ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК F04D19/00 F04D29/38 

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в осевых вентиляторах.

Известен осевой вентилятор, содержащий закрученные лопатки рабочего колеса, имеющие среднюю линию профиля, очерченную по дуге окружности, и уменьшающуюся к периферии по закону кубической параболы стрелу прогиба, и спрямляющий аппарат (авт. св. СССР N 1626770, кл. F 04 D 25/08, 1991).

Существенным недостатком известного решения является недостаточно высокий полный КПД вентилятора при углах установки лопаток рабочего колеса θ_к > 30^o.

Известен осевой вентилятор, содержащий закрученные лопатки рабочего колеса с уменьшающейся к периферии стрелой прогиба, средние линии профилей которых в сечениях по радиусу колеса образованы дугами окружностей, и спрямляющий аппарат, причем уменьшение стрелы прогиба выполнено по закону кубической параболы, определяемой соотношением:
,
где
f - стрела прогиба;
b - хорда профиля;
r - радиус сечения профиля;
R - периферийный радиус колеса,
а отношение стрелы прогиба к хорде по радиусу лопаток спрямляющего аппарата равно 0,1 по всей длине лопатки (авт. св. СССР N 732580, кл. F 04 D 25/08, 1980).

В известном осевом вентиляторе обтекание рабочим потоком лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата, выполненным по указанным законам, не является оптимальным по всей длине лопаток в широком диапазоне угла установки лопаток рабочего колеса, что приводит к отрыву течения потока по длине лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата, вследствие чего снижается КПД вентилятора.

Технический эффект, достигаемый заявляемым решением - повышение максимального полного КПД в широком диапазоне углов установки лопаток рабочего колеса θ_к на среднем радиусе.

Это достигается тем, что в осевом вентиляторе, содержащем корпус и установленные в нем рабочее колесо с закрепленными на втулке закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля, очерченную по дуге окружности и уменьшающуюся к периферии по закону кубической параболы стрелу прогиба, и спрямляющий аппарат, изменение угла установки профиля в каждом сечении по радиусу лопатки рабочего колеса θ_к выполнено по закону кубической параболы, описываемой уравнением:

а отношение стрелы прогиба f к хорде b лопатки спрямляющего аппарата изменяется по прямой, имеющей вид:
,
где θ_кi - текущий угол установки профиля лопатки рабочего колеса в радианах;
r_i - текущий радиус сечения лопатки рабочего колеса;
R - периферийный радиус лопатки;
f - стрела прогиба средней линии профиля;
b - хорда средней линии профиля.

В сечении I-I при ; в сечении II-II при ; в сечении III-III при ; ... при . Из этих примеров видно, что при втулочном отношении ~ 0,5 изменение f/b по радиусу лопатки происходит по отрезку прямой линии, ограниченной ординатами f/b = 0,1 и f/b = 0,815. Указанные отличительные признаки позволяют получить осевой вентилятор, величина максимального полного КПД которого повышается до 0,85 - 0,86 в широком диапазоне изменения угла θ_к установки лопаток рабочего колеса на среднем радиусе.

На фиг. 1 показан осевой вентилятор, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид со стороны входа; на фиг. 3 - безразмерные аэродинамические характеристики вентилятора при различных углах установки на среднем радиусе лопаток рабочего колеса θ_к = var.

Осевой вентилятор содержит корпус 1 и размещенные в нем спрямляющий аппарат, состоящий из втулки 2 и лопаток 3, и рабочее колесо, состоящее из втулки 4 с диаметром d, составляющим ≤ 0,5 от диаметра D рабочего колеса, с установленными на нем рабочими лопатками 5, имеющими среднюю линию, очерченную по дуге окружности, и уменьшающуюся к периферии по закону кубической параболы стрелу прогиба f.

Осевой вентилятор работает следующим образом.

Механическая работа преобразуется в рабочем колесе в кинетическую и потенциальную энергию рабочего тела. Далее закрученный поток поступает в спрямляющий аппарат, где динамическое давление скорости закручивания преобразуется в статическое давление. Рабочий поток, обтекая лопатки рабочего колеса 5, выполненные с изменяющимся углом установки профиля по их высоте по закону, описанному уравнением кубической параболы, и лопатки спрямляющего аппарата 3, выполненные так, что отношение стрелы прогиба f к хорде b изменяется по прямой определенного вида, выходит из вентилятора с высоким КПД в широком диапазоне угла установки лопаток рабочего колеса θ_к вследствие безотрывного течения потока по всей длине лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

При угле θ_к = 20^o (см. фиг. 3) максимальный полный КПД равен η_max = 0,83; при θ_к = 25^o η_max = 0,85; при θ_к = 30^o η_max = 0,855; при θ_к = 35^o η_max = 0,865; при θ_к = 40^o η_max = 0,86; при θ_к = 45^o η_max = 0,855. При уменьшении угла установки лопаток θ_к < 20^o значение η_max резко снижается.

Использование: в осевых вентиляторах. Сущность, изобретения: осевой вентилятор содержит корпус и установленные в нем рабочее колесо с закрепленными на втулке закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля, очерченную по дуге окружности, и уменьшающуюся к периферии по закону кубической параболы стрелу прогиба и спрямляющий аппарат. Изменение угла установки профиля в каждом сечении по радиусу лопатки рабочего колеса выполнено по закону кубической параболы, описываемой соответствующим уравнением. Отношение стрелы прогиба к хорде лопатки спрямляющего аппарата изменяется по прямой, описываемой соответствующим уравнением. 3 ил.

Осевой вентилятор, содержащий корпус и установленное в нем рабочее колесо с закрепленными на втулке закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля, очерченную по дуге окружности, и уменьшающуюся к периферии по закону кубической параболы стрелу прогиба, и спрямляющий аппарат, отличающийся тем, что изменение угла установки профиля θ_к в каждом сечении по радиусу лопатки рабочего колеса выполнено по закону кубической параболы, описываемой уравнением

где θ_ki - текущий угол установки средней линии лопатки рабочего колеса в радианах;
r_i - текущий радиус сечения лопатки рабочего колеса;
R - периферийный радиус лопатки,
а отношение стрелы прогиба f к хорде B лопатки спрямляющего аппарата изменяется по прямой, имеющей вид

где f - стрела прогиба средней линии профиля;
B - хорда средней линии профиля;
r_i - текущий радиус сечения лопатки рабочего колеса;
R - периферийный радиус лопатки.