CN104302928A - 具有向心导向的定子轮叶的轴流冷却风扇 - Google Patents

Abstract

一种发电机***，所述发电机***包含发动机以及由所述发动机驱动以产生电力的交流发电机。散热器连接到所述发动机上并且轴流风扇朝向所述散热器导引空气以冷却所述散热器。多个静态轮叶定位在所述轴流风扇与所述散热器之间。所述静态轮叶各自包含内端以及外端，所述静态轮叶的所述内端接合在一起。所述静态轮叶在与旋转轴正交的平面上弯曲从而朝向所述轴导引所述空气，由此平衡离心力。所述静态轮叶可以被扭转，节距角从在轮毂处的0度增加到在端部处的约45度。另外，每一静态轮叶经由轴向延伸的第三部件附接到护罩上，由此允许在护罩与静态轮叶之间的轴向偏移。

Description

具有向心导向的定子轮叶的轴流冷却风扇

优先权申明

本申请案主张在2012年4月26日提交的标题为“DISPOSITIF DEREFROIDISSEMENT COMPRENANT UN VENTILATEUR AXIAL A REDRESSEMENTDE FLUX CENTRIPETE ET GROUPE ELECTROGENE CORRESPONDENT”的第1253889号法国专利申请案的优先权，并且所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及包含静态轮叶的风扇式冷却***。所述风扇式冷却***可以在冷却热机的领域(例如，当它们整合至发电设备中时)中使用。

背景技术

具有一个或多个风扇的冷却***通常用于冷却发动机以及发电***(有时被称为“发电机”或“发电设备”)。例如，风扇可以冷却发动机的散热器。发动机可以是发电***的一部分。用于均匀地冷却发动机或发电***的组件(例如，散热器)的冷却***可以适用于有效地冷却并且操作发电***。

附图说明

参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。在附图中，相同的参考标号贯穿不同的视图指代相对应的零件。

图1示出具有轴流风扇的实例冷却***以及通过冷却***的流体流速分布。

图2示出布置在图1的轴流风扇下游的散热器的实例中心区。

图3示出位于图1的轴流风扇下游的散热器出口处的实例空气流速测量表。

图4示出用于发电设备的冷却***的某些元件的实例。

图5示出具有静态轮叶的冷却***的实例。

图6示出具有静态轮叶的冷却***的实例。

图7A示出冷却***的静态轮叶的实例正视图。

图7B示出冷却***的静态轮叶的实例后视图。

图7C示出冷却***的静态轮叶的实例右视图。

图7D示出图7B中示出的静态轮叶的实例截面A-A的视图。

图7E示出围绕图7B中示出的静态轮叶的环形的实例截面B-B的视图。

图7F示出图7D中示出的静态轮叶的实例截面D-D的视图。

图7G示出冷却***的静态轮叶的实例透视图。

图7H示出冷却***的静态轮叶的实例透视图。

图7I示出静态轮叶的实例侧视图以及冷却风扇***中的静态轮叶的截面图。

图8示出沿着静态轮叶的整个长度具有零节距角的实例静态轮叶。

图9示出用于图8中示出的静态轮叶配置的散热器出口处的气流的实例流速测量表。

图10示出在具有以及不具有静态轮叶的情况下从散热器采集的实例温度读数的比较表。

图11示出具有静态轮叶和轴流风扇的实例冷却***以及通过冷却***的流体流速分布。

图12示出包含围绕轴流风扇和散热器的护罩的实例冷却***。

图13示出具有包含在护罩内的静态轮叶的实例冷却***。

图14示出具有围绕轴流风扇形成并且在入口处具有文丘里形状的外圈的实例冷却***。

图15示出与操作轴流风扇相关联的实例空气动力效应。

图16图示与操作邻近于静态轮叶的轴流风扇相关联的实例空气动力效应。

图17图示与操作邻近于静态轮叶的轴流风扇相关联的实例向心空气动力效应。

图18示出包含圆盘的实例加固部件。

图19示出包含锥体的实例加固部件。

图20示出包含具有弯曲表面的锥体的实例加固部件。

图21示出在冷却***中使用的图18的静态轮叶和圆盘配置。

图22示出在冷却***中使用的图20的静态轮叶和锥体配置。

图23示出用于静态轮叶和外圈的实例配置。

具体实施方式

发动机以及发电***可以包含操作用于冷却发动机或发电***的一个或多个组件(例如散热器、交流发电机或发动机组件)的冷却***。冷却***可以包含可以驱动冷却流体朝向待冷却的发电组件的一个或多个轴流或螺旋风扇(被称为“轴流风扇”或“风扇”)。尽管以下描述可以参考用于发电***的冷却***，但是应理解这些冷却***还可以在其它应用中与发动机一起使用。

图1示出具有轴流风扇1的实例冷却***100，以及在冷却***100内的空气流速的分布。图2示出布置在图1的轴流风扇下游的散热器的实例中心区。

轴流风扇1可以根据轴流风扇旋转的轴(例如，图4和5中的轴23)、平行于所述轴或另外沿着所述轴或在其它方向上驱动冷却空气。

轴流风扇1可以通过设定成旋转螺旋桨来操作，螺旋桨可以包含移动式叶片9(见图4和5)。螺旋桨以及移动式叶片9的旋转可以使朝向人们希望冷却的设备(例如，散热器3)轴向地驱动冷却空气成为可能。轴流风扇1可以使用任何类型的冷却流体操作或驱动任何类型的冷却流体，包含可压缩的流体、气体或环境空气。轴流风扇可以使将冷却空气吹向待冷却的设备成为可能。

轴流风扇1的空气流动可以在通风喷嘴2中实施。轴流风扇1可以定位在通风喷嘴2中，邻近于通风喷嘴2或与通风喷嘴2连通。通风喷嘴2可以导向、导引或以其它方式允许冷却空气朝向待冷却的设备流动。为了简单起见，通过冷却***100以及轴流风扇1冷却的设备可以是并且可以被称为散热器3。然而，冷却***100还可以或可替代地用于冷却各种其它组件，例如交流发电机、发动机组件或发电***的其它组件。

在操作时，风扇1的移动式叶片9可以开始旋转并且卷入或吸入冷却流体(例如，空气)。接着，空气可以通过风扇1经由通风喷嘴2被传输或导引到人们希望冷却的设备上，例如，散热器3。仅具有轴流风扇的冷却***100可能不是用于冷却散热器3的理想***。在一些仅具有轴流风扇的***中，在风扇1操作时，其移动式叶片9可以开始旋转并且倾向于作用在大部分冷却流体上以驱动冷却流体旋转。冷却流体的这种旋转可能降低移动式叶片9相对于流体的相对速度，这可能导致轴流风扇1的输出和效率降低。

此外，可能存在与风扇1的移动式叶片9的旋转相关的离心效应，这可能增加在轴流风扇1的外边缘上的空气流动、速度以及压力。相反，靠近轴流风扇1的中心可能产生低压区。在仅使用轴流风扇冷却的发电***的操作期间，散热器3的中心区域处的温度可能升高，这可能部分地归因于通过散热器3的空气的再循环。空气可能通过散热器3再循环部分地是由于轴流风扇因旋转速度导致在冷却空气上可能不仅产生轴向效应，而且还产生离心效应。这种离心效应可能造成轴向叶片的外部区域上的压力增加。

相反，在风扇1的内边缘或中心处或在风扇的传送区处可能产生低压区。因此，在移动式叶片9的旋转期间，在空气移动的方向5上在风扇1下游可能形成惰性锥形区4。此惰性锥形区4可以是“死”区，此处冷却流体的压力以及通风流很低，或甚至为零。

图1中示出的惰性锥形区4是使用CFD(计算机流体动力学)计算产生，并且示出通过轴流风扇1产生的冷却空气流速的分布。

惰性锥形区4的底部可以位于风扇1的移动式叶片9的底部处。惰性锥形区4的顶部可以大体上与风扇分离。惰性区4的大小将部分地取决于轴流风扇1的特征和尺寸。在此惰性锥形区4中，空气流速可以极慢，或实际上为零。

在某些情况下，在惰性锥形区4中的气流可以甚至为负。通过散热器3后面的充气室产生的背压可以足以产生朝向低压区的不需要的空气回流。例如，若冷却散热器3下游的压力大于此死区的压力，则可能发生再循环现象。在这些情况下，位于散热器3下游的热气可能回传到惰性锥形区4的死区中，这可能导致冷却***100内散热器3的有效性损失。此热气可以不断地与冷却空气混合，导致降低的冷却***效率。

图3示出用于仅具有轴流风扇的冷却***的散热器出口处的空气流速的实例测量表。气流的测量通过站立在空气出口充气室中的技术员使用手持式风速仪来完成，充气室前面板打开使得不存在由于充气室的背压。

图3中的表图示在散热器3的中心区域6中缺乏冷却空气流动。在此中心区域6中冷却空气的流速可能甚至为负。

由于惰性锥形区4，仅通过轴流风扇1冷却的散热器3可以在除位于惰性锥形区4的中心区6以外的其整个表面上方接收通过轴流风扇1产生的气流。在这些冷却***中，散热器3的整个表面被不均匀地冷却，由此导致低效的热交换。这种低效率可能导致需要过大的冷却***100，和/或需要降低发电***的输出从而降低温度。

为了解决此问题，在一些***中，散热器3(或寻求冷却的设备)可以与风扇1分离更大的距离，使得惰性锥形区4不重叠散热器3的任何部分。通过将散热器3放置足够远离风扇，散热器3可以免受惰性锥形区4的影响。

然而，此类解决方案可能损害***的紧凑性并且可能导致装置的尺寸的不可接受的增加。一些发电机组中可能出现这种情况，其中热机可以通过与一个或多个轴流风扇相关联的一个或多个冷却散热器冷却，并且必须响应于苛刻的大小约束。

一个***可以包含用于电风扇的空气导管，具有在与可移动轮叶同轴的外圈部件与内圈部件之间延伸的移动叶片以及互连元件。此类互连元件可以使气流朝向轴向方向偏转。因此，气流可以置于预期的方向中以穿过散热器，这可以促使空气穿入散热器芯子中。所述效果可以类似于涡轮机或涡轮螺旋桨发动机中的固定叶片或反向旋转的使用效果。然而，此类***可能无法补偿靠近轴流风扇的中心形成的死区。

图4示出用于发电***的冷却***100的实例，示出轴流风扇1并且隐藏静态轮叶7。图5示出的冷却***具有同时示出的轴流风扇1以及静态轮叶7(也被称作“定子轮叶”、“静态叶片”、“定子叶片”或“鳍片”)。图6示出的冷却***具有示出的静态轮叶7以及隐藏的轴流风扇1。图4到6中的冷却***可以操作以减小或消除仅通过轴流风扇1产生的惰性锥形区4。

发电***(或发电设备)可以是能够使用热机产生电能的独立装置。除冷却***之外，发电设备可以包含热机以及连接到热机上的交流发电机。交流发电机可以经配置以将从热机接收到的机械能转化成电能。发电***可以用于以下任一者或使以下任一者成为可能：克服公用电网的断电，或为区中不可以使用公用电网的电气装置供电。

发电设备可以包含框架，热机可以安装在所述框架上。为了能够将从热机接收到的能量转化成电能，交流发电机可以安装在框架上并且连接到热机上。控制和连接盒可以连接到交流发电机上并且在框架中可以存在至少一个空气入口以供给热机。

在操作期间，热机的温度可能升高，因此在发电设备中提供合适的冷却***，从而将其温度维持在可接受的范围内以保持正确操作可能很重要。此类冷却***还可以使防止发动机和发电设备的其它组件的劣化成为可能，所述劣化可能由与发电***的组件所产生的热量相关的温度升高引起。

冷却***100可以包含散热器3，通过散热器3循环待冷却的流体(机体的冷却水、增压空气、油、燃料等)。在一些其它***中，冷却***100可以与散热器3单独地或独立地存在。

冷却***100还可以包括可以将空气吹过散热器3的轴流风扇1。来自此轴流风扇1的气流可以形成于通风喷嘴2中，通风喷嘴2可以充当用于散热器3的歧管。

为了将发电设备的操作温度维持在可接受的范围内以及维持良好的气流输出，若轴流风扇1尽可能有效地操作则可以很有益。轴流风扇1可以旋转并且驱动冷却流体(例如，冷却空气)通过通风喷嘴2至散热器3。

冷却***100可以包含一组静态轮叶7，所述静态轮叶可以使由轴流风扇1产生的气流更有效的分布。静态轮叶7可以定位成面向移动的轴流风扇1。静态轮叶7可以位于通风喷嘴2中，并且可以形成对转式***，防止通过风扇1的移动式叶片9的气流旋转。通过阻断气流旋转，可以相对于空气改进风扇1的叶片的相对速度，由此恢复轴流风扇的一些效率。

冷却***100还可以在不显著增加冷却***100的整体大小的情况下减少位于轴流风扇1下游的惰性锥形区4的不良影响。冷却***100的实施还可以是可靠且便宜的。冷却***100还可以降低冷却***的声级。

冷却***可以包含至少一个轴流风扇1，轴流风扇1包括一个、两个或更多个旋转中的移动式叶片9。轴流风扇1以及移动式叶片9可以产生气流，所述气流穿过通风喷嘴2，朝向待冷却的元件，例如散热器3。

冷却***100还可以包括布置成与移动式叶片9邻近、相对、或靠近的一个，两个或多个静态轮叶7。静态轮叶7可以(例如)定位成靠近通风喷嘴2，与通风喷嘴2一起或在通风喷嘴2之中，或定位在各种其它位置。例如，静态轮叶7可以要么直接要么通过另一组件(例如，外圈30)安装到通风喷嘴2上。静态轮叶7可以在其远端处与外圈30连接，外圈30可以是直径大于所述轴流风扇的直径的实质上环形的部件。环形的外圈30可以在轴流风扇1上游延伸的部分处具有锥形或喇叭形，以便在进入风扇1的冷却空气上产生文丘里效应。此形状可以有助于风扇的效率。可能存在其它变化形式。

静态轮叶7可以使抵制由风扇1的移动式叶片9的驱动效应造成的气流旋转成为可能。静态轮叶7相对于冷却流体移动的方向5在风扇1下游(例如，在通风喷嘴2中)的存在可以使增加风扇1的输出并且更均匀地冷却散热器3成为可能。

静态轮叶7可以与轴流风扇1的叶片9相对。为了改变全部或一部分静态轮叶7相对于气流方向的倾角，静态轮叶7可以是可调节的。

在许多***中，与风扇叶片9相反，静态轮叶7可以固定地旋转。在其它***中，静态轮叶7可以是可调节的或可绕枢轴旋转的，(例如)从而改变全部或一部分叶片相对于流体移动的方向的倾角。

静态轮叶7可以采用各种形式，并且能够将由风扇1产生的气流从简单气流调节到更复杂的气流。

静态轮叶7可以是弯曲的或呈弯曲形状的。静态轮叶7可以具有包含在实质上垂直于移动式叶片9的旋转轴的平面中的曲度。垂直于移动式叶片9的旋转轴的平面可以被称为旋转平面。

静态轮叶7可以在由风扇1的移动式叶片9产生的气流上产生向心效应。轴流风扇1可以在绕旋转轴的方向8上旋转，由此在朝向散热器3的旋转方向上导引冷却流体。静态轮叶7的曲度可以操作用于在朝向移动式叶片9的旋转轴23的方向上导引、定向或另外倾向于朝向位于风扇1下游的中心区域6传回冷却流体的一部分。通过朝向移动式叶片9的旋转轴23导引气流的一部分，静态轮叶7可以减小或防止先前所描述的惰性锥形区4的形成。

静态轮叶7可以呈简单形状，并且因此是便宜的。它们可以使将气流的一部分朝向风扇1下游的中心区域定向成为可能。

另外地或替代地，静态轮叶7可以沿着静态轮叶7的长度具有均一的或不同的节距角。节距角可以是由螺旋桨的叶片的弦与螺旋桨的旋转轴形成的角。倾斜静态轮叶7的外端可以使由风扇1在静态轮叶任一侧上产生的气压的优化分布成为可能。倾斜静态轮叶7的外端还可以防止在静态轮叶7后方形成低压区。它还可以使减少因静态轮叶7移动风扇1的移动式叶片9而产生的噪声成为可能。

静态叶片7可以在沿着静态叶片7的长度的一些点处具有相对于旋转轴的非零节距角。例如，静态轮叶7可以在其远端处或外端处具有相对所述旋转轴的非零节距角。在一些实例中，静态轮叶7可以具有接近或实质上等于45°的节距角。倾角可以使优化静态轮叶上游和下游的压力的分布成为可能，由此防止空化效应。还可以采用节距角的其它值，并且其它值可以取决于静态轮叶7的形状以及施加于冷却***100上的操作约束。在一些冷却***100中，用于此节距角的最优值可以(例如)经由CFD计算或由在性能测试期间的微调确定。

另外地或替代地，一部分或整个静态轮叶7可以扭转。例如，静态轮叶7可以具有在一点处或在静态轮叶的部分长度或整个长度上可以突然或逐渐改变的节距角。在一些冷却***100中，静态轮叶7可以在整个长度上旋转，其方式为使得改进流体压力。这种改进的流体压力可以改进散热器3的表面上的气流。在一些***中，静态轮叶7可以小于完整的半圈旋转。此类扭转可以是从静态轮叶7的中心朝向其外端渐进的并且增加的。作为一实例，静态轮叶7可以在内端处具有零度节距角，在外端处具有45度节距角，并且从内端到外端沿着静态轮叶7的长度从零度移动到45度逐渐改变节距角。

冷却***100可以包含任何数目的静态轮叶7。在一些发电***中，冷却***100可以包含N个数目的静态轮叶7，例如七个静态轮叶。静态轮叶7的数目N可以不同于风扇1的移动式叶片9的数目P。具有与移动式叶片9的数目P相比不同数目N的静态轮叶7可以防止由在静态轮叶7前方的每一移动式叶片9的通路处产生的声压波的叠加产生的噪声。在一些***中，数目N与数目P可以是互质数。

在一些冷却***100中，冷却***100中的静态轮叶7的数目N和风扇1的移动式叶片9的数目P是两个质数。静态轮叶7和叶片9的这些不同的数目可以减少产生噪声的共振现象。例如，在具有九个移动式叶片9的风扇1的情况下，可以在通风喷嘴2中布置七个静态轮叶7。当然可能有静态轮叶7和移动式叶片9的其它数目的组合。在其它***中，数目N和数目P可以相同。

在一些发电***中，冷却***100的静态轮叶7可以是相同的并且彼此等距离的。具有相同的并且等距离的静态轮叶7的***使在风扇1的整个区域上方获得均质调节的气流成为可能。在其它***中，静态轮叶7可以是不相同的或彼此不等距的。

在一些发电***中，待冷却的元件可以是热机冷却***的散热器3。一些热机冷却***可以配备有一个或多个冷却散热器，所述冷却散热器可以使用环境空气来冷却在散热器中循环的各种流体(机体的冷却水、增压空气、油、燃料等)。散热器3的冷却可以经由通过一个或多个轴流风扇将冷却空气吹过散热器3而产生的气流来实施。在这些类型的冷却***100中，冷却***100的空间和/或大小约束会很重要。

冷却***100可以在不需要较大空间或大小的情况下解决均匀冷却的问题。可以选择在通风喷嘴2中形成和/或安装的静态轮叶7的形状，其方式使得将通过旋转中的叶片移动的气流从风扇1朝向相对应的中心区域(即，惰性锥形区4)传回。因此，在不需要与散热器3的额外间距的情况下可以减轻或消除此惰性锥形区的影响。更确切地说，在一些形式的冷却***100中，静态轮叶7可以具有弯曲的形状，其能调节由轴流风扇1产生的气流，从而经由向心效应将气流的一部分传回到中心区域6。

在风扇1的移动式叶片9的对面存在静态轮叶7可以使抵消由风扇1的移动式叶片9产生的气流旋转成为可能。静态轮叶7的弯曲形状可以使经由向心效应将气流朝向风扇1的旋转轴传回并且避免在风扇1的下游形成惰性锥形区4成为可能。静态轮叶7的弯曲形状还可以使维持中心区域6中的压力成为可能，使得风扇1能够充分地向中心区域6供应冷却空气并且防止任何热气穿过散热器3的中心传回。最后，在静态轮叶7的外端处大约45°的倾角可以使指向散热器3的更有效的气流分布成为可能，并且防止在不存在倾角时可能在静态轮叶7下游形成的真空区的形成。在静态轮叶7的外端处的倾角还可以使减少因风扇1的移动式叶片9在静态轮叶7的前方通过而产生的噪声成为可能。

静态轮叶7的远端相对于旋转轴或平面的节距角的值可以在逐情况分析的基础上进行调适，例如，经由CFD计算。节距角的值可以经确定从而尽可能地减少真空区的出现和/或所产生的噪声。此类调适还可以考虑静态轮叶的形状。

静态轮叶7可以由任何合适用于考虑之中的类型的冷却流体的材料制成。在环境空气的情况下，静态轮叶7可以由金属或可能由塑料制成从而降低成本。静态轮叶7中的一些或全部可以由可以附接到通风喷嘴2上的塑料制成。通过从单个块体中形成包含通风喷嘴2以及静态轮叶7的装置可以进一步降低制造成本。可能存在其它变化形式。

图7A到7I示出静态轮叶7的可能尺寸和形状的实例。发电机***可以包含发动机以及由发动机驱动以产生电力的交流发电机。散热器3可以连接到发动机上并且轴流风扇1可以朝向散热器3导引空气或另一流体以冷却散热器3。一个或多个静态轮叶7可以位于轴流风扇1与散热器3之间。

静态轮叶7可以包含内端20和外端21。静态轮叶7的内端20可以接合在一起。

例如，静态轮叶7中的每一者的内端20可以沿着边缘22(或小管的外表面)接合在一起。在其它实例形式中，静态轮叶7可以在单个点处接合到一起。例如，静态轮叶7可以由单个塑料模制形成，其中静态轮叶7中的每一者在中心点处相接。在这些实例的一些中，静态轮叶7可以不具有实质上沿着轴流风扇1的旋转轴阻断或阻止气流的轮毂或中央接合部件。可能存在其它变化形式。

轴流风扇1可以围绕轴23旋转。静态轮叶7可以定位成与轴流风扇1紧挨、邻近或相对。静态轮叶7可以从静态轮叶7的内端20延伸一段长度到静态轮叶7的外端21。所述长度可以是直线的，或可以在垂直于轴23并且大体上平行于旋转平面的方向上遵循弯曲的或卷绕的路径。例如，静态轮叶7可以经弯曲以将流体从轴流风扇1朝向轴23导引。作为一实例，静态轮叶7可以从每一静态轮叶7的内端20到外端21呈弧形的或非线性的。

在一些形式中，静态轮叶7可以包含沿着每一静态轮叶7的长度的表面。作为一实例，静态轮叶7的表面可以沿着静态轮叶7的长度的至少一部分具有相对于轴23的零节距角。图8图示其中静态轮叶7沿着静态轮叶7的整个长度具有相对于轴23的零节距角的实例。

图9图示用于图8中示出的静态轮叶7配置的散热器3出口处的气流的流速测量表。图9中图示的结果指示具有使用如图8中所示的静态轮叶8的冷却***可以在中心区域6中形成改进的空气流速，以及因此提高对于散热器3以及***的冷却能力。与图3中图示的结果相比，图9中图示的结果指示具有静态轮叶的冷却***的平均气流类似于不具有静态轮叶的冷却***的平均气流，但是具有静态轮叶的冷却***中的气流分布显著改进。

图10示出在不具有以及具有图8中示出的静态轮叶7的情况下从散热器3采集的温度读数的比较表。所述比较表图示利用图8中示出的静态轮叶7可以显著降低散热器3的中心区域6处的温度。

使用原型以形成图10中的表。

在一些形式中，静态轮叶7可以扭转。作为一实例，静态轮叶7中的每一者可以在内端20处具有零节距角并且在外端21处具有非零节距角，沿着从内端20到外端21的静态轮叶7的长度具有变化的节距角。

利用扭转的静态轮叶7可以增加静态轮叶7后方的气流以及空气分布。因此，扭转的静态轮叶7可以改进冷却***100的效率。另外，扭转的静态轮叶7可以减少可能由轴流风扇1的叶片在静态轮叶7前方移动形成的压力波所形成的噪声。

静态轮叶7可以从静态轮叶7的内端20到静态轮叶7的外端21具有均匀的宽度。构想出其它形式的静态轮叶7，其中从静态轮叶7的内端20到静态轮叶7的外端21，静态轮叶的宽度发生变化。

静态轮叶7可以具有不同的截面形状。例如，静态轮叶7可以具有不对称的截面。作为一实例，静态轮叶7可以具有不同形状的下表面31以及上表面32。在一些形式中，静态轮叶7可以具有类似于飞机机翼的轮廓。在其它实例中，静态轮叶7可以具有其它截面形状，例如矩形的、三角形的、弯曲的、圆形的或各种其它形状。

静态轮叶7中的一者或多者可以与外圈30或通风喷嘴2连接。例如，静态轮叶7中的每一者的外端21可以接合到外圈30上。外圈30的整体大小和形状可以部分地取决于(i)轴流风扇1的大小；(ii)通风喷嘴2的形状；以及(iii)静态轮叶7的大小和形状(在其它因素当中)。

在一些发电机***中，静态轮叶7可以通过或使用支柱、附接件或其它部件40附接到外圈30或通风喷嘴2上。例如，静态轮叶7可以包含具有部件40的外端21。静态轮叶7的部件40可以附接到外圈30或通风喷嘴2上。部件40可以靠近静态轮叶7的外端21附接或直接附接到外端21上，或附接到静态轮叶7的另一部分上。

在一些实例中，部件40朝向发动机延伸。作为一实例，部件40可以在平行于轴流风扇1的纵向轴线23的方向上延伸。部件40可以与(i)外圈30或通风喷嘴2；和/或(ii)对应的静态轮叶7(部件40附接到外圈30或通风喷嘴2上)一体地形成。每一部件40的整体大小和形状可以部分地取决于(i)外圈30的大小和形状；(ii)通风喷嘴2的形状；以及(iii)静态轮叶7的大小和形状(在其它因素当中)。

在一些形式中，轴流风扇1可以至少部分地在外圈30的内部。例如，外圈30可以部分地或完全地沿着轴流风扇1的旋转平面定位，使得轴流风扇1在外圈30内旋转。在此实例中，部件40可以用来使静态轮叶7从轴流风扇1偏移，使得静态轮叶7刚好放置在旋转的轴流风扇1的前方或后方。沿着轴流风扇1的旋转平面定位的外圈30的使用可以将静态轮叶7所需的空间最小化，同时还使冷却***100的效率最大化。在其它实例中，外圈30可以定位在轴流风扇以及旋转平面的前方、后方或另外从轴流风扇以及旋转平面偏移。轴流风扇1在外圈30内部的角度可以部分地取决于发电机冷却***的整体设计。

外圈30的中心可以沿着轴流风扇1的纵向轴线23放置。在其它实例形式中，外圈30的中心可以从轴流风扇1的纵向轴线23偏移。

静态轮叶7可以在静态轮叶7的内端20处具有零节距角并且在静态轮叶7的外端21处具有非零节距角，其中静态轮叶7形成为具有各自对应的部件40。在静态轮叶7的外端21处的节距角的角度可以部分地确定部件40的整体大小和形状。

外圈30可以是具有均匀宽度和厚度的圈。构想出其它形式的外圈30，其中围绕外圈30的长度，外圈的宽度和/或厚度发生变化。外圈30可以(例如，通过塑料模制过程)形成为具有静态轮叶7，或可以形成为独立于静态轮叶7。在另外的其它形式中，外圈30可以不是圈而是具有非圆形的形状。

外圈30可以附接有通风喷嘴2。例如，在一些冷却***100中，通风喷嘴2可以是箱形或矩形的，并且可以包含开口，来自冷却***的流体可以通过所述开口流向散热器3。在这些***中的一些***中，静态轮叶7可以附接到外圈30上，外圈30可以配适在通风喷嘴2中的开口。外圈30可以例如通过焊接、螺栓、螺钉、钉子、胶水、模制过程等各种方式或以各种其它方式附接到通风喷嘴上。通风喷嘴2的开口以及外圈30的形状可以对应于彼此，并且可以是各种形状，例如圆形、矩形、椭圆形或各种其它形状。在另外的其它***中，静态轮叶可以与通风喷嘴2直接连接，或通过一些其它组件或装置与通风喷嘴2连接。可能存在其它变化形式。

图11示出通过具有静态轮叶7和轴流风扇1的冷却***的流体流速分布。布置在通风喷嘴2中的静态轮叶7可以使向中心区6供应空气成为可能，并且可以用于消除惰性锥形区4。在此实例中，引入到通风喷嘴2中的静态轮叶7可以具有弯曲的条带形状，在其整个长度上垂直于风扇1的移动式叶片9的旋转平面。在一些***中，静态轮叶7在其远端处具有与旋转轴成零度的节距角。在这些***中的一些***中，可以在静态轮叶7后方形成某些低压区10(空化现象)。然而，这些低压区10可以是可接受的、和/或可以通过将静态轮叶7的远端倾斜到非零节距角来消除或减小。

根据空化区10的形状和宽度，静态轮叶7可以在外端21处相对于旋转轴倾斜大约45°。此节距角可以具有递减值，从在静态轮叶7的外端21处的大约45°递减到在静态轮叶7的内端20处的0°。从中心朝向周边的轮叶的倾角的此类变化可以使空化区10的递减形状变细成为可能。

这些空化区10的变细可以通过修改静态轮叶7的形状从而赋予它们更复杂的空气动力轮廓来突出。可以考虑静态轮叶7具有含不对称截面的轮廓，即，它们具有不同形状的下表面和上表面。

可以相对于本文中所呈现的实例来优化静态轮叶7的形状、数目和倾角，其方式使得优化冷却***100的输出。具体来说，静态轮叶7可以具有更复杂的形状。静态轮叶7还可以具有相对简单的形状。静态轮叶7的简单形状可以使散热器3的中心区域6中的温度降低3℃同时仍然将散热器3与风扇1维持在仅10cm到15cm的距离。可能存在其它变化形式。

图12示出包含围绕轴流风扇1和散热器3的通风喷嘴2的实例冷却***100。图13示出图12的冷却***100，其中静态轮叶7已经添加到冷却***100上位于通风喷嘴2内。静态轮叶7可以附接到外圈30上使得外圈30可以例如通过焊接、螺栓、螺钉、钉子、胶水、模制过程等各种方式或以各种其它方式附接到通风喷嘴2上。

图14示出冷却***100的实例，其中外圈30也围绕轴流风扇1形成并且在入口处包含文丘里形状。在入口处的文丘里形状可以改进在轴流风扇1的入口处的气流并且提高冷却***100的效率。在一些形式中，外圈30可以在每一静态轮叶7之间包含一些开口，从而使空气能够供给散热器3外部区域，尤其在散热器3呈矩形形状时。静态轮叶7继而可以在中心区域6中形成足够的压力以迫使冷却空气到达中心区域6。

图15图示可以与操作轴流风扇1相关联的空气动力效应。轴流风扇1可以通过由叶片9的旋转速度产生的离心效应朝向外侧(远离轴)沿切线方向以及径向吹气。离开叶片9的空气的流速V因此可以包含切向分量Vt以及径向分量Vr(离心的)。空气流速的此径向分量可以在周边区中引起高得多的气流速率以及更高的压力。相反，在排气的中心区域6中气流以及压力会很低，为零或甚至为负。图15中的命名法表示如下。V＝在风扇外的空气的流速。Vt＝切向流速。Vr＝径向流速(离心效应)。

图16图示可以与操作邻近于静态轮叶7的轴流风扇1相关联的空气动力效应。静态轮叶7的弯曲形状可以很明显，使得对于轴流风扇1的叶片的任何相对位置，一个或多个静态轮叶7能够将气流的切向流速转换成朝向中心区域6的径向流速。此径向流速分量可以与由轴流风扇1的旋转形成的离心流速相反。取决于静态轮叶7的形状(曲度)，径向流速的强度可以等于或大于离心流速。弯曲的静态轮叶7可以因此将经冷却空气的径向流速朝向冷却装置的中心导引，并且还将空气的轴向流速朝向轴流风扇1的旋转轴导引。

优化静态轮叶7的形状和数目可以准许向散热器3的表面提供更均等的气流以及对中心区域6的可能加压，从而使通过中心区域的流率与外区中的流率相当。由静态轮叶7产生的径向流速可以克服中心区域6中的气流的缺乏。通过将气流置于预期的方向中以穿过散热器，静态轮叶7可以改进冷却***的性能。图16中的命名法表示如下。Vt＝在风扇外的切向流速。V＝经静态轮叶7校正的空气的流速，其方向与静态轮叶7的曲线相切。V-r＝朝向中心区域6的径向流速。

图17图示与操作邻近于静态轮叶7的轴流风扇1相关联的向心空气动力效应。静态轮叶7进一步调节最初从轴流风扇1接收的气流。此进一步调节可以将旋转气流转化成轴向气流。将空气调节成轴向气流可以改进冷却性能，因为所述流被调节至更易于穿过散热器3的方向。由静态轮叶7的方向形成的角α从经确定以最大化在每一静态轮叶7的外端21处的效应的值变化为在中心处的0°，在原型中使用α＝45°，但是该值可以取决于几何结构来优化。

在一些***中，由固定轮叶的绳以及风扇的移动叶片的旋转轴形成的角α可以逐渐从在静态轮叶7的近端处的值α＝0°变化为在静态轮叶7的远端处的非零的值α。例如，在静态轮叶7的远端处α＝45°。在一些***中，可以(例如)使用CFD计算优化此值α以及静态轮叶7和移动式叶片9的角度和位置。

静态轮叶7的此变化的α角校正气流并且将切向气流变成轴向气流以促使气流穿入散热器3中。由于贯穿散热器3的全部区域的改进的通风，因此与向心气流组合的此轴向气流可以引起改进的冷却性能。此轴向气流还可以降低由空气与散热器3的鳍片以及其它特征摩擦而产生的噪声。

若没有进一步的调节将切向气流变成轴向气流，则空气可以被驱动以接近风扇转速的流速抵靠散热器3鳍片旋转移动。抵靠散热器3鳍片的此旋转气流可能增加冷却***100的整机噪生。作为一实例，使用静态轮叶7和外圈30配置使隔音的300kVA发电设备上的整机噪生减小多达3dB。

轴流风扇1可以具有中央轮毂25。移动叶片9可以通过其近端固定到中央轮毂25上。

由于在此轮毂25上风扇叶片9可以是静态的，因此中央轮毂25可以相对于气流是不活动的。轴流风扇1可以在存在轮毂25的中心中具有物理上的低效区域。轮毂25的直径可以是各种大小。在一些实例中，直径可以在风扇1的叶片9的外径的20％与50％之间。在其它实例中，直径可以更小或更大。

因此，在冷却***100的一些形式中，用于静态轮叶7的加固部件可以邻近于此中央轮毂25定位。静态轮叶7可以在其近端处连接到加固部件上。加固部件的直径可以小于或等于中央轮毂25的直径。因此加固部件可以用于固定静态轮叶7，使轮叶7硬化，并且利用轮毂25后方的区域。

加固部件可以具有各种形状。作为一实例，图18示出了其中加固部件是圆盘61。圆盘61可以紧固到静态轮叶7的前表面62上并且可以用于在中心区域6中加固静态轮叶7。

在这些***中的一些***中，加固部件还可以包括从圆盘61延伸的连接管，静态轮叶7的近端固定在圆盘61上。圆盘61可以接近中央轮毂25定位。管的直径可以实质上小于圆盘61的直径，并且加固圆盘的直径可以小于或等于中央轮毂25的直径。

作为另一实例，图19示出了其中加固部件是锥体63。锥体63可以从静态轮叶7的前表面62延伸到后表面65并且可以用于在中心区域6中加固静态轮叶7。在一些变化形式中，加固部件可以实质上是锥体形状或锥体曲面的表面，其直径远离中央轮毂到待冷却的元件逐渐减小。

作为另一实例，图20示出了其中加固部件是具有弯曲表面67A、67B的锥体66。锥体66可以从静态轮叶7的前表面62延伸到后表面65并且可以用于在中心区域6中加固静态轮叶7。静态轮叶7可以在其近端处固定到加固部件的锥体上，所述锥体可以充当连接构件和硬化的双重作用。锥体的直径可以等于或小于风扇1的轮毂25的直径。中央锥体的使用，以及尤其是具有弯曲表面的中央锥体的使用，可以有助于向心流动朝向所需的轴向方向重定向，并且寻求使冷却空气穿过散热器的中心区域中的横杆。

图19和20中示出的实例加固部件可以让使用一些形式的模制过程用塑料制造静态轮叶变得更容易。在一些冷却***100中，加固部件的直径可以与用于邻近于加固部件的对应轴流风扇1的轮毂25的直径相同或比所述直径小。在各种其它形式中，加固部件可以具有不同的直径。

加固部件可以提供用于将静态轮叶7固定到彼此的方式。加固部件还可以使静态轮叶7的组合件硬化。具有直径小于或等于中央轮毂25的直径的加固部件的***不会加重轴流风扇1的惰性区域的出现，并且不会降低向内整流效应。

为了使气流能够供给散热器3的中心区域，静态轮叶7的背面上的加固部件的直径可能需要尽可能小。图21示出了在冷却***100中使用的图18的静态轮叶7和圆盘61配置。

图22示出在冷却***100中使用的图20的静态轮叶7和具有弯曲表面67A、67B的锥体66的配置。在一些冷却***100中，使用具有弯曲表面67A、67B的锥体66可以有效地在静态轮叶7的内端20处将向心空气流速重定向成轴向空气流速。此气流重定向可以有助于使气流穿过散热器3的中心区域。

对于每一应用可以优化与静态轮叶7一起使用的加固部件的形状。作为实例，加固部件的直径可以基于(i)相对应的轴流风扇1中的轮毂25直径；(ii)CFD计算；和/或(iii)测试结果。

图23图示用于静态轮叶7和外圈30的另一实例配置。静态轮叶7和外圈30可以是不同的大小，从而与可以取决于冷却***100的需要而使用的风扇的标准直径(例如，18"、21"、23"、27"、28"、32"、35"或其它直径)匹配。

冷却***可以包含具有至少两个可旋转叶片的至少一个轴流风扇，能够驱动冷却流体通过通风喷嘴到待冷却的元件上。冷却***还可以包括在通风喷嘴中面向可移动叶片安置的至少两个固定叶片。固定轮叶可以具有适于转换由所述轴流风扇驱动的所述冷却流体的切向流速分量的弯曲的形状。弯曲的轮叶可以一方面朝向所述冷却装置的中心导引流体的径向流速，并且另一方面朝向风扇的旋转轴导引流体的轴向流速。

在一些***中，移动叶片可以在其近端处固定到中央轮毂上。固定轮叶可以在其近端处连接到直径小于或等于所述中央轮毂的直径的连接装置上。在一些***中，连接装置可以包含管(固定轮叶的近端固定在管上)以及邻近中央轮毂定位的圆盘加固件。管的直径可以实质上小于圆盘加固件的直径，并且圆盘加固件的直径可以小于或等于所述中央轮毂的直径。在一些***中，连接装置具有实质上锥体形状或锥体曲面的表面，其直径远离所述中央轮毂到所述待冷却的元件逐渐减小。

在一些***中，固定轮叶可以在实质上垂直于移动叶片的旋转轴的平面(称为旋转平面)内具有曲度。在一些***中，固定轮叶的远端可以相对于旋转轴具有非零角。在一些***中，固定叶片是扭转的。

一些***可以包含风扇的数目N个固定叶片以及数目P个移动叶片。在一些***中，数目N与P可以是互质数。在一些***中，固定轮叶可以在其远端处与直径大于轴流风扇直径的实质上环形的部件连接。实质上环形的部件可以在轴流风扇上游延伸的部分上具有锥形形状，以便在冷却流体上产生文丘里效应。在一些***中，冷却***可以作为发电机的一部分包含在发电机中，所述发电机具有发动机以及连接到发动机上的交流发电机(或发电机)，所述发电机能够转换从发动机接收的电能。可能存在其它变化形式。

本文中所描述的冷却***100可以(i)提供有效的现有冷却***使得冷却***可以能够达到指定的冷却目标；(ii)将散热器3的成本和大小最小化同时维持充分的冷却性能；(iii)减小冷却***100的整体大小或占据面积同时维持充分的冷却性能；(iv)准许降低轴流风扇流速同时维持充分的冷却性能，由此减少由轴流风扇1产生的噪声；和/或(v)减少操作轴流风扇1所需的能量。具有布置在通风喷嘴2中的静态轮叶7的***可以产生两种风扇气流组合的效应：首先，它们可以允许调节冷却流体的向心流动，以便移除惰性锥形区并且提供穿过风扇1的轮毂后方的死区的空气流，以及第二，它们可以抵消由风扇叶片9的波动效应造成的冷却空气的旋转。通过将通风喷嘴2中的静态轮叶7相对于冷却空气移动的方向放置在风扇1的下游可以提高风扇1的效率。

本文中的描述以及附图图示了实例***。其它实例***可以结合有结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其它变化。一些***的部分以及特征可以包含在其它替代***的部分以及特征中或取代其它替代***的部分以及特征。尽管本文中呈现的描述是在发电设备的冷却热机的特定背景中，但是冷却***100可以在其它技术领域中与其它应用一起使用。例如，冷却***100可以用来冷却在不同于发电机的其它应用中使用的发动机。可能存在其它变化形式。

提供摘要以符合37C.F.R.第1.72(b)节对摘要将使读者能够弄清技术公开内容的性质和要点的要求。所述摘要在遵守以下理解的情况下提交：其将不会用于限制或解释权利要求书的范围或含义。本文中所附的权利要求书特此并入具体实施方式中，其中每一权利要求自身作为单独的实例。尽管已经描述了本发明的各种实施例，但是对于所属领域的一般技术人员而言显而易见的是在本发明的范围内可能有更多的实施例以及实施方案。因此，除根据所附权利要求书以及其等效物外，本发明不应受到限制。

Claims (20)

1.一种发电机***，其包括：

发动机；

交流发电机，所述交流发电机由所述发动机驱动以产生电力；

散热器，所述散热器连接到所述发动机上；

轴流风扇，所述轴流风扇朝向所述散热器导引空气以冷却所述散热器；

多个静态轮叶，所述多个静态轮叶定位在所述轴流风扇与所述散热器之间，所述静态轮叶各自包含内端以及外端，所述静态轮叶的所述内端接合在一起。

2.根据权利要求1所述的发电机***，其中所述轴流风扇绕轴旋转。

3.根据权利要求2所述的发电机***，其中所述静态轮叶经弯曲以将所述空气从所述轴流风扇朝向所述轴导引。

4.根据权利要求2所述的发电机***，其中所述静态轮叶包含一表面，所述表面具有平行于所述轴从所述内端延伸到所述外端的宽度。

5.根据权利要求4所述的发电机***，其中所述静态轮叶的所述表面沿着所述静态轮叶的长度的至少一部分具有相对于所述轴的零节距角。

6.根据权利要求4所述的发电机***，其中所述静态轮叶是扭转的。

7.根据权利要求6所述的发电机***，其中所述静态轮叶的所述表面在所述内端处具有零节距角并且在所述外端处具有非零节距角。

8.根据权利要求1所述的发电机***，其中所述静态轮叶从所述静态轮叶的内端到所述静态轮叶的外端具有均匀的宽度。

9.根据权利要求1所述的发电机***，进一步包括外圈，其中所述静态轮叶中的每一者的外端接合到所述外圈上。

10.根据权利要求1所述的发电机***，其中所述静态轮叶具有不对称的截面。

11.一种发电机***，其包括：

发动机；

交流发电机，所述交流发电机由所述发动机驱动以产生电力；

散热器，所述散热器连接到所述发动机上；

轴流风扇，所述轴流风扇朝向所述散热器导引空气以冷却所述散热器；

多个静态轮叶，所述多个静态轮叶定位在所述轴流风扇与所述散热器之间，所述多个静态轮叶各自包含外端，所述外端具有朝向所述发动机延伸的部件，其中每一部件附接到外圈上。

12.根据权利要求11所述的发电机***，其中每一部件在平行于所述轴流风扇的纵向轴线的方向上延伸。

13.根据权利要求11所述的发电机***，其中每一部件与所述外圈一体地形成并且每一部件与所述对应的静态轮叶一体地形成。

14.根据权利要求11所述的发电机***，进一步包括从每一静态轮叶的前表面延伸到每一静态轮叶的后表面的加固部件。

15.根据权利要求14所述的发电机***，其中所述加固部件是具有从每一静态轮叶的前表面延伸到每一静态轮叶的后表面的弯曲表面的锥体。

16.根据权利要求11所述的发电机***，其中所述轴流风扇至少部分地在所述外圈的内部。

17.根据权利要求11所述的发电机***，其中所述外圈的中心沿着所述轴流风扇的纵向轴线放置。

18.根据权利要求11所述的发电机***，其中所述静态轮叶在所述静态轮叶的内端处具有零节距角并且在所述静态轮叶的所述外端处具有非零节距角。

19.一种用于在发电机中冷却发动机的冷却组合件，所述冷却组合件包含：

轴流风扇，所述轴流风扇朝向发动机的散热器导引空气以冷却所述散热器；

多个静态轮叶，所述多个静态轮叶定位在所述轴流风扇与所述散热器之间，所述多个静态轮叶各自包含内端，所述内端接合到其它静态轮叶中的每一者的内端上，所述多个静态轮叶各自包含外端，所述外端具有朝向所述发动机延伸的部件，其中每一部件附接到外圈上。

20.根据权利要求19所述的冷却***，其中所述静态轮叶经弯曲以将从所述轴流风扇中接收到的空气朝向所述轴流风扇的纵向轴线导引，所述静态轮叶在所述静态轮叶的所述内端处具有零节距角并且在所述静态轮叶的所述外端处具有非零节距角，每一部件在平行于所述轴流风扇的纵向轴线的方向上延伸，并且每一部件与所述外圈以及所述对应的静态轮叶整合，所述轴流风扇至少部分地在所述外圈的内部。