осевой вентилятор

Формула изобретения

1. Осевой вентилятор (1; 30), вращающийся в плоскости (ХY) и содержащий центральную ступицу (3; 33), множество (n) лопаток (4; 34), составляющее более трех, при этом каждая лопатка имеет корневую часть (5; 35) и концевую часть (6; 36), причем лопатки (4; 34) также ограничены первой кромкой (7; 37) и второй кромкой (8; 38) и состоят из участков с аэродинамическими профилями (18), у которых угол () установки лопатки постепенно и непрерывно уменьшается от корневой части (5; 35) к концевой части (6; 36) лопатки (4; 34), при этом угол () установки лопатки определяется как текущий угол между плоскостью вращения (ХY) и прямой линией, соединяющей переднюю кромку и заднюю кромку аэродинамического профиля (18) каждого участка лопатки, причем лопатки (4; 34) отстоят друг от друга на неодинаковые углы (_i...n), отличающийся тем, что эти неодинаковые промежуточные углы (_i...n) могут изменяться в процентном отношении (%) на величины, находящиеся между 1,5 и 8,5% по сравнению с конфигурацией с равными промежуточными углами (₌) для вентиляторов с тем же самым количеством (n) лопаток, т.е.

1,5%%8,5%,



так что вентилятор (30), по существу, сбалансирован естественным образом, тем, что проекция выпуклой кромки (7) на плоскость (ХY) определяется параболическим сегментом и что проекция вогнутой кромки (8) на плоскость (ХY) определяется геометрической кривой второй степени.

2. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит семь лопаток (34), и что неравные промежуточные углы (_i...n) лопаток (34) имеют следующие значения, выраженные в градусах: ₁=55,381; ₂=47,129; ₃=50,727; ₄= 55,225; ₅=50,527; ₆=48,729; ₇=52,282.

3. Вентилятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что проекция вогнутой кромки (8) на плоскость (ХY) определяется параболическим сегментом.

4. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что проекция вогнутой кромки (8) на плоскость (ХY) определяется дугой окружности.

5. Вентилятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что аэродинамические профили (18) имеют поверхность (18а), содержащую по меньшей мере один прямолинейный участок (t).

6. Вентилятор по п. 5, отличающийся тем, что аэродинамические профили (18) имеют поверхность (18а), содержащую сегмент, следующий за первоначальным участком (t), который, по существу, составлен из дуг окружности.

7. Вентилятор по п.5 или 6, отличающийся тем, что аэродинамические профили (18) имеют длину (L) хорды и заднюю часть (18b), определяемую выпуклой кривой, которая в сочетании с поверхностью (18а) определяет величину (G_max) максимальной толщины профиля в зоне между 15 и 25% общей длины хорды (L), измеренной от кромки, которая первой встречает воздушный поток.

8. Вентилятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждая лопатка (4) в проекции на плоскость (ХY) ограничена четырьмя точками (M, N, S, T), лежащими в плоскости (ХY), и определяется как функция угла (В) относительно ширины одной лопатки (4), стянутого у центра вентилятора, а также отличается тем, что четыре точки (M, N, S, T) определяются следующими характеристиками: точки (М) и (S) расположены у ступицы (3) или у корневой части (5) лопатки (4) и определяются лучами (16, 17), выходящими из центра вентилятора и формирующими угол (В); точка (N) расположена в конце (6) лопатки (4) и смещена в направлении против часовой стрелки на угол (А)=3/11(В) относительно биссектрисы (13) угла (В); точка (Т) расположена в конце (6) лопатки (4) и смещена в направлении против часовой стрелки на угол (А)= 3/11(В) относительно луча, выходящего из центра вентилятора и проходящего через точку (S).

9. Вентилятор по п.8, отличающийся тем, что проекция выпуклой кромки (7) на плоскость (ХY) в точке (М) имеет первую касательную (21), наклоненную под углом (С), равным трем четвертям (А), относительно луча (17), проходящего через точку (М), а также тем, что проекция выпуклой кромки (7) на плоскость (ХY) в точке (N) имеет вторую касательную, наклоненную под углом (W), равным шести углам (А), относительно луча (14), проходящего через точку (N), при этом первая и вторая касательные (21, 22) находятся перед соответствующими лучами (17, 14), когда направление вращения вентилятора (1) таково, что выпуклая кромка (7) первой встречает воздушный поток, причем первая и вторая касательные (21, 22) расположены таким образом, чтобы определить кривую в плоскости (ХY), которая имеет одну выпуклую часть без точек перегиба.

10. Вентилятор по любому из пп.4-9, отличающийся тем, что дуга окружности, образуемая проекцией вогнутой кромки (8) на плоскость (ХY), имеет радиус (R_eu), равный радиусу (R) ступицы (3).

11. Вентилятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что лопатки (4) образованы из участков, аэродинамические профили (18) которых имеют угол (), постепенно и непрерывно уменьшающийся от корневой части (5) к концевой части (6) лопатки (4) в соответствии с кубическим законом изменения как функция радиуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к осевому вентилятору для перемещения воздуха через теплообменник, предназначенному для использования в охлаждающих и нагревательных системах автомобилей.

Вентиляторы этого типа должны отвечать определенным требованиям, среди которых низкий уровень шума, высокий коэффициент полезного действия, малые размеры и способность обеспечения удовлетворительных величин напора и подачи.

В европейском патенте ЕР-0553598В на имя заявителя настоящей заявки на патент раскрыт вентилятор с лопатками, которые имеют равные промежуточные углы. Лопатки имеют неизменную длину хорды по всей их длине и ограничены у передней и задней кромок двумя кривыми, которые в проекции на плоскость вращения колеса вентилятора представляют собой две дуги окружности.

Хотя вентиляторы, изготовленные согласно этому патенту, позволяют добиться хороших результатов в отношении коэффициента полезного действия и низкого звукового давления, распределение шума может оказывать раздражающее действие на ухо человека.

Фактически, когда лопатки отстоят друг от друга через одинаковые углы, имеют место случаи резонанса с основной гармоникой, частота которой представляет собой произведение количества оборотов в секунду колеса вентилятора и количества лопаток. Этот резонанс приводит к свистящему шуму, который может раздражать ухо человека.

Хотя ощущение раздражения, вызываемого звуком, в основном носит субъективный характер, по существу имеется две причины, которые влияют на распределение шума: степень звукового давления, то есть интенсивность шума, и то, как он распределяется в отношении тональности. В результате шумы малой интенсивности также могут стать раздражителем, если распределение тональности шума отличает их от фоновых шумов.

Для решения этой проблемы изготавливают вентиляторы с лопатками, отстоящими друг от друга на неодинаковые углы.

При проведении расчетов средних значений интенсивности звука на различных частотах для лопаток, отстоящих друг от друга на неодинаковые углы, получаемый шум почти равен шуму для лопаток, отстоящих друг от друга на одинаковые углы. Однако разное распределение тональности шума обеспечивает повышение акустического комфорта. Но вентиляторы с лопатками, отстоящими друг от друга на неодинаковые углы, имеют ряд недостатков.

Первый недостаток заключается в том, что во многих случаях коэффициент полезного действия вентиляторов с лопатками, отстоящими друг от друга на неодинаковые углы, меньше коэффициента полезного действия вентиляторов с лопатками, отстоящими друг от друга на одинаковые углы, меньше коэффициента полезного действия вентиляторов с лопатками, отстоящими друг от друга на одинаковые углы.

Другой недостаток заключается в том, что колесо вентилятора с лопатками, отстоящими друг от друга на неодинаковые углы, может оказаться неуравновешенным.

Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного осевого вентилятора с весьма низким уровнем шума.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать усовершенствованный осевой вентилятор с высокими значениями коэффициента полезного действия, напора и подачи.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного осевого вентилятора, колесо которого по существу легко балансируется.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения раскрыт осевой вентилятор, указанный в независимом пункте формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным, обеспечивающим преимущество вариантам осуществления конструкции согласно изобретению.

Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют предпочтительные варианты его осуществления без ограничения объема изобретения и на которых:

на фиг. 1 представлен вид спереди варианта осуществления, раскрытого в этом изобретении;

на фиг.2 - вид спереди геометрических отличительных признаков лопатки в некоторых из вариантов осуществления вентилятора, раскрытого в настоящем изобретении;

на фиг.3 представлены сечения лопатки вентилятора в некоторых вариантах осуществления этого изобретения, взятые через систематические интервалы, начиная от ступицы и до окончания лопатки;

на фиг. 4 представлен вид в перспективе других геометрических отличительных признаков лопатки некоторых вариантов осуществления вентилятора, раскрытого в этом изобретении;

на фиг. 5 в увеличенном масштабе подробно представлена часть колеса и взаимосвязанного с ним канала в некоторых вариантах осуществления согласно этому изобретению;

на фиг.6 - вид спереди другого варианта осуществления согласно настоящему изобретению;

на фиг. 7 показана диаграмма, представляющая в декартовых координатах выпуклую кромку лопатки вентилятора в некоторых из вариантов осуществления согласно настоящему изобретению;

на фиг.8 - диаграмма, показывающая изменения угла лопатки в различных ее сечениях как функцию радиуса вентилятора в некоторых из вариантов осуществления согласно этому изобретению;

на фиг.9 представлен вид спереди другого варианта осуществления согласно этому изобретению;

на фиг.10 - схематический вид спереди, который определяет промежуточные углы между лопатками в некоторых из вариантов осуществления согласно этому изобретению.

Термины, используемые для описания вентилятора, можно охарактеризовать следующим образом:

хорда (L) представляет собой длину прямолинейного отрезка, стягиваемого дугой, проходящей от передней кромки к задней кромки по аэродинамическому профилю сечения лопатки, полученного путем пересечения лопатки с цилиндром, ось которого совпадает с осью вращения вентилятора и радиус r которого совмещается с точкой Q;

центральная линия или линия (МС) средней хорды лопатки представляет собой линию, соединяющую средние точки хорд L с различными лучами;

угол () развертки, измеренный в данной точке Q характеристической кривой лопатки, например кривой, изображающей заднюю кромку лопатки вентилятора, представляет собой угол, создаваемый лучом, исходящим из центра вентилятора к рассматриваемой точке Q, и касательной к кривой в той же самой точке Q;

угол скоса или угол чистого углового смещения () характеристической кривой лопатки представляет собой угол между лучом, проходящим через характеристическую кривую, например кривую, представляющую собой центральную линию или линию средней хорды лопатки, к ступице вентилятора, и лучом, проходящим через характеристическую кривую у конца лопатки;

угол () промежутка между лопатками представляет собой угол, измеренный в центре вращения между лучами, проходящими через соответствующие точки каждой лопатки, например кромку в конце лопаток;

угол () установки лопатки представляет собой угол между плоскостью вращения вентилятора и прямой линией, соединяющей переднюю кромку с задней кромкой аэродинамического профиля сечения лопатки;

относительный шаг (P/D) представляет собой отношение между шагом спирали, то есть величиной, на которую рассматриваемая точка (Q) смещена в осевом направлении, то есть P = 2rtan(), где r представляет собой длину луча к точке Q, а представляет собой угол установки лопатки в точке Q, и максимальным диаметром вентилятора;

изгиб (f) профиля представляет собой самый длинный прямолинейный отрезок, перпендикулярный хорде L, измеренный от хорды L до линии изгиба лопатки; положение изгиба f профиля относительно хорды L может быть выражено как процентное отношение длины самой хорды;

отклонение (V) представляет собой осевое смещение лопатки от плоскости вращения вентилятора, включая не только смещение всего профиля от плоскости вращения, но также и осевого компонента вследствие кривизны лопатки, если это вообще требуется, также в осевом направлении.

Если обратиться к прилагаемым чертежам, то согласно им вентилятор 1 вращается вокруг оси 2 и содержит центральную ступицу 3 с прикрепленным большим количеством лопаток 4, изогнутых в плоскости вращения ХУ вентилятора 1. Лопатки 4 имеют корневую часть 5 и концевую часть 6 и ограничены выпуклой кромкой 7 и вогнутой кромкой 8.

Поскольку удовлетворительные результаты в отношении коэффициента полезного действия, уровня шума и напора достигаются посредством вращения вентилятора, выполненного согласно настоящему изобретению, как в одном, так и в другом направлении, выпуклая кромка 7 и вогнутая кромка 8 могут представлять собой переднюю кромку или заднюю кромку лопатки.

Другими словами, вентилятор 1 может вращаться таким образом, что перемещаемый воздух вначале встречается с выпуклой кромкой 7, а затем с вогнутой кромкой 8, либо наоборот, вначале с вогнутой кромкой 8, а затем с выпуклой кромкой 7.

Очевидно, что аэродинамический профиль сечения лопатки должен быть ориентирован согласно режиму работы вентилятора 1, то есть согласно тому, с какой из кромок - выпуклой 7 или вогнутой 8, воздушный поток встречается первым.

На конце 6 лопаток 4 должно быть установлено упрочняющее кольцо 9. Кольцо 9 усиливает комплект лопаток 4, например, за счет предотвращения изменения угла лопатки 4 в зоне конца лопатки, принимая во внимание аэродинамические нагрузки. Кроме того, кольцо 9 в сочетании с каналом 10 ограничивает завихрение воздуха вокруг вентилятора и уменьшает вихри в конце 6 лопаток 4; как известно, эти вихри образуются за счет разности давлений на двух поверхностях лопатки 4.

С этой целью кольцо 9 имеет утолщенную выступающую часть 11, которую устанавливают в сопрягающееся с ней посадочное место 12, выполненное в канале 10. Расстояние (а), весьма малое в осевом направлении, между утолщенной частью 11 и посадочным местом 12 совместно с лабиринтной формой части между двумя элементами уменьшает воздушный вихрь на конце лопаток вентилятора.

Кроме того, специальная посадка между наружным кольцом 9 и каналом 10 обеспечивает возможность соприкосновения двух частей друг с другом с уменьшением при этом осевых перемещений вентилятора.

В целом кольцо 9 имеет форму сопла, то есть его внутреннее сечение больше сечения, через которое воздух проходит у конца лопаток 4. Большая поверхность всасывания позволяет сохранять постоянную скорость текущего воздуха за счет компенсации сопротивления потоку.

Однако, как показано на фиг.6, вентилятор, выполненный согласно настоящему изобретению, необязательно должен быть оснащен наружным усиливающим кольцом и взаимосвязанным с ним каналом.

Лопатка 4 в проекции на плоскость вращения ХУ вентилятора 1 имеет описанные ниже геометрические характеристики.

Угол (В) у центра, считая за центр геометрический центр вентилятора, совпадающий с осью вращения 2 вентилятора, соответствующий ширине лопатки 4 у корневой части 5, вычисляют с использованием зависимости, учитывающей зазор, который должен существовать между двумя смежными лопатками 4. Фактически, поскольку вентиляторы этого типа предпочтительно изготавливают из пластика, используя литьевое формование, лопатки в форме не должны перекрывать друг друга, поскольку в ином случае форма, используемая для изготовления вентилятора, должна быть весьма сложной, а вследствие этого неизбежно увеличиваются производственные затраты.

Кроме того, следует помнить о том, что, особенно в случае применения на автомобилях, вентиляторы не находятся в работе постоянно, поскольку большую часть времени работы двигателя теплообменники, с которыми связаны вентиляторы, охлаждаются потоком воздуха, создаваемым при движении самого автомобиля. Поэтому должна быть обеспечена возможность свободного течения воздуха через вентилятор даже тогда, когда вентилятор не вращается. Это достигается за счет обеспечения относительно широкого зазора между лопатками вентилятора. Другими словами, лопатки вентилятора не должны формировать экран, который бы препятствовал охлаждающему действию воздушного потока, создаваемого при движении автомобиля. Зависимость, используемая для вычисления угла (В) в градусах, такова:

В=(360^o/количество лопаток) - К; K_min=J (диаметр ступицы; высота профиля лопатки у ступицы).

Угол (К) представляет собой фактор, который учитывает минимальное расстояние, которое должно быть обеспечено между двумя смежными лопатками для предотвращения их перекрытия друг другом в течение формования, и является функцией диаметра ступицы: чем больше диаметр ступицы, тем меньше угол (К). На величину угла (К) также может влиять высота профиля лопатки у ступицы.

Приведенное ниже описание, изложенное лишь в качестве примера без каких-либо ограничений на объем идеи изобретения, относится к варианту осуществления вентилятора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на прилагаемых чертежах, вентилятор имеет семь лопаток, ступицу диаметром порядка 140 мм и наружный диаметр, соответствующий диаметру наружного кольца 9, составляющий 385 мм.

Угол (В), соответствующий ширине лопатки у ступицы и вычисляемый, используя эти значения, составляет 44^o.

Далее будет описана геометрия лопатки 4 вентилятора 1: лопатку 4 вначале определяют в виде проекции на плоскость вращения ХУ вентилятора 1 и затем проекцию лопатки 4 на плоскость ХУ перемещают в пространстве.

Что касается подробностей, показанных на фиг. 2, то геометрическая конструкция лопатки 4 согласно фигуре заключается в изображении биссектрисы 13 угла (В), который, в свою очередь, ограничен лучом 17 слева и лучом 16 справа. Также проведены луч 14, повернутый в направлении против часовой стрелки на угол А= 3/11В относительно биссектрисы 13, и луч 15, также повернутый в направлении против часовой стрелки на угол (А), но относительно луча 16. Таким образом два луча 14, 15 повернуты на угол А=3/11В, то есть на A=12^o.

Пересечения лучей 17 и 16 со ступицей 3, и пересечения лучей 14 и 15 с наружным кольцом 9 вентилятора (или с кругом, по диаметру равным наружному кольцу 9), образуют четыре точки (M, N, S, T), лежащие в плоскости ХУ, которые определяют проекцию лопатки 4 вентилятора 1. Проекция выпуклой кромки 7 также определяется у ступицы первой касательной 21, наклоненной под углом С= 3/4А, то есть под углом С=9^o, относительно луча 17, проходящего через точку (М) у ступицы 3.

Как можно видеть на фиг.2, угол (С) измеряют в направлении по часовой стрелке относительно луча 17, и поэтому первая касательная 21 находится перед лучом 17, когда выпуклая кромка 7 первой встречает воздушный поток, либо позади луча 17, когда выпуклая кромка 7 последней встречает воздушный поток, то есть когда первой встречает воздушный поток кромка 8.

У наружного кольца 9 выпуклая кромка 7 также определяется второй касательной 22, которая наклонена под углом (W), равным 6 углам (А), то есть 72^o, относительно луча 14, проходящего через точку (N) у наружного кольца 9. Как показано на фиг.2, угол (W) измеряют в направлении против часовой стрелки относительно луча 14 и поэтому вторая касательная 22 находится впереди, когда выпуклая кромка 7 первой встречает воздушный поток, либо позади луча 14, когда выпуклая кромка 7 последней встречает воздушный поток, то есть когда первой встречает воздушный поток кромка 8.

На практике проекция выпуклой кромки 7 представляет собой касательную к первой касательной 21 и ко второй касательной 22, и отличается кривой с одной выпуклой частью без точек перегиба. Кривая, которая определяет проекцию выпуклой кромки 7, представляет собой параболу следующего типа:

У=ах²+bх+с.

В представленном варианте осуществления конструкции парабола определяется следующим уравнением:

У=0,013x²-2,7x+95,7.

Это уравнение определяет кривую, представленную в декартовой системе координат, показанную на фиг.7, как функция взаимосвязанных переменных х и у плоскости ХУ.

Если вновь обратиться к фиг.2, то концевые точки параболы определяются касательными 21 и 22 в точках (М) и (N), а зона максимальной выпуклости представляет собой зону, ближайшую к ступице 3.

Эксперименты показывают, что выпуклая кромка 7 с ее параболической проекцией на плоскость вращения ХУ вентилятора обеспечивает превосходные характеристики в отношении коэффициента полезного действия и уровня шума.

Что касается проекции вогнутой кромки 8 лопатки 4 на плоскость ХУ, то может быть использована какая-либо кривая второй степени, расположенная таким образом, чтобы определять вогнутость. Например, проекция вогнутой кромки 8 может быть определена параболой, подобной параболе выпуклой кромки 7 и расположенной фактически таким же образом.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции кривая, определяющая проекцию вогнутой кромки 8 на плоскость ху представляет собой дугу окружности, радиус (R_cu) которой равен радиусу (R) ступицы, причем в случае описанного здесь практического применения величина этого радиуса составляет 70 мм.

Как показано на фиг.2, проекция вогнутой кромки 8 ограничена точками (S) и (Т), и представляет собой дугу окружности, радиус которой равен радиусу ступицы. Следовательно, проекция вогнутой кромки 8 полностью определена в отношении геометрии.

На фиг.3 представлены одиннадцать профилей 18, характеризующих одиннадцать сечений лопатки 4, выполненных через равные интервалы слева направо, то есть от ступицы 3 к наружной кромке 6 лопатки 4. Профили 18 имеют некоторые общие характеристики, но все они геометрически различны, чтобы обеспечивалась возможность приспосабливания к аэродинамическим условиям, которые фактически представляют собой функцию положений профилей в радиальном направлении. Характеристики, общие для всех профилей лопаток, особенно подходят для достижения высокого коэффициента полезного действия и высокого напора, а также низкого шума.

Первые профили слева изогнуты по дуге в большей степени и имеют больший угол () установки лопатки, поскольку из-за нахождения ближе к ступице их линейная скорость меньше, чем скорость наружных профилей.

Профили 18 имеют поверхность 18а, содержащую первоначальный прямолинейный отрезок. Этот прямолинейный отрезок предназначен для обеспечения плавного вхождения воздушного потока, за счет чего предотвращается "удар" лопатки воздухом, который мог бы препятствовать получению плавного воздушного потока, а следовательно, привел бы к повышению шума и понижению коэффициента полезного действия. На фиг. 3 этот прямолинейный отрезок отмечен (t), а его длина составляет от 14% до 17% длины хорды (L).

Остальная часть поверхности 18а, по существу, составлена дугами окружности. Проходя от профилей, находящихся вблизи от ступицы, к профилям, находящимся у конца лопатки, дуги окружности составляют поверхность 18а, становясь больше и больше по радиусу, то есть кривизна (f) профиля лопатки 4 уменьшается.

Что касается хорды (L), то кривизна (f) профиля располагается в месте, отмеченном на фиг. 3 как (If), составляя между 35 и 47% общей длины хорды (L). Эта длина должна быть измерена от кромки профиля, которая первой встречает воздушный поток.

Обратная сторона 18b лопатки образуется кривой таким образом, что максимальная толщина (G_max) профиля располагается в зоне, составляющей между 15 и 25% общей длины хорды лопатки, а предпочтительно у 20% длины хорды (L). В этом случае эта длина также должна быть измерена от кромки профиля, которая первой встречает воздух.

Перемещаясь от профилей, ближних к ступице, где максимальная толщина (G_max) имеет свое наивысшее значение, толщина профиля 18 уменьшается с постоянным коэффициентом к профилям у конца лопатки, где она уменьшена примерно на четверть своего значения. Максимальная толщина (G_max) уменьшается соответственно фактически линейному изменению как функции радиуса вентилятора. Профили 18 сечений лопатки 4 у самой дальней от центра части вентилятора 1 имеют наименьшее значение (G_max) толщины, поскольку их аэродинамические характеристики должны обеспечивать их пригодность для повышенных скоростей. Таким образом, профиль оптимизирован в отношении линейной скорости сечения лопатки, причем очевидно, что эта скорость увеличивается с увеличением радиуса вентилятора.

Длина хорды (L) профилей (18) также изменяется как функция радиуса.

Длина (L) хорды достигает своего наивысшего значения в средней части лопатки 4 и уменьшается к концу 6 лопатки, с тем чтобы уменьшить аэродинамическую нагрузку на самую удаленную от центра часть лопатки вентилятора, а также чтобы облегчить прохождение воздуха, когда вентилятор не работает, о чем говорилось выше.

Угол () установки лопатки также изменяется как функция радиуса вентилятора. В частности, угол () уменьшается согласно квазилинейному закону.

Закон изменения угла () установки лопатки может быть выбран в соответствии с аэродинамической нагрузкой, требуемой на самой удаленной от центра части лопатки вентилятора.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции изменение угла () установки лопатки как функция радиуса (r) вентилятора следует кубическому закону, определяемому уравнением:

()=-710^-6r³+0,0037r²-0,7602r+67,64.

Закон изменения () как функции радиуса (r) вентилятора представлен на диаграмме, показанной на фиг.8. На фиг.4 показано, как проекция лопатки 4 в плоскости ХУ перемещается в пространстве. Лопатка 4 имеет отклонение V относительно плоскости вращения вентилятора 1.

На фиг. 4 представлены сегменты, соединяющие точки (M", N") и (S", T") лопатки (4).

Эти точки (М", N", S", Т") получают исходя от точек (M, N, S, T), которые лежат в плоскости ХУ, и проводя перпендикулярные отрезки (М, М"), (N, N"), (S, S"), (Т, Т"), которые таким образом определяют отклонение (V) или иными словами смещение лопатки 4 в осевом направлении. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления конструкции каждая лопатка 4 имеет форму, определяемую дугами 19 и 20, показанными на фиг.4. Эти дуги 19 и 20 представляют собой дуги окружности, кривизну которых вычисляют как функцию длины прямолинейных отрезков (M", N") и (S", T"). Как показано на фиг.4, дуги 19 и 20 смещены относительно соответствующих прямолинейных отрезков (M", N") и (S", T") на длины соответственно (h1) и (h2). Эти длины (h1) и (h2) измеряют на перпендикуляре к плоскости вращения ХУ вентилятора 1 и вычисляют как процентное отношение самих отрезков (М", М") и (S", T).

Пунктирные линии на фиг. 4 представляют собой кривые - параболический сегмент и дугу окружности, взаимосвязанные с выпуклой кромкой 7 и с вогнутой кромкой 8.

Отклонение V лопатки 4 как в отношении ее компонента осевого смещения, так и в отношении кривизны, позволяет откорректировать изгибы лопатки вследствие аэродинамической нагрузки и уравновесить аэродинамические моменты на лопатках таким образом, чтобы получить равномерный осевой воздушный поток, распределенный по всей передней поверхности вентилятора.

Все характерные величины лопатки вентилятора соответственно описанному варианту осуществления конструкции сведены в табл.1, где r представляет собой общий радиус вентилятора, а последующие геометрические переменные относятся к соответствующему значению радиуса:

L обозначает длину хорды;

f - изгиб профиля;

t - первоначальный прямолинейный отрезок сечения лопатки;

1f - положение изгиба профиля относительно хорды L;

- угол профиля сечения лопатки, выраженный в градусах;

х и у обозначают декартовы координаты в плоскости ХУ параболической кромки лопатки.

Эксперименты, проведенные для сравнения обычных вентиляторов с вентиляторами, которые выполнены согласно вариантам осуществления конструкции, в которых используют лопатки, отстоящие на одинаковые углы , показывают, что происходит уменьшение мощности звука примерно на 25-30%, измеренной в дб(А), с улучшением акустического комфорта.

Кроме того, при одних и тех же условиях подачи воздуха вентиляторы, выполненные согласно вариантам осуществления конструкции с лопатками, отстоящие на равные углы , развивают напор, значения которого до 50% выше по сравнению с обычными вентиляторами этого типа.

В вентиляторах, выполненных согласно вариантам осуществления конструкции с лопатками, отстоящими на равные углы , при переходе от задней стороны лопаток к их передней конфигурации отсутствуют заметные изменения уролвня шума. Кроме того, при определенных условиях работы вентилятора, в частности при высоком диапазоне напора, передняя конфигурация лопаток обеспечивает подачу на 20-25% больше, чем задняя конфигурация лопаток.

На фиг.9 и 10 представлен другой вариант осуществления конструкции вентилятора 30, содержащего колесо 31 с лопатками 34, отстоящими на неодинаковые углы . Вариант осуществления конструкции с лопатками, отстоящими на неодинаковые углы , дополнительно повышает акустический комфорт. Разное распределение шума от вентилятора, выполненного согласно этому варианту осуществления конструкции, делает его даже более приятным для уха человека.

Если обратиться к фиг.9 и 10, то колесо 31 имеет семь лопаток 34, расположенных на следующих углах, выраженных в градусах:

1= 55,381; 2= 47,129; 3-50,727; 4=55,225; 5=50,527; 6=48,729, 7= 52,282.

Если колесо 31 имеет лопатки (34), отстоящие на равные углы, или как у вентиляторов согласно фиг. 1 и 6, то промежуточный угол будет составлять ₌ ==360^o/7=51,429^o.

В табл. 2 указаны значения неравных углов _{i,...,n, =}, а также абсолютные отклонения и отклонения, выраженные в процентном отношении, величин неравных углов _i,...,n, по сравнению с соответствующим значением равного угла ₌ для вентилятора с семью лопатками.

Точнее, во второй колонке приведены значения углов _{i, ...,n,} согласно представленному варианту осуществления конструкции; в третьей колонке приведены значения углов ₌, когда все углы равны; в четвертой колонке приведена алгебраическая разность или приведено алгебраическое отклонение значений углов, указанных во второй и третьей колонках; в пятой колонке приведено значение отклонения четвертой колонки, выраженное в виде процентного отношения углов в третьей колонке ₌.

Таблица показывает, что процентное и алгебраическое отклонение углов относительно невысоко по сравнению конфигурацией лопаток, отстоящих на равные углы. Согласно представленному варианту осуществления конструкции значения процентного отклонения промежуточных углов между лопатками должны находиться между 0,5 и 10%.

Следовательно, даже если достигается улучшение шумовых характеристик, коэффициент полезного действия колеса с лопатками, отстоящими на одинаковые углы, фактически остается тем же самым.

Как более подробно показано ниже, если процентные значения отклонения сохраняются в этих пределах, колеса, которые по существу уравновешены, могут быть выполнены даже с любым количеством лопаток n, большим трех, и поэтому отличаются от колеса 31, которое имеет семь лопаток, как показано в примере. Даже в вариантах осуществления конструкции, выполненных с количеством лопаток 34, отличающимся от семи, и с такими ограничениями, которые касаются углового промежутка, достигаются хорошие результаты в отношении коэффициента полезного действия и уровня шума.

Шум, создаваемый вентиляторами, выполненными с упомянутыми выше углами _{i, ...,n,} имеет почти такую же интенсивность, но в меньшей степени раздражает ухо человека. Хорошие результаты, касающиеся обеспечения шума, не вызывающего раздражения, были достигнуты для конфигурации передней части лопаток и для конфигурации задней части лопаток.

Предпочтительно, чтобы конфигурация лопаток 34, упомянутая выше, могла быть использована в сочетании с лопатками 4 с параболической кромкой 7 других вариантов осуществления конструкции, упомянутых ранее. Кроме того, в этом случае значения напора, подачи и коэффициента полезного действия фактически неизменны.

Другое преимущество этой конфигурации заключается в том, что центр тяжести всегда находится на оси 32 вращения вентилятора 30. В аналитическом виде, считая системой отсчета систему, начало которой находится на оси вращения, справедливо следующее:





где Х_g и Y_g представляют собой декартовы координаты центра тяжести колеса 30 вентилятора, а m_i, X_i, Y_i, соответственно представляют собой массу и декартовы координаты центра тяжести каждой лопатки 34.

Для показанного на фиг.9 и 10 примера колеса 31с числом n лопаток одинаковой массы m формула такова:





В случае этой конфигурации может быть получено колесо 31, уже фактически сбалансированное без необходимости влияния на массу лопаток 34, или какое-либо подобное влияние для уравновешивания колес такого типа, в которых лопатки отстоят друг от друга на неодинаковые углы. Следовательно, обеспечиваются преимущества в отношении простоты и экономичности конструкции.