备的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种冷却风机，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种冷却风机，其特征在于，所述冷却风机包括有叶轮和蜗壳叶轮置于蜗壳的内部，且叶轮还包括多对叶片、后盖板和轮毂，所述叶片设于轮毂上，且每对叶片还包括有叶片一和叶片二。

优选的，所述叶片一和叶片二的数量相同，所述叶片一和叶片二分别为高低扭曲叶片并交错分布在轮毂上。

优选的，所述叶片入口角度为80°～90°，出口角度为85°～90°，每个叶片扭曲角度为28°～35°，且叶片的前缘厚度为1.5～2mm。

优选的，所述叶轮外圆之间为95～100mm，叶轮入口外径为80～85mm。

优选的，所述冷却风机还包括有集流器和导流帽，螺旋状导流帽安装在叶轮的中心，导流帽整体成半球形切面形，球面的部分朝前用于叶轮内部的导流，进一步减少了阻力。

优选的，所述集流器的一端与空气散热器的通气口相连接,另一端由蜗壳的进气口处延伸至蜗壳内部，形成叶轮前盘，与叶轮前端具有0.5～2.5mm间隙，所述导流帽处于叶轮轮毂前端。

优选的，所述冷却风机的蜗壳采用的阿基米德螺旋线的方法绘制，该阿基米德螺旋线的标准极坐标方程式为：r(θ)＝a+b*θ，式中：其中b代表阿基米德螺旋线系数，表示每旋转1度时极径的增加(或减小)量；θ为极角，单位为度，表示阿基米德螺旋线转过的总度数，改变参数a将改变螺线形状，改变参数b可以控制螺线间距离。

优选的，所述叶轮转速比较高，故取短蜗舍，蜗舍顶端与叶轮外圆周的间隙5.5mm，舌顶端的圆弧半径为5mm，所述蜗壳的出口还设有扩压器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：所述冷却风机包括有蜗壳、叶轮、集流器、导流帽等，集流器的一端与空气散热器通气口连接，一端由蜗壳进气口处延伸至蜗壳内，形成叶轮前盘，并与叶轮前端具有0.5～2.5mm间隙，所述导流帽处于叶轮轮毂前端，主要用于叶轮前端导流及锁紧叶轮；所述叶轮置于蜗壳的内部，且叶轮还包括多对叶片、后盖板和轮毂，所述叶片设于轮毂上，叶轮分别由多对叶片、后盖板以及叶轮轮毂组成，且每对叶片还包括有叶片一和叶片二，叶片一和叶片二为一对高、低扭曲叶片，且叶片一和叶片二交错分布在所述叶片轮毂上，所述叶轮为铆接、焊接或铆接、焊接或一体加工铸造而得，所述入口角度为80°～90°，出口角度为85°～90°，每个叶片扭曲角度为28°～35°，更有利于增加风量和提高风压，实现了在狭小工作空间下，使本风机同时具备了高转速，大风量和高效率的特点，由于高压风机的机械磨损很微小，所以使用寿命相对较长。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明叶轮结构示意图一；

图3为本发明叶轮结构示意图二；

图4为本发明蜗壳曲线仿真示意图；

图5为本发明叶轮流线曲率示意图；

图中：1-叶轮、10-叶片、11-叶片一、12-叶片二、13-轮毂、14-后盖板、15-蜗舍、2-蜗壳、21-进气口、22-扩压器、3-集流器、4-导流帽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例中，如图1所示，一种冷却风机，包括有蜗壳2、叶轮1、集流器3、导流帽4等，集流器3的一端与空气散热器通气口连接，一端由蜗壳2进气口21处延伸至蜗壳2内，形成叶轮1前盘，并与叶轮1前端具有0.5～1mm间隙，具体地说，集流器3的作用是保证气流能均匀地分布在叶轮1入口断面，达到进口所要求的速度值，并在气流损失最小的情况下进入叶轮1。所述导流帽4处于叶轮1轮毂13前端，主要用于叶轮1前端导流及锁紧叶轮1；蜗壳2出口还设有扩压器22，其作用是将气体的速度能转化为压力能，从而提高气体介质压力，所述叶轮1置于蜗壳2的内部；所述叶轮1还包括多对叶片10、后盖板14和轮毂13，所述叶片10设于轮毂13上，叶轮1分别由多对叶片10、后盖板14以及叶轮1轮毂13组成，且每对叶片10还包括有叶片11和叶片12，叶片11和叶片12为一对高、低扭曲叶片10，且叶片11和叶片12交错分布在所述叶片10轮毂13上，所述叶轮1为铆接、焊接或一体加工铸造而得，所述叶片10的入口角度及出口角度均为90°，每个叶片10扭曲角度为30°，更有利于增加风量和提高风压，实现了在狭小工作空间下，使本风机同时具备了高转速，大风量和高效率的特点，由于高压风机的机械磨损很微小，所以使用寿命相对较长。

本风机的工作环境温度-40℃～50℃润滑油温度-40℃～180℃，空气入口压力：大气压，空气出口流量0.35kg/s、空气出口侧阻力大于7kPa，传统风机刚开始工作时其轴承部位的振动很小，但是随着风机运转时间的加长，风机内部的粉尘会不均匀的附着在叶轮1上，然后逐渐破坏风机的动平衡，使轴承振动逐渐加大，一旦振动达到风机允许的最大值，叶轮1便会发生径向的偏移，加剧叶轮1的磨损，也增加的轴的力矩，使得风机无法工作，严重还会对风机直接造成破坏，故对于本叶轮1分别由7对高、低扭曲叶片10、后盖板14以及叶轮1轮毂13组成，该叶轮1铆接、焊接或一体加工铸造而得，具体地说，一种冷却风机叶轮1，该叶轮1为叶片10、轮毂13盖板一体式铸造结构，详细地说，所述叶轮1的外圆直径D2＝98mm，叶轮1入口外径D0＝82mm，叶轮1转速n＝28000转/分；叶轮1的轮毂13直径20mm，进一步来说，如图2、图3所示，本叶轮1叶片10前缘厚度1.5mm，三元叶片10总数为14个，其中长叶片7个，短叶片7个，长短叶片10交错分布在风机轮毂13上，每个叶片10的入口角度及出口角度均为90°，每个叶片10扭曲角度为30°，有利于提高风量和风压，使得风机在高速高压的运作环境下，叶轮1更加平衡的运转，提高了风机工作的稳定性，也提高了风机的使用寿命。

更进一步来说，如图4所示，所述蜗壳2采用了阿基米德螺旋线方法，且螺距为32mm，叶轮1外径100mm，阿基米德螺旋线的标准极坐标方程：r(θ)＝a+b*θ式中：其中b代表阿基米德螺旋线系数，表示每旋转1度时极径的增加(或减小)量；θ为极角,单位为度,表示阿基米德螺旋线转过的总度数；改变参数a将改变螺线形状，改变参数b可以控制螺线间距离,通常其为常量，由于本风机的转速比较高约28000转/分，故取短蜗舍15，其中蜗舍15的顶端与叶轮1外圆周的间隙5.5mm，确定舌顶端的圆弧半径为5mm，蜗壳2出口高度为75mm，宽度为65mm，整个蜗壳2上下高度为H＝160mm。进一步来说，蜗壳2的作用的就是收集从叶轮1出来的气体，引导到蜗壳2的出风口，经过出风口，将气体排到管道或大气中，当气流掠过蜗舌附近时,蜗舌把它们一分为二：大部分气流流向了风机的出口，少部分气流则通过蜗舌、叶轮1之间的间隙流回蜗壳2,在蜗壳2内随叶轮1旋转达一周后重返蜗舌处参与新的分流，蜗舌的作用是用来防止气体在蜗壳2内循环流动提高效率，蜗壳2出风口为扩散式放大出口，即是出风处出风面积逐渐变大的管道，其作用就是降低出风气流速度，使气流部分动能转为压力势能，降低出风口处的动压损失造成的压力损失。

基于以上本发明的设计计算思路为：

S1、设定待设计叶轮1所对应低比转速离心鼓风机的目标参数；

S2、初始化所述叶轮1的参数；

S3、通过一维设计和经验公式，计算风机设计工况及非设计工况的气动性能参数；

S4、如图5所示，进行通流计算及跨叶片10计算分析，得到跨叶片10载荷分布、压力恢复系数分布、叶片10曲率及倾斜角分布、安装角分布、子午面轮廓曲率、叶片10厚度分布；

S5、判断所述跨叶片10载荷分布、压力恢复系数分布、叶片10曲率及倾斜角分布、安装角分布、子午面轮廓曲率、叶片10厚度分布是否满足要求，若是，执行步骤S6，若否，优化叶片10曲率及倾斜角分布、安装角分布、子午面轮廓曲率、叶片10厚度分布，执行步骤S4；

S6、进行三维CFD仿真，对输出的三维模型进行模型预处理、网格划分、全域流场计算及优化分析，得到流场特征图、压力分布图；

S7、对三维模型进行有限元分析，分析风机的强度和剪切应力可靠性与稳定性；

S8、当所述流场特征图、压力分布图、风机的应力强度可靠性与稳定性满足要求时，输出叶轮1参数。

所述叶轮1的参数包括有轮毂13比、叶片10入口倾斜角、叶片10厚度、叶片10入口冲角、叶片10数，轮毂13比设置为0.4-0.5，叶片10入口倾斜角为75-120°，叶片10入口翼顶冲角≤3°，叶片10入口翼根冲角≤10°，叶片10数为14-18个,，且叶片10交错式设于叶轮1的轮毂13上。

上述内容描述了本发明的使用原理、特征和有益效果。本领域的相关人员根据上述内容可以了解，上述内容并未限制本发明，上述的实施例和说明书描述的是本发明的基本原理和特征，在符合本发明构思的前提之下，本发明还可进行各种变化改进，这些改进都应落入本发明要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种冷却风机，其特征在于，所述冷却风机包括有叶轮(1)和蜗壳(2)，叶轮(1)置于蜗壳(2)的内部，且叶轮(1)还包括多对叶片(10)、后盖板(14)和轮毂(13)，所述叶片(10)设于轮毂(13)上，且每对叶片(10)还包括有叶片一(11)和叶片二(12)。

2.根据权利要求1所述的一种冷却风机，其特征在于，所述叶片一(11)和叶片二(12)的数量相同，且为高低扭曲叶片(10)并交错分布在轮毂(2)上。

3.根据权利要求2所述的一种冷却风机，其特征在于，所述叶片(10)入口角度为80°～90°，出口角度为85°～90°，每个叶片(10)扭曲角度为28°～35°，且叶片(10)的前缘厚度为1.5～2mm。

4.根据权利要求3所述的一种冷却风机，其特征在于，所述叶轮(1)外圆之间为95～100mm，叶轮(1)入口外径为80～85mm。

5.根据权利要求4所述的一种冷却风机，其特征在于，所述冷却风机还包括有集流器(3)和导流帽(4)。

6.根据权利要求5所述的一种冷却风机，其特征在于，所述集流器(3)的一端与空气散热器的通气口相连接,另一端由蜗壳(2)的进气口(21)处延伸至蜗壳(2)的内部，形成叶轮(1)前盘，与叶轮(1)前端具有0.5～2.5mm间隙，所述导流帽(4)处于叶轮轮毂(13)前端。

7.根据权利要求6所述的一种冷却风机，其特征在于，所述冷却风机的蜗壳(2)采用的阿基米德螺旋线的方法绘制，该阿基米德螺旋线的标准极坐标方程式为：r(θ)＝a+b*θ，式中：其中b—阿基米德螺旋线系数，表示每旋转1度时极径的变量；θ—极角，单位为度，表示阿基米德螺旋线转过的总度数。

8.根据权利要求7所述的一种冷却风机，其特征在于，蜗舍(15)顶端与叶轮(1)外圆周的间隙5.5mm，舌顶端的圆弧半径为5mm，所述蜗壳(2)出口还设有扩压器(22)。

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