開放式葉片發(fā)動機冷卻風(fēng)扇護罩導(dǎo)向翼瓣的制作方法
【專利摘要】在此給出本發(fā)明的披露以便清楚地表示以上提到的希望。在此提供了一種風(fēng)扇組件（7），這種風(fēng)扇組件包括帶有多個突出的風(fēng)扇葉片（12）的輪轂（10）。提供了一個再循環(huán)流動元件（18），這個再循環(huán)流動元件總體上在這些風(fēng)扇葉片（12）的外徑的前方附近。將多個導(dǎo)向翼瓣（22）定位在這個再循環(huán)流動元件（18）之中。這些導(dǎo)向翼瓣（22）具有一個引入角（24），這個引入角幾乎與再循環(huán)流動元件（18）的外徑表面（15）相切。這些導(dǎo)向翼瓣（22）具有一個輸出角度（26），這個輸出角度沿著再循環(huán)流動元件（18）的一個內(nèi)徑表面（17）幾乎是徑向的。
【專利說明】開放式葉片發(fā)動機冷卻風(fēng)扇護罩導(dǎo)向翼瓣
[0001]本申請是申請日為2009年4月8日、申請?zhí)枮?00980111156.4、發(fā)明名稱為“開放式葉片發(fā)動機冷卻風(fēng)扇護罩導(dǎo)向翼瓣”的中國專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的領(lǐng)域為風(fēng)扇組件領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明的領(lǐng)域為開放式葉片風(fēng)扇組件領(lǐng)域，特別對汽車發(fā)動機冷卻應(yīng)用來說是有用的。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)動機冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生了跨過風(fēng)扇的靜態(tài)壓力，這樣在風(fēng)扇前面的區(qū)域比在風(fēng)扇后面的區(qū)域處于明顯更低的壓力。在用于機罩下發(fā)動機冷卻功能的風(fēng)扇的實際運行要求在旋轉(zhuǎn)與靜止構(gòu)件之間最小的間隙，以確保在車輛的整個壽命中安全、持久地運行?？邕^風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力驅(qū)動了穿過在這些風(fēng)扇的葉片尖端或者(如果存在的話)旋轉(zhuǎn)環(huán)與護罩的這些靜止表面之間出現(xiàn)的空隙的泄漏流動。
[0004]在開放式葉片風(fēng)扇中，這種泄漏流動遇到沿每個葉片的從前緣至后緣的整個尖端區(qū)域的尖端空隙并且進入具有一個非常高的切向速度分量的空隙區(qū)域。當(dāng)這種泄漏流動前進穿過該空隙區(qū)域時，這些風(fēng)扇葉片尖端的粘滯性拖曳力使這種漩渦流動繼續(xù)增強直至它到達該間隙區(qū)域的出口，此時該出口是從這些葉片的前緣尖端徑向地向外的。這種強渦流繼續(xù)向前傳播，并且如果未受束縛的話將繼續(xù)在風(fēng)扇的上游切向地流動并且徑向地向外進入護罩區(qū)域(臨近這個風(fēng)扇組件上游的一個散熱器)直至主空氣流動運動將它再次捕獲并將它拉回進入風(fēng)扇通道之中。
[0005]當(dāng)再循環(huán)的流動重新進入風(fēng)扇通道時，它具備一個非常高的切向分量，這個切向分量與通過風(fēng)扇的引入噴嘴進入風(fēng)扇通道的主進入流動的速度和方向非常沖突。當(dāng)這種切向指向的再循環(huán)流動與大部分是軸向的主空氣流動相混合時，正好在葉片的前緣的尖端處之前形成一種渦流。
[0006]因為這個前緣被設(shè)計用于主空氣流動的速度條件，所以由葉片所遇到的渦流相對于想要的引入向量是不重合的。以上所提到的動作導(dǎo)致尖端區(qū)域失速并且所產(chǎn)生的低的相對動量流動傾向于在葉片尖端區(qū)域中“拖延”，從而減小流速和靜態(tài)壓力并增加拖曳力并且由此導(dǎo)致效率損失。
[0007]令人希望的是提供一種風(fēng)扇組件，其中可以減小來自循環(huán)泄露流動的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了使以上提到的希望更清楚，在此給出本發(fā)明的披露。在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的風(fēng)扇組件具有一個帶有多個突出的風(fēng)扇葉片的輪轂。提供了一個再循環(huán)流動元件，它總體上在這些風(fēng)扇葉片的外徑的前方附近。多個導(dǎo)向翼瓣被定位在該再循環(huán)流動元件之中。這些導(dǎo)向翼瓣具有一個弓I入角，這個引入角幾乎與這個再循環(huán)流動元件的一個外徑表面相切。這些導(dǎo)向翼瓣具有一個輸出角度，這個輸出角度沿著這個再循環(huán)流動元件的一個內(nèi)徑表面幾乎是徑向的。
[0009]將通過正如在附圖和詳細說明中所提供的本發(fā)明的回顧來揭示本發(fā)明進一步的特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種風(fēng)扇組件的平行于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸線截取的部分截面視圖； 圖2是圖1中所示出的風(fēng)扇組件的一個元件的后部平面視圖，其中為了使展示清楚將
多個風(fēng)扇葉片去除；
圖3是與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸線成角度的一個平面的放大截面視圖，示出了圖1和圖2中所示出的多個導(dǎo)向翼瓣和一個護罩再循環(huán)流動元件；
圖4是圖1所示的風(fēng)扇組件的一個元件的后部平面視圖；
圖5是與圖2相似的視圖，其中這些導(dǎo)向翼瓣之間的有角度的間距沿著再循環(huán)流動元件的直徑而變化；
圖6是本發(fā)明的風(fēng)扇組件的代替性優(yōu)選實施方案的與圖2相似的視圖，這個實施方案具有多個再循環(huán)流動元件導(dǎo)向翼瓣，這些導(dǎo)向翼瓣具有在這些分離的導(dǎo)向翼瓣之間的圓周的有角度的間距，此間距從導(dǎo)向翼瓣的外徑到內(nèi)徑在角度上減?。?br> 圖7是與圖4相似的視圖，展示了本發(fā)明一個代替性優(yōu)選實施方案，其中風(fēng)扇的這些葉片具有小翼襟和葉尖小翼；
圖8是圖7所示出的風(fēng)扇組件的軸向截面視圖；
圖9是本發(fā)明的代替性優(yōu)選實施方案的與圖1相似的視圖，其中風(fēng)扇組件的再循環(huán)流動元件是在角度上并且從圖1所示出的風(fēng)扇組件中示出的再循環(huán)流動元件的位置徑向地向外定位的；
圖10是圖9所示出的風(fēng)扇組件的再循環(huán)流動元件的后部平面圖。
【具體實施方式】
[0011]參見圖1至圖4，本發(fā)明的一個開放式葉片風(fēng)扇組件7具有一個回轉(zhuǎn)輪轂10。多個風(fēng)扇葉片12從輪轂10上突出。一個總體上圓柱形的外部護罩14與這些風(fēng)扇葉片12是徑向間隔開的。一個前部護罩16從外部護罩14上向前延伸。前部護罩16的一部分提供了一個再循環(huán)流動元件18。再循環(huán)流動元件18典型地具有成圓錐形的曲線截面，該曲線截面典型地類似于一個半圓的曲線截面，它帶有進入外部護罩14的一個稍微相接的引入部分。再循環(huán)流動元件18的前端形成了用于該風(fēng)扇組件的一個引入噴嘴19。護罩出口元件36與來自該風(fēng)扇葉片的一個后部邊緣13的空氣流動方向37 —致或者平行。
[0012]再循環(huán)流動元件18典型地是在一個風(fēng)扇葉片外部徑向直徑的前部尖端20的前方附近。這些風(fēng)扇葉片12具有在它們的前部尖端20與外部護罩14之間的一個徑向間隙或尖端空隙11。尖端空隙11將典型地是在6 mm到10 mm的范圍中。再循環(huán)流動元件18與葉片12之間將典型地具有在6 mm到25 mm范圍中的一個軸向間隙13。由此，在大部分應(yīng)用中，軸向間隙13將以一個比率變化，這個比率是尖端空隙11的5.2到0.6。如先前所提到的，再循環(huán)流動元件18典型地具有一個類似于半圓的截面形狀，該截面形狀具有將典型地從25 mm到50 mm變化的直徑或主要尺寸。相應(yīng)地，再循環(huán)流動元件18的直徑或主要尺寸與尖端空隙11的比率將在8.3到2.5之間。如圖1所示出的再循環(huán)流動元件18具有一個入口外徑表面15和一個出口內(nèi)徑表面17。在該再循環(huán)兀件的內(nèi)徑表面17處,再循環(huán)流動元件總體上在軸向方向中突出。
[0013]多個導(dǎo)向翼瓣22被定位在再循環(huán)流動元件18之中。這些導(dǎo)向翼瓣22具有一個引入角24，這個引入角是從該護罩的再循環(huán)流動元件的外徑的幾乎相切的切向表面測量得出的。如所示出的，引入角24典型地是20°或更小。導(dǎo)向翼瓣22的輸出角度26幾乎是徑向的，并且典型地是在再循環(huán)流動元件內(nèi)徑表面17的一個位置處徑向偏離正或負20°。這些導(dǎo)向翼瓣22具有一種曲線形狀，這個曲線形狀典型地是圓錐形的并且(如所示出)是橢圓的一部分。但是，也可以利用其他曲線形狀，例如拋物線或螺旋。優(yōu)選的是這些導(dǎo)向翼瓣22的形狀是連續(xù)曲線的形狀。
[0014]這些導(dǎo)向翼瓣22與前部尖端20之間具有的一個軸向間隙，該軸向間隙從導(dǎo)向翼瓣22的內(nèi)徑到其外徑稍微減小一個量值29。這個尺寸29將典型地小于再循環(huán)流動元件18的直徑或主要尺寸的50%。
[0015]這些導(dǎo)向翼瓣22典型地由一種高分子材料制成并且可以與該護罩的再循環(huán)流動元件18形成一體。這些導(dǎo)向翼瓣的表面28和30典型地是線性擠出的，從而允許用一種簡單的兩件式模具來注塑模壓制造這些導(dǎo)向翼瓣22，而無需復(fù)雜的凸輪、滑動件或者其他機構(gòu)?？偟膶?dǎo)向翼瓣數(shù)量可以被限定為一個素數(shù)，以便減小不希望的噪音或振動。此外，為了減小噪音或振動，如圖5所示出的一個替代實施方案中所示，可以變化這些給出的導(dǎo)向翼瓣31,33和35之間的間距。
[0016]再循環(huán)流動元件18的功能是收集從每個葉片尖端的壓力側(cè)離開的大部分的再循環(huán)流動，從而允許它繼續(xù)切向地“進行離心動作”，這樣當(dāng)(從后緣至前緣的整個葉片尖端上所收集的)結(jié)合的泄露流動遇到護罩的這些導(dǎo)向翼瓣22時，結(jié)合的泄露流動被配置為沿著該外部護罩的表面而進入，在此處這些導(dǎo)向翼瓣22的引入角24被設(shè)計為將其平滑地捕獲。
[0017]護罩葉片22的功能是當(dāng)泄露流動進入該空隙區(qū)域時將其平滑地“捕獲”(這就是葉片前緣23在再循環(huán)元件18外徑表面15附近實質(zhì)上是切向的原因)并且然后輕輕地將流動方向從切向旋轉(zhuǎn)到徑向和軸向，因此后緣實質(zhì)上是徑向的。以上所提到的動作有效地將切向分量從再循環(huán)流動去除并且與將其再次引入該風(fēng)扇通道而與進入的主要流動氣流處于正確的對齊。
[0018]參見圖6，在此提供了根據(jù)本發(fā)明的一個替代性的優(yōu)選實施方案的導(dǎo)向翼瓣122。這些導(dǎo)向翼瓣122具有一個裂片130，它通向一個被偏轉(zhuǎn)出的區(qū)域134。在再循環(huán)流動元件18的外部切向表面之間的導(dǎo)向翼瓣122的引入角124同先前所描述的引入角24在其度數(shù)范圍方面相似。輸出角度126在測量方面與先前所描述的用于導(dǎo)向翼瓣22的輸出角度26相似。這些導(dǎo)向翼瓣122具有一個輸出圓周角度129，該輸出圓周角度從一個引入圓周角度131縮小了大概二分之一。這個縮小的圓周角度的結(jié)果是，被這些鄰接的葉片122所捕獲的空氣遇到與圖1中所示出的實施方案相比在速度方面增加的一種噴嘴型效應(yīng)。
[0019]為了甚至進一步提高本發(fā)明的風(fēng)扇組件的效率，本發(fā)明配備有一個風(fēng)扇組件207(圖7和圖8)，該風(fēng)扇組件具有帶有多個導(dǎo)向翼瓣222的一個再循環(huán)流動元件218。再循環(huán)元件218具有由多個半徑Rl和R2所限定的一種復(fù)合弧形。一個外部護罩214被圓錐形地擴大，從而具有偏離軸向方向的從O度到45度變化的一個角度225。另外，風(fēng)扇組件207具有多個葉片212，這些葉片額外地具有多個小翼襟213和多個葉尖小翼215。這些小翼襟213有助于防止對抗風(fēng)扇葉片212的面的空氣在圓周逃逸。葉尖小翼215允許該葉片的迎角與葉片212的其他部分相比沿著其最末端而變化，其作用是提高風(fēng)扇組件207的性能。
[0020]參見圖9和圖10，在此提供了一個替代性的優(yōu)選實施方案307的風(fēng)扇組件。風(fēng)扇組件307具有如先前所描述的用于圖1所示出的風(fēng)扇組件7的帶多個風(fēng)扇尖端20的多個風(fēng)扇葉片12。此外，風(fēng)扇組件307具有一個外部護罩314。護罩314具有一個引入?yún)^(qū)段327，該引入?yún)^(qū)段與軸向方向偏離成典型地是在O度至45度的范圍中的一個角度325。引入?yún)^(qū)段327被接合到再循環(huán)流動元件318的其余的部分上。這些導(dǎo)向翼瓣322十分類似于如先前通過風(fēng)扇組件7的實施方案所描述的多個導(dǎo)向翼瓣22。然而，再循環(huán)流動元件318是成角度的，這樣它的內(nèi)徑出口表面317在尺寸上被徑向地間隔在風(fēng)扇前部尖端20的外部。再循環(huán)流動元件外部半徑315由于其傾斜的位置而在再循環(huán)流動元件318的徑向最高點321處稍微徑向地向內(nèi)。因此，與圖1所示出的再循環(huán)流動元件18的內(nèi)徑表面17和外徑表面15不同(它們被葉片前緣20在尺寸上徑向地并置)，有效的徑向外徑315和內(nèi)徑317在尺寸上都是從前緣尖端20徑向地向外的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個風(fēng)扇組件307的實施方案在較低壓力限制的風(fēng)扇組件應(yīng)用中是最有用的。因為再循環(huán)流動元件內(nèi)徑表面317大于風(fēng)扇前緣尖端20的半徑，該護罩組件可以從任一方向上與風(fēng)扇組件的其他部分進行組裝，由此導(dǎo)致與先前所描述的風(fēng)扇組件7的組裝選擇相比風(fēng)扇組件307具有更多的組裝選擇。
[0021]本發(fā)明的說明在本質(zhì)上僅僅是示例性的，因此，不背離本發(fā)明要旨的多種變體是旨在處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。這類變體不得被認為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種開放式葉片風(fēng)扇組件，包括: 一個風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有一個帶有多個突出的風(fēng)扇葉片的輪轂； 一個再循環(huán)流動元件，該再循環(huán)流動元件總體上在所述風(fēng)扇葉片外徑的前方附近； 被定位在所述再循環(huán)流動元件中的多個導(dǎo)向翼瓣，這些導(dǎo)向翼瓣具有一個引入角并且具有一個輸出角度，該引入角在圓周方向上幾乎與所述再循環(huán)流動元件的一個外部入口直徑的徑向表面相切，并且該輸出角度沿著所述再循環(huán)流動元件的一個內(nèi)部出口直徑表面幾乎是徑向的。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述引入角是大致20°或更小。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述輸出角度是大致正或者負徑向20°或更小。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中存在素數(shù)個所述導(dǎo)向翼瓣。
5.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述翼瓣中的至少兩個之間的間距不等于所述導(dǎo)向翼瓣中的另外兩個之間的間距。
6.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述風(fēng)扇葉片具有多個小翼襟。
7.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述風(fēng)扇葉片具有多個葉尖小翼。
8.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件形成了用于所述風(fēng)扇組件的一個引入噴嘴。
9.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述導(dǎo)向翼瓣是與所述再循環(huán)流動元件整體模制的。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)扇組件，其中所述導(dǎo)向翼瓣是由一種高分子材料制成的。
11.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述導(dǎo)向翼瓣是模制的并且其中所述導(dǎo)向翼瓣具有多個線性擠出的表面。
12.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述導(dǎo)向翼瓣在從引入到輸出之間的空間中環(huán)圓周地有角度地減小。
13.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中用于所述風(fēng)扇組件的一個護罩具有一個出口元件，該出口元件基本上與從所述風(fēng)扇葉片尖端的尖端后緣被射出的空氣流平行或一致。
14.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件被接合到一個總體上呈圓柱形的外部護罩元件上。
15.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件的一個主要尺寸以一個比率變化，這個比率是所述風(fēng)扇組件的尖端空隙的大致從8.3到2.5。
16.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述風(fēng)扇葉片的軸向間隙以一個比率變化，這個比率是所述風(fēng)扇組件的所述尖端空隙的一個尖端空隙的大致5.2到0.6。
17.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件被接合到一個圓錐形外部護罩元件上。
18.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件與一個外部護罩元件是成角度的。
19.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件的內(nèi)徑在是尺寸上在所述風(fēng)扇葉片的徑向尖端徑向地向外的。
20.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述導(dǎo)向翼瓣具有一種曲線形狀。
21.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述導(dǎo)向翼瓣相對于所述風(fēng)扇葉片的一個尖端的一個軸向間隙從所述導(dǎo)向翼瓣徑向地向外減小。
22.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件，其中所述再循環(huán)流動元件具有一種復(fù)合半徑形狀。
23.—種開放式葉片風(fēng)扇組件，包括: 一個風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有一個帶有多個突出的風(fēng)扇葉片的輪轂； 一個再循環(huán)流動元件，該再循環(huán)流動元件總體上在所述風(fēng)扇葉片的外徑的前方附近，所述再循環(huán)流動元件具有按照所述風(fēng)扇葉片的外徑而在尺寸上徑向地并置的外部進入直徑和內(nèi)部出口直徑；以及 帶有多個線性擠出的表面的多個曲線導(dǎo)向翼瓣，這些導(dǎo)向翼瓣被定位在所述再循環(huán)元件中、具有在圓周方向上與所述再循環(huán)元件的一個外徑表面相切的總體上為20°或更小的一個引入角、并且具有徑向沿著所述再循環(huán)流動元件的一個內(nèi)徑表面的總體上為正或負20°的一個輸出角度。
24.一種開放式葉片風(fēng)扇組件，包括: 一個風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有一個帶有多個突出的風(fēng)扇葉片的輪轂； 一個再循環(huán)流動元件，該再循環(huán)流動元件總體上在所述風(fēng)扇葉片的外徑的前方附近，所述再循環(huán)元件的內(nèi)徑大于所述風(fēng)扇葉片的外徑；以及 定位在所述再循環(huán)流動元件中的多個曲線導(dǎo)向翼瓣，這些導(dǎo)向翼瓣具有在圓周方向上與所述再循環(huán)元件的一個外部入口直徑的表面總體上成20°或更小的一個引入角、并且具有徑向沿著所述再循環(huán) 流動元件的一個內(nèi)徑表面的總體上為正或負20°的一個輸出角度。
【文檔編號】F01P5/02GK103591047SQ201310480636
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2008年4月15日
【發(fā)明者】J.B.斯塔格, J.W.拜雷 申請人:博格華納公司