РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК F04D17/08 

Изобретение относится к вентиляторостроению, конкретно к радиальным вентиляторам с S-образными лопатками.

Известны радиальные вентиляторы с цилиндрическим патрубком, спиральным корпусом и установленным в нем рабочим колесом с S-образными лопатками с плоскими передним и задним дисками [1]
Вентиляторы с S-образными лопатками рабочих колес по своим свойствам занимают промежуточное положение между машинами с вперед и назад загнутыми лопатками. Коэффициент давления машин с S-образными лопатками более высокий, чем у машин с назад загнутыми лопатками, при этом КПД несколько ниже, чем у последних, но выше, чем у машин с вперед загнутыми лопатками. В силу этих особенностей для вентиляторов с S-образными лопатками наиболее характерен диапазон по быстроходности n_y от 20 до 45, по коэффициенту производительности Φ от 0,03 до 0,15 [2]
В качестве аналогов, по технической сущности близких к колесу заявляемого вентилятора, мощно привести следующие разработки.

В соответствии с [3] у рабочего колеса центробежного компрессора с S-образными лопатками места сопряжения участков лопаток противоположной кривизны расположены по окружности с диаметром D_2-1, составляющим 0,82.0,91 наружного диаметра колеса, отношение R_2-1=R₂/R₁ радиусов дуг участков противоположной кривизны составляет 0,185.0,2.

В соответствии с [4] рабочее колесо центробежного вентилятора имеет значения D_2-1, R_2-1, близкие к заявляемым. S-образные лопатки этого колеса имеют прямолинейный участок, соединяющий выпуклую и вогнутую части профиля лопатки.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбран радиальный вентилятор, содержащий входной патрубок, спиральный корпус и
установленное в нем рабочее колесо с коническим передним диском и S-образными лопатками [5]
Недостатком прототипа является сложная конструкция вентилятора: большое количество лопаток рабочего колеса, наличие промежуточных лопаток, а также сложный узел уплотнения. Кроме того, жестко зафиксированные значения геометрических параметров вентилятора хотя и дают возможность получить высокие значения КПД и коэффициента давления для узкого диапазона значений производительности, соответствующего значениям быстроходности n_y=20.21, однако не позволяют расширить диапазон работы вентилятора в сторону увеличения производительности (т.е. на большие значения быстроходности).

Была поставлена задача расширить диапазон экономической работы вентиляторов с S-образными лопатками и упростить конструкцию вентиляторов этого типа.

Поставленная задача достигается тем, что в радиальном вентиляторе, содержащем входной патрубок, спиральный корпус и установленное в нем рабочее колесо с диаметром D₂ с коническим или плоским передним диском, с S-образными лопатками, выпуклая поверхность выходной части каждой из которых обращена в сторону, противоположную направлению вращения, для основных геометрических параметров, характеризующих проточную часть вентилятора, на основании экспериментальных исследований выбраны диапазоны оптимальных значений этих параметров. Условиями оптимальности были следующие: максимальное значение КПД вентилятора h_max ≥ 0,73 , коэффициент давления на этом режиме ψ_н ≥ 1,25 .
Новым является то, что относительный диаметр входного патрубка равен 0,35.0,59, относительная ширина b₁ /D₂ колеса на входе равна 0,06.0,22, относительная ширина b₂ /D₂ колеса на выходе равна 0,06.0,18, относительный диаметр D_2-1 окружности, на которой находятся точки перегиба профилей лопаток, равен 0,82.0,93, отношение радиусов кривизны R_2-1=R₂/R₁ вогнутого и выпуклого участков профиля равно 0,034.0,05, число лопаток z равно 12.18, угол выхода β₂ лопаток колеса равен 110^o.150^o, угол α наклона переднего диска к плоскости поперечного сечения колеса равен 0.15^o, отношение произведения раскрытия А корпуса и его ширины B к площади входного сечения патрубка πD2o

/4 равно 0,57.92, кроме того, за выходными кромками лопаток может располагаться безлопаточный вращающийся диффузор с относительным наружным диаметром , равным 1,1.1,2.

Использование новой, существенной совокупности геометрических параметров патрубка, колеса и корпуса позволяет получить положительный эффект: при достаточно высоких значениях КПД и коэффициента давления расширить диапазон режимов работы вентиляторов этого класса по производительности.

На фиг. 1-3 показан заявляемый радиальный вентилятор. На фиг. 1 схематично изображен поперечный разрез вентилятора; на фиг. 2 продольный разрез вентилятора; на фиг. 3 укрупненно элемент колеса.

Вентилятор содержит входной патрубок 1, спиральный корпус 2 и установленное в нем колесо 3 с коническим или плоским передним диском 4. На выходе из лопаточной системы колеса может устанавливаться безлопаточный диффузор 5. Там же указаны обозначения следующих геометрических параметров вентилятора:
D₀ диаметр входного патрубка в минимальном сечении;
b₁, b₂ ширина колеса на входе и выходе;
R₁, R₂ радиусы выпуклого и вогнутого участков профиля;
D_2-1, D₂ диаметр окружности, на которой находятся точки перегиба профилей лопаток, диаметр колеса по выходным кромкам лопаток;
β₂ угол выхода лопаток колеса;
α угол наклона переднего диска колеса к плоскости его поперечного сечения;
D₃ диаметр безлопаточного диффузора;
A, B, C раскрытие, ширина и длина выходного сечения спирального корпуса.

Работа вентилятора осуществляется следующим образом.

Воздух поступает через входной патрубок 1 в рабочее колесо 3, где происходит передача энергии от вращающегося колеса потоку воздуха. Далее воздух поступает в спиральный корпус 2 и далее с выходному отверстию. Перепад полных давлений на выходе из вентилятора и на входе в него определяет полное давление, создаваемое вентилятором. Отношение полезной мощности к потребляемой определяет его КПД. Наиболее эффективным является вентилятор, у которого высокие значения давления и КПД обеспечиваются в широком диапазоне режимов работы по производительности.

Проведенные исследования моделей радиальных вентиляторов с S-образными лопатками при варьировании основных геометрических параметров колеса и корпуса позволили выявить диапазоны оптимальных значений основных геометрических параметров, а также оптимальные соотношения других геометрических параметров вентилятора, обеспечивающие его экономичность и достаточно высокий коэффициент давления для данного типа вентиляторов.

На фиг. 4 приведены зависимости номинальных значений коэффициента давления j_н и максимальных значений КПД от отношения радиусов кривизны вогнутого и выпуклого участков профиля R_2-1; на фиг. 5 зависимости ψ_н и η_max от угла выхода лопатки колеса β₂; на фиг. 6 зависимости тех же аэродинамических параметров от относительного диаметра окружности, на которой расположены точки перегиба профилей.

На фигурах цифрами обозначены разные варианты моделей вентиляторов с S-образными лопатками колес, отличающихся друг от друга значениями геометрических параметров: , R_2-1, z, β₂, α, 4AB/πD2o

.
На фиг. 7 приведено сопоставление характеристик прототипа и заявляемого вентилятора, подтверждающее значительное расширение диапазона режимов работы последнего по сравнению с прототипом.

Таким образом, полученные из эксперимента данные, представленные на фиг. 4-7, подтверждают отмеченную выше оптимальность диапазонов значений указанных геометрических параметров и их отношений.

Область использования: в вентиляторостроении, конкретно, в радиальных вентиляторах с S-образными лопатками. Сущность изобретения: определены оптимальные значения основных геометрических параметров проточной части вентилятора, содержащего входной патрубок 1, спиральный корпус 2 и установленное в нем рабочее колесо 3 с коническим или плоским передним диском 4 и S-образными лопатками, выпуклая поверхность выходной части каждой из которых обращена в сторону, противоположную стороне вращения. На выходе из лопаточной системы колеса может устанавливаться безлопаточный диффузор 5. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Радиальный вентилятор, содержащий входной патрубок, спиральный корпус и установленное в нем рабочее колесо с диаметром D₂ с коническим или плоским передним диском и S-образными лопатками, выпуклая поверхность выходной части каждой из которых обращена в сторону, противоположную стороне вращения, отличающийся тем, что относительный диаметр входного патрубка равен 0,35 0,59, относительная ширина колеса на входе равна 0,06 0,22, относительная ширина колеса на выходе равна 0,06 0,18, относительный диаметр окружности, на которой расположена точка перегиба профилей лопаток, равен 0,82 0,93, отношение радиусов кривизны вогнутого и выпуклого участков профиля равно 0,034 0,05, угол выхода лопаток равен 110 150^o, угол наклона переднего диска колеса к плоскости поперечного сечения колеса равен 0 15^o, число лопаток Z равно 12 18, отношение произведения раскрытия А корпуса и его ширины В к площади входного сечения патрубка равно 0,57 0,92. 2. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что рабочее колесо снабжено безлопаточным вращающимся диффузором с относительным наружным диаметром
равным 1,1 1,2,
где D₀ диаметр входного патрубка в минимальном сечении;
D₂ диаметр колеса по выходным кромкам лопаток;
b₁ ширина колеса на входе;
b₂ ширина колеса на выходе;
D₃ выходной диаметр безлопаточного вращающегося диффузора.