新型内燃机冷却风扇叶型的制作方法

专利名称

：新型内燃机冷却风扇叶型的制作方法

技术领域

：
本实用新型涉及一种高效率轴流式风扇叶型，特别是一种高效率、低噪音内燃机冷却风扇叶型。
现有内燃机冷却风扇叶型为圆柱面构成。这种叶型其进口结构角度，不适应进口气流速度场，造成气流对叶片进口边缘的冲角损失。同时，这种叶型出口边，亦不能获得正确的气流出口角度，造成出口不合理的速度分布。这种叶型在叶轮旋转时对空气施加以较大的变加速度运动，这将使空气产生较大的压力波动。这种叶型另一严重缺点是叶片的压力面与吸力面之间有较大的压力差，从而产生出口气流旋涡。特别是内燃机冷却系结构布置的特点，使风扇外缘与导风罩的径向间隙较大和出风口有较大的阻风面积，造成较大的二次流损失和空气阻力损失。由于上述原因导致一般内燃机冷却风扇煽风效率较低，噪音较大等弊病。
为了解决上述问题，人们对风扇叶型等作了不少改进，例如苏联专利SUI188－373A，为了减小进口气流冲角损失而采用沿径向进口角逐渐减小的扭曲叶型，但其计算进口角度的前提是假定进口气流为均匀的轴向进入叶片的，实际上内燃机冷却风扇进气气流是一种中部受阻的环形汇流流场分布，因此，这种设计，对内燃机冷却风扇叶片来说不可避免仍有较大的冲角损失；又如德国专利DE3412－916、DE2850－658及日本专利公开特许公报开昭59－105998等，他们对现有叶型作了局部的改进，如DE3412－916，他们提出叶片顶部采用前弯，但未出最合理的前弯导流边的形状与尺寸关系。又如EP－174－437－A提出了叶型是一函数，但其函数是带有36个特殊常数的5次函数，十分复杂，而且他们都未从内燃机冷却风扇的实际流场出发，虽然德国专利DE3447－195A考虑了内燃机风扇出风阻力面的特点，但它是在风扇出风面采用不同形式的导流罩，并未从叶型考虑作出完整的叶型设计。我国第一汽车制造厂和第二汽车厂的汽车发动机冷却风扇，虽然从叶型上考虑避开内燃机正面风阻，采用叶顶后弯造成径向气流，但因风扇出口径向与轴向气流的干扰及强烈的旋流，使风扇效率降低，功率消耗较大。
本实用新型的目的是要提供一种较大幅度提高内燃机冷却风扇效率、减小风扇噪音、降低功率消耗的节省金属材料的新型风扇叶型。
本实用新型由4－6片叶片和带有4－6片离心式后弯叶片的轮毂组成，且叶片与轮毂系由钢板冲压成形后叠合电点焊而成，并无单独轮毂。根据不同的部位及其技术特点，可将本实用新型划分为叶片曲面，叶片顶端前弯导流边，叶片出口导流边、近梯形叶片轮廓及带离心式后弯叶片的轮毂等六个方面。
1.叶片曲面是一复合的二次曲面。这种叶片的特点是当它被一与叶轮旋转轴线同心的圆柱面相切时，在该叶片上的交线展开图是一条二次曲线。即y＝AX2＋BX＋C〔图2〕，在不同直径上方程中的系数与常数不同，其中系数A与B由叶片进出口角度定出，常数C由叶片进口边起始高度定出，而进口角度的大小和沿径向的变化是根据进气速度场和加速度变化规律确定，出口角度的大小和变化规律是考虑内燃机正面风阻分布同时考虑风扇与内燃机匹配时在内燃机最大扭矩转速具有高的煽风效率和较大的风量来确定。
2.叶片径向线由后倾(逆气流方向)逐渐改变成前倾(顺气流方向)。其作用是
(1)增大进气面积，同时进气边后倾适应汇流进气流场，从而增加进气量和煽风量；(2)用以克服叶轮带动空气旋转时在叶片内空气所具有的离心力，从而减小风叶内的空气外流，增加煽风量；3.叶片顶端具有向前弯曲(顺气流方向)的导流边。前弯导流边是一小圆弧与叶片顶端圆滑连接，圆弧顶部的切线与叶轮轴线成45°角度，前弯导流边小圆弧半径为叶轮半径的1／15～1／20，高出叶片为叶轮半径的1／18～1／25。
顶部前弯导流边的作用(1)减小和基本消除叶片顶部空气旋涡损失，由于叶轮旋转时在叶片压力面与吸力面之间有较大的压力差，因此在叶片顶部的气流将从压力面反流至吸力面。叶端向前弯曲后，当叶轮旋转时，叶端空气将具有向叶片内部相对流动的动压力，阻止了这种反向旋流；(2)避免内燃机冷却风扇外缘与导风罩间隙较大所造成的二次流。由于叶片顶部弧线与轴线成45°角度，在叶轮旋转时具有引导叶端外部附近空气进入叶片内部的作用，进一步增加风扇风量，且对导风罩与风扇径向间隙要求不严。
4.叶片出口导流边。在叶片出口边缘带有宽度为叶轮半径的1／30～1／40出口导流边，导流边为一圆弧，它与出口边圆滑过渡。出口导流边圆弧半径为叶轮半径的1／25～1／32，其曲率中心与叶片型面曲率中心反向，圆弧外缘切线与叶轮旋转平面成20°～25°角度。
出口导流边的作用是减小或基本消除叶片出口压力面向吸力面的强烈旋涡流动，使风扇效率提高，噪音降低。
顶部导流边和出口导流边除避免叶顶和叶片出口旋涡流动外，还增加叶片受力最大部位的刚度，减小风扇在高速下的叶片边缘振动，进一步减小金属振动噪音和空气激振噪音，并可减小金属材料厚度。
5.叶片是一从内径向外径逐渐变宽且向内凹的近似梯形，外径处叶宽为内径处叶宽的1.1～1.2倍。用以增大靠近外径环面的风量和增大叶端的吸风量。为增加出口气流的稳定性，叶片出口边为一略微外凸的弧形，即梯形叶片的出口边是向外弯曲的、叶片内凹的目的用以克服叶片工作面上空气因被压缩而外溢的趋势，并使空气进入叶片后和离开叶片时气流有良好的稳定性，叶片圆滑内凹，其最低部位在距叶顶1／4～1／5叶轮半径位置，使风扇煽风主流由此区域流出，不致正面冲击内燃机，从而使通过散热器的实际风量增加。
6.风扇轮毂处带有4～6片离心式后弯叶片，冲压成形，叶片高为叶轮半径的1／20／1／30，叶片出口边在相邻风扇叶片夹角的平分线上，此部分的作用是利用风扇轮毂的煽风作用，增加风扇中心部分的风流量，有利于散热器各处风速的均布，同时，因径向叶片在旋转时使中部空气径向流入风扇叶片工作面，造成风扇出口气流外移，避开风扇皮带轮，增加实际风量。
本实用新型的主要特点是1.叶片进口构造角度大小及沿径向的变化规律根据环形汇流进气速度场与加速度变化规律进行计算与设计的；2.叶片是一复合曲面，基本型线是一等加速度曲线，叶片的外形是一内凹的扭曲的梯形；
3.叶片顶部带有顺气流方向弯曲的导流边，〔1〕；4.叶片出口边缘带有一定弧形的导流边〔2〕；5.风扇轮毂处带有离心式后弯叶片〔3〕；6.靠风扇轮毂处的叶型按环形汇流与环形源流合成的速度场设计；7.其叶型所构成的风扇叶片，刚度较大，可使用较薄的金属材料，风扇重量较轻。
8.风扇为钢板冲压成形叠合电点焊而成，无单独轮毂，工艺简单。
本实用新型与现有内燃机冷却风扇相比，煽风效率可提高20％左右，噪音可降低3～5分贝，节约金属材料20％以上，导风罩与风扇的径向间隙允许较大等优点。
该新型内燃机冷却风扇叶型适用范围较广，除用于各种叶轮直径的内燃机冷却风扇外，还可用于各种尺寸的通风机、空调机、制冷机及电机、电器冷却风扇以及吊扇等。
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细叙述

图1是本实用新型一种叶轮直为380毫米的内燃机冷却风扇正向视图。
图2是表示本实用新型基本叶型曲线与出口导流边形状。
风扇叶型是由二次曲线所组成的复合曲面，它在不同半径处的二次曲线函数及曲线变化范围如下叶轮半径叶片基本型线X变化范围(度)R＝70毫米 y70＝0.00446X2＋0.749X－38°～40°R＝90毫米 y90＝0.00743X2＋0.953X－30°～31°R＝110毫米 y110＝0.0112X2＋1.158X－25°～25°
叶轮半径叶片基本型线X变化范围(度)R＝130毫米 y130＝0.0153X2＋1.352X－21°～21°R＝150毫米 y150＝0.0201X2＋1.55X－18°～13°30′R＝170毫米 y170＝0.0258X2＋1.74X－17°～17°30′R＝190毫米 y190＝0.0319X2＋1.887X－15°～15°上述方程组合所构成的叶型，其进口边缘至出口边缘的径向线由后倾(逆气流方向倾斜)，逐渐变成前倾(顺气流方向倾斜)，且径向线为一曲线，这种叶型外形为内凹的扭曲的近似梯形。
出口导流边为R6毫米的圆弧，其圆弧曲率中心与基本叶型曲率中心反向，出口导流边各边缘点的切线与垂直轴平面成25°角度(
图1、图2)。
图3表示叶片径向线由后倾逐渐前倾的趋势和叶端前弯导流边凸起高度。
叶端前弯导流边的形状为一R12毫米的圆弧，圆弧外缘其切线与旋转轴线成45°角度，前弯导流边高度为9毫米。
叶轮轮毂处带有4片径向后弯叶片，后弯叶片高为7毫米出口处其切线与径向线成30°角度(
图1)。
风扇由四片组成，叶片材料为1.2毫米08钢板，两叶片一体冲压成形，由两体用电点焊结合成风扇整体，风扇总重750克。

权利要求

1.一种新型内燃机冷却风扇叶型，其特征在于叶片的基本叶型为y=AX2+BX+C方程组合的复合曲面，叶型的叶端有一与叶片端部园滑连接的园弧状前弯导流边，出口边带有与叶片园滑连接的园弧状导流边，叶型从进口边至出口边的径向连线由后倾(逆气流方向倾斜)逐渐前倾(顺气流方向倾斜)，叶片为园滑内凹的扭曲的进似梯形，外径处叶宽为内径处叶宽的1.1～1.2倍，梯形叶片的出口边是向外弯曲的，叶片的内凹最低位置在距叶顶1/4～1/5叶轮半径位置。
2.根据权利要求1所述的新型内燃机冷却风扇叶型，其特征在于前弯导流边园弧半径为叶轮半径的1／15～1／20，园弧的外缘切线与叶轮成45°角，前弯导流边高为叶轮半径的1／18～1／25。
3.根据权利要求1或2所述的新型内燃机冷却风扇叶型，其特征在于出口园弧状导流边园弧半径为叶轮半径的1／25～1／32，曲率中心位置与叶片型面曲率位置反向，园弧外缘切线与叶轮旋转平面成20°～25°角，出口导流边宽为叶轮半径的1／30～1／40。