ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК F04D29/38 

Изобретение относится к области вентиляторостроения и может найти применение при изготовлении осевых вентиляторов, преимущественно, с малым относительным диаметром втулки (не более 0,55).

Известен осевой вентилятор с малым относительным диаметром втулки, содержащий корпус, в котором установлены рабочее колесо с закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля в сечениях по радиусу колеса, очерченную по дуге окружности, за которым установлен спрямляющий аппарат (см., например, И.В. Брусиловский. "Аэродинамика осевых вентиляторов", Машиностроение, Москва, 1984 г., 240 стр.).

Недостатком известного вентилятора является невысокий кпд при достаточно высоком коэффициенте статического давления.

Из известных осевых вентиляторов с малым относительным диаметром втулки наиболее близким к заявленному является осевой вентилятор, содержащий корпус, в котором установлены рабочее колесо с закрепленными на втулке закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля в сечениях по радиусу колеса, очерченную по дуге окружности и уменьшающуюся к периферии обратно пропорционально радиусу стрелы прогиба, и спрямляющий аппарат (см. а.с. СССР 225371).

Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении максимального полного кпд при достаточно высоком коэффициенте статического давления.

Для повышения максимального полного кпд при достаточно высоком коэффициенте статического давления в осевом вентиляторе с малым относительным диаметром втулки, содержащим корпус, в котором установлены рабочее колесо с закрепленными на втулке закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля в сечениях по радиусу колеса, очерченную по дуге окружности и уменьшающуюся к периферии обратно пропорционально радиусу стрелы прогиба f, и спрямляющий аппарат, изменение по радиусу угла установки профиля лопатки рабочего колеса выполнено по закону кубической параболы, имеющей вид
θ_ki=148,4348-353,48130(r_i/R)+337,1506(r_i/R)²-115,8546(r_i/R)³,
а отношение хорды b средней линии профиля лопатки рабочего колеса к периферийному радиусу изменяется по длине лопатки по прямой, имеющей вид
b/R=0,537-0,193(ri/R),
где θ_ki - текущий угол установки средней линии профиля лопатки рабочего колеса, град;
r_i - текущий радиус сечения лопатки рабочего колеса;
R - периферийный радиус лопатки;
b - хорда средней линии профиля лопатки рабочего колеса.

Таким образом, введенные новые отличительные признаки позволяют повысить максимальный полный кпд до 0,85...0,88 при достаточно высоком коэффициенте статического давления за счет смещения кпд в зону высоких коэффициентов статического давления на аэродинамических характеристиках вентиляторов.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан осевой вентилятор, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид со стороны входа; на фиг. 3 и 4 - безразмерные аэродинамические характеристики вентилятора по полному и статическому давлению соответственно, при различных углах установки на среднем радиусе лопаток рабочего колеса.

Осевой вентилятор (см. фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, в котором установлены спрямляющий аппарат, содержащий втулку 2 и лопатки 3, и рабочее колесо, включающее втулку 4 с диаметром d, который составляет не более 0,55 от диаметра D рабочего колеса, с установленными на ней рабочими лопатками 5, имеющими среднюю линию профиля в сечениях по радиусу колеса, очерченную по дуге окружности и уменьшающуюся к периферии обратно пропорционально радиусу стрелы прогиба f. Изменение угла установки профиля в каждом сечении по радиусу лопатки рабочего колеса θ_k выполнено по закону кубической параболы, имеющей вид
θ_ki=148,4348-353,4813(r_i/R)+337,1506(r_i/R)²-
115,8546(r_i/R)³,
а отношение хорды "b" средней линии профиля лопатки рабочего колеса к периферийному радиусу изменяется по длине лопатки по прямой, имеющей вид
b/R=0,537-0,193(r_i/R).

В сечении I-I при r_i/R=0,5 b/R=0,4405; в сечении II-II при r_i/R=0,6 b/R= 0,421; при r_i/R= 0,7 b/R=0,402; при r_i/R=0,8 b/R=0,383; при r_i/R=0,9 b/R= 0,363; при r_i/R=1 b/R=0,344.

Из этих примеров видно, что если полученные значения b/R нанести на график с координатами r_i/R и b/R, то через них можно провести прямую линию. Полученные в процессе исследований значения коэффициентов при каждом члене кубической параболы дают возможность получить такое изменение угла установки профиля в каждом сечении по радиусу лопатки рабочего колеса, при котором отношение хорды "b" средней линии профиля лопатки рабочего колеса к периферийному радиусу изменяется по прямой, имеющей вид
b/R=0,537-0,193(r_i/R).

Осевой вентилятор работает следующим образом. Механическая работа, подведенная к рабочему колесу, преобразуется в нем 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, а также при условии изменения по прямой определенного вида отношения хорды "b" в средней линии профиля этих лопаток к периферийному радиусу, выходит из вентилятора с высоким кпд вследствие безотрывного течения потока по всей длине лопаток рабочего колеса.

При θ_k=25^o (см. фиг.3 и 4) максимальный полный кпд равен η_макс=0,85; при θ_k= 30^o η_макс= 0,88. При уменьшении угла установки лопаток θ_k≤20^o значение η_макс резко снижается.

Изобретение относится к области вентиляторостроения и может найти применение при изготовлении осевых вентиляторов преимущественно с малым относительным диаметром втулки (не более 0,55) и обеспечивает повышение кпд при высоком коэффициенте статического давления. Осевой вентилятор содержит корпус, в котором установлены рабочее колесо и спрямляющий аппарат. Рабочее колесо содержит втулку, на которой закреплены рабочие лопатки, имеющие среднюю линию профиля в сечениях по радиусу колеса, очерченную по дуге окружности и уменьшающуюся к периферии обратно пропорционально радиусу стрелы прогиба. Новым является то, что изменение угла установки профиля в каждом сечении по радиусу лопатки рабочего колеса выполнено по закону кубической параболы, а отношение хорды средней линии профиля лопатки рабочего колеса к периферийному радиусу изменяется по длине лопатки по прямой. 4 ил.

Осевой вентилятор, содержащий корпус, в котором установлены рабочее колесо с закрепленными на втулке закрученными лопатками, имеющими среднюю линию профиля, очерченную по дуге окружности и уменьшающуюся к периферии обратно пропорционально радиусу стрелы прогиба, и спрямляющий аппарат, отличающийся тем, что изменение угла установки профиля лопатки рабочего колеса выполнено по закону кубической параболы, имеющей вид
θ_ki=148,4348-353,4813(r_i/R)+337,1506(r_i/R)²-115,8546 (r_i/R)³,
а отношение хорды b средней линии профиля лопатки рабочего колеса к периферийному радиусу изменяется по длине лопатки по прямой, имеющей вид
b/R=0,537-0,193(r_i/R),
где θ_ki - текущий угол установки средней линии профиля лопатки рабочего колеса, градусы;
r_i - текущий радиус сечения лопатки рабочего колеса;
R - периферийный радиус лопатки;
b - хорда средней линии профиля лопатки рабочего колеса.