Лопасти вентилятора и модификации
Группа изобретений относится к концевому крылышку, содержащему вертикальный элемент и установочный элемент. Установочный элемент упрощает установку концевого крылышка на оконечности лопасти вентилятора. Вертикальный элемент проходит перпендикулярно относительно оконечности лопасти вентилятора. Добавление концевых крылышек к лопастям вентилятора позволяет улучшить аэродинамику лопастей вентилятора и таким образом повысить эффективность вентилятора. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение, в общем, относится к лопастям вентилятора и модификациям лопастей вентилятора и, в частности, к профилю, предназначенному для использования в лопасти вентилятора, и концевому крылышку, предназначенному для использования с лопастью вентилятора.
Люди, работающие в крупных структурах, таких как товарные склады и производственные предприятия, могут находиться в рабочих условиях в диапазоне от некомфортабельных до опасных. То же относится к агропромышленным предприятиям, например к структуре, заполненной домашним скотом. В жаркий день температура внутреннего воздуха может достигать точки, при которой человек или животное не может поддерживать здоровую или требуемую температуру тела. В областях, в которых температура становится некомфортабельной или небезопасно высокой, может потребоваться использовать устройство, которое создает или увеличивает поток воздуха в пределах этой области. Такой поток воздуха может частично способствовать снижению температуры в области.
Кроме того, в результате некоторой деятельности, которая осуществляется в этой среде, такой как сварка или работа двигателей внутреннего сгорания, могут образовываться переносимые по воздуху загрязнители, которые могут быть вредными для подверженных их воздействию организмов. Влияние переносимых по воздуху загрязнителей может быть усилено, если поток воздуха в этой области меньше, чем идеальный. В этих и аналогичных ситуациях может потребоваться использование устройства, которое во время работы создает или улучшает поток воздуха в данной области. Такой поток воздуха может частично способствовать снижению вредного влияния загрязнителей в результате их разбавления и/или удаления.
В некоторых структурах и окружающих средах может возникнуть проблема, связанная с накоплением тепла, а также с тем, что тепло остается рядом с потолком структуры. Это может вызывать беспокойство в случае, когда область рядом с полом структуры является относительно более холодной. Для специалистов в данной области техники будут понятны неудобства, которые могут возникать в результате такого или другого несбалансированного распределения воздуха/температуры. В этих и аналогичных ситуациях предпочтительно использовать устройство, которое во время работы создает или увеличивает поток воздуха в пределах области. Такой поток воздуха может способствовать частичному устранению расслоения и может индуцировать более идеальное распределение воздуха/температуры.
Также предпочтительно разработать вентилятор, позволяющий уменьшить потребление энергии. Снижение потребления энергии может быть обеспечено с использованием эффективно работающего вентилятора (например, меньше энергии требуется для привода вентилятора по сравнению с другими вентиляторами). На снижение потребления энергии также может повлиять разработка вентилятора, который улучшает распределение воздуха, в результате чего снижаются затраты, связанные с нагревом или охлаждением других устройств.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлены предпочтительные варианты выполнения. Следует учесть, что настоящее изобретение не ограничивается точными представленными компоновками. На чертежах аналогичными ссылочными позициями на нескольких видах обозначены одинаковые элементы. На чертежах представлено:
фиг.1 - вид в плане ступицы для установки лопастей вентилятора;
фиг.2 - поперечное сечение профиля лопасти вентилятора;
фиг.3 - поперечное сечение предпочтительного варианта выполнения профиля лопасти вентилятора;
фиг.4 - график, изображающий два эллипса;
фиг.5 - участок графика по фиг.4;
фиг.6 - вид сбоку лопасти вентилятора с концевым крылышком;
фиг.7 - поперечное сечение концевого крылышка по фиг.6;
фиг.8 - вид сверху концевого крылышка по фиг.6;
фиг.9 - вид с торца лопасти вентилятора по фиг.2, модифицированный с помощью концевого крылышка по фиг.6;
фиг.10 - вид в перспективе с покомпонентным представлением деталей узла концевое крылышко - лопасть по фиг.9.
Далее подробно описан предпочтительный в настоящее время вариант выполнения изобретения, пример которого иллюстрируется на прилагаемых чертежах.
Рассмотрим подробно чертежи, на которых аналогичными ссылочными позициями на всех видах обозначены одинаковые элементы, при этом на фиг.1 показан пример ступицы 10 вентилятора, которую можно использовать для получения вентилятора с лопастями 30 или 50 вентилятора. В настоящем примере ступица 10 вентилятора содержит множество установочных элементов 12 ступицы, на которых могут быть установлены лопасти 30 или 50 вентилятора. В одном варианте выполнения ступица 10 вентилятора соединена с механизмом привода, предназначенным для вращения ступицы 10 вентилятора с выбираемой или заданной скоростью. Соответствующий узел ступицы может, таким образом, содержать ступицу 10 и механизм привода, соединенный со ступицей 10. Узел ступицы может содержать различные другие элементы, включая другую ступицу, и ступица 10 вентилятора может приводиться во вращение посредством любого соответствующего средства. Кроме того, ступица 10 вентилятора может иметь любой соответствующий элемент или элементы 12 установки ступицы.
Как показано на фиг.1-3, каждый установочный элемент 12 ступицы имеет верхнюю поверхность 14 и нижнюю поверхность 16, которые заканчиваются ведущей кромкой 18 и конечной кромкой 20. Кроме того, в каждом установочном элементе 12 ступицы выполнено отверстие 22, проходящее от верхней поверхности 14 и до нижней поверхности 16. В настоящем примере выполнения отверстие 22 имеет такие размеры, что в него можно устанавливать крепление 26. Каждый установочный элемент 12 ступицы выполнен с возможностью установки на него лопасти 30 или 50 вентилятора. Для специалистов в данной области техники очевидно, что установочные элементы 12 ступицы могут быть предусмотрены в различных альтернативных конфигурациях.
В одном предпочтительном варианте выполнения лопасти 30 или 50 вентилятора установлены на узле ступицы, раскрытом в патенте США №6,244,821. Следует учесть, что лопасти 30 или 50 вентилятора могут быть установлены на любой другой ступице и/или узле ступицы. Соответствующий узел ступицы во время работы может вращать ступицу 10 с любой требуемой угловой скоростью. Только в качестве примера, такая угловая скорость может находиться где-то в диапазоне от, в основном, 7 и до 108 оборотов в минуту.
На фиг.2 показано поперечное сечение лопасти 30 вентилятора, имеющей изогнутую заднюю кромку 38, установленной на ступице 10. Поперечное сечение выполнено вдоль поперечной плоскости, расположенной в центре лопасти 30 вентилятора, обращенной к ступице 10. Лопасть 30 вентилятора имеет верхнюю поверхность 32 и нижнюю поверхность 34, каждая из которых заканчивается передней кромкой 36 и задней кромкой 38. Как показано на чертеже, задняя кромка 38 имеет наклон, в основном, 45° относительно участка верхней поверхности 32, который расположен ближе всего к задней кромке 38, и участка нижней поверхности 34, который расположен ближе всего к задней кромке 38. Однако задняя кромка 38 может иметь любой другой соответствующий наклон, например 0°, вплоть до случая, когда она составляет простую плоскую поверхность. Другие соответствующие конфигурации задней кромки 38 очевидны для специалистов в данной области техники.
В представленном варианте выполнения лопасть 30 вентилятора, по существу, выполнена полой. Множество ребер или выступов 40 расположены внутри лопасти 30 вентилятора. Как показано на чертеже, когда элемент 12 установки ступицы вставляют в лопасть 30 вентилятора, ребра или выступы 40 устанавливаются так, что они входят в контакт с верхней поверхностью 14, нижней поверхностью 16, передней кромкой 18 и задней кромкой 20 элемента 12 установки ступицы. Выступы 40, таким образом, обеспечивают скользящую посадку между лопастью 30 вентилятора и установочным элементом 12 ступицы. Альтернативные конфигурации для лопасти 30 вентилятора, включая, без ограничений, влияющие на взаимосвязь между лопастью 30 вентилятора и элементом 12 установки ступицы, очевидны для специалистов в данной в области техники.
Используемые здесь термины, такие как "хорда", "длина хорды," "максимальная толщина," "максимальный изгиб," "угол атаки" и т.п., следует понимать в том же значении, в котором эти термины используются для крыла самолета или другой конструкции профиля. В одном варианте выполнения лопасть 30 вентилятора имеет длину хорды, в основном, 6,44 дюйма. Лопасть 30 вентилятора имеет максимальную толщину, в основном, 16,2% хорды; и максимальную выпуклость, в основном, 12,7% хорды. Радиус передней кромки 36 составляет, в основном, 3,9% хорды. Радиус задней кромки 38 для четверти нижней поверхности 34 составляет, в основном, 6,8% хорды. В предпочтительном варианте выполнения лопасть 30 вентилятора имеет хорду, в основном, 7 дюймов. В другом варианте выполнения лопасть 30 вентилятора имеет хорду, в основном, 6,6875 дюймов. Можно использовать любые другие соответствующие размеры и/или пропорции.
Только в качестве примера лопасть 30 вентилятора может иметь значение аэродинамического сопротивления в диапазоне от, в основном, 39,8, в условиях, когда число Рейнольдса равно, в основном, 120000, до, в основном, 93,3, когда число Рейнольдса равно, в основном, 250000. Однако для лопасти 30 вентилятора могут быть получены другие значения аэродинамического сопротивления.
В одном варианте выполнения лопасть 30 вентилятора имеет коэффициент лобового сопротивления в диапазоне от, в основном, 0,027, в условиях, когда число Рейнольдса равно, в основном, 75000, до, в основном, 0,127, когда число Рейнольдса равно, в основном, 112 500. Однако другие значения коэффициентов лобового сопротивления могут быть получены для лопасти 30 вентилятора.
Например, в условиях, когда число Рейнольдса равно, в основном, 200000, лопасть 30 вентилятора движет воздух так, что существует скоростной фактор, в основном, 1,6 на нижней поверхности 34, на задней кромке 38 лопасти 30 вентилятора. Другие значения скоростного фактора могут быть получены при использовании лопасти 30 вентилятора.
В одном варианте выполнения лопасть 30 вентилятора обеспечивает аэродинамику без срыва потока для углов атаки от, в основном, -1° до 7°, в условиях, когда число Рейнольдса равно, в основном, 112000; и углов атаки от, в основном, -2° до 10°, когда число Рейнольдса равно, в основном, 250000. Эти значения приведены в качестве примера.
На фиг.3 показано поперечное сечение другого предпочтительного варианта выполнения лопасти 50 вентилятора, имеющей, в общем, эллиптическую верхнюю поверхность 52 и нижнюю поверхность 54, каждая из которых заканчивается на передней кромке 56 и задней кромке 58, установленной на ступице 10. Поперечное сечение проходит вдоль поперечной плоскости, расположенной в центре лопасти 50 вентилятора, при виде на ступицу 10. В данном варианте выполнения лопасть 50 вентилятора выполнена полой. Множество утолщений 60 расположено внутри лопасти 50 вентилятора. Как показано на чертеже, когда установочный элемент 12 ступицы вставлен в лопасть 50 вентилятора, выступы 60 расположены таким образом, что они входят в контакт с верхней поверхностью 14, нижней поверхностью 16, передней кромкой 18 и задней кромкой 20 установочного элемента 12 ступицы. Выступы 60, таким образом, обеспечивают скользящую посадку между лопастью 50 вентилятора и установочным элементом 12 ступицы. Альтернативные конфигурации для лопасти 50 вентилятора, включающие, но без ограничений, конфигурации, влияющие на взаимозависимость между лопастью 50 вентилятора и установочным элементом 12 ступицы, очевидны для специалистов в данной области техники.
Как показано на чертеже, лопасть 50 вентилятора имеет меньший радиус кривизны в направлении ее передней кромки 56, по сравнению с большим радиусом кривизны в направлении к ее задней кромке 58. Такие значения кривизны лопасти 50 вентилятора могут быть получены, по меньшей мере частично, посредством генерирования двух эллипсов, используя следующие формулы. Для специалистов в данной области техники ясно, что первый эллипс, который был получен в точке пересечения Декартовых осей х и у, может быть сгенерирован с использованием следующих уравнений:
[1] x=a(COS(t)), и
[2] y=b (SIN (t)),
где
а = длина первичного радиуса,
b = длина вторичного радиуса, и
t = угол поворота радиуса вокруг начала координат (например, в радианах).
В соответствии с этим, первый эллипс может быть сгенерирован, используя указанные выше уравнения. Аналогично, набор координат для первого эллипса может быть получен, используя уравнения [1] и [2]. Пример первого эллипса 200 иллюстрируется на графике, представленном на фиг.4, где а=3 и b=2.
Координаты для второго эллипса могут быть получены, используя следующие уравнения:
[3] x2=х (COS(θ))-y(SIN(θ)), и
[4] y2=y(COS(θ))-x(SIN(θ)),
где
x2 = вторая координата "х" после поворота против часовой стрелки первого эллипса на θ радиан вокруг начала координат, и
y2 = вторая координата "у" после поворота против часовой стрелки первого эллипса на θ радиан вокруг начала координат.
Таким образом, размеры второго эллипса зависят от размеров первого эллипса. Пример второго эллипса 300 показан на графике, представленном на фиг.4, где θ=0,525 радиан. Следует учесть, что в случае, когда первый и второй эллипсы вычерчены в соответствии с уравнениями [1]-[4], эти два эллипса могут пересекаться в четырех точках ("пересечения эллипсов"). На фиг.4 показаны четыре пересечения 400 эллипсов между первым эллипсом 200 и вторым эллипсом 300.
Кривизна верхней поверхности 52 и нижней поверхности 54 может быть основана, по меньшей мере частично, на кривизне первого и второго эллипсов между двумя последовательными пересечениями эллипсов. Пример такого сегмента первого эллипса 200 и второго эллипса 300 показан на фиг.5, на которой представлен участок эллипсов 200 и 300 между последовательными пересечениями эллипса 400. В соответствии с этим, уравнения [1]-[4] можно использовать для генерирования координат поверхности, по меньшей мере, для участка верхней поверхности 52 и нижней поверхности 54 лопасти 50 вентилятора.
Следует учесть, что отношение длины хорды к толщине лопасти 50 вентилятора может изменяться с величиной поворота θ относительно двух эллипсов.
Участки лопасти 50 вентилятора могут отклоняться от кривизны первого и второго эллипсов. Только в качестве примера, и как показано на фиг.3, передняя кромка 56 может быть модифицирована и может иметь, в общем, круглую поверхность. Другие отклонения будут очевидны для специалистов в данной области техники.
В одном варианте выполнения лопасть 50 вентилятора создают, используя уравнения [1]-[4], где а=3 единицы, b=2 единицы и θ=0,525 радиан. В этом варианте выполнения лопасть 50 вентилятора сформирована с круглой передней кромкой 56, имеющей диаметр 3,5% длины хорды. Такая кривизна передней 56 кромки тангенциально соответствует верхней поверхности 52 и нижней поверхности 54. Такое соответствие можно представить, сравнивая фиг.3 и 5. Конечно, можно использовать другие размеры.
В предпочтительном варианте выполнения лопасть 50 вентилятора имеет длину хорды, в основном, 7,67 дюймов. В другом варианте выполнения лопасть вентилятора имеет длину хорды, в основном, 7,687 дюйма. Однако лопасть 50 вентилятора может иметь любую другую соответствующую длину хорды.
В данном варианте выполнения радиус передней кромки 56 составляет, в основном, 3,5% хорды. Максимальная толщина лопасти 50 вентилятора составляет, в основном, 14,2% хорды. Максимальная выпуклость лопасти 50 вентилятора составляет, в основном, 15,6% хорды. Однако можно использовать любые другие соответствующие размеры и/или пропорции.
Например, вентилятор, имеющий диаметр 24 фута и содержащий десять лопастей 50, установленных под углом атаки 10°, образует силу тяги, в основном, 5,2 фунта, вращаясь со скоростью, в основном, 7 оборотов в минуту, перемещая приблизительно 87,302 кубических фута в минуту. При вращении со скоростью, в основном, 14 оборотов в минуту вентилятор генерирует силу тяги, в основном, 10,52 фунта и перемещает 124174 кубических фута в минуту. При вращении со скоростью, в основном, 42 оборота в минуту вентилятор генерирует силу тяги, в основном 71,01 фунта и перемещает, в основном, 322613 кубических фута в минуту. Другие значения силы тяги и/или объемов перемещаемого воздуха могут быть получены с помощью вентилятора, имеющего лопасти 50 вентилятора.
Например, лопасть 50 вентилятора, имеющая угол атаки, в основном, 10°, может проявлять значение аэродинамического сопротивления в диапазоне от, в основном, 39, в условиях, когда число Рейнольдса, в основном, равно 120000, до, в основном, 60, когда число Рейнольдса, в основном, равно 250000. Другие значения аэродинамического сопротивления могут быть получены с помощью лопасти 50 вентилятора.
В одном варианте выполнения лопасть 50 вентилятора обеспечивает аэродинамику без срыва потока для углов атаки от, в основном, 1° до 11°, в условиях, когда число Рейнольдса равно, в основном, 112000; для углов атаки от приблизительно 0° до 13°, когда число Рейнольдса приблизительно равно 200000; и для углов атаки от, в основном, 1° до 13°, когда число Рейнольдса, в основном, равно 250000. Конечно, эти значения представляют собой примеры.
Вентилятор, имеющий диаметр 14 футов и содержащий десять лопастей 50 вентилятора, вращается со скоростью, в основном, 25 оборотов в минуту. Этот вентилятор потребляет приблизительно 54 ватта и развивает крутящий момент, в основном, 78,80 дюйм-фунтов и скорость потока, в основном, 34169 кубических футов в минуту. Вентилятор, таким образом, имеет эффективность, в основном, 632,76 кубических футов в минуту/ватт.
В другом примере вентилятор, имеющий диаметр 14 футов и содержащий десять лопастей 50 вентилятора, вращается со скоростью приблизительно 37,5 оборотов в минуту. Этот вентилятор потребляет, в основном, 82 Ватта и развивает крутящий момент, в основном, 187,53 дюйм-фунтов и скорость потока, в основном, 62421 кубических футов в минуту. Этот вентилятор, таким образом, имеет эффективность, в основном, 761,23 кубических футов в минуту/ватт.
Вентилятор, имеющий диаметр 14 футов и содержащий десять лопастей 50 вентилятора, вращается со скоростью, в основном, 50 оборотов в минуту. Этот вентилятор потребляет, в основном, 263 ватта и развивает крутящий момент, в основном, 376,59 дюйм-фунтов и скорость, в основном, 96816 кубических футов в минуту. Вентилятор, таким образом, имеет эффективность, в основном, 368,12 кубических футов в минуту/Ватт.
Следующее можно применять для любой лопасти вентилятора, включая, только в качестве примера, лопасть (30) вентилятора или лопасть (50) вентилятора.
В одном варианте выполнения каждая лопасть 30 или 50 вентилятора выполнена из однородного сплошного материала. Только в качестве примера, лопасти 30 и 50 вентилятора могут быть изготовлены из экструдированного алюминия. Однако следует учесть, что лопасти 30 и/или 50 вентилятора могут быть выполнены из любого другого соответствующего материала или материалов, включая, без ограничений любой металл и/или пластик. Кроме того, лопасти 30 и/или 50 вентилятора могут быть изготовлены с использованием любого соответствующего способа изготовления, включая, без ограничений, штамповку, изгиб, сварку и/или формование. Другие соответствующие материалы и способы изготовления очевидны для специалистов в данной области техники.
Когда лопасть 30 или 50 вентилятора установлена на ступице 10, установочные элементы 12 ступицы проходят внутрь лопасти 30 или 50 вентилятора, в основном, на 6 дюймов, например. В качестве альтернативы, установочные элементы 12 ступицы проходят в лопасть 30 или 50 вентилятора на любую соответствующую длину. Следует учесть, что ступица 10 может иметь установочные элементы 12, которые устанавливаются снаружи лопастей 30 или 50 вентилятора, а не изнутри. В качестве альтернативы, установочные элементы 12 ступицы могут быть установлены как частично внутри, так и частично снаружи лопастей 30 или 50 вентилятора.
Лопасть 30 или 50 вентилятора также может содержать одно или более отверстий, выполненных с возможностью совмещения с отверстиями 22 в установочном элементе 12 ступицы. В данном варианте выполнения, когда отверстия в лопасти 30 или 50 вентилятора совмещены с отверстиями 22 в установочном элементе 12 ступицы, через отверстия может быть установлено крепление 26 для закрепления лопасти 30 или 50 вентилятора на установочном элементе 12 ступицы. В одном варианте выполнения крепление 26 представляет собой болт. Другие соответствующие альтернативы для крепления (креплений) 26 будут очевидны для специалистов в данной области техники, включая, без ограничений, клеящие составы. В соответствии с этим следует учесть, что отверстия 22 являются необязательными.
Лопасть 30 или 50 вентилятора может иметь в длину приблизительно 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 или 14 футов. В качестве альтернативы, лопасть 30 или 50 вентилятора может иметь любую другую соответствующую длину. В одном варианте выполнения лопасть 30 или 50 вентилятора и ступица 10, имеют такие размеры, что вентилятор, содержащий лопасти 30 или 50 вентилятора и ступицу 10, имеет диаметр, в основном, 24 фута. В другом предпочтительном варианте выполнения лопасть 30 или 50 вентилятора и ступица 10 имеют такие размеры, что вентилятор, содержащий лопасти 30 или 50 вентилятора и ступицу 10, имеет диаметр, в основном, 14 футов. Другие соответствующие размеры очевидны для специалистов в данной области техники.
Следует учесть, что поперечное сечение вдоль длины лопасти 30 или 50 вентилятора не обязательно должно быть идентичным. Т.е. конфигурация лопасти 30 или 50 вентилятора не обязательно должна быть однородной вдоль всей длины лопасти 30 или 50 вентилятора. Только в качестве примера, участок "на оконечности установки на ступицу" лопасти 30 или 50 вентилятора (то есть, оконечность лопасти 30 или 50 вентилятора, которая устанавливается на ступицу 10) может быть удален. Например, на передней кромке 56 лопасти 50 вентилятора выполнен косой срез для установки другой лопасти 50 на ступицу 10.
В качестве альтернативы, лопасть 30 или 50 вентилятора может быть сформирована или может быть выполнена таким образом, что участок оконечности для установки на втулку или другой участок будет удален, облегчен или может иначе "отсутствовать". Следует учесть, что благодаря отсутствию такого участка (независимо от того, был ли он удален или отсутствовал с самого начала) могут быть устранены проблемы, связанные с тем, что лопасти 30 или 50 мешают друг другу на ступице 10. Такие взаимные помехи могут быть вызваны разными факторами, включая, без ограничений, длину хорды лопастей 30 или 50 вентилятора. Другие факторы, помимо взаимной помехи, могут влиять на удаление или другое отсутствие участка лопасти 30 или 50 вентилятора. Отсутствующий участок может содержать участок передней кромки 36 или 56, участок задней кромки 38 или 58 или оба этих участка.
В качестве альтернативы, для решения проблемы взаимной помехи лопастей 30 или 50 вентилятора в ступице 10 диаметр ступицы может быть увеличен (например, без увеличения количества установочных элементов 12 ступицы). В качестве альтернативы, хорда лопастей 30 или 50 вентилятора может быть уменьшена. Тем не менее, другие альтернативы и варианты ступицы 10 и/или лопастей 30 или 50 вентилятора будут очевидны для специалистов в данной области техники.
Лопасть 30 или 50 вентилятора может иметь нулевой или ненулевой угол атаки. Только в качестве примера, при установке на установочный элемент 12 ступицы лопасть 30 или 50 вентилятора может иметь угол атаки в диапазоне от, в основном, приблизительно -1° до 7°, включительно; между -2° и 10°, включительно; или, в основном, 7°, 8°, 10° или 13°, только в качестве примера. Однако лопасть 30 или 50 вентилятора может иметь любой другой соответствующий угол атаки. Лопасть 30 или 50 вентилятора может быть, по существу, прямой вдоль ее длины, и угол атаки может быть установлен посредством использования установочного элемента 12 ступицы с требуемым углом атаки.
В качестве альтернативы, угол атаки установочного элемента 12 может быть равен нулю, и угол атаки для лопасти 30 или 50 вентилятора может быть установлен посредством поворота лопасти 30 или 50 вентилятора. Таким образом, лопасть 30 или 50 вентилятора может быть выполнена, по существу, прямой вдоль длины, вдоль которой продолжается установочный элемент 12 лопасти в лопасти 30 или 50 вентилятора, и поворот может быть предусмотрен для получения угла атаки на остальном участке лопасти 30 или 50 вентилятора. Такой поворот может быть выполнен на любой соответствующей длине лопасти 30 или 50 вентилятора (например, вся оставшаяся длина лопасти 30 или 50 вентилятора имеет "поворот"; или этот поворот выполнен коротким, в результате чего почти вся остающаяся часть лопасти 30 или 50 вентилятора, по существу, выполнена прямой; и т.д.). Другие соответствующие конфигурации и способы установки угла атаки для всей или части лопасти 30 вентилятора будут понятны для специалистов в данной области техники. Кроме того, следует учесть, что все или некоторые участки лопасти 30 или 50 вентилятора могут иметь один или больше поворотов, с любой целью.
Лопасть, например, 30 или 50 вентилятора может быть модифицирована при использовании множества подходов. Такие модификации могут изменять характеристики при работе вентилятора. Как представлено в качестве примера на фиг.6-10, одна такая модификация может заключаться в наличии концевого крылышка 70. Хотя концевое крылышко 70 будет описано в контексте лопастей 30 и 50 вентилятора, следует учесть, что концевые крылышки 70 можно использовать с любыми другими соответствующими лопастями вентилятора.
Концевое крылышко 70 в соответствии с данным вариантом выполнения содержит вертикальный элемент 72. Вертикальный элемент 72 имеет плоскую внутреннюю поверхность 74 и закругленную внешнюю поверхность 76. Другие соответствующие конфигурации для внутренней поверхности 74 и внешней поверхности 76 будут понятны для специалистов в данной области техники. В данном примере периметр вертикального элемента 72 определен нижней кромкой 78, верхней кромкой 80 и задней кромкой 82. Каждая кромка 78, 80 и 82 сходится, в общем, в соответствующем углу 84. Таким образом, в настоящем примере вертикальный элемент 72 имеет три угла 84. Как показано, каждый угол 84 выполнен закругленным. В соответствии с этим термин "угол", как термин, используемый здесь, не следует рассматривать, как термин, требующий обеспечения острого угла. Угол не обязательно должен быть ограничен точкой или областью, в которой встречается или пересекается пара прямых линий. Хотя в настоящем примере вертикальный элемент 72 описан, как имеющий три угла, следует учесть, что вертикальный элемент 72 может иметь любое соответствующее количество углов 84.
Другие варианты выполнения вертикального элемента 72 ясны для специалистов в данной области техники.
Концевое крылышко 70 в соответствии с настоящим вариантом выполнения дополнительно содержит установочный элемент 90 концевого крылышка, который проходит, по существу, перпендикулярно от внутренней поверхности 74 вертикального элемента 72. Как показано на чертеже, установочный элемент 90 концевого крылышка выполнен аналогично установочному элементу 12 ступицы. Установочный элемент 90 концевого крылышка имеет верхнюю поверхность 92 и нижнюю поверхность 94, каждая из которых заканчивается на передней 96 и задней кромке 98. Кроме того, каждый установочный элемент 92 концевого крылышка содержит отверстия 100, сформированные через верхнюю поверхность 92 и нижнюю поверхность 94. В данном примере каждое отверстие 100 имеет такие размеры, обеспечивающие возможность установки в него крепления 26. Установочный элемент 90 концевого крылышка выполнен с возможностью вставки в одну оконечность лопасти 30 или 50 вентилятора. Для специалистов в данной области техники очевидно, что установочный элемент 90 концевого крылышка может быть выполнен в различных альтернативных конфигурациях.
На фиг.9 показан вид в поперечном сечении лопасти 30 вентилятора с концевым крылышком 70, установленным на нем. Поперечное сечение проходит вдоль поперечной плоскости, расположенной в центре лопасти 30 вентилятора, если смотреть в направлении концевого крылышка 70 (то есть, со стороны ступицы 10). В данном примере, и как показано на фиг.9 и 10, установочный элемент 90 концевого крылышка выполнен так, что его можно устанавливать на оконечности лопасти 30 или 50 вентилятора. Так же, как и установочный элемент 12 ступицы, установочный элемент 90 концевого крылышка устанавливается со скольжением относительно выступов 40 или 60 в лопасти 30 или 50 вентилятора. В настоящем примере верхняя кромка 80 концевого крылышка 70 проходит над верхней поверхностью 32 или 52 лопасти 30 или 50 вентилятора и проходит за пределы передней кромки 36 или 56. Точно так же нижняя кромка 78 концевого крылышка 70 проходит за пределы нижней поверхности 34 или 54 лопасти 30 или 50 вентилятора. Задняя кромка 82 концевого крылышка 70 проходит за пределы задней кромки 38 или 58 лопасти 30 или 50 вентилятора. Концевые крылышки 70 и лопасти 30 или 50 вентилятора могут иметь любые другие относительные размеры и/или конфигурацию.
Лопасть 30 или 50 вентилятора может содержать одно или более отверстий, сформированных рядом с оконечностью лопасти 30 или 50 вентилятора через верхнюю поверхность 32 или 52 и/или нижнюю поверхность 34 или 54, которое/которые расположены так, что они совмещаются с отверстием (отверстиями) 100 в установочном элементе 90 концевого крылышка, когда установочный элемент 90 концевого крылышка вставлен в лопасть 30 или 50 вентилятора, и размеры которого подобраны так, что в него можно устанавливать крепление 26. Концевые крылышки 70, таким образом, могут быть закреплены на лопастях 30 или 50 вентилятора посредством одного или более креплений 26. В одном из вариантов выполнения крепление 26 представляет собой болт. В другом варианте выполнения крепление 26 содержит взаимодополняющую пару блокирующих соединительных винтов с тонкой головкой, таких как винтовые стойки, иногда используемые для соединения друг с другом большого количества листов бумаги (например, "охватываемый" винт с резьбовой внешней поверхностью, выполненный так, что он соответствует "охватывающему" винту с резьбовой внутренней поверхностью). Однако можно использовать любое другое соответствующее крепление (крепления), включая, без ограничений, клеящие составы. В соответствии с этим следует учесть, что отверстия 100 используются в случае необходимости.
Также следует учесть, что установочный элемент 90 концевого крылышка не обязательно должен быть вставлен с оконечной стороны лопасти 30 или 50 вентилятора. Таким образом аналогично установочным элементам 12 ступицы установочный элемент 90 концевого крылышка может быть выполнен так, что его можно будет устанавливать с наружной стороны лопастей 30 или 50 вентилятора, а не изнутри. В качестве альтернативы, установочные элементы 90 концевого крылышка могут быть установлены одновременно частично внутри и частично снаружи лопастей 30 или 50 вентилятора. Тем не менее, другие конфигурации будут очевидны для специалистов в данной области техники.
В альтернативном варианте выполнения в концевом крылышке 70 отсутствует установочный элемент 90, и вместо этого оно выполнено с выемкой, сформированной на внутренней поверхности 74 вертикального элемента 72. В этом варианте выполнения оконечность лопасти 30 или 50 вентилятора вставляют в концевое крылышко 70 для закрепления концевого крылышка 70 на лопасти 30 или 50 вентилятора. В еще одном другом варианте выполнения лопасть 30 или 50 вентилятора сформирована как единая деталь с концевым крылышком 70. В соответствии с этим, для специалистов в данной области техники очевидно, что существует множество конфигураций, предусматривающих лопасть 30 или 50 вентилятора с концевым крылышком 70.
В то время как вертикальный элемент 72 показан как, по существу, перпендикулярный установочному элементу 90, следует учесть, что эти два элемента могут быть расположены под любым приемлемым углом относительно друг друга. Таким образом, и только в качестве примера, вертикальный элемент 72 может быть наклонен внутрь или направлен наружу при закреплении концевого крылышка 70 на лопасти 30 или 50 вентилятора. В качестве альтернативы, вертикальный элемент 72 может содержать более чем один угол. Таким образом вертикальный элемент 72 может быть выполнен так, что каждый из верхнего участка вертикального элемента и нижнего участка вертикального элемента наклонены внутрь, когда концевое крылышко прикреплено к лопасти 30 или 50 вентилятора. Другие варианты концевого крылышка 70, включая, без ограничений, расположенные под углом варианты, будут очевидны для специалистов в данной области техники.
Хотя концевое крылышко 70 было, в частности, описано как модификация лопастей 30 или 50 вентилятора, следует учесть, что концевое крылышко 70 можно использовать для модификации любых других лопастей вентилятора.
В одном варианте выполнения концевое крылышко 70 сформировано из однородного сплошного материала формованного пластика. Однако следует учесть, что концевое крылышко 70 может быть изготовлено из самых разнообразных материалов, включая, без ограничений, любой соответствующий металл и/или пластик, и может содержать множество деталей. Кроме того, концевое крылышко может быть изготовлено с использованием любого соответствующего способа производства.
Задние вихри, которые формируются на оконечности или рядом с оконечностями лопастей 30 или 50 вентилятора, могут увеличивать подъемную силу рядом с оконечностями лопастей 30 или 50 вентилятора. Концевые крылышки 70 могут препятствовать радиальному потоку воздуха над верхней поверхностью 32 или 52 и/или нижней поверхностью 34 или 54 рядом с оконечностями лопастей 30 или 50 вентилятора. Такая задержка может вынудить воздух протекать более нормально от передней кромки 36 или 56 до задней кромки 38 или 58, улучшая, таким образом, эффективность вентилятора, имеющего лопасти 30 или 50 вентилятора с концевыми крылышками 70, по меньшей мере, на некоторых значениях скорости вращения.
В одном варианте выполнения концевые крылышки 70 прикреплены к оконечностям лопастей 30 или 50 на вентиляторе, имеющем диаметр 6 футов. Благодаря добавлению концевых крылышек 70 скорость потока воздуха в вентиляторе увеличивается на 4,8% при 171 оборотов в минуту.
В другом варианте выполнения концевые крылышки 70 прикреплены к оконечностям лопастей 30 или 50 на вентиляторе, имеющем диаметр 14 футов. Благодаря добавлению концевых крылышек 70 скорость потока воздуха в вентиляторе увеличивается на 4,4% при 75 оборотах в минуту.
В приведенных ниже двух таблицах иллюстрируется эффективность, которая может быть получена в результате добавления концевых крылышек 70 к вентилятору, имеющему диаметр 14 футов:
| Таблица 1 | |||||
| Вентилятор без концевых крылышек 70 | |||||
| Скорость (оборотов в минуту) | Максимальная мощность (ватт) | Средняя мощность (ватт) | Крутящий момент (дюйм-фунтов силы) | Скорость потока(кубических футов в минуту) | Эффективность (кубических футов в минуту)/ватт) |
| 12,5 | 54 | 50 | 17,86 | 0 | 0 |
| 25 | 66 | 54 | 78.80 | 34,169 | 632,76 |
| 37,5 | 125 | 82 | 187,53 | 62,421 | 761,23 |
| 50 | 339 | 263 | 376,59 | 96,816 | 368,12 |
| 62,5 | 700 | 660 | 564,01 | 110,784 | 167,85 |
| 75 | 1170 | 1140 | 839,75 | 129,983 | 114,02 |
| Таблица 2 | |||||
| Вентилятор с концевыми крылышками 70 | |||||
| Скорость (оборотов в минуту) | Максимальная мощность (ватт) | Средняя мощность (ватт) | Крутящий момент (дюйм-фунтов силы) | Скорость потока (кубических футов в минуту) | Эффективность (кубических футов в минуту)/ватт) |
| 12,5 | 50 | 42 | 18,56 | 26,815 | 638,45 |
| 25 | 58 | 43 | 18,39 | 46,547 | 1082,49 |
| 37,5 | 68 | 49 | 186,00 | 61,661 | 1258,39 |
| 50 | 241 | 198 | 354,61 | 87,552 | 442,18 |
| 62,5 | 591 | 528 | 582,78 | 120,859 | 228,90 |
| 75 | 980 | 950 | 847,41 | 136,560 | 143,75 |
Конечно, другие значения могут быть реализованы при использовании концевых крылышек 70. Кроме того, приемлемые варианты крылышек, включая, без ограничений, альтернативные конфигурации крылышек, будут очевидны для специалистов в данной области техники.
В заключение следует отметить, что выше были описаны различные преимущества, которые были получены в результате внедрения концепций изобретения. Приведенное выше описание одного или более вариантов выполнения изобретения было представлено с целью иллюстрации и описания. При этом предполагается, что оно не является исчерпывающим или не ограничивает изобретение точной раскрытой формой. Очевидные модификации или варианты возможны с учетом приведенного выше описания. Один или более вариантов выполнения были выбраны и описаны для наилучшей иллюстрации принципов изобретения и его практического применения с тем, чтобы, таким образом, обеспечить для специалистов в данной области техники возможность наилучшего использования изобретения в различных вариантах выполнения и с разными модификациями, которые соответствуют конкретным рассмотренным вариантам использования. Предполагается, что объем изобретения определяется приложенной к нему формулой изобретения.
1. Концевое крылышко для лопасти вентилятора, содержащее вертикальный элемент и установочный элемент, в котором, по меньшей мере, участок установочного элемента расположен, по существу, перпендикулярно к, по меньшей мере, участку вертикального элемента, причем установочный элемент выполнен с возможностью установки на первой оконечности лопасти вентилятора, а лопасть вентилятора выполнена с возможностью установки на ступице вентилятора, на второй оконечности лопасти вентилятора, причем вторая оконечность расположена напротив первой оконечности.
2. Концевое крылышко по п.1, в котором вертикальный элемент выполнен с закругленной внешней поверхностью.
3. Концевое крылышко по п.2, в котором вертикальный элемент выполнен с, по существу, плоской внутренней поверхностью.
4. Концевое крылышко по п.1, в котором периметр вертикального элемента определен нижней кромкой, верхней кромкой и задней кромкой.
5. Концевое крылышко по п.4, в котором каждая из кромок сходится, в общем, в соответствующем углу.
6. Концевое крылышко по п.5, в котором каждый из углов выполнен, в основном, закругленным.
7. Концевое крылышко по п.1, в котором, по меньшей мере, участок установочного элемента выполнен с возможностью установки внутри первой оконечности лопасти вентилятора.
8. Концевое крылышко по п.1, в котором вертикальный элемент выполнен с возможностью сдерживания радиального потока воздуха над, по меньшей мере, участком лопасти вентилятора, расположенным рядом с первой оконечностью лопасти вентилятора.
9. Концевое крылышко по п.1, в котором установочный элемент имеет внутреннюю поверхность, в котором, по меньшей мере, участок расположен неперпендикулярно относительно установочного элемента.
10. Концевое крылышко по п.1, в котором установочный элемент выполнен с возможностью, по существу, фиксации на первой оконечности лопасти вентилятора, по меньшей мере, одним креплением.
11. Концевое крылышко по п.1, в котором вертикальный элемент имеет верхнюю кромку, а установочный элемент имеет переднюю кромку, причем при установке на первой оконечности лопасти вентилятора, которая имеет переднюю кромку, расстояние от передней кромки установочного элемента до точки на верхней кромке вертикального элемента больше, чем расстояние от передней кромки установочного элемента до передней кромки лопасти вентилятора на первой оконечности.
12. Концевое крылышко по п.1, в котором вертикальный элемент имеет заднюю кромку, а установочный элемент имеет заднюю кромку, причем при установке на первой оконечности лопасти вентилятора, имеющей заднюю кромку, расстояние от задней кромки установочного элемента до точки на задней кромке вертикального элемента больше, чем расстояние от задней кромки установочного элемента до задней кромки лопасти вентилятора на первой оконечности.
13. Концевое крылышко по п.1, в котором вертикальный элемент имеет нижнюю кромку, а установочный элемент имеет нижнюю поверхность, причем при установке на первой оконечности лопасти вентилятора, имеющей нижнюю поверхность, расстояние от нижней поверхности установочного элемента до точки на нижней кромке вертикального элемента больше, чем расстояние от нижней поверхности установочного элемента до любой точки на нижней поверхности лопасти вентилятора, на первой оконечности лопасти вентилятора.
14. Концевое крылышко по п.1, в котором вертикальный элемент имеет верхнюю кромку, а установочный элемент имеет верхнюю поверхность, причем при установке на первой оконечности лопасти вентилятора, имеющей верхнюю поверхность, расстояние от верхней поверхности установочного элемента до точки на верхней кромке вертикального элемента больше, чем расстояние от верхней части установочной поверхности элемента до любой точки на верхней поверхности лопасти вентилятора, на первой оконечности лопасти вентилятора.
15. Комплект для модификации лопасти вентилятора, содержащий вертикальный элемент, а также установочный элемент, в котором установочный элемент расположен, по существу, перпендикулярно, к по меньшей мере, участку вертикального элемента, причем установочный элемент выполнен с возможностью установки на первой оконечности лопасти вентилятора, а лопасть вентилятора выполнена с возможностью установки на ступице вентилятора, на второй оконечности лопасти вентилятора, причем вторая оконечность расположена напротив первой оконечности, а также по меньшей мере, одно крепление, выполненное с возможностью закрепления установочного элемента на первой оконечности.
16. Вентилятор, содержащий ступицу, выполненную с возможностью вращения при работе, а также множество лопастей вентилятора, причем каждая лопасть вентилятора имеет первую оконечность и вторую оконечность, в котором каждая лопасть вентилятора установлена на ступице, на соответствующей первой оконечности; и концевое крылышко, установленное на второй оконечности каждой лопасти вентилятора.
17. Вентилятор по п.16, в котором каждое концевое крылышко содержит вертикальный элемент и установочный элемент.
18. Вентилятор по п.17, в котором установочный элемент проходит, по существу, перпендикулярно от вертикального элемента.
19. Вентилятор по п.17, в котором, по меньшей мере, участок каждого установочного элемента выполнен с возможностью установки во вторую оконечность соответствующей лопасти вентилятора.
20. Вентилятор по п.16, в котором расстояние между первой оконечностью и второй оконечностью каждой лопасти вентилятора составляет, по меньшей мере, в основном, 4 фута.
21. Способ изготовления лопасти вентилятора, в котором закрепляют концевое крылышко на оконечности лопасти вентилятора, причем указанное крылышко содержит вертикальный элемент и установочный элемент, при этом, по меньшей мере, участок установочного элемента располагают, по существу, перпендикулярно, по меньшей мере, участку вертикального элемента, в котором установочный элемент выполнен с возможностью соединения с оконечностью лопасти вентилятора.
22. Лопасть вентилятора, выполненная с возможностью установки на вращающуюся ступицу вентилятора, содержащая верхнюю поверхность, имеющую, в основном, эллиптическую кривизну, нижнюю поверхность, имеющую, в основном, эллиптическую кривизну, а также переднюю кромку, при этом каждая из верхней поверхности и нижней поверхности заканчивается на передней кромке, и заднюю кромку, при этом каждая из верхней поверхности и нижней поверхности заканчивается на задней кромке.
23. Лопасть вентилятора по п.22, в которой первый радиус кривизны выполнен рядом с передней кромкой, а второй радиус кривизны рядом с задней кромкой, причем первый радиус кривизны меньше чем второй радиус кривизны.
24. Лопасть вентилятора по п.22, в которой кривизна верхней поверхности образована на первом эллипсе, а кривизна нижней поверхности образована на втором эллипсе.
25. Лопасть вентилятора по п.24, в которой кривизна второго эллипса выполнена зависимой от кривизны второго эллипса.
