РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК F04D17/08 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к конструкции радиального вентилятора с колесом барабанного типа, и может быть использовано при проектировании 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 колеса, большой диаметр входного патрубка, короткая длина сильно изогнутых по направлению вращения колеса лопаток, обеспечивающих большую производительность вентилятора, малые габариты и массу.

Известен радиальный вентилятор с колесом барабанного типа с листовыми лопатками, у которых углы выхода лежат в диапазоне 160 - 180^o; относительный диаметр входа - в диапазоне 0,8 - 0,9; относительная ширина колеса на входе - в диапазоне 0,4 - 0,5; число лопаток - в диапазоне 20 - 60; величина относительной хорды лопаток - в диапазоне 0,072 - 0,136; межлопаточные каналы выполнены конфузорными, и изменение площади поперечных сечений этих каналов от входа к выходу, а также углы входа лопаток и произведение относительной хорды на число лопаток регламентированы отдельными зависимостями [1].

Недостатками известного радиального вентилятора является относительно невысокая производительность, увеличение которой связано со снижением КПД и создаваемого давления. В известном вентиляторе даются довольно широкие диапазоны значений большого числа геометрических параметров колеса, но не указываются оптимальные соотношения между отдельными параметрами, особенно между теми, которые определяют форму лопаток рабочего колеса. Кроме того, указываются значения параметров спирального корпуса вентилятора, обеспечивающие его большую производительность и высокий КПД. Таким образом, не используются все возможности, которые обеспечивают более высокий КПД вентилятора.

В результате проведенных в последнее время экспериментальных исследований были определены оптимальные углы атаки и оптимальная форма лопаток колеса. Математический анализ экспериментальных данных позволил установить, что эти свойства могут быть распространены на другие типоразмеры вентиляторов. Тогда оптимальная форма лопаток может быть задана в виде таблицы, где даются числовые значения относительной площади f/f₁ межлопаточного канала вдоль его длины, где
f = πDbsinβ/Z,
f₁ = πD₁b₁sinβ₁/Z.
Здесь D, b, β - соответственно текущие диаметр, ширина и угол лопатки; D₁, b₁, β₁ - те же параметры во входном сечении межлопаточного канала, Z - число лопаток.

Согласно изобретению в радиальном вентиляторе, содержащем корпус со спиральной обечайкой, переходящей в зоне выходного патрубка в язык, и установленное в корпусе с возможностью вращения рабочее колесо барабанного типа с листовыми лопатками, углы выхода которых лежат в диапазоне 160 - 180^o; относительный диаметр входа - в диапазоне 0,8 - 0,9; относительная ширина колеса на входе - в диапазоне 0,4 - 0,5; число лопаток - в диапазоне 20 - 60; величина относительной хорды лопаток - в диапазоне 0,072 - 0,136, угол охвата рабочего колеса спиральной обечайки корпуса составляет 305 - 315^o; относительная глубина языка - 0,18 - 0,22, угол входа лопаток и произведение относительной хорды на число лопаток равны соответственно 78^o и 3,61, а изменение относительной площади конфузорного межлопаточного канала от входа к выходу выполнено в соответствии с табл. 1.

На фиг. 1 и 2 представлены схемы вентилятора в плоскости вращения и в меридиальной плоскости. На фиг. 3 - схема межлопаточного канала.

Радиальный вентилятор содержит корпус 1 со спиральной обечайкой 2, переходящей в зоне выходного патрубка в язык 3, и установленное в корпусе с возможностью вращения рабочее колесо 4 барабанного типа диаметром D₂ с листовыми лопатками 5, углы β₂ выхода которых лежат в диапазоне 160 - 180^o; относительный диаметр входа - в диапазоне 0,8 - 0,9; относительная ширина b₁ = b₁/D₂ колеса 4 на входе - в диапазоне 0,4 - 0,5, число Z лопаток 5 - в диапазоне 20 - 60; величина относительной хорды лопаток 5 - в диапазоне 0,072 - 0,136; угол γ охвата рабочего колеса 4 спиральной обечайкой 2 корпуса 1 составляет 305 - 315^o, относительная глубина языка 3 - 0,18 - 0,22, угол входа β₁ лопаток и произведение относительной хорды на число лопаток равны соответственно 78^o и 3,61, а изменение относительной площади f/f₁, конфузорного межлопаточного канала 6 от входа к выходу выполнено в соответствии с табл. 1.

График фиг. 4 иллюстрирует изменение относительной площади f/f₁ предложенного вентилятора и прототипа.

Как следует из данных табл. 1 и графика фиг. 4 в отличие от известного вентилятора у предложенного вентилятора конфузорные межлопаточные каналы имеют небольшой входной диффузорный участок в диапазоне значений относительного диаметра от 0,83 до 0,88. При этом достигается оптимальное значение относительной хорды лопаток 0,106, полученное в результате обобщения большого количества экспериментальных данных при условии максимального значения КПД, а также уменьшение по сравнению с прототипом угла входа β₁ лопаток и угла атаки при их обтекании.

На фиг. 5 приводятся экспериментальные аэродинамические характеристики, подтверждающие более высокую эффективность предложенного вентилятора по сравнению с прототипом.

Радиальный вентилятор работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса воздух поступает в его межлопаточные каналы 6, далее попадает в спиральный корпус 1 и выбрасывается наружу через его выходное сечение.

Увеличение расхода ϕ достигается увеличением относительного диаметра входа лопаток до = 0,83 и возможностью увеличения диаметра входного патрубка. Увеличение создаваемого давления ψ достигается некоторым увеличением числа лопаток и увеличением угла их вывода. Повышение КПД достигается снижением потерь давления в корпусе и в колесе, особенно при входе в межлопаточные каналы за счет уменьшения угла β₁ до 78^o и уменьшения угла атаки.

Использованы безразмерные параметры, что позволяет получить серию вентиляторов разных размеров с высокими аэродинамическими параметрами.

Использование: в вентиляторостроении, в частности в конструкциях радиального вентилятора с колесом барабанного типа с оптимизированными соотношениями размеров основных элементов, которые определены с помощью разработанной математической модели вентиляторов данной конструкции. При этом увеличение расхода достигается увеличением относительного диаметра входа лопаток и диаметра входного патрубка. Увеличение давления обеспечивается некоторым увеличением числа и угла выхода лопаток. Повышение КПД достигается снижением потерь давления в корпусе и колесе, особенно при входе на лопатки за счет уменьшения угла атаки. 1 табл., 5 ил.

Радиальный вентилятор, содержащий корпус со спиральной обечайкой, переходящей в зоне выходного патрубка в язык, и установленное в корпусе с возможностью вращения рабочее колесо барабанного типа с листовыми лопатками, углы выхода которых лежат в диапазоне 160 - 180^oС, относительный диаметр входа - в диапазоне 0,8 - 0,9, относительная ширина колеса на входе - в диапазоне 0,4 - 0,5, число лопаток - в диапазоне 20 - 60, величина относительной хорды лопаток - в диапазоне 0,072 - 0,136, межлопаточные каналы выполнены конфузорными, и изменение площади поперечных сечений этих каналов от входа к выходу, а также углы входа лопаток и произведение относительной хорды на число лопаток регламентированы отдельными зависимостями, отличающийся тем, что угол охвата рабочего колеса спиральной обечайкой корпуса составляет 305 - 315^o, относительная глубина языка 0,18 - 0,22, угол входа лопаток и произведение относительной хорды на число лопаток равны соответственно 78^o и 3,61, а изменение относительной площади f/f₁ конфузорного межлопаточного канала от входа к выходу выполнено в соответствии с таблицей
где относительный диаметр колеса.