РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР БОЛЬШОЙ БЫСТРОХОДНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК F04D17/08 F04D29/28 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно, к радиальным вентиляторам большой быстроходности и может быть использовано в качестве вентиляторов низкого и среднего давления большой производительности, широко применяемых в системах вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, общественных и производственных зданий и в технологических установках различного назначения.

Особенностью таких вентиляторов является большая ширина и загнутые назад лопатки рабочего колеса, обеспечивающие большую производительность и высокий КПД.

Известен радиальный вентилятор большой быстроходности (n_y > 60) с рабочим колесом, содержащим покрывной и несущий диски с расположенными между ними загнутыми назад лопатками, имеющими углы входа со стороны покрывного диска, превышающие углы входа со стороны несущего диска [1]
Выполнение лопаток такой конфигурации позволяет улучшить условия обтекания входных кромок лопаток при большой ширине рабочего колеса, увеличить создаваемое вентилятором давление, производительность и КПД по сравнению с колесами с обычными лопатками цилиндрической формы, когда углы входа лопаток постоянны по ширине колеса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является радиальный вентилятор большой быстроходности, содержащий входной патрубок, спиральный корпус и расположенное в нем рабочее колесо с покрывным диском, выполненным в виде поверхности вращения с образующей в в виде прямой, дуги окружности, отрезка гиперболы или параболы, причем отношение диаметра D1, на котором располагаются внутренние кромки лопаток, к диаметру D2, на котором располагаются наружные кромки лопаток, находится в диапазоне 0,54.0,8; отношение осевой протяженности b_o рабочего колеса к диаметру D11 входного отверстия колеса составляет 0,52.0,7; отношение ширины колеса на выходе b₂ к диаметру D2 наружных кромок лопаток находится в диапазоне 0,25.0,4 [2]
В известном рабочем колесе задаются диапазоны значений других параметров, определяющих в основном форму покрывного диска колеса для разных вариантов исполнения вентилятора, включая параметры кольцевой щели узла уплотнения между входным патрубком и рабочим колесом.

Выполнение вентилятора с параметрами в заданных диапазонах значений позволяет значительно увеличить его производительность и полезную мощность N_п QP_v, равную произведению полного давления P_v и производительности Q. Это увеличение производительности достигается благодаря более равномерному распределению радиальной составляющей скорости C_2r на выходе из колеса при указанной форме покрывного диска с небольшой кривизной и при сравнительно большой кольцевой щели между входным патрубком и рабочим колесом.

Недостатком описанного вентилятора является то, что при заданной большой ширине колеса не удается обеспечить достаточно равномерное по всей ширине колеса, а не только вблизи покрывного диска, распределения радиальной составляющей скорости C_1r при входе на лопатки колеса, используя только увеличенный размер кольцевой щели. В связи с этим обычные цилиндрические лопатки в различных сечениях по ширине колеса обтекаются с различными углами атаки, возникают интенсивные вторичные течения в межлопаточных каналах, возрастают профильные потери. Это приводит к снижению КПД вентилятора, который у известного вентилятора составляет 69% [2]
В известном вентиляторе даются довольно широкие диапазоны значений отдельных геометрических параметров, но не указываются оптимальные соотношения между параметрами покрывного диска и лопатками, между площадями сечений при входе в вентилятор и при входе на лопатки колеса, т.е. не используются все возможности, которые обеспечивают более высокий КПД вентилятора и большую полезную мощность.

Целью данного изобретения является увеличение полного давления, полезной мощности и КПД вентилятора.

Указанная цель достигается тем, что при использовании рабочего колеса, имеющего конический покрывной диск и углы входа лопаток со стороны покрывного диска, превышающие углы входа лопаток со стороны рабочего диска, отношение площади входа в межлопаточное пространство к площади F_o входа в вентилятор находится в диапазоне 2,2.2,5; отношение ширины колеса на входе b₁ к окружному шагу расположения лопаток πD1/Z (где Z - число лопаток) при входе в межлопаточный канал составляет 1,8.2,2, а соответствующее соотношение πD2/Z при выходе из межлопаточного канала находится в диапазоне 1,0.1,2, причем угол наклона образующих конуса к плоскости несущего диска составляет γ = 30-40^°.

Поставленная цель действительно достигается посредством указанных признаков, поскольку при отношении площадей F₁/F_o 2,2.2,5 обеспечивается увеличение ширины b₁ на входе. При этом достигается большая производительность вентилятора. Одновременно снижается средняя скорость воздуха во входном сечении межлопаточного канала, снижаются профильные потери, тем самым увеличиваются создаваемое вентилятором давление, полезная мощность и КПД.

Входное сечение межлопаточного канала представляет собой пространственный криволинейный четырехугольник, сторонами которого являются входные кромки двух соседних лопаток длиной b₁ и дуги окружности диаметром D1 длиной πD1/Z на несущем и покрывном дисках. При отношении длин сторон b₁:(πD1/Z) = 1,8...2,2 входное сечение межлопаточного канала имеет вид вытянутого в осевом направлении четырехугольника. В этом случае особенно сильно проявляются преимущества лопаток, имеющих углы входа со стороны покрывного диска, превышающие углы входа со стороны несущего диска. Эффективность таких лопаток при большой ширине b₁ рабочего колеса объясняется тем, что при возрастании угла входа лопаток от несущего диска колеса к покрывному диску удается обеспечить обтекание лопаток по всей ширине практически с одинаковыми небольшими углами атаки, что, в свою очередь, приводит к равномерной нагрузке на лопатки во всех сечениях по ширине рабочего колеса, увеличению создаваемого вентилятором давления и КПД.

При отношении длины сторон b₂ и πD2/Z четырехугольного выходного сечения межлопаточного канала в диапазоне 1,0.1,2 обеспечивается небольшая диффузорность межлопаточного канала от входного сечения к выходному, что снижает возможность возникновения отрывных течений и тем самым уменьшаются потери давления в колесе, увеличивается полезная мощность.

Таким образом, использование новых признаков позволяет получить положительный эффект: повышение давления, полезной мощности КПД, расширение области экономичной работы вентилятора.

На фиг. 1 и 2 представлена схема вентилятора в меридиональном сечении и схема рабочего колеса в плоскости вращения.

Радиальный вентилятор включает входной патрубок (1), спиральный корпус (2) и расположенное в нем колесо (3).

Рабочее колесо состоит из покрывного (4) и несущего (5) дисков с расположенными между ними загнутыми назад лопатками (6), имеющими углы входа , возрастающие по направлению от несущего диска к покрывному. Отношение площади F1 в сечении 1-1 к площади F_o в сечении 0-0 находится в диапазоне 2,2.2,5. Стороны четырехугольного входного сечения 1-1 межлопаточного канала представляют собой входные кромки лопаток длиной и отрезки дуг диаметром D1 между двумя соседними лопатками на покрывном и несущем дисках колеса длиной πD1/Z. Отношение сторон b₁:(πD1/Z) составляет 1,8.2,2.

Стороны четырехугольного выходного сечения П-П межлопаточного канала представляют собой выходные кромки лопаток длиной b₂ и отрезки дуг диаметром D2 между соседними лопатками на покрывном и несущем дисках колеса длиной πD2/Z Отношение длин сторон в выходном сечении составляет 1,0.1,2.

Работа вентилятора осуществляется следующим образом. При работе двигателя (на чертеже не показан) вращение передается рабочему колесу. За счет возникающего перед колесом разрежения происходит поступление воздуха через входное сечение 0-0 патрубка на входные кромки лопаток в сечении 1-1, далее воздух движется в межлопаточных каналах к выходному сечению П-П колеса, затем поступает в спиральный корпус и выбрасывается через его выходное сечение.

Использование: в области вентиляторостроения, а именно, в радиальных вентиляторах большой быстроходности и может быть использовано в качестве вентиляторов низкого и среднего давления большой производительности. Сущность изобретения: радиальный вентилятор содержит входной патрубок, спиральный корпус, расположенное в нем рабочее колесо, покрывной диск которого выполнен в виде поверхности вращения. Приведены оптимальные геометрические соотношения вентилятора. 2 ил.

Радиальный вентилятор большой быстроходности, содержащий входной патрубок, спиральный корпус и расположенное в нем рабочее колесо, содержащее покрывной диск, выполненный в виде поверхности вращения с образующими в виде отрезка прямой, окружности, гиперболы или параболы, и плоский несущий диск с расположенными между ними изогнутыми лопатками, причем отношение диаметра D₁ внутренних кромок лопаток к диаметру D₂ наружных кромок лопаток находится в диапазоне 0,54 0,8, отношение осевой протяженности b₀ рабочего колеса к диаметру D₁₁ входного отверстия колеса составляет 0,52 0,7, а отношение ширины колеса на выходе b₂ к диаметру наружных кромок лопаток находится в диапазоне 0,25 0,4, отличающийся тем, что для рабочего колеса, имеющего конический покрывной диск и углы входа лопаток со стороны покрывного диска, превышающие углы входа лопаток со стороны несущего диска, отношение площади F₁ входа в межлопаточное пространство к площади входа в вентилятор находится в диапазоне 2,2 2,5, отношение ширины колеса на входе b₁ к окружному шагу расположения лопаток πD₁/Z (где Z число лопаток) при входе в межлопаточный канал составляет 1,8 2,2, а соответствующее соотношение b₂= πD₂/Z при выходе из межлопаточного канала находится в диапазоне 1,0 1,2, причем угол наклона образующей конуса к плоскости несущего диска составляет γ = 30 - 40^°.