РАБОЧЕЕ КОЛЕСО КАНАЛЬНОГО РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2003 года по МПК F04D29/28 F04D29/66 

Изобретение относится к области вентиляторной техники, а именно к конструкции рабочего колеса с загнутыми назад лопатками канального радиального вентилятора.

Из уровня техники известны рабочие колеса радиальных вентиляторов. Так, в описании изобретения по международной заявке 97/09535, МПК F 04 D 29/28; F 04 D 29/66, дата публикации 13.03.1997, [1], представлено рабочее колесо канального радиального вентилятора, содержащее основной и покрывной диски с законцовками, размещенные между дисками загнутые назад лопатки, внешний диаметр которых меньше диаметра основного и покрывного дисков с законцовками, причем законцовка основного диска выполнена криволинейной. Особенностью известного изобретения, принятого за наиболее близкий аналог, является выполнение образующих основного диска и законцовки покрывного диска в радиальном сечении с расширяющимся каналом, что может привести к отрыву пограничного слоя потока от покрывного диска. Для предотвращения отрыва потока (пограничного слоя) приходится уменьшать ширину лопаток.

Решаемой технической задачей является улучшение напорно-расходной характеристики и КПД радиального вентилятора путем устранения отрыва течения от покрывного диска при ширине рабочего колеса более 0,25 внешнего диаметра лопаток. Технический результат заключается в увеличении ширины лопаток рабочего колеса до 0,42 и более диаметра лопаток.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Рабочее колесо радиального вентилятора, как и в наиболее близком аналоге [1] , содержит основной и покрывной диски с законцовками, размещенные между дисками загнутые назад лопатки, внешний диаметр которых меньше диаметра основного и покрывного дисков с законцовками, но в отличие от наиболее близкого аналога диаметр основного диска с законцовкой равен 1,05...1,15, а диаметр покрывного диска с законцовкой равен 1,1...1,2 внешнего диаметра лопаток с образованием между образующими основного диска и законцовки покрывного диска в радиальном сечении нерасширяющегося канала.

Рабочее колесо харакгеризуеся тем, что образующая законцовки покрывного диска выполнена прямолинейной.

Кроме того, рабочее колесо характеризуеся тем, что образующая законцовки основного диска выполнена криволинейной, в частности в виде дуги окружности.

Представленные признаки образуют совокупность и являются существенными для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата.

Действительно, выполнение рабочего колеса радиального вентилятора, как и в наиболее близком аналоге [1], содержащего основной и покрывной диски с законцовками, размещенные между ними загнутые назад лопатки, внешний диаметр которых меньше диаметра основного и покрывного дисков с законцовками, как и в наиболее близком аналоге, обеспечивает условия для безотрывного обтекания дисков в рабочем колесе.

Выполнение основного диска с законцовкой диаметром, равным 1,05...1,15, и покрывного диска с законцовкой диаметром, равным 1,1...1,2 внешнего диаметра лопаток, а также выполнение законцовок дисков с образованием в радиальном сечении между образующими основного диска и законцовкой покрывного диска нерасширяющегося канала обеспечивает расширение потока во вращающемся кольцевом канале непосредственно за лопатками в такой степени, что позволяет предотвратить отрыв потока с поверхности покрывного диска. Это позволяет увеличить ширину лопаток до 0,42 и более внешнего диаметра лопаток рабочего колеса при сохранении диаметра лопаток рабочего колеса и скорости течения на выходе из рабочего колеса.

Выполнение рабочего колеса с законцовкой покрывного диска с прямолинейной образующей упрощает технологию изготовления покрывного диска при достижении технического результата.

Выполнение рабочего колеса с законцовкой основного диска с криволинейной образующей позволяет формировать поток с требуемыми параметрами. Выполнение образующей законцовки в виде дуги окружности при сохранении нерасширяющегося канала в радиальном сечении между образующими основного диска и законцовной покрывного диска также упрощает технологию изготовления рабочего колеса при достижении заявленного технического результата.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено рабочее колесо при виде сбоку.

На фиг. 2 показан вид сбоку рабочего колеса с прямолинейной образующей законцовки покрывного диска.

На фиг.3 показан разрез 1-1 на фиг. 1.

На фиг.4 представлен график зависимости коэффициента статического давления ψ_SV от коэффициента расхода ϕ вентилятора с рабочим колесом без законцовок и с законцовками ψ_SV = f(ϕ).

Рабочее колесо радиального вентилятора устроено следующим образом.

Рабочее колесо содержит основной 1 и покрывной 2 диски, расположенные между ними лопатки 3, загнутые назад, вал 4 рабочего колеса. Законцовки 5 и 6 основного и покрывного дисков, начинающиеся от места примыкания внешних концов лопаток 3 к дискам 1 и 2, увеличивают диаметр дисков. Между образующей 7 основного диска 1 (продолженной за пределы диска 1) и образующей законцовки 6 покрывного диска 2 в радиальном сечении формируется нерасширяющийся канал. Законцовки 5, 6 могут выполняться заодно с соответствующим диском 1 и 2, а также в виде отдельной детали, соединенной с соответствующим диском 1 или 2 (на фиг. не показано).

Диаметр основного диска 1 с законцовкой 5 превосходит диаметр d окружности, описываемой при вращении внешними концами лопаток 3 (или внешний диаметр лопаток), и не выходит за пределы (1,05...1,15)d, диаметр покрывного диска 2 с законцовкой 6 не выходит за пределы (1,1...1,2)d. Законцовка 5 выполняется как продолжение основного диска 1, сопряженная с поверхностью диска 1, и может иметь как прямолинейную образующую (фиг.2), так и образующую в виде кривой, например, 2-го порядка, в частности дуги окружности. Образующая законцовки 6 диска 2 также выполняется как продолжение образующей покрывного диска 2 и может выполняться как прямолинейной, так и криволинейной при сохранении в радиальном сечении нерасширяющегося канала между образующей 7 основного диска 1 и образующей законцовки 6 покрывного диска 2.

Рабочее колесо радиального вентилятора работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса, например, посредством приложения крутящего момента к валу 4 на поверхности дисков 1, 2 с законцовками 5, 6 и лопаток 3 образуется пограничный слой, толщина которого увеличивается по мере удаления от оси вращения. Взаимодействие пограничного слоя на поверхности покрывного диска 2 с пограничным слоем на лопатках 3 приводит при достижении определенной толщины к его отрыву, что сопровождается, как показано на фиг.4, резким снижением коэффициента статического давления рабочего колеса. Для предотвращения отрыва пограничного слоя приходится уменьшать высоту h лопаток 3 рабочего колеса. Наличие законцовок 5 и 6 с образованием в радиальном сечении между образующей 7 основного диска 1 и образующей законцовки 6 покрывного диска 2 нерасширяющегося канала обеспечивает ускорение потока на поверхности дисков 1, 2 по сравнению с наиболее близким аналогом, что затягивает отрыв пограничного слоя. Это позволяет увеличить, как показано на фиг. 4, коэффициент статического давления ψ_SV = 2P_ст/ρ•u22

и коэффициент расхода ϕ = 4Q/(π•d²•u₂) вентилятора с заявленным рабочим колесом, где
P_cт - статическое давление, Па;
ρ - плотность газа, кг/м³;
Q - расход газа, проходящего через рабочее колесо, кг/м³;
u₂ = πnd/60 - окружная скорость конца рабочих лопаток 3, м/с;
n - скорость вращения рабочего колеса, об/мин.

В результате появляется возможность увеличить ширину лопаток 3 до 0,42d и более и снизить диаметр рабочего колеса и вентилятора в целом при сохранении производительности вентилятора,
Уровень техники позволяет реализовать изобретение без дополнительного изобретательского творчества, причем параметры законцовок 5, 6, дисков 1, 2 и лопаток 3 могут быть оптимизированы в зависимости от условий эксплуатации и предъявляемых к рабочему колесу и вентилятору требований.

Изобретение предназначено для использования в вентиляторостроении. Рабочее колесо содержит основной диск с законцовкой. Диаметр основного диска законцовкой равен 1,05...1,15 внешнего диаметра лопаток. Диаметр покрывного диска с законцовкой равен 1,1...1,2 внешнего диаметра лопаток. Образующая законцовки покрывного диска выполнена прямолинейной. Образующая законцовки основного диска выполнена криволинейной в виде дуги окружности. Между образующими основного диска и законцовки покрывного диска образован нерасширяющийся канал. Обеспечивается улучшение напорно-расходной характеристики и КПД вентилятора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Рабочее колесо канального радиального вентилятора, содержащее основной и покрывной диски с законцовками, размещенные между дисками загнутые назад лопатки, диаметр которых меньше диаметра основного и покрывного дисков, отличающееся тем, что диаметр основного диска с законцовкой равен 1,05. . . 1,15, а диаметр покрывного диска с законцовкой равен 1,1...1,2 внешнего диаметра лопаток, с образованием между образующими основного диска и законцовки покрывного диска нерасширяющегося канала. 2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что образующая законцовки покрывного диска выполнена прямолинейной. 3. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что образующая законцовки основного диска выполнена криволинейной. 4. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что образующая законцовки основного диска выполнена в виде дуги окружности.