开放式叶片发动机冷却风扇护罩导向翼瓣的制作方法

专利名称：开放式叶片发动机冷却风扇护罩导向翼瓣的制作方法技术领域：本发明的领域为风扇组件领域。更具体地说，本发明的领域为开放式叶片风扇组 件领域，特别对汽车发动机冷却应用来说是有用的。背景技术：发动机冷却风扇产生了跨过风扇的静态压力，这样在风扇前面的区域比在风扇后 面的区域处于明显更低的压力。在用于机罩下发动机冷却功能的风扇的实际运行要求在旋 转与静止构件之间最小的间隙，以确保在车辆的整个寿命中安全、持久地运行。跨过风扇所 产生的压力驱动了穿过在这些风扇的叶片尖端或者(如果存在的话)旋转环与护罩的这些 静止表面之间出现的空隙的泄漏流动。在开放式叶片风扇中，这种泄漏流动遇到沿每个叶片的从前缘至后缘的整个尖端 区域的尖端空隙并且进入具有一个非常高的切向速度分量的空隙区域。当这种泄漏流动前 进穿过该空隙区域时，这些风扇叶片尖端的粘滞性拖曳力使这种漩涡流动继续增强直至它 到达该间隙区域的出口，此时该出口是从这些叶片的前缘尖端径向地向外的。这种强涡流 继续向前传播，并且如果未受束缚的话将继续在风扇的上游切向地流动并且径向地向外进 入护罩区域(临近这个风扇组件上游的一个散热器)直至主空气流动运动将它再次捕获并 将它拉回进入风扇通道之中。当再循环的流动重新进入风扇通道时，它具备一个非常高的切向分量，这个切向 分量与通过风扇的引入喷嘴进入风扇通道的主进入流动的速度和方向非常冲突。当这种切 向指向的再循环流动与大部分是轴向的主空气流动相混合时，正好在叶片的前缘的尖端处 之前形成一种涡流。因为这个前缘被设计用于主空气流动的速度条件，所以由叶片所遇到的涡流相对 于想要的引入向量是不重合的。以上所提到的动作导致尖端区域失速并且所产生的低的相 对动量流动倾向于在叶片尖端区域中“拖延”，从而减小流速和静态压力并增加拖曳力并且 由此导致效率损失。令人希望的是提供一种风扇组件，其中可以减小来自循环泄露流动的损失。 发明内容为了使以上提到的希望更清楚，在此给出本发明的披露。在一个优选实施方案中， 本发明的风扇组件具有一个带有多个突出的风扇叶片的轮毂。提供了一个再循环流动元 件，它总体上在这些风扇叶片的外径的前方附近。多个导向翼瓣被定位在该再循环流动元 件之中。这些导向翼瓣具有一个引入角，这个引入角几乎与这个再循环流动元件的一个外 径表面相切。这些导向翼瓣具有一个输出角度，这个输出角度沿着这个再循环流动元件的 一个内径表面几乎是径向的。将通过正如在附图和详细说明中所提供的本发明的回顾来揭示本发明进一步的 特征。图1是根据本发明的一种风扇组件的平行于风扇旋转轴线截取的部分截面视图；图2是图1中所示出的风扇组件的一个元件的后部平面视图，其中为了使展示清 楚将多个风扇叶片去除；图3是与风扇旋转轴线成角度的一个平面的放大截面视图，示出了图1和图2中 所示出的多个导向翼瓣和一个护罩再循环流动元件；图4是图1所示的风扇组件的一个元件的后部平面视图；图5是与图2相似的视图，其中这些导向翼瓣之间的有角度的间距沿着再循环流 动元件的直径而变化；图6是本发明的风扇组件的代替性优选实施方案的与图2相似的视图，这个实施 方案具有多个再循环流动元件导向翼瓣，这些导向翼瓣具有在这些分离的导向翼瓣之间的 圆周的有角度的间距，此间距从导向翼瓣的外径到内径在角度上减小；图7是与图4相似的视图，展示了本发明一个代替性优选实施方案，其中风扇的这 些叶片具有小翼襟和叶尖小翼；图8是图7所示出的风扇组件的轴向截面视图；图9是本发明的代替性优选实施方案的与图1相似的视图，其中风扇组件的再循 环流动元件是在角度上并且从图1所示出的风扇组件中示出的再循环流动元件的位置径 向地向外定位的；图10是图9所示出的风扇组件的再循环流动元件的后部平面图。 具体实施例方式参见图1至图4，本发明的一个开放式叶片风扇组件7具有一个回转轮毂10。多 个风扇叶片12从轮毂10上突出。一个总体上圆柱形的外部护罩14与这些风扇叶片12是 径向间隔开的。一个前部护罩16从外部护罩14上向前延伸。前部护罩16的一部分提供 了一个再循环流动元件18。再循环流动元件18典型地具有成圆锥形的曲线截面，该曲线截 面典型地类似于一个半圆的曲线截面，它带有进入外部护罩14的一个稍微相接的引入部 分。再循环流动元件18的前端形成了用于该风扇组件的一个引入喷嘴19。护罩出口元件 36与来自该风扇叶片的一个后部边缘13的空气流动方向37 —致或者平行。再循环流动元件18典型地是在一个风扇叶片外部径向直径的前部尖端20的前 方附近。这些风扇叶片12具有在它们的前部尖端20与外部护罩14之间的一个径向间隙 或尖端空隙11。尖端空隙11将典型地是在6mm到IOmm的范围中。再循环流动元件18与 叶片12之间将典型地具有在6mm到25mm范围中的一个轴向间隙13。由此，在大部分应用 中，轴向间隙13将以一个比率变化，这个比率是尖端空隙11的5. 2到0. 6。如先前所提到 的，再循环流动元件18典型地具有一个类似于半圆的截面形状，该截面形状具有将典型地 从25mm到50mm变化的直径或主要尺寸。相应地，再循环流动元件18的直径或主要尺寸与 尖端空隙11的比率将在8. 3到2. 5之间。如图1所示出的再循环流动元件18具有一个入 口外径表面15和一个出口内径表面17。在该再循环元件的内径表面17处，再循环流动元 件总体上在轴向方向中突出。多个导向翼瓣22被定位在再循环流动元件18之中。这些导向翼瓣22具有一个 引入角24，这个引入角是从该护罩的再循环流动元件的外径的几乎相切的切向表面测量得 出的。如所示出的，引入角24典型地是20°或更小。导向翼瓣22的输出角度26几乎是 径向的，并且典型地是在再循环流动元件内径表面17的一个位置处径向偏离正或负20°。 这些导向翼瓣22具有一种曲线形状，这个曲线形状典型地是圆锥形的并且(如所示出)是 椭圆的一部分。但是，也可以利用其他曲线形状，例如抛物线或螺旋。优选的是这些导向翼 瓣22的形状是连续曲线的形状。这些导向翼瓣22与前部尖端20之间具有的一个轴向间隙，该轴向间隙从导向翼 瓣22的内径到其外径稍微减小一个量值29。这个尺寸29将典型地小于再循环流动元件 18的直径或主要尺寸的50%。这些导向翼瓣22典型地由一种高分子材料制成并且可以与该护罩的再循环流动 元件18形成一体。这些导向翼瓣的表面28和30典型地是线性挤出的，从而允许用一种简 单的两件式模具来注塑模压制造这些导向翼瓣22，而无需复杂的凸轮、滑动件或者其他机 构。总的导向翼瓣数量可以被限定为一个素数，以便减小不希望的噪音或振动。此外，为了 减小噪音或振动，如图5所示出的一个替代实施方案中所示，可以变化这些给出的导向翼 瓣31、33和35之间的间距。再循环流动元件18的功能是收集从每个叶片尖端的压力侧离开的大部分的再循 环流动，从而允许它继续切向地“进行离心动作”，这样当(从后缘至前缘的整个叶片尖端 上所收集的)结合的泄露流动遇到护罩的这些导向翼瓣22时，结合的泄露流动被配置为沿 着该外部护罩的表面而进入，在此处这些导向翼瓣22的引入角24被设计为将其平滑地捕-M-犾。护罩叶片22的功能是当泄露流动进入该空隙区域时将其平滑地“捕获”(这就是 叶片前缘23在再循环元件18外径表面15附近实质上是切向的原因)并且然后轻轻地将 流动方向从切向旋转到径向和轴向，因此后缘实质上是径向的。以上所提到的动作有效地 将切向分量从再循环流动去除并且与将其再次引入该风扇通道而与进入的主要流动气流 处于正确的对齐。参见图6，在此提供了根据本发明的一个替代性的优选实施方案的导向翼瓣122。 这些导向翼瓣122具有一个裂片130，它通向一个被偏转出的区域134。在再循环流动元件 18的外部切向表面之间的导向翼瓣122的引入角124同先前所描述的引入角24在其度数 范围方面相似。输出角度126在测量方面与先前所描述的用于导向翼瓣22的输出角度26 相似。这些导向翼瓣122具有一个输出圆周角度129，该输出圆周角度从一个引入圆周角 度131缩小了大概二分之一。这个缩小的圆周角度的结果是，被这些邻接的叶片122所捕 获的空气遇到与图1中所示出的实施方案相比在速度方面增加的一种喷嘴型效应。为了甚至进一步提高本发明的风扇组件的效率，本发明配备有一个风扇组件 207(图7和图8)，该风扇组件具有带有多个导向翼瓣222的一个再循环流动元件218。再 循环元件218具有由多个半径Rl和R2所限定的一种复合弧形。一个外部护罩214被圆锥 形地扩大，从而具有偏离轴向方向的从0度到45度变化的一个角度225。另外，风扇组件 207具有多个叶片212，这些叶片额外地具有多个小翼襟213和多个叶尖小翼215。这些小 翼襟213有助于防止对抗风扇叶片212的面的空气在圆周逃逸。叶尖小翼215允许该叶片的迎角与叶片212的其他部分相比沿着其最末端而变化，其作用是提高风扇组件207的性 能。参见图9和图10，在此提供了一个替代性的优选实施方案307的风扇组件。风扇 组件307具有如先前所描述的用于图1所示出的风扇组件7的带多个风扇尖端20的多个风 扇叶片12。此外，风扇组件307具有一个外部护罩314。护罩314具有一个引入区段327， 该引入区段与轴向方向偏离成典型地是在0度至45度的范围中的一个角度325。引入区 段327被接合到再循环流动元件318的其余的部分上。这些导向翼瓣322十分类似于如先 前通过风扇组件7的实施方案所描述的多个导向翼瓣22。然而，再循环流动元件318是成 角度的，这样它的内径出口表面317在尺寸上被径向地间隔在风扇前部尖端20的外部。再 循环流动元件外部半径315由于其倾斜的位置而在再循环流动元件318的径向最高点321 处稍微径向地向内。因此，与图1所示出的再循环流动元件18的内径表面17和外径表面 15不同(它们被叶片前缘20在尺寸上径向地并置)，有效的径向外径315和内径317在尺 寸上都是从前缘尖端20径向地向外的。已经发现这个风扇组件307的实施方案在较低压 力限制的风扇组件应用中是最有用的。因为再循环流动元件内径表面317大于风扇前缘尖 端20的半径，该护罩组件可以从任一方向上与风扇组件的其他部分进行组装，由此导致与 先前所描述的风扇组件7的组装选择相比风扇组件307具有更多的组装选择。本发明的说明在本质上仅仅是示例性的，因此，不背离本发明要旨的多种变体是 旨在处于本发明的范围之内的。这类变体不得被认为是脱离了本发明的精神和范围。权利要求一种开放式叶片风扇组件，包括一个风扇，该风扇具有一个带有多个突出的风扇叶片的轮毂；一个再循环流动元件，该再循环流动元件总体上在所述风扇叶片外径的前方附近；被定位在所述再循环流动元件中的多个导向翼瓣，这些导向翼瓣具有一个引入角并且具有一个输出角度，该引入角几乎与所述再循环流动元件的一个外部入口直径的径向表面相切，并且该输出角度沿着所述再循环流动元件的一个内部出口直径表面几乎是径向的。2.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述引入角是大致20°或更小。3.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述输出角度是大致正或者负径向20°或更4.如权利要求1所述的风扇组件，其中存在素数个所述导向翼瓣。5.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述翼瓣中的至少两个之间的间距不等于所述 导向翼瓣中的另外两个之间的间距。6.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述风扇叶片具有多个小翼襟。7.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述风扇叶片具有多个叶尖小翼。8.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件形成了用于所述风扇组件 的一个引入喷嘴。9.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述导向翼瓣是与所述再循环流动元件整体模 制的。10.如权利要求9所述的风扇组件，其中所述导向翼瓣是由一种高分子材料制成的。11.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述导向翼瓣是模制的并且其中所述导向翼 瓣具有多个线性挤出的表面。12.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述导向翼瓣在从引入到输出之间的空间中 环圆周地有角度地减小。13.如权利要求1所述的风扇组件，其中用于所述风扇组件的一个护罩具有一个出口 元件，该出口元件基本上与从所述风扇叶片尖端的尖端后缘被射出的空气流平行或一致。14.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件被接合到一个总体上呈 圆柱形的外部护罩元件上。15.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件的一个主要尺寸以一个 比率变化，这个比率是所述风扇组件的尖端空隙的大致从8. 3到2. 5。16.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述风扇叶片的轴向间隙以一个比率变化，这 个比率是所述风扇组件的所述尖端空隙的一个尖端空隙的大致5. 2到6。17.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件被接合到一个圆锥形外 部护罩元件上。18.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件与一个外部护罩元件是 成角度的。19.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件的内径在是尺寸上在所 述风扇叶片的径向尖端径向地向外的。20.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述导向翼瓣具有一种曲线形状。21.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述导向翼瓣相对于所述风扇叶片的一个尖端的一个轴向间隙从所述导向翼瓣径向地向外减小。22.如权利要求1所述的风扇组件，其中所述再循环流动元件具有一种复合半径形状。23.—种开放式叶片风扇组件，包括一个风扇，该风扇具有一个带有多个突出的风扇叶片的轮毂；一个再循环流动元件，该再循环流动元件总体上在所述风扇叶片的外径的前方附近， 所述再循环流动元件具有按照所述风扇叶片的外径而在尺寸上径向地并置的外部进入直 径和内部出口直径；以及带有多个线性挤出的表面的多个曲线导向翼瓣，这些导向翼瓣被定位在所述再循环流 动元件中、具有与所述再循环流动元件的一个外径表面相切的总体上为20°或更小的一个 引入角、并且具有径向沿着所述再循环流动元件的一个内径表面的总体上为正或负20°的 一个输出角度。24.一种开放式叶片风扇组件，包括一个风扇，该风扇具有一个带有多个突出的风扇叶片的轮毂；一个再循环流动元件，该再循环流动元件总体上在所述风扇叶片的外径的前方附近， 所述再循环流动元件的内径大于所述风扇叶片的外径；以及定位在所述再循环流动元件中的多个曲线导向翼瓣，这些导向翼瓣具有与所述再循环 流动元件的一个外部入口直径的表面总体上成20°或更小的一个引入角、并且具有径向沿 着所述再循环流动元件的一个内径表面的总体上为正或负20°的一个输出角度。全文摘要在此给出本发明的披露以便清楚地表示以上提到的希望。在此提供了一种风扇组件(7)，这种风扇组件包括带有多个突出的风扇叶片(12)的轮毂(10)。提供了一个再循环流动元件(18)，这个再循环流动元件总体上在这些风扇叶片(12)的外径的前方附近。将多个导向翼瓣(22)定位在这个再循环流动元件(18)之中。这些导向翼瓣(22)具有一个引入角(24)，这个引入角几乎与再循环流动元件(18)的外径表面(15)相切。这些导向翼瓣(22)具有一个输出角度(26)，这个输出角度沿着再循环流动元件(18)的一个内径表面(17)几乎是径向的。文档编号F04D29/44GK101981323SQ200980111156 公开日2011年2月23日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月15日发明者J·B·斯塔格, J·W·拜雷 申请人:博格华纳公司