СРЕДСТВО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТРЫВА ПОТОКА ПРИ ОБТЕКАНИИ ИМ ЛОПАТКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2003 года по МПК F04D29/30 

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано для лопаток центробежных вентиляторов.

Известно средство предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора, предназначенное для лопатки, содержащей неподвижный предкрылок и расположенный с зазором относительно него поворотный закрылок, представляющее собой перекрывающую упомянутый зазор пластину из упругого материала, один конец которой закреплен на предкрылке, а другой расположен относительно поверхности закрылка с образованием щели (А.с. СССР 992839, МПК F 04 D 29/30, опубл. 30.01.83, БИ 4). Однако использование данного устройства ограничено конкретным вышеуказанным конструктивным выполнением лопатки.

Известно средство предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора, выполненное за одно целое с лопаткой, содержащей обечайку, расположенное со стороны входа лопатки и представляющее собой часть обечайки, которая с выпуклой стороны лопатки выполнена с перфорацией, а с вогнутой - состоит из наружного и внутреннего участков, расположенных друг относительно друга с образованием конфузорного канала, а также размещенной внутри обечайки поперечной перегородки, примыкающей к ее внутренней поверхности по линии, отделяющей перфорированный участок обечайки от ее остальной части (А.с. СССР 964255, МПК F 04 D 29/30) - прототип.

При использовании данной лопатки, благодаря наличию в ней средства предотвращения отрыва потока вышеуказанной конструкции, снижаются потери на вихреобразование при обтекании лопатки потоком. Однако данное конструктивное выполнение средства предотвращения отрыва потока, в случае выхода его из строя, требует замены лопатки целиком, а также не обеспечивает возможность его использования для других лопаток в уже действующих вентиляторах.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке средства предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора, улучшающего его акустические характеристики, снижающего потери на вихреобразование при регулировании вентилятора по расходу при условии обеспечения возможности использования средства для лопаток уже действующих вентиляторов, а также возможности его замены без замены самой лопатки.

Указанный технический результат достигается тем, что средство предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора согласно изобретению выполнено в виде съемного элемента, предназначенного для насаживания на лопатку со стороны ее входной кромки, изготовленного из листового материала и состоящего из двух обращенных друг к другу своими внутренними поверхностями участков одинаковой ширины, сопряженных между собой со стороны одной пары одноименных кромок, размер которых равен ширине участка, а ширина упомянутых участков соответствует ширине лопатки, при этом первый участок снабжен расположенными на его наружной поверхности элементами для отклонения потока, выполненными в виде расположенных с наклоном в сторону сопряжения первого и второго участков фигур, одна из кромок каждой из которых сориентирована по ширине участка и примыкает по всей своей длине к его поверхности.

Достижению указанного технического результата способствует то, что элемент для отклонения потока имеет вид равнобедренного треугольника, примыкающего своим основанием к поверхности первого участка.

Усиление указанного технического результата достигается тем, что угол при вершине упомянутого треугольника составляет 15-60^o.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что элемент для отклонения потока имеет вид равнобедренной трапеции, примыкающей своим большим или меньшим основанием к поверхности первого участка.

Указанный технический результат достигается также и в том случае, когда элемент для отклонения потока имеет вид фигуры, ограниченной по периметру кривой в виде обращенной своей вершиной в сторону сопряжения упомянутых участков параболы, концы ветвей которой соединены прямой, примыкающей к поверхности первого участка.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что элемент для отклонения потока имеет форму, образованную двумя геометрическими фигурами, одной их которых является прямоугольник, одной из своих сторон примыкающий к упомянутой поверхности первого участка, а другой - равнобедренный треугольник или равнобедренная трапеция, примыкающие к стороне прямоугольника, противоположной упомянутой, своими основаниями, причем трапеция - большим.

Указанный технический результат достигается тем, что элемент для отклонения потока выполнен за одно целое с первым участком в виде отогнутой на заданный угол фигуры, полученной надрезкой листового материала упомянутого участка по заданному в соответствии с требуемой формой упомянутого элемента незамкнутому контуру.

Указанный технический результат достигается также тогда, когда элементы для отклонения потока расположены в шахматном порядке.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что листовой материал изготовлен из стали или пластмассы.

Указанный технический результат достигается тем, что использована пружинная сталь. Достижению технического результата способствует то, что толщина стального листа составляет 0,1-1 мм.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что первый и второй участки выполнены за одно целое.

Указанный технический результат достигается также тем, что угол наклона плоскости элемента для отклонения потока к поверхности первого участка составляет 10-40^o, а размер элемента вдоль перпендикуляра, проведенного к середине примыкающей к поверхности первого участка кромки, составляет 2,0-20 мм.

Выполнение средства предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора в виде съемного элемента, предназначенного для насаживания на лопатку со стороны ее входной кромки, изготовленного из листового материала и состоящего из двух обращенных друг к другу своими внутренними поверхностями участков одинаковой ширины, сопряженных между собой со стороны одной пары одноименных кромок, размер которых равен ширине участка, ширина упомянутых участков соответствует ширине лопатки, а также снабжение первого участка расположенными на его наружной поверхности элементами для отклонения потока, выполненными в виде имеющих вышеуказанную форму и соответствующим образом сориентированных на поверхности первого участка фигур, позволяет использовать заявляемое средство для лопаток уже действующих вентиляторов, а также при необходимости осуществлять его замену без замены самой лопатки, обеспечивая при его использовании, так же, как и прототип, снижение потерь на вихреобразование при регулировании вентилятора по расходу и улучшение его акустических характеристик.

Выполнение первого участка с расположенными на его поверхности элементами для отклонения потока длиной, не превышающей 1/3 длины лопатки, является наиболее оптимальным для того, чтобы предотвратить отрыв потока, не загромождая при этом излишне межлопаточное пространство для дальнейшего прохода потока.

Выполнение элементов для отклонения потока в форме равнобедренного треугольника или равнобедренной трапеции, а также в виде других, вышеуказанных геометрических фигур, примыкающих указанными своими сторонами к поверхности первого участка, являются частными случаями его реализации, обеспечивающими достижение указанного технического результата.

В случае выполнения элемента для отклонения потока в виде равнобедренного треугольника величина угла при его вершине, составляющая 15-60^o, является наиболее оптимальной для предотвращения отрыва потока.

Выполнение элемента для отклонения потока за одно целое с первым участком в виде отогнутой на заданный угол фигуры, полученной надрезкой листового материала упомянутого участка по заданному в соответствии с требуемой формой упомянутого элемента незамкнутому контуру, является одной из частных форм реализации заявляемого устройства, обеспечивающей достижение указанного технического результата, но являющейся наиболее рациональной, так как в этом случае уменьшается расход материала и снижается трудоемкость изготовления устройства.

Расположение элементов для отклонения потока в шахматном порядке является наиболее оптимальным для предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора.

Использование для изготовления заявляемого средства листового материала из стали, в том числе и пружинной, или из пластмассы являются частными случаями реализации заявляемого средства. Однако наиболее рациональным является использование пружинной стали, так как изготовленное из нее средство предотвращения отрыва потока при его размещении на лопатке может самостоятельно удерживаться на ней без дополнительных средств крепления.

Наиболее оптимальным является использование стального листа, толщина которого составляет 0,1-1 мм, а также выполнение первого и второго участков средства за одно целое.

Величина угла наклона элемента для отклонения потока к поверхности первого участка, составляющая 10-40^o, и размер этого элемента вдоль перпендикуляра, проведенного к середине кромки, примыкающей к поверхности первого участка, от 2 до 20 мм являются наиболее оптимальными для предотвращения отрыва потока.

Изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-8:
фиг. 1 - изображение средства для предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора в аксонометрии;
фиг. 2 - изображение лопатки с закрепленным на ней средством для предотвращения отрыва потока в аксонометрии;
фиг. 3 - вид сбоку средства для предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора;
фиг.4-8 - вид в плане различных вариантов выполнения элементов для отклонения потока:
фиг.4 - в виде треугольника;
фиг.5 - в виде равнобедренной трапеции;
фиг. 6 - в виде фигуры, ограниченной по периметру кривой в форме параболы, концы ветвей которой соединены прямой;
фиг. 7 - в виде фигуры, контур которой образован прямоугольником и примыкающим к его стороне своим основанием треугольником;
фиг. 8 - в виде фигуры, контур которой образован прямоугольником и примыкающей к его стороне своим большим основанием равнобедренной трапецией.

Средство предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора выполнено, например, из листовой пружинной стали, толщина которой составляет, например, 1 мм. Оно состоит из обращенных друг к другу своими внутренними поверхностями первого 1 и второго 2 участков, первый из которых снабжен элементами 3 для отклонения потока. Ширина первого "b₁" и второго "b₂" участков одинакова и равна ширине "b" лопатки 4. Участки 1 и 2 выполнены за одно целое и с одной стороны сопряжены между собой по своей ширине посредством плавного изгиба стального листа, а со стороны, противоположной упомянутой, кромки первого и второго участков остаются свободными. Расстояние между внутренними поверхностями участков по их длине зависят от формы лопатки и ее толщины, но для обеспечения наиболее плотного прилегания первого и второго участков к поверхности лопатки и надежной фиксации на ней заявляемого средства последнее выполнено таким образом, что поверхность второго участка по линии своей упомянутой свободной кромки примыкает (фиг.3) к поверхности первого участка или расположена относительно нее с небольшим зазором. Длина первого участка равна, например, 1/3, а второго, например, 1/4 длины лопатки 4. Элементы 3 для отклонения потока выполнены в виде расположенных в шахматном порядке на поверхности первого участка 1 симметричных фигур, расположенных под углом, например, 30^o к поверхности участка 1 с наклоном в сторону сопряжения первого и второго участков. Кромка "а" каждой фигуры (фиг.4-8) сориентирована по ширине участка и примыкает по всей своей длине к его поверхности, размер элемента 3 вдоль перпендикуляра, проходящего через середину упомянутой кромки "а", составляет, например, 20 мм. Такие фигуры имеют вид, например, примыкающего своим основанием к поверхности первого 1 участка равнобедренного треугольника (фиг. 1 и 2) с углом при вершине, равным, например, 25^o (фиг.4), или равнобедренной трапеции (фиг.5), примыкающей к поверхности первого 1 участка своим большим основанием (или меньшим основанием), или вид фигуры (фиг. 6), ограниченной по периметру кривой в виде параболы, концы ветвей которой соединены прямой, примыкающей к поверхности первого участка, или вид фигуры, контур которой образован двумя геометрическими фигурами, одной их которых является прямоугольник, одной из своих сторон примыкающий к поверхности первого участка, а другим - равнобедренный треугольник (фиг. 7) или равнобедренная трапеция (фиг.8), примыкающие к стороне прямоугольника, противоположной упомянутой, своими основаниями, причем трапеция - большим. При этом имеющие вышеуказанную форму элементы 3 для отклонения потока выполнены за одно целое с первым участком в виде отогнутых на заданный угол, например 30^o, фигур, полученных надрезкой листового материала упомянутого участка по заданному в соответствии с требуемой формой упомянутых элементов 3 незамкнутому контуру.

Средство предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора работает следующим образом. Средство насаживается на лопатку со стороны ее входной кромки таким образом, что его внутренняя поверхность по линии сопряжения первого 1 и второго 2 участков примыкает к входной кромке лопатки 4. При этом, благодаря изготовлению средства из пружинной стали и минимальному зазору между поверхностями первого и второго участков со стороны их свободных кромок, первый 1 участок с расположенными на нем элементами 3 для отклонения потока и второй 2 участок своими внутренними поверхностями плотно прижимаются к поверхностям лопатки: участок 1 - с ее выпуклой стороны, а участок 2 - с вогнутой. Плотно зажимающее таким образом лопатку 4 средство предотвращения отрыва потока надежно удерживается на ней во время работы вентилятора. При регулировании вентилятора по расходу (т.е. увеличении или уменьшении расхода по сравнению с номинальным значением) появляется несогласованность направления набегающего потока рабочего тела, например воздуха и входного участка лопатки, вследствие чего поток стремится оторваться от поверхности лопатки. Однако благодаря снабжению лопатки 4 средством предотвращения отрыва потока, встречая на своем пути расположенные на поверхности участка 1 упомянутого средства элементы 3 для отклонения потока, расположенные под острым углом к поверхности участка 1, поток отклоняется ими к поверхности лопатки с закрепленным на ней средством и продолжает свое движение в виде двух скрученных струй, передавая энергию от основного потока в зону пограничного слоя. Это предотвращает образование отрывных вихрей, что приводит в конечном итоге к снижению потерь вентилятора на вихреобразование и улучшению его акустических характеристик. В случае выхода средства предотвращения отрыва потока из строя его можно заменить новым без замены самой лопатки, на которой оно было закреплено.

Изобретение относится к вентиляторостроению, может быть использовано для лопаток центробежных вентиляторов и обеспечивает снижение потерь вентилятора на вихреобразование с улучшением акустических характеристик. Данный технический результат достигается тем, что средство выполнено в виде съемного элемента, предназначенного для насаживания на лопатку со стороны ее входной кромки, изготовленного из листового материала и состоящего из двух обращенных друг к другу своими внутренними поверхностями участков, сопряженных между собой со стороны одной пары одноименных кромок, размер которых равен ширине участка, а ширина упомянутых участков соответствует ширине лопатки, при этом первый участок снабжен расположенными на его наружной поверхности элементами для отклонения потока, выполненными в виде расположенных с наклоном в сторону сопряжения первого и второго участков фигур, одна из кромок каждой из которых сориентирована по ширине участка и примыкает по всей своей длине к его поверхности. 13 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Средство предотвращения отрыва потока при обтекании им лопатки центробежного вентилятора, отличающееся тем, что оно выполнено в виде съемного элемента, предназначенного для насаживания на лопатку со стороны ее входной кромки, изготовленного из листового материала и состоящего из двух обращенных друг к другу своими внутренними поверхностями участков, сопряженных между собой со стороны одной пары одноименных кромок, размер которых равен ширине участка, а ширина упомянутых участков соответствует ширине лопатки, при этом первый участок снабжен расположенными на его наружной поверхности элементами для отклонения потока, выполненными в виде расположенных с наклоном в сторону сопряжения первого и второго участков фигур, одна из кромок каждой из которых сориентирована по ширине участка и примыкает по всей своей длине к его поверхности. 2. Средство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для отклонения потока имеет вид равнобедренного треугольника, примыкающего своим основанием к поверхности первого участка. 3. Средство по п. 2, отличающееся тем, что угол при вершине треугольника составляет 15-60^o. 4. Средство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для отклонения потока имеет вид равнобедренной трапеции, примыкающей своим большим или меньшим основанием к поверхности первого участка. 5. Средство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для отклонения потока имеет вид фигуры, ограниченной по периметру кривой в виде параболы, концы ветвей которой соединены прямой, примыкающей к поверхности первого участка. 6. Средство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для отклонения потока имеет форму, образованную двумя геометрическими фигурами, одной из которых является прямоугольник, одной из своих сторон примыкающий к упомянутой поверхности первого участка, а другим - равнобедренный треугольник, или равнобедренная трапеция, примыкающие к стороне прямоугольника, противоположной упомянутой, своими основаниями, причем трапеция - большим. 7. Средство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что элемент для отклонения потока выполнен заодно целое с первым участком в виде отогнутой на заданный угол фигуры, полученной надрезкой листового материала упомянутого участка по заданному в соответствии с требуемой формой упомянутого элемента незамкнутому контуру. 8. Средство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что элементы для отклонения потока расположены в шахматном порядке. 9. Средство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что длина первого участка не превышает 1/3 длины лопатки. 10. Средство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что листовой материал выполнен из стали или пластмассы. 11. Средство по п. 10, отличающееся тем, что использована пружинная сталь. 12. Средство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что толщина стального листа составляет 0,1-1 мм. 13. Средство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что первый и второй участки выполнены заодно целое. 14. Средство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что угол наклона элемента для отклонения потока к поверхности первого участка составляет 10-40^o, а размер упомянутого элемента вдоль перпендикуляра, проведенного к середине примыкающей к поверхности первого участка кромке, составляет 2,0-20 мм.