ЛОПАТКА РАБОЧЕГО КОЛЕСА РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2003 года по МПК F04D29/30 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к лопаткам рабочих колес радиальных вентиляторов.

Известна лопатка рабочего колеса радиального вентилятора, в области выходной кромки которой на поверхности, обращенной в сторону вращения рабочего колеса, имеется накладка, удлиняющая лопатку (см. Левин И.М. и др. Дымососы и вентиляторы мощных электростанций. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 157). В результате удлинения лопатки внешний диаметр рабочего колеса вентилятора увеличивается и развиваемое им давление возрастает. Однако увеличение давления происходит в незначительном диапазоне, так при такой конструкции лопатки угол выхода потока из рабочего колеса не изменяется.

Известна также лопатка рабочего колеса радиального вентилятора, наиболее близкая по технической сущности к заявляемой (прототип) (см. а.с. 706546, F 04 D 29/28, заявленное 17.07.78 г.). Известная лопатка содержит расположенную в области выходной кромки накладку, выполненную в виде трехгранной криволинейной призмы. При вращении рабочего колеса с лопатками указанной конструкции увеличение давления, развиваемого вентилятором, происходит в более значительном диапазоне, так как здесь имеет место суммарное действие двух факторов - увеличения внешнего диаметра рабочего колеса и увеличения угла выхода потока, обтекающего призмовидную лопатку. Однако при обтекании движущимся по поверхности лопатки потоком указанной призмовидной накладки происходит отрыв потока, в результате чего коэффициент профильного сопротивления лопатки увеличивается. Это приводит к увеличению потерь давления в рабочем колесе и снижению КПД вентилятора относительно исходного максимального значения, достигаемого вентилятором при отсутствии накладок на лопатках.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно - создание лопатки рабочего колеса радиального вентилятора с такой геометрической формой и размерами накладки, установленной в области выходной кромки, которые бы исключали отрыв потока при ее обтекании, обеспечивая тем самым минимальный коэффициент профильного сопротивления лопатки и эффективное повышение давления, развиваемого вентилятором, при сохранении исходного значения максимального КПД.

Указанная цель достигается тем, что в известной лопатке рабочего колеса радиального вентилятора с накладкой, установленной в области выходной кромки, согласно изобретению, накладка выполнена в виде полуцилиндра, закрепленного на поверхности лопатки вдоль своей диаметральной плоскости. При этом величина радиуса полуцилиндра r, образующего накладку, составляет от 0,005÷0,03 хорды лопатки b. При таком выполнении накладки коэффициент профильного сопротивления лопатки достигает минимального значения. В результате этого снижаются потери давления в рабочем колесе и достигается эффективное повышение давления, развиваемого вентилятором, при сохранении исходного значения максимального КПД.

Сущность изобретения поясняется примером его конкретного выполнения на фиг.1, где схематически изображена предлагаемая лопатка рабочего колеса радиального вентилятора, имеющая хорду b, с расположенной на ее поверхности в области выходной кромки накладкой, выполненной в виде полуцилиндра радиусом r (продольный разрез). На фиг.2 приведен график зависимости максимального КПД вентилятора η_max и относительного повышения развиваемого вентилятором давления от отношения r/b - радиуса полуцилиндра, образующего накладку, к хорде лопатки. В качестве критерия, характеризующего эффективность накладки в части повышения развиваемого вентилятором давления, на фиг.2 используется безразмерный комплекс (Р*-P)/P, где Р - давление, развиваемое вентилятором с лопатками без накладок, а Р* - давление вентилятора, имеющего на лопатках рабочего колеса накладки предлагаемой конструкции.

Лопатка рабочего колеса радиального вентилятора 1 (фиг.1) с хордой протяженностью b имеет в области выходной кромки накладку 2 в виде полуцилиндра радиусом r. Протяженность радиуса r составляет 0,005÷0,03 хорды лопатки b. В описываемом примере упомянутая накладка выполнена из трубной заготовки, изготовленной, как и лопатка рабочего колеса, из углеродистой стали, и приварена к поверхности лопатки вдоль своей диаметральной плоскости. Для вентиляторов, перемещающих среды, содержащие абразивную пыль, с целью обеспечения длительной эффективной работы вентилятора, указанная накладка должна быть сплошной. В случае необходимости указанная накладка может быть дополнительно покрыта износостойким материалом, например путем наплавки ленточным электродом марки ЛС-70ХНЗМН.

При работе радиального вентилятора, лопатки 1 которого имеют накладки предлагаемой конструкции (фиг. 1) в области выходной кромки, поток рабочей среды обтекает накладку 2 без образования отрыва потока. Обтекая накладку, поток изменяет свое направление в сторону увеличения угла выхода из рабочего колеса, что обеспечивает повышение давления, развиваемого вентилятором. Выполнение накладки на лопатке в виде полуцилиндра позволяет снизить до минимума профильное сопротивление лопатки из-за отсутствия отрыва потока. При этом КПД вентилятора сохраняет свое значение на максимальном для конкретного типа вентилятора уровне при эффективном увеличении развиваемого вентилятором давления.

На фиг.2 приведены полученные в результате экспериментальных исследований графики зависимости относительного повышения давления (Р*-Р)/Р и максимального КПД η_max вентилятора, с лопатками, снабженными полуцилиндрическими накладками 1, от отношения радиуса накладки r к хорде лопатки b. На основании этих графиков определена оптимальная величина радиуса r, равная 0,005-0,03 хорды лопатки b. Приведенные граничные значения радиуса r были определены, исходя из следующих соображений:
при r<0,005b(r/b<0,005) величина относительного повышения давления (Р*-Р)/Р<0,05 (т. е. составляет менее 5%), что обычно не представляет достаточной практической ценности;
при r>0,03b(r/b>0,03) эффективность накладки предлагаемой конструкции снижается вследствие снижения относительного повышения давления (после достижения максимального значения ((Р*-Р)/P)_max=0,18) и снижения максимального КПД вентилятора.

Таким образом, выполнение накладки, расположенной в области выходной кромки лопатки рабочего колеса радиального вентилятора, в виде полуцилиндра, закрепленного на поверхности лопатки вдоль своей диаметральной плоскости, предотвращает образование отрыва потока, что обеспечивает минимальный коэффициент профильного сопротивления лопатки. При обтекании полуцилиндрической накладки происходит увеличение угла выхода потока из рабочего колеса, необходимое для повышения развиваемого вентилятором давления. Исключение отрыва потока при обтекании полуцилиндрической накладки, обеспечивающее минимальный коэффициент профильного сопротивления лопатки, позволяет сохранить исходное значение максимального КПД вентилятора при эффективном повышении развиваемого давления.

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к лопатке рабочего колеса радиального вентилятора. Лопатка рабочего колеса содержит перо и закрепленное на его спинке в зоне выходной кромки поперечное ребро. С целью повышения давления, развиваемого центробежным вентилятором при сохранении высокого КПД, поперечное ребро выполнено в виде полуцилиндра и на спинке лопатки закреплено вдоль своей диаметральной плоскости, при этом величина радиуса поперечного ребра, определяется зависимостью r=(0,005÷0,03)b, где r - радиус полуцилиндра, образующего поперечное ребро; b - хорда лопатки. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Лопатка рабочего колеса радиального вентилятора, содержащая перо и закрепленное на его спинке в зоне выходной кромки поперечное ребро, отличающаяся тем, что поперечное ребро выполнено в виде полуцилиндра и на спинке пера лопатки закреплено вдоль своей диаметральной плоскости. 2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что величина радиуса полуцилиндра, образующего поперечное ребро, определяется зависимостью
r=(0,005÷0,03)b,
где r - величина радиуса полуцилиндра, образующего поперечное ребро;
b - хорда лопатки.