close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12121

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12121
(13) C1
(19)
F 01P 5/02
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО
СГОРАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20060327
(22) 2006.04.11
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Республиканское унитарное производственное предприятие
"Белорусский автомобильный завод"
(BY)
(72) Авторы: Черныш Николай Константинович; Волоцкий Никита Дасиевич; Ботяновский Сергей Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное производственное предприятие "Белорусский автомобильный завод" (BY)
(56) US 6302066 B1, 2001.
SU 1477573 A1, 1989.
RU 2022131 C1, 1994.
RU 2033537 C1, 1995.
US 3937192, 1976.
JP 03267520 A, 1991.
JP 59046316 A, 1984.
BY 12121 C1 2009.08.30
(57)
1. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая радиатор, осевой
вентилятор, снабженный насадкой, соосно закрепленной на его ступице, и лопастями с
постоянными по радиусу шириной и установочным углом, привод вентилятора, отличающаяся тем, что насадка выполнена в виде крыльчатки, лопасти которой изготовлены
из изогнутых в виде уголка пластин, одной стороной опертых на корытца лопастей вентилятора, а рабочей стороной примыкающих к задним кромкам лопастей вентилятора, при
этом установочный угол рабочих сторон пластин больше или равен установочному углу
лопастей вентилятора.
Фиг. 1
BY 12121 C1 2009.08.30
2. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что ширина рабочей части пластин выполнена переменной по радиусу.
3. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что втулочное отношение крыльчатки меньше или равно втулочному отношению вентилятора.
Изобретение относится к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания, преимущественно, большегрузных автомобилей.
Изобретение может быть использовано в системах охлаждения, когда необходимо повысить производительность уже установленного в этой системе вентилятора, лопасти которого имеют постоянные по радиусу ширину и установочный угол, т.е. когда необходимо
увеличить скорость воздуха просасываемого через радиатор. При этом сам вентилятор
конструктивно и технологически остается без изменений.
Известны системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащие радиатор и осевой вентилятор с лопастями, ступица которого со стороны радиатора выполнена
в виде соосного потокоорганизующего стакана, открытый конец которого расположен
вблизи радиатора, а полость стакана сообщена с входом расположенных в лопастях центробежных каналов, выходы которых расположены на концах лопастей [1], [2], [3].
Недостатки известных систем охлаждения и причины их вызывающие следующие.
Эффективность работы осевого вентилятора, работающего в ограниченном объеме,
определяется размером и конфигурацией этого пространства в направлениях до вентилятора и после него. Влияние ограниченного объема проявляется в появлении неравномерности в осевом, окружном и радиальном направлениях полей скоростей и температур
воздуха на входе в вентилятор и выходе из него.
Неравномерность потока в осевом направлении характеризуется отклонением струйки
газа от этого направления при прохождении последней плоскости вращения вентилятора.
Так как вентилятор является осевым, то неравномерность потока по направлению является существенным фактором, определяющим его эффективную работу. В результате возникающих неравномерностей поток отклоняется от движения в осевом направлении и
нарушается плавное обтекание лопастей вентилятора, так как струйки воздуха поступают
на лопасть и уходят с нее под углами, отличными от тех, которые обеспечивают безотрывное обтекание профиля лопасти. Обтекание лопастей становится отрывным с образованием вихрей, что приводит к увеличению сопротивления прохождения воздуха через
вентилятор. В результате уменьшается разряжение воздуха перед вентилятором, а значит,
уменьшается перепад давления воздуха между радиатором и вентилятором. Пропорционально корню квадратному из этого перепада уменьшается скорость просасывания воздуха (расход воздуха) через радиатор. Эффективность работы системы охлаждения падает.
В системе охлаждения двигателя пространство до вентилятора ограничено радиатором
с кожухом. При этом радиатор является проницаемым для воздуха элементом этого пространства с переменным сопротивлением движению воздуха.
Пространство за вентилятором ограничено механизмом его привода, двигателем и
другими устройствами подкапотного пространства.
В зависимости от величины сопротивлений указанных элементов и их удаленности от
вентилятора, возможны различные режимы его работы. Например, при возрастании сопротивления радиатора по причине засорения или повышения температуры окружающей
среды, наступает момент, когда воздух перестает просасываться через радиатор и в зоне
крепления лопастей к ступице к радиатору начинает поступать горячий воздух со стороны
двигателя. В результате эффективность работы радиатора, а с ним и системы охлаждения
двигателя резко снижаются.
2
BY 12121 C1 2009.08.30
При приближении ограничивающих элементов к плоскости вращения, вентилятор перестает быть осевым и трансформируется в лопаточное устройство радиального типа с
низкой эффективностью работы.
Недостатком известной системы охлаждения является то, что к сопротивлению радиатора на участке до вентилятора добавляется сопротивление потокоорганизующего стакана
и каналов, расположенных в лопастях, т.е. потокоорганизующий стакан усиливает неравномерность потока по направлению и неравномерность поля скоростей, вызванную переменным по поперечному сечению сопротивлением радиатора. В результате диапазон
эффективной работы известной системы охлаждения оказывается узок. Например, это
может относиться к узкому диапазону изменения температуры окружающей среды, при
которой система охлаждения работает эффективно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая радиатор, осевой вентилятор, снабженный насадкой, соосно закрепленной на его ступице, и лопастями с
постоянными по радиусу шириной и установочным углом, привод вентилятора [4].
В известной системе охлаждения вентилятор предназначен для вытяжки воздуха в
первичном направлении через радиатор. Насадка выполнена в виде дефлектора, имеющего вогнутую поверхность воронкообразного типа, обращенную большим основанием к
двигателю. На внутренней поверхности дефлектора имеется множество выступов, приспособленных для вытяжки воздуха во вторичном направлении из подкапотного пространства двигателя. При этом потоки воздуха, вытягиваемые через радиатор и из
подкапотного пространства взаимосвязаны таким образом, что воздух, вытягиваемый в
первичном направлении, способствует откачке воздуха во вторичном направлении. Таким
образом, в известной системе охлаждения имеются два встречных потока воздуха направленных к плоскости вращения вентилятора, что аналогично приближению ограничивающей поверхности со стороны двигателя к вентилятору. Это приводит к тому, что
перед вентилятором и за ним сильно увеличивается степень неравномерности потока по
направлению. При этом возрастает неравномерность не только полей скоростей, но и полей температур, так как воздух из подкапотного пространства двигателя имеет более высокую температуру, чем после радиатора. Указанные причины вызывают увеличение
сопротивления движению воздуха через вентилятор, направление которого приближается
к радиальному. В результате скорость просасывания воздуха через радиатор оказывается
небольшой и соответственно эффективность работы известной системы охлаждения оказывается низкой. Особенно это относится к режиму повышения сопротивления радиатора
по причине засорения или увеличения температуры окружающей среды. В этом случае
скорость и количество просасываемого воздуха уменьшатся как в первичном, так и вторичном направлениях, так как потоки воздуха в этих направлениях взаимосвязаны, т.е. в
этом случае эффективность известной системы охлаждения снижается. Кроме этого, насадка вентилятора сложна конструктивно и технологически.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы системы охлаждения путем увеличения скорости просасывания воздуха через радиатор.
Поставленная задача решается тем, что в системе охлаждения двигателя внутреннего
сгорания, содержащей радиатор, осевой вентилятор, снабженный насадкой, соосно закрепленной на его ступице, и лопастями с постоянными по радиусу шириной и установочным
углом, привод вентилятора, насадка выполнена в виде крыльчатки, лопасти которой изготовлены из изогнутых в виде уголка пластин, одной стороной опертых на корытца лопастей вентилятора, а рабочей стороной примыкающих к задним кромкам лопастей
вентилятора, при этом установочный угол рабочих сторон пластин больше или равен установочному углу лопастей вентилятора;
ширина рабочей части пластин выполнена переменной по радиусу;
втулочное отношение крыльчатки меньше или равно втулочному отношению вентилятора.
3
BY 12121 C1 2009.08.30
Выполнение насадки в виде крыльчатки, лопасти которой изготовлены из изогнутых в
виде уголка пластин, одной стороной опертых на корытца лопастей вентилятора, а рабочей стороной примыкающих к задним кромкам лопастей вентилятора, упрощает совмещение лопастей последней с лопастями вентилятора и позволяет надежно
скоординировать и зафиксировать насадку на лопастях вентилятора.
Угол между хордой профиля лопасти вентилятора и плоскостью его вращения является установочным углом лопасти вентилятора.
Для вентиляторных систем охлаждения мобильных машин этот угол изменяется от
20° до 40°.
Установочный угол рабочей части пластины равен установочному углу лопасти вентилятора или превышает последний не более чем на 10°. Указанный диапазон изменения
установочного угла рабочей части пластины позволяет минимизировать сопротивление
насадки и вентилятора при их совместной работе. При этом сохраняется необходимая жесткость лопасти крыльчатки и исключается образование возвратных течений в осевом направлении при наличии ограничивающих поверхностей за и перед вентилятором.
Установочный угол рабочей части пластины, ее ширина, длина зависят от аналогичных параметров лопасти вентилятора и выбираются полуэмпирическим путем. На первоначальном этапе применения насадки установочный угол рабочей части пластины следует
делать равным установочному углу лопасти вентилятора, а ширина рабочей части пластины должна быть равна примерно 1/3 ширины лопасти вентилятора.
При окружных скоростях вентилятора, превышающих 70-80 м/с, ширину рабочей части пластины следует уменьшать по направлению к концу лопасти вентилятора, т.е. сделать ширину рабочей части пластины переменной по длине. Это необходимо для того,
чтобы уменьшить сопротивление вентилятора с насадкой при его вращении.
Втулочным отношением является отношение радиуса приосевой части лопасти к периферийному радиусу лопасти.
Для вентиляторных систем охлаждения втулочное отношение вентилятора изменяется
в пределах 0,2-0,5.
Для повышения надежности исключения течения воздуха в районе ступицы в направлении от двигателя к радиатору, втулочное отношение крыльчатки должно быть выполнено меньшим или равным втулочному отношению вентилятора. Втулочное отношение
крыльчатки выбирается полуэмпирическим путем. На первоначальном этапе применения
насадки втулочное отношение крыльчатки принимается равным половине втулочного отношения вентилятора.
Предлагаемая насадка выгодно отличается от известной насадки конструктивной простотой и технологичностью.
На фиг. 1 представлена предлагаемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 2 - увеличенное сечение А-А на фиг. 1.
Система охлаждения содержит радиатор 1, осевой вентилятор 2 со ступицей 3 и лопастями 4 с постоянными по радиусу шириной и установочным углом β1 (фиг. 2). Лопасть 4
имеет переднюю 5 и заднюю 6 кромки, корытце 7 и спинку 8 (фиг. 2). Линия, соединяющая крайние точки кромок 5 и 6, является хордой 9 профиля лопасти 4. Линии 10 и 11
(фиг. 2) являются следами плоскости вращения лопастей 4 вентилятора 2. Угол между
хордой 9 и плоскостью вращения 10 или 11 является установочным углом β1 лопасти 4
вентилятора 2. На ступице 3 вентилятора 2 закреплена насадка, выполненная в виде
крыльчатки 12, лопасти которой изготовлены из пластин, опорные части 13 которых расположены перед задними кромками 6 на корытцах 7 лопастей 4 вентилятора 2. Рабочие
части 14 пластин отогнуты по задним кромкам 6, с образованием ребра жесткости 15, по
направлению к спинкам 8 лопастей 4. Рабочие части 14 образуют с плоскостью вращения
10 или 11 установочный угол β2, который больше или равен установочному углу β1. Разница этих углов может быть как постоянной по радиусу вентилятора, так и переменной.
4
BY 12121 C1 2009.08.30
Например, в приосевой зоне угол β2 больше β1, а на периферии вентилятора эти углы равны, т.е. β2 = β1. В результате у вентилятора с насадкой будет переменный шаг лопасти по
радиусу, что повышает эффективность его работы.
Система охлаждения содержит также привод 16 вентилятора 2, например электродвигатель.
Система охлаждения работает следующим образом.
Привод 16 вращает вентилятор 2. При вращающемся вентиляторе 2 воздух просасывается через радиатор 1 и поступает на переднюю кромку 5 лопасти 4 вентилятора. В дальнейшем воздух движется по корытцу 7 и спинке 8 лопасти 4 по направлению к задней
кромке 6 и, огибая ее, поступает на рабочую часть 14 пластины крыльчатки 12 и далее
движется в сторону привода 16.
Указанное размещение насадки на вентиляторе приводит к увеличению ширины его
лопастей и улучшению аэродинамики потока при их обтекании. В результате возрастает
количество воздуха захватываемого вентилятором, а значит возрастает и скорость просасывания воздуха через радиатор. При этом повышение эффективности работы достигается
минимальными техническими средствами без внесения технических и технологических
изменений в конструкции вентилятора и радиатора.
Источники информации:
1. Патент Российской Федерации 2023890, МПК F 01P 5/00, 1994.
2. Патент Российской Федерации 2044895, МПК F 01Р 5/00, 1995.
3. Патент Российской Федерации 2027872, МПК F 01P 5/00, 1995.
4. Патент США 6302066, МПК F 01P 7/10, 2001.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
270 Кб
Теги
патент, by12121
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа