CN112797026A

CN112797026A - 一种家用轿车匹配的轴流式冷却风扇

Info

Publication number: CN112797026A
Application number: CN202011610458.0A
Authority: CN
Inventors: 马宝发
Original assignee: Changchun Ri Yong Jea Gate Electric Co ltd; Shanghai Riyong Jea Gate Electric Co ltd; Shanghai Malu Ri Yong Jea Gate Electric Co ltd
Current assignee: Changchun Ri Yong Jea Gate Electric Co ltd; Shanghai Riyong Jea Gate Electric Co ltd; Shanghai Malu Ri Yong Jea Gate Electric Co ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本发明涉及一种家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，包括围绕马达中心轴作旋转运动的轮毂，从该轮毂径向向外延展并且围绕轮毂中心轴布置叶片；所述叶片的顶部连接环绕风扇的导流环；在同一叶片截面上任一叶片尾缘与相邻叶片尾缘之间的角度为叶片间距角度A，其中叶片间距角度A与叶片均布角度的比值为0.8至1.2，且叶片间距角度A沿转动轴圆周方向大小波动；在叶片根部至40％叶高处的叶片截面中，安装角角度陡峭；在40％叶高至70％叶高处的叶片截面中，安装角角度相对平坦，对流量起到关键性作用；而70％叶高至叶片顶部，安装角角度平坦。本发明的有益效果是能在实现扁平化的同时，降低风扇运行的噪音。

Description

一种家用轿车匹配的轴流式冷却风扇

技术领域

本发明涉及流体机械，具体是一种扁平化的风扇。

背景技术

随着整车厂对汽车发动机散热要求的提高，不光是要求散热器风扇能够提供大风量和高效率，更是把风扇的声品质作为重要的考核指标，阶次噪音不能高于总声压级的-10dB(A)线。可见，声品质研究已经成为车辆噪音控制的新发展方向，声品质改善的目标将是既满足一般意义上的声学舒适要求，又能体现散热器风扇的档次和特色。现有散热器风扇所用风扇虽然具有大风量和高效率的能力，但无论是总噪音超出了整车厂的总声压级78dB(A)的界线，还是阶次音超出了-10dB(A)的界线，都已不能满足整车的高要求。

另一方面，扁平化的风扇是一种适配大阻力窄空间的高要求散热器模块。它用于家用轿车的轴向冷却风扇包括无刷电机，电机马达驱动风扇同步旋转而使空气流动，来达到冷却发动机散热模块的效果。但其整体由于小型化的要求，难以进行低噪音改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，在扁平化、小型化的同时，解决风扇运行总声压级易超限的问题。

为达到上述发明目的，提供一种家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，包括围绕马达中心轴作旋转运动的轮毂，从该轮毂径向向外延展并且围绕轮毂中心轴布置叶片；所述叶片的顶部连接环绕风扇的导流环；在同一叶片截面上任一叶片尾缘与相邻叶片尾缘之间的角度为叶片间距角度A，其中叶片间距角度A与叶片均布角度的比值为0.8至1.2，且叶片间距角度A沿转动轴圆周方向大小波动；在叶片根部至40％叶高处的叶片截面中，安装角角度陡峭；在40％叶高至70％叶高处的叶片截面中，安装角角度相对平坦，对流量起到关键性作用；而70％叶高至叶片顶部，安装角角度平坦。

每个叶片均有根部和顶部，根部和顶部之间为前缘和尾缘；其中前缘和尾缘处具有空气动力学设计式样和结构。所述轮毂连接叶片根部。叶片均布角度为当叶片均布于转动轴圆周方向时的叶片尾缘之间的角度。其中每个叶片与轮毂中心轴(即转动轴)相同半径距离处的截面为叶片截面。

其中每个叶片顶部和轮毂中心轴(即转动轴)之间的距离定义为叶片有效半径。叶片的叶栅弦长线与转动轴垂直平面的夹角记为安装角。本处所指的叶片特性可以表现为：所述叶片从叶片根部至顶部的叶片截面呈现的安装角大、小角度平滑过渡。

优选的，所述叶片从叶片根部至70％叶高位置的各叶片截面的叶栅弦长相似，所述叶片从70％叶高至叶片顶部位置的各叶片截面的叶栅的弦长逐渐增大。

优选的，所述叶片数量为九个，两叶片之间的最大角度偏差在11.8°。

优选的，所述叶片间距角度A沿转动轴圆周方向呈大、小交替排布。

优选的，所述叶片从叶片根部至70％叶高位置的各叶片截面的前弯角度逐渐由0°转变成负角度，形成局部后仰的弧度线；从70％叶高至叶片顶部位置之间，采用大数值的正角度前弯角；所述叶片前缘曲线以圆弧衔接过渡。

以旋转中心与叶片根部前缘点的连线为基准线，任一叶片截面的前缘点与旋转中心的连线同前述基准线的夹角被记为该叶片截面的前弯角。

导流环的设置既可以减小叶顶间隙泄漏又可以起到导流的作用。叶片沿圆周方向采用非均布形式，当叶片旋转扫过固定点时叶片通过频率是叶片所引起的噪音频率，当不同叶片扫过固定点时不同频率声波相互叠加，其周期性的相位变化会导致叠加后的声波周期性地交替产生相长或相消干涉，于是形成了振幅起伏的阶次音。采用特殊的叶片间距角度A来控制叶片之间合理的非均布角度，从而得以实现声波相消的效果。

通过叶栅弦长的分布设置，提高了叶高区域的做功能力，提升了风扇整体的压差，改变了最佳效率区域，能更适配于大阻力冷却模块的散热需求。

叶片前弯角的特殊设置使叶片流道变长，气体流动均匀，不易产生涡流，提高了流场稳定性，降低了涡流团噪声。

通过叶片的特殊设置，能将叶片更加扁平化，使得与其外静态风罩筋的间距设置能进一步降低，而叶片与其外静态风罩筋的特殊间距设置，极大改善了旋转风扇与静态风罩筋之间的动静干涉问题。

本发明的有益效果是能在实现扁平化的同时，降低风扇运行的噪音。

附图说明

图1为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇示意图；

图2为生产中已较好实装的现有风扇示意图；

图3为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇侧面示意图；

图4为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇的间隔角与均布角的大小之比的变化示意图；

图5为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇的叶片倾斜角度的变化趋势示意图；

图6为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇的叶片叶栅弦长的变化趋势示意图；

图7为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇的叶片弯曲角度的变化趋势示意图；

图8为本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇实施例与现有风扇的风量-静压曲线对比图；

图9为配套现有风扇的叶轮转速-声压级曲线；

图10为配套本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇实施例的叶轮转速-声压级曲线；

图11为配套现有风扇的叶轮噪音坎贝尔图；

图12为配套本发明的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇实施例的叶轮噪音坎贝尔图；

其中：

1-轮毂 2-叶片 3-导流环

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

根据图1和图3至图7所示的一种家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，包括围绕马达中心轴作旋转运动的轮毂1，从该轮毂1径向向外延展并且围绕轮毂中心轴布置九个叶片2，整体质心位于旋转轴；所述叶片2的顶部连接环绕风扇的导流环3；在同一叶片截面上任一叶片2尾缘与相邻叶片2尾缘之间的角度为叶片间距角度A，其中叶片间距角度A与叶片均布角度的比值为0.8至1.2，且叶片间距角度A沿转动轴圆周方向大小波动，并呈大、小交替排布，两叶片之间的最大角度偏差在11.8°；在叶片2根部至40％叶高处的叶片截面中，安装角角度陡峭；在40％叶高至70％叶高处的叶片截面中，安装角角度相对平坦，对流量起到关键性作用；而70％叶高至叶片顶部，安装角角度平坦。

所述叶片2从叶片根部至70％叶高位置的各叶片截面的叶栅弦长相似，所述叶片2从70％叶高至叶片顶部位置的各叶片截面的叶栅的弦长逐渐增大。

所述叶片2从叶片根部至70％叶高位置的各叶片截面的前弯角度逐渐由0°转变成负角度，形成局部后仰的弧度线；从70％叶高至叶片顶部位置之间，采用大数值的正角度前弯角；所述叶片前缘曲线以圆弧衔接过渡。

轮毂1上的安装孔通过联轴结构与无刷电机装配成一体，风扇再与护风罩装配成散热器风扇总成，散热器风扇总成与水箱冷凝器等组件装配在一起构成汽车的冷却模块。

该实施例风扇和生产中已较好实装的现有风扇相比，尺寸相同时，性能优势主要体现如下：

1.该风扇设计匹配***适用于窄空间，通过合理的叶片设计改善内部流场，扁平化设计节约空间的同时可以有效地降低动静干涉作用，改善噪音；

2.带负载模块后的***阻力0pa近似对应风扇总成本体的阻力，这个才是有效阻力；同流量条件下，该风扇所需达到的压差低，同等条件下，相应压差低于现有风扇；

3.在小批量样品试制中，经风洞试验台测试验证，总的来说，在较低静压工况条件下，该风扇即可替代已有高静压风扇，匹配***后的测试风量-压差性能见图8。

4.该风扇匹配客户指定冷却模块在特定阻力条件下，转速2400rpm，达到现有风扇同边界条件下的需求风量2300m³/h；同时该风扇的总声压级为75.5dB(A)，而现有风扇的总声压级一般为78.5dB(A)左右。现有风扇单体超出了整车厂的控制线78dB(A)。可见，该风扇实现了降低总声压级的特征，见图9与图10的对比。

5.根据噪音标准声学要求对风扇进行测试，阶次噪音曲线为其要求的重要考核指标。从测试结果导出的图10转速-声压级曲线来看，该风扇的阶次噪音低于-10dB(A)控制曲线，这是有效改善了那些令人感觉不舒服的声音的关键，提高了人耳愉悦感。

6.噪音坎贝尔图，即频率-转速曲线，频率为横坐标，转速为纵坐标，从图中可以得到整个转速范围内转子振动全部频率分量的变化特征。从现有风扇测试结果图11频率-转速曲线来看，序数order7、9、16、24等为转速的谐波次数；从该风扇的测试结果图12频率-转速曲线来看，序数order8、9、18、24等为转速的谐波次数；每一条斜线代表转速在变化过程中该次谐波的谱线变化情况。很明显，该风扇各阶次声音振幅波动不大，这是该新风扇音质良好的最佳表征。同时，对比现有风扇坎贝尔图(图11)与该风扇坎贝尔图(图12)，同坐标下，现有风扇阶次线亮度明显高于本新风扇阶次线，这表明，现有风扇阶次音高于该风扇阶次音。

从该实施例的个体上来看，该风扇几何结构所具有的优点如下：

1.该风扇九个叶片采用不均布角度，大幅度降低了风扇的总声压级，同时改善了阶次噪音，更有利于人耳的舒适度和愉悦度。

2.前弯型叶片结构，通过适当的前弯角度，优化了流场，起到了降低噪音的效果；同时，该风扇叶片数多弦长短，在等功率情况下，具有降压头提高风量的特征；

3.叶片具有扁平的特征，在窄空间条件下，拉大了风扇与固定支架间的距离，有效降低了动静干涉效果；改善了涡流团冲击支架的噪声，即改善叶轮高速旋转时因气体边界层分离而产生的涡流所引起的噪声。

4.为获得稳定的流场，且在特定工况(静压，流量)下能够在较高的静压效率下运行，风扇形成变环量流型。使全压沿半径增加并充分利用叶顶做功，且减小叶根负荷，有效的将机械能转化为风能，优化了流场，提高了效率并降低噪音。

5.叶片顶部采用了导流环的结构，提高了叶片强度，克服了在高速旋转时，叶片在离心力作用下径向拉直引起的前弯角度和叶片翼型安装角的较大变化，保证了风扇的运行性能不会有大的变化。同时，由于导流环的支撑加强作用，克服了高速旋转时叶片的不规则抖动，避免了由于叶片抖动而引起的异常噪声，从而优化了声音的舒适程度。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，包括围绕马达中心轴作旋转运动的轮毂(1)，其特征在于，从该轮毂径向向外延展并且围绕轮毂中心轴布置叶片(2)；所述叶片(2)的顶部连接环绕风扇的导流环(3)；在同一叶片截面上任一叶片(2)尾缘与相邻叶片(2)尾缘之间的角度为叶片间距角度A，其中叶片间距角度A与叶片均布角度的比值为0.8至1.2，且叶片间距角度A沿转动轴圆周方向大小波动；在叶片(2)根部至40％叶高处的叶片截面中，安装角角度陡峭；在40％叶高至70％叶高处的叶片截面中，安装角角度相对平坦，对流量起到关键性作用；而70％叶高至叶片顶部，安装角角度平坦。

2.根据权利要求1所述的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，其特征在于，所述叶片(2)从叶片根部至70％叶高位置的各叶片截面的叶栅弦长相似，所述叶片(2)从70％叶高至叶片顶部位置的各叶片截面的叶栅的弦长逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，其特征在于，所述叶片(2)数量为九个，两叶片之间的最大角度偏差在11.8°。

4.根据权利要求1所述的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，其特征在于，所述叶片间距角度A沿转动轴圆周方向呈大、小交替排布。

5.根据权利要求1所述的家用轿车匹配的轴流式冷却风扇，其特征在于，所述叶片(2)从叶片根部至70％叶高位置的各叶片截面的前弯角度逐渐由0°转变成负角度，形成局部后仰的弧度线；从70％叶高至叶片顶部位置之间，采用大数值的正角度前弯角；所述叶片前缘曲线以圆弧衔接过渡。