РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 1996 года по МПК F04D29/28 

Предлагаемое техническое решение относится к области вентиляторостроения, а именно к центробежным вентиляторам с загнутыми назад лопатками рабочего колеса.

Известно рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее несущий, покрывной диски и загнутые назад лопатки (см. например Т.С. Соломахова, К.В. Чебышева. Центробежные вентиляторы. М. Машиностроение, 1980, с. 96-107). Такое выполнение колеса позволяет достичь больших значений КПД за счет снижения потерь энергии на вихреобразование в межлопаточных каналах, т.е. больших значений гидравлической мощности на единицу потребляемой мощности. Вместе с тем указанное рабочее колесо имеет сравнительно низкую аэродинамическую нагруженность из-за малых значений коэффициента давления.

Наиболее близким к заявляемому устройству является рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее несущий и покрывной диски и установленные между ними загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет размещенный на ее выходной части со стороны рабочей поверхности продольный выступ с криволинейной рабочей поверхностью (см. а.с. N 1178956, М.кл. F 04 D 29/28). Данное рабочее колесо устраняет недостаток ранее описанной конструкции, т.е. повышает аэродинамическую нагруженность за счет роста давления и подачи вентилятора. Однако указанное расположение продольного выступа вызывает такое изменение характера течения потока, которое способствует повышению давления только на рабочей поверхности лопатки, не изменяя практически структуру течения и, следовательно, циркуляционные силы на тыльной поверхности. Это приводит к недостаточному повышению давления, развиваемого рабочим колесом и как результат, к недостаточному повышению аэродинамической нагруженности вентилятора. Указанные недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Целью предполагаемого изобретения является повышение аэродинамической нагруженности вентилятора за счет увеличения циркуляционных сил, действующих на поток при обтекании лопаток рабочего колеса.

Указанная цель достигается тем, что в рабочем колесе центробежного вентилятора, содержащем несущий и покрывной диски и размещенные между ними загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет размещенный на рабочей поверхности в области выходной части продольный выступ с криволинейной рабочей поверхностью, имеются дополнительные выступы, расположенные на несущем диске со стороны тыльных поверхностей лопаток, каждый из которых смещен относительно концевой кромки лопатки по хорде и перпендикулярно к ней на величину 0,007-0,02 от наружного диаметра рабочего колеса для усиления положительного эффекта.

Расположение дополнительного выступа со стороны тыльной поверхности лопатки с зазором способствует увеличению скорости потока, обтекающего эту поверхность за счет разрежения, создаваемого выступом, на входе в указанный зазор. Выступ в сочетании с тыльной поверхностью лопатки выполняет функцию компрессорной лопатки. Увеличение скорости потока на тыльной поверхности лопатки приводит к росту циркуляции вокруг нее, возникновению дополнительной циркуляционной силы, способствующей большему повороту вектора скорости потока на выходе из рабочего колеса в направлении его вращения, и, как результат, увеличению развиваемого им давления, росту аэродинамической нагруженности вентилятора.

Кроме того, выполненный вогнутым по цилиндрической поверхности торец продольного выступа на рабочей поверхности лопатки является вихрепреобразователем, т.е. формирует при движении потока по зазору между тыльным выступом и лопаткой регулярный вихрь, вращение которого совпадает по направлению с вращением рабочего колеса, что способствует дополнительному увеличению циркуляционных сил и, следовательно, аэродинамической нагруженности вентилятора. Интенсивность вихря достигает наибольшей величины при соприкосновении направляющей цилиндрической поверхности и криволинейной поверхности выступа.

Предложенное устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез рабочего колеса; на фиг. 2 лопатка с продольными выступами.

Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит несущий 1 и покрывной 2 диски, между которыми установлены загнутые назад лопатки 3, в области выходной части которых на рабочей поверхности размещен продольный выступ 4 с криволинейной рабочей 5 поверхностью. Со стороны тыльной 6 поверхности лопатки 3 со смещением относительно ее концевой кромки 7 по направлению хорды 8 и перпендикулярно к ней на расстоянии, равном а 0,007-0,02 от наружного диаметра рабочего колеса, расположен дополнительный выступ 9 с криволинейной рабочей поверхностью 10.

Вместе с тем торец 11 продольного выступа 4 выполнен вогнутым по цилиндрической поверхности, направляющая 12 которой касается криволинейной рабочей поверхности 10 выступа 9.

При вращении рабочего колеса центробежного вентилятора его лопатки 3, воздействуя на поток, движущийся по каналам, образованным несущим 1, покрывным 2 дисками и лопатками 3, сообщают ему энергию, величина которой определяется возникающими при этом взаимодействии кориолисовой и циркуляционной силами. Кориолисовая и циркуляционная силы создают перепад давления между рабочей 5 и тыльной 6 поверхностями лопатки 3, который и определяет давление, развиваемое рабочим колесом. С другой стороны, давление определяется углом выхода потока с лопаток 3 рабочего колеса.

При движении потока по криволинейной рабочей поверхности 5 продольного выступа 4 происходит поворот части потока, примыкающей к рабочей 5 поверхности лопатки 3, в направлении вращения рабочего колеса, т.е. происходит некоторое увеличение угла выхода потока и, следовательно, давления, развиваемого рабочим колесом. Двигаясь по криволинейной рабочей поверхности 10 в зазоре, образованном дополнительным выступом 9 и тыльной 6 поверхностью лопатки 3, часть потока, примыкающая к тыльной поверхности лопатки 3, поворачивается в направлении вращения рабочего колеса, что существенно увеличивает действующую на него циркуляционную силу благодаря росту циркуляции, возникающей вокруг лопатки 3 с выступом 4. Рост циркуляции обусловлен увеличением скорости потока, обтекающего тыльную 6 поверхность лопатки 3, вследствие воздействия на него дополнительного выступа 9, образующего с тыльной 6 поверхностью лопатки 3 канал, схожий по своему воздействию на поток с межлопаточным каналом компрессора. Кинематически это проявляется в увеличении угла выхода с лопаток 3 части потока, примыкающего к тыльной поверхности 6. Указанное приводит к увеличению результирующего осредненного угла выхода потока и, как результат, к увеличению давления, развиваемого рабочим колесом, т.е. увеличивает аэродинамическую нагруженность вентилятора.

Экспериментальным путем установлено, что положительный эффект увеличения давления, развиваемого рабочим колесом, достигается при смещении дополнительного выступа 9 относительно концевой кромки 7 лопатки 3 на расстояние, равное а 0,007-0,02 от наружного диаметра рабочего колеса, по хорде 8 и перпендикулярно к ней. При величине а 0,007 импульс потока, проходящего через зазор между криволинейной поверхностью 10 дополнительного выступа 9 и тыльной поверхностью лопатки 3, недостаточен, чтобы существенно влиять на величину осредненного угла выхода потока. В случае если а 0,02, происходит резкое увеличение потерь давления на вихреобразование в зоне тыльной поверхности выступов 9, 4 в результате значительного загромождения межлопаточного канала при смещении дополнительного выступа 9 перпендикулярно хорде 8 и по причине роста угла отставания потока, при смещении дополнительного выступа 9 в направлении хорды 8.

Росту циркуляции вокруг лопатки 3 способствует возникающий в вогнутой цилиндрической поверхности 11 продольного выступа 4 регулярный вихрь, направление вращения которого совпадает с вращением рабочего колеса 3. Увеличение циркуляционных сил, действующих на поток, приводит к росту сообщаемой ему энергии, т.е. его давления, способствуя увеличению аэродинамической нагруженности вентилятора.

Таким образом, за счет увеличения скорости потока на тыльной поверхности лопатки достигается более эффективный поворот его в направлении вращения рабочего колеса, что в конечном счете повышает аэродинамическую нагруженность вентилятора.

Наибольшая интенсивность вихря достигается при тангенциальном подводе потока в зазоре, т.е. при наличии общей касательной и направляющей 12, цилиндрической поверхности 11 и криволинейной поверхности 10.

Использование: область вентиляторостроения, а именно центробежные вентиляторы с загнутыми назад лопатками рабочего колеса. Сущность изобретения: рабочее колесо центробежного вентилятора содержит несущий и покрывной диски, между которыми установлены загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет размещенный в области ее выходной части продольный выступ с криволинейной рабочей поверхностью, при этом на несущем диске со стороны тыльной поверхности лопатки расположены дополнительные выступы, каждый из которых смещен относительно концевой кромки лопатки по хорде и перпендикулярно к ней на величину 0,007-0,02 от наружного диаметра колеса, торец продольного выступа лопатки может быть выполнен вогнутым по цилиндрической поверхности, направляющая которой соприкасается с рабочей поверхностью дополнительного выступа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее несущий и покрывной диски и размещенные между ними загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет размещенный на рабочей поверхности в области выходной части продольный выступ с криволинейной рабочей поверхностью, отличающееся тем, что на несущем диске со стороны тыльных поверхностей лопаток закреплены дополнительные выступы, каждый из которых смещен относительно концевой кромки лопатки по хорде и перпендикулярно к ней на величину, составляющую 0,007 - 0,02 наружного диаметра колеса. 2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что каждый дополнительный выступ имеет криволинейную рабочую поверхность, при этом торец каждого продольного выступа выполнен вогнутым по цилиндрической поверхности, направляющая которой соприкасается с рабочей поверхностью дополнительного выступа.