рабочее колесо радиального вентилятора

Формула изобретения

Рабочее колесо радиального вентилятора, содержащее несимметричные криволинейные лопатки, установленные таким образом, что образующая поверхности лопатки параллельна оси вращения рабочего колеса, вогнутая сторона листовой или средней линии профильной лопатки в сечении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, обращена в сторону вращения рабочего колеса, а ширина рабочего колеса b₂ в зоне выходных кромок лопаток меньше ширины рабочего колеса b₁ в зоне входных кромок лопаток, причем диаметр окружности рабочего колеса D₁, на которой расположены входные кромки лопаток, составляет не менее 0,70 диаметра D ₂ окружности, на которой расположены выходные кромки лопаток, при этом угол ₁ между хордой профиля лопатки и касательной к окружности с диаметром D₁, вершина которого расположена в точке пересечения хорды профиля лопатки и окружности с диаметром D₁ составляет не более 45°, а максимальная вогнутость f профиля лопатки не превышает 0,1 длины хорды профиля l, причем ширина рабочего колеса b₂ в зоне выходных кромок лопаток составляет не менее 0,25 D₂, число лопаток не превышает 15.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям рабочих колес радиальных вентиляторов, и может быть использовано в системах общеобменной вентиляции.

Известно рабочее колесо радиального вентилятора, содержащее криволинейные листовые либо профильные лопатки, установленные на рабочем колесе в соответствии со следующими вариантами: а) загнутые назад; б) радиальнозаканчивающиеся; в) загнутые вперед (см. книгу под ред. Соломаховой Т.С. «Центробежные вентиляторы», «Машиностроение», 1975, с.7-8, рис.5). Каждая известная форма лопаток рабочего колеса имеет свое назначение, свои преимущества и недостатки. Их использование варьируется в зависимости требуемой производительности и других параметров вентиляторов.

Известно радиальное рабочее колесо, содержащее лопатки, размещенные между дисками и выполненные загнутыми назад (вогнутая сторона обращена против вращения рабочего колеса), в котором рабочая лопатка оснащена участком (предкрылком), расположенным ближе к оси вращения рабочего колеса от места примыкания основной части лопатки к поверхности переднего диска, при этом точка пересечения передней кромки следующей по ходу вращения лопатки с передним диском, носок передней кромки предкрылка и ось вращения рабочего колеса лежат на одной прямой в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения рабочего колеса, а боковая кромка предкрылка расположена под острым углом к передней кромке предкрылка (см. патент на изобретение RU № 2310774, Кл. F04D 29/30, оп. в 2007 г.). Известное устройство направлено на повышение напорной аэродинамической характеристики при снижении уровня шума.

Такое выполнение профиля лопатки обеспечивает высокие значения КПД при пониженных значениях расхода и давления.

Известен диаметральный вентилятор с загнутыми вперед лопатками, имеющими длину хорды, составляющую 0,12 0,16, и толщину - не более 0,01 диаметра колеса, установлеными с густотой 0,9 1,2 и под углом 155 165° к наружной и 80 90° - к внутренней окружности колеса (см. патент на изобретение RU № 2204057, Кл. F04D 17/04, оп. в 2003 г.). В этом устройстве выполнение профиля лопатки обеспечивает высокие значения коэффициентов расхода и давления, развиваемого вентилятором, но при этом невысокие значения КПД.

Известен радиальный вентилятор с радиально оканчивающимися лопатками (см. патент на изобретение США № 20050084378, Кл. В63Н 1/26, оп. 2005 г.). В известном вентиляторе при обтекании профиля лопатки возникает отрыв воздушного потока, при этом падает КПД вентилятора.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является рабочее колесо центробежного дымососа, имеющее 24 радиально оканчивающиеся лопатки, установленные таким образом, что образующая поверхности лопатки параллельна оси вращения рабочего колеса, с углом выхода, равным 90°, очерченные по дуге окружности радиусом R _л, равным 34% от внешнего диаметра рабочего колеса D ₂, измеренного по выходным кромкам лопаток, диаметр входа в рабочее колесо D₀ составляет величину, равную 62% от величины D₂, ширина рабочего колеса на выходе b ₂ составляет 13% от величины D₂ (см. патент на изобретение RU № 2313006, Кл. G F04D 17/08, оп 2005 г.). Данное рабочее колесо имеет те же особенности, что и предыдущее, причем попытка избежать отрыва воздуха от профиля лопатки в известном изобретении приводит к увеличению количества лопаток, а соответственно, и материалоемкости вентилятора.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи увеличения КПД вентилятора, повышения значений коэффициентов расхода и давления при увеличении ширины рабочего колеса, без изменения общих габаритов рабочего колеса по диаметру, уменьшения материалоемкости вентилятора, упрощения изготовления лопаток.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в рабочем колесе радиального вентилятора, содержащем несимметричные криволинейные лопатки, установленные таким образом, что образующая поверхности лопатки параллельна оси вращения рабочего колеса, вогнутая сторона листовой или средней линии профильной лопатки в сечении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, обращена в сторону вращения рабочего колеса, а ширина рабочего колеса b₂ в зоне выходных кромок лопаток меньше ширины рабочего колеса b₁ в зоне входных кромок лопаток, причем диаметр окружности рабочего колеса D₁, на которой расположены входные кромки лопаток, составляет не менее 0,7 диаметра D₂ окружности, на которой расположены выходные кромки лопаток, при этом угол ₁ между хордой профиля лопатки и касательной к окружности с диаметром D₁, вершина которого расположена в точке пересечения хорды профиля лопатки и окружности с диаметром D₁ составляет не более 45°, а максимальная вогнутость f профиля лопатки не превышает 0,1 длины хорды профиля l, причем ширина рабочего колеса b₂ в зоне выходных кромок лопаток составляет не менее 0,25 D₂, число лопаток не превышает 15.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг.1 представлено рабочего колеса радиального вентилятора, продольный разрез. На фиг.2 - то же, сечение А-А на фиг.1. На фиг.3 - профильная лопатка, поперечное сечение.

Рабочее колесо радиального вентилятора содержит несимметричные криволинейные лопатки 1. Лопатки 1 могут быть выполнены листовыми либо профильными. Они установлены таким образом, что образующая поверхности лопатки 1 параллельна оси вращения 2 рабочего колеса. Вогнутая сторона 3 листовой лопатки 1 или средней линии 4 профильной лопатки 1 в сечении, перпендикулярном оси вращения 2 рабочего колеса, обращена в сторону 5 вращения рабочего колеса. Лопатки 1 расположены так же, как в варианте а) книги под ред. Соломаховой Т.С. «Центробежные вентиляторы», «Машиностроение», 1975, с.7-8, рис.5, т.е. отклонены назад по ходу вращения колеса, но их вогнутость обращена в противоположную сторону, как в варианте в) той же книги.

Ширина рабочего колеса b ₂ в зоне выходных кромок лопаток 1 меньше ширины рабочего колеса b₁ в зоне входных кромок лопаток 1. Диаметр D₁ окружности рабочего колеса, на которой расположены входные кромки лопаток 1, составляет не менее 0,70 диаметра D ₂ окружности, на которой расположены выходные кромки лопаток 1. Угол 1 между хордой профиля лопатки и касательной к окружности с диаметром D₁, вершина которого расположена в точке пересечения хорды профиля лопатки и окружности с диаметром D ₁, составляет не более 45°. Максимальная вогнутость f профиля лопатки 1 не превышает 0,1 длины/хорды 6 профиля. Ширина рабочего колеса b₂ в зоне выходных кромок лопаток составляет не менее 0,25 D₂, число лопаток не превышает 15.

Экспериментально установлено, что указанные форма, расположение лопаток 1 и соотношения размеров являются оптимальными для данной конструкции рабочего колеса и обеспечивают достижение максимального положительного эффекта.

Рабочее колесо радиального вентилятора работает следующим образом. Поток воздуха поступает в рабочее колесо через входное отверстие. Затем поток поворачивает из осевого направления в радиальное и попадает в межлопаточные каналы, образованные соседними лопатками 1. Поток воздуха безотрывно от поверхности обтекает лопатки 1. Указанные соотношения диаметров D₁, D₂, расположение профиля, угла его установки ₁, ширины рабочего колеса b₂ обеспечивают обтекание лопатки 1 потоком воздуха с положительным углом атаки - с вогнутой стороны 3 профиля. Использование несимметричных лопаток, обладающих лучшими аэродинамическими качествами, позволяет уменьшить количество лопаток 1, снизив материалоемкость вентилятора. При увеличении отношения D₁ к D₂ более 0,70 увеличивается проходное сечение, при этом не изменяются общие габариты рабочего колеса по диаметру. Такая конструкция дает возможность увеличивать ширину рабочего колеса, при этом повышаются значения коэффициента расхода и КПД вентилятора. При несимметричном профиле лопатки 1 и при максимальной вогнутости f профиля лопатки не более 0,1 длины хорды профиля обтекание воздушным потоком протекает наиболее эффективно и обеспечивает повышенные значения коэффициента расхода и КПД. Поскольку лопатки отклонены назад по ходу вращения колеса, но их вогнутость обращена в противоположную сторону, то повышается динамическая составляющая создаваемого давления. Наиболее эффективно рабочее колесо работает в спиральном корпусе, либо с лопаточным радиальным диффузором.

Рабочее колесо просто в изготовлении и прошло испытания, которые дали возможность оптимизировать конструкцию колеса, форму и расположение лопаток 1, соотношения размеров, диаметров, ширины рабочего колеса.

Таким образом, заявленное изобретение решает техническую задачу увеличения КПД вентилятора, повышения значений коэффициентов расхода и давления при увеличении ширины рабочего колеса, увеличения проходного сечения без изменения общих габаритов рабочего колеса по диаметру, уменьшения материалоемкости вентилятора, упрощения изготовления лопаток.