扭斜型軸流式風扇組件制造技術

一種自由梢端型軸流式風扇組件，其具有減小風扇噪音同時將徑向梢端撓彎最小化的扭斜角分布。前緣扭斜角的最大值和風扇半徑處的前緣扭斜角之差至少為10度。前緣扭斜角的最大值和風扇半徑處的前緣扭斜角之差與后緣扭斜角的最大值和風扇半徑處的后緣扭斜角之差的比率至少為2.5。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術大致涉及自由梢端型軸流式風扇，且更特別地涉及可用作機動車發動機冷卻風扇的自由梢端型風扇。
技術介紹
發動機冷卻風扇用于機動車輛，以使空氣移動穿過一組熱交換器，其通常包括冷卻內燃機的散熱器、空調機的冷凝器、以及或許會附加的熱交換器。這些風扇由罩蓋大致包封，所述罩蓋用以減少回流且在熱交換器和風扇之間引導空氣。 罩蓋通風室(即鄰近熱交換器的那部分罩蓋)為大致矩形，且流入到風扇的氣體并非軸對稱。散熱器通常具有翅片管式結構，這給流入氣體造成附加的非軸對稱流動結構。流入氣體缺乏對稱會引起葉片載荷不穩定且產生單頻聲音。此外還有幾種寬頻噪音來源。為了減小單頻和寬頻噪音，風扇葉片經常是扭斜的。風扇通常用具有有限機械性能的塑料進行注塑成型。當在高溫下承受旋轉和空氣動力載荷時，塑料風扇會產生蠕變變形或撓彎。這在將風扇安裝到熱交換器的下游(其中風扇在所述熱交換器下游處的高溫空氣中操作)、且還承受著來自各個發動機罩內的構件的輻射熱時尤其是個問題。在設計過程中必須解決該蠕變變形問題。雖然一些發動機冷卻風扇具有旋轉梢端帶體，但是許多的發動機冷卻風扇是梢端自由的。這些風扇設計成在葉片梢端和罩蓋筒之間具有梢端間距或運作間隙。該梢端間距必須足夠到允許制造公差和風扇組件在使用壽命期間可能出現的最大撓彎。不幸地是，較大梢端間距通常會引起風扇效率減小和風扇噪音增大。許多使用自由梢端型風扇的風扇組件是相對低功率的組件。這些風扇不會消耗大量電功率，也不會制造大量噪音。所述這些風扇經常設計成具有較大梢端間距和最小葉片扭斜度。這樣所產生的性能降低和噪音增加的結果可能不會像使用更大功率的風扇組件時那樣重要。但是，其它風扇組件會消耗大量電功率和制造讓人厭煩的噪音。這些風扇組件必須設計成將噪音最小化和將效率最大化。為了達到此目的，梢端間距應該盡可能小。因此，需要一種將葉片梢端撓彎最小化的風扇設計。風扇設計者所面對的一個問題是，對于減小噪音所需的葉片扭斜(skew)經常導致葉片梢端撓彎(deflection)增加。自由梢端型風扇經常被設計成具有固定半徑的梢端的形狀，且被設計成在罩蓋筒中操作，所述罩蓋筒在非常接近風扇葉片的空隙區域為圓筒形。在該情況下，梢端撓彎的徑向分量是所關注的主要分量。但是，美國專利No. 6，595，744描述了一種自由梢端型發動機冷卻風扇，其中葉片梢端與喇叭型罩蓋筒形狀相順應或一致。在該情況下，軸向和徑向梢端撓彎都能改變梢端間距的尺寸。雖然美國專利No. 6，595，744還描述了一種風扇幾何結構，其將給定扭斜度的葉片梢端的軸向撓彎最小化，但是所述專利沒有給出將徑向撓彎最小化的扭斜度分布。
技術實現思路
本專利技術用于 滿足對這樣一種風扇的需要，所述風扇是扭斜的以減小風扇噪音，但其產生較小的徑向葉片梢端撓彎。通過使徑向撓彎最小化，能夠將梢端間距最小化，且能夠改進性能。在一方面，本專利技術提供了一種包括風扇的自由梢端型軸流式風扇組件，所述風扇可繞軸線旋轉且具有半徑R和直徑D。所述風扇還包括具有半徑Rhub的轂和從所述轂上大致徑向延伸的多個葉片。所述多個葉片的每一個均具有前緣、后緣、葉片梢端、以及等于風扇半徑R和轂半徑Rhub之差的跨距S。風扇組件的罩蓋包括圍繞至少一部分所述葉片梢端的罩蓋筒。梢端間距限定在罩蓋筒和葉片梢端之間。所述多個葉片的每一個均具有幾何結構，如軸向投影中所視，其在每個徑向位置處具有前緣扭斜角和后緣扭斜角。前緣扭斜角具有最大值，前緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少是10度。后緣扭斜角具有最大值，前緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少是后緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的后緣扭斜角之差的2. 5倍。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的前緣扭斜角之差是后緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的后緣扭斜角之差的至少3. 5倍。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的前緣扭斜角之差是后緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的后緣扭斜角之差的至少4. 5倍。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少為15度。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值和風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少為20度。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值至少為2度。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值至少為5度。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值至少為9度。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值出現在葉片跨距S的約O. 2倍和葉片跨距S的約O. 6倍之間的葉片跨度方向位置上。在一些結構中，前緣扭斜角的最大值出現在葉片跨距S的約O. 3倍和葉片跨距S的約O. 5倍之間的葉片跨度方向位置上。在一些結構中，罩蓋筒為喇叭型，且葉片梢端前緣比葉片梢端后緣更進一步徑向向外延伸。在一些結構中，梢端間距小于風扇直徑D的O. 02倍。在一些結構中，葉片由塑料成型。在一些結構中，風扇組件是吸風式汽車發動機冷卻風扇組件。在一些結構中，所述多個葉片的每一個均具有幾何結構，在軸向投影中可以觀察至IJ，其在每個徑向位置處具有前緣掃掠角，且風扇半徑R處的前緣掃掠角在向后方向上至少為47度。在一些結構中，所述多個葉片的每一個均具有幾何結構，在軸向投影中可以觀察至IJ，其在每個徑向位置處具有前緣掃掠角，且風扇半徑R處的前緣掃掠角在向后方向上至少為55度。在一些結構中，所述多個葉片的每一個均具有幾何結構，在軸向投影中可以觀察至IJ，其在每個徑向位置處具有前緣掃掠角，且風扇半徑R處的前緣掃掠角在向后方向上至少為62度。附圖說明圖Ia是自由梢端型發動機冷卻風扇組件的示意圖，示出了固定半徑的葉片梢端和圓筒形的罩蓋筒。圖Ib是自由梢端型發動機冷卻風扇組件的示意圖，示出了與喇叭型罩蓋筒的形狀相順應的葉片梢端。圖Ic是自由梢端型風扇的掃掠圖，其具有固定半徑的葉片梢端，其中定義了多種幾何結構參數。圖Id是自由梢端型風扇的掃掠圖，其具有半徑變化的葉片梢端，其中定義了多種幾何結構參數。圖2a示出了現有技術中風扇的軸向投影圖，其具有固定半徑的葉片梢端以及在徑向外部區域中具有正的前緣掃掠角。圖2b示出了圖2a示出的風扇的一個葉片的軸向投影圖，其中定義了多種幾何結構參數。圖3a示出了現有技術中風扇的軸向投影圖，其具有與喇叭型罩蓋的形狀相順應的葉片梢端、且在徑向外部區域中具有負的前緣掃掠角。圖3b示出了圖3a示出的風扇的一個葉片的軸向投影圖。圖3c是彎曲力施加到圖3b示出的葉片的徑向外部區域的后緣部分的示意圖。圖4a示出了根據本專利技術的一個結構的風扇的軸向投影圖。圖4b示出了圖4a示出的風扇的一個葉片的軸向投影圖。圖5a示出了根據本專利技術的一個結構的風扇的軸向投影圖。圖5b示出了圖5a示出的風扇的一個葉片的軸向投影圖。圖6示出了由圖3、4和5示出的風扇所計算的葉片梢端徑向撓彎的曲線圖。具體實施例方式圖Ia示出了一種自由梢端型軸流式風扇組件1，其配置以用作發動機冷卻風扇組件，并安裝在鄰近于一組熱交換器2處。該組熱交換器通常包括將內燃機冷卻的散熱器3，但是以替代性能源為動力的車輛能包括熱交換器以冷卻電池、電動機等。罩蓋4將冷卻空氣從散熱器3引導至風扇5。風扇5繞軸線6旋轉，且包括轂7和大體上徑向延伸的葉片8。多個葉片8之一在掃掠圖中示出，其中軸向寬度表示為半徑的函數。葉片8的鄰近于轂7本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.10 US 61/312,4871.一種自由梢端型軸流式風扇組件,包括 風扇，其可繞軸線旋轉且具有半徑R和直徑D，所述風扇包括具有半徑Rhub的轂和從轂上大致徑向延伸的多個葉片，所述多個葉片的每一個均具有前緣、后緣、葉片梢端以及等于風扇半徑R和轂半徑Rhub之差的跨距S ；以及 罩蓋，其包括圍繞所述多個葉片梢端的每一個中至少一部分的罩蓋筒，梢端間距被限定在罩蓋筒和葉片梢端之間， 其中，所述多個葉片的每一個均具有這樣一個幾何結構，在軸向投影中可以觀察到，其在每個徑向位置處具有前緣扭斜角和后緣扭斜角，所述前緣扭斜角具有最大值，且前緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少為10度，且 其中，后緣扭斜角具有最大值，且前緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的前緣扭斜角之差是后緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的后緣扭斜角之差的至少2. 5倍。2.如權利要求I所述的自由梢端型軸流式風扇組件，其特征在于前緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的前緣扭斜角之差是后緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的后緣扭斜角之差的至少3. 5倍。3.如權利要求I所述的自由梢端型軸流式風扇組件，其特征在于前緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的前緣扭斜角之差是后緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的后緣扭斜角之差的至少4. 5倍。4.如權利要求I所述的自由梢端型軸流式風扇組件，其特征在于前緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少為15度。5.如權利要求I所述的自由梢端型軸流式風扇組件，其特征在于前緣扭斜角的最大值和在風扇半徑R處的前緣扭斜角之差至少為20度。6.如權利要求I所述的自由梢端型軸流式風扇組件，其特征在于前緣扭斜角的最大值至少為2度。7.如權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·J·范霍滕，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：發明
國別省市：