ВЕНТИЛЯТОРНЫЙ БЛОК СО СВОБОДНЫМ РАДИАЛЬНЫМ РАБОЧИМ КОЛЕСОМ Российский патент 2011 года по МПК F04D29/42 

Область техники

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к вентиляторным блокам со свободным радиальным рабочим колесом, предназначенным для использования преимущественно в канальных вентиляторах с низким уровнем шума.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны вентиляторные блоки со свободным радиальным рабочим колесом, предназначенные для установки преимущественно в канальные вентиляторы.

В Каталоге «Centrifugal fans with asynchronous external rotor motor», 11.2004, Ziehl-Abegg, на стр.9/1…9/23, [1], представлен вентиляторный блок со свободным радиальным рабочим колесом типа RH…G, включающий радиальное рабочее колесо и входной коллектор, радиальное рабочее колесо содержит основной и передний диски, лопатки, размещенные между дисками и выполненные загнутыми назад относительно направления вращения, входной коллектор содержит сужающийся входной участок и выходной участок, кромка которого расположена между основным диском и входной кромкой переднего диска рабочего колеса с образованием кольцевого зазора.

Проведенные аэродинамические и акустические испытания вентиляторного блока с рабочим колесом RH31G-4DK.0F/1R (в сборе с электродвигателем и коллектором), напорная и акустическая характеристики которого приведены на стр.9/7 Каталога [1], показали, что напорную характеристику вентиляторного блока с рабочим колесом данного типа можно существенно улучшить в части расширения производительности при увеличении создаваемого им статического давления путем изменения входного коллектора и лопаток рабочего колеса. При этом кроме улучшения напорной характеристики, снижается уровень шума на входе в канальный вентилятор с таким вентиляторным блоком.

В описании изобретения к патенту РФ №2287091, МПК F04D 29/42, дата публикации 10.11.2006 г., [2], представлен канальный вентилятор, оснащенный вентиляторным блоком, содержащим радиальное рабочее колесо, образованное основным и покрывным дисками и размещенными между дисками загнутыми назад лопатками, симметричный входной коллектор, выполненный с криволинейным профилем в меридиональном сечении с образованием сужающегося внутрь радиального колеса (то есть конфузорного) зазора между поверхностями покрывного диска и входного коллектора, и вихрегасителем, который может выполняться содержащим, по меньшей мере, одну пластину, соединенную со стенкой входного коллектора.

В изобретении [2] показано, что наличие вихрегасителя повышает коэффициент статического давления, однако, отсутствует информация о влиянии формы входного коллектора на напорную характеристику канального вентилятора с таким вентиляторным блоком.

Вентиляторный блок, представленный в Каталоге [1], принят за наиболее близкий аналог заявленного изобретения.

Раскрытие изобретения

Решаемой технической задачей является улучшение аэродинамических характеристик при снижении уровня шума рабочего колеса и соответственно канального вентилятора.

Технический результат состоит в увеличении производительности при повышении статического давления вентиляторного блока.

Технический результат также состоит в снижении уровня шума на входе в канальный вентилятор, оснащенный заявляемым вентиляторным блоком.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается при выполнении изобретения со следующей совокупностью признаков, существенных для достижения заявленных технических результатов.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом, как и в наиболее близком аналоге [1], содержит радиальное рабочее колесо и входной коллектор, радиальное рабочее колесо содержит основной и передний диски, лопатки, размещенные между дисками и выполненные загнутыми назад относительно направления вращения, входной коллектор содержит сужающийся входной участок и выходной участок, кромка которого расположена между основным диском и входной кромкой переднего диска рабочего колеса с образованием кольцевого зазора, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], входной коллектор выполнен с расположенным между входным и выходным участками дополнительным участком с поверхностью, сопряженной с поверхностями входного и выходного участков входного коллектора и имеющей образующую малой кривизны, длина дополнительного участка составляет не менее 0,04 диаметра окружности, описываемой концами лопаток рабочего колеса, а перед кольцевым зазором установлен вихрегаситель.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что дополнительный участок выполнен с цилиндрической внутренней поверхностью.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что вихрегаситель выполнен в виде, по меньшей мере, одной пластины, соединенной с внешними стенками коллектора.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что кольцевой зазор в меридиональном сечении выполнен сужающимся внутрь радиального колеса.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что каждая лопатка рабочего колеса выполнена с предкрылком, расположенным между примыканием лопатки к поверхности переднего диска и осью вращения рабочего колеса, при этом в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения рабочего колеса, прямая, соединяющая ось вращения рабочего колеса и носок предкрылка, не выходит за сектор, ограниченный лучами, расположенными в диапазоне ±0,05 углового шага лопаток относительно прямой, соединяющей ось вращения рабочего колеса и точку примыкания передней кромки следующей по ходу вращения лопатки к поверхности переднего диска.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что боковая кромка предкрылка лопатки рабочего колеса расположена под острым углом к передней кромке предкрылка.

При этом вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что передняя кромка предкрылка лопатки рабочего колеса в сечении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, выполнена по дуге окружности.

Кроме того, вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что диаметр переднего диска равен 1,1…1,2, а диаметр основного диска равен 1,05…1,15 диаметра окружности, описываемой концами лопаток рабочего колеса, с образованием в меридиональной плоскости между образующими переднего и основного дисков в направлении от оси вращения к концам лопаток рабочего колеса не расширяющегося канала.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что ширина лопатки на выходе из рабочего колеса равна не менее 0,25 диаметра окружности, описываемой концами лопаток рабочего колеса.

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом характеризуется тем, что рабочее колесо оснащено, по меньшей мере, одним кольцом, соединяющим боковые кромки предкрылков лопаток.

Краткое описание фигур чертежами.

В последующем изобретение поясняется подробным описанием выполнения вентиляторного блока со свободным радиальным колесом со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых:

На фиг.1 представлен продольный разрез вентиляторного блока, принятого за наиболее близкий аналог [1].

На фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 показан выносной элемент В на фиг.1.

На фиг.4 представлен продольный разрез заявленного вентиляторного блока.

На фиг.5 представлен продольный разрез заявленного вентиляторного блока с радиальным рабочим колесом с увеличенными передним и основным дисками.

На фиг.6 показан выносной элемент С на фиг.4 и 5.

На фиг.7 представлен разрез D-D на фиг.4.

На фиг.8 показана лопатка при виде сбоку.

На фиг.9 показан вид Е на лопатку из цельного листа.

На фиг.10 показан вид Е на составную лопатку.

На фиг.11 представлен разрез F-F на фиг.5 в предпочтительном варианте выполнения вентиляторного блока.

На фиг.12 показан фрагмент рабочего колеса с расположением лопаток в зоне допустимых отклонений от углового шага.

На фиг.13 показана напорная характеристика ψ_S=F(φ) вентилятора с вентиляторным блоком в различных исполнениях.

На фиг.14 показана напорная характеристика ψ_S=F(φ) вентилятора с вентиляторным блоком с разными длинами дополнительного участка коллектора.

На фиг.15 показан график ψ_S=F(L_ЦК/D) при φ=const при использовании вентиляторного блока без вихрегасителя в канальном вентиляторе.

На фиг.16 показан график ψ_S(B-Г)=F(L_ЦК/D) при φ=const при использовании вентиляторного блока с вихрегасителем в канальном вентиляторе.

На фиг.17 показан график Δψ_S=ψ_S(В-Г)-ψ_S=F(L_ЦК/D) при φ=const.

На фиг.18 представлен график L_P=F(f) узкополосных спектров уровней звукового давления на входе канального вентилятора с вентиляторным блоком - наиболее близким аналогом и с вентиляторным блоком, оснащенным предкрылками и вихрегасителем.

На фиг.19 представлена диаграмма L_W=F(f) октавных спектров уровней звуковой мощности на входе канального вентилятора с вентиляторным блоком - наиболее близким аналогом и с вентиляторным блоком, оснащенным предкрылками и вихрегасителем.

На фиг.20 представлен график L_P=F(f) узкополосных спектров уровней звукового давления в режиме максимальной производительности на входе канального вентилятора с вентиляторным блоком - наиболее близким аналогом и с вентиляторным блоком в предпочтительном варианте выполнения.

На фиг.21 представлен график L_P=F(f) узкополосных спектров уровней звукового давления в режиме средней производительности на входе канального вентилятора с вентиляторным блоком - наиболее близким аналогом и с вентиляторным блоком в предпочтительном варианте выполнения.

На фиг.22 представлена диаграмма L_W=F(f) октавных спектров уровней звуковой мощности в режиме максимальной производительности на входе канального вентилятора с вентиляторным блоком - наиболее близким аналогом и с вентиляторным блоком в предпочтительном варианте выполнения.

На фиг.23 представлена диаграмма L_W=F(f) октавных спектров уровней звуковой мощности в режиме средней производительности на входе канального вентилятора с вентиляторным блоком - наиболее близким аналогом и с вентиляторным блоком в предпочтительном варианте выполнения.

Лучшие варианты осуществления изобретений

Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом, как и в наиболее близком аналоге [1], представленном на фиг.1, 2 и 3, содержит радиальное рабочее колесо 1 и входной коллектор 2, соединенные между собой посредством опоры (на фиг. не обозначено) или в корпусе канального вентилятора (на фиг. не показано). Радиальное рабочее колесо 1 включает передний 3 и основной 4 диски, установленные между ними лопатки 5, и оснащено средством для соединения с энергоприводом (на фиг. не обозначено) для вращения радиального рабочего колеса 1 вокруг его оси 6. Лопатки 5 выполнены загнутыми назад по направлению вращения радиального рабочего колеса 1 (фиг.2). Вход 7 воздушного потока в радиальное рабочее колесо 1 расположен в плоскости, образованной входной кромкой 8 переднего диска 3 (фиг.3), а выход 9 воздушного потока из радиального рабочего колеса 1 расположен между внешними кромками 10 и 11 соответственно переднего 3 и основного 4 дисков (фиг.1). Входной коллектор 2 содержит сужающийся входной 12 и выходной 13 участки. Кромка 14 выходного участки 13, как показано на фиг.1 и 3, расположена между основным диском 4 и входной кромкой 8 переднего диска 3 радиального рабочего колеса 1 с образованием кольцевого зазора 15 (фиг.3).

Заявленный вентиляторный блок, дополнительно к указанным выше в наиболее близком аналоге [1] элементам, содержит расположенный между сужающимся входным 12 и выходным 13 участками дополнительный участок 16 (фиг.4, 5, 6), поверхность которого сопряжена с поверхностями входного и выходного участков входного коллектора. Образующая внутренней поверхности дополнительного участка 16 может выполняться с малой кривизной 1/R_ЦК→0, в том числе цилиндрической, при которой 1/R_ЦК=0. Длина L_ЦК дополнительного участка 16 входного коллектора 2 составляет не менее 0,04 диаметра D рабочего колеса 1, равного диаметру окружности, описываемой концами 17 лопаток 5 при вращении рабочего колеса 1: L_ЦК/D≥0,04.

Кольцевой зазор 15, как показано на фиг.6, выполнен сужающимся внутрь радиального колеса, то есть конфузорным. Перед кольцевым зазором 15 установлен вихрегаситель, который может быть выполнен в виде, по меньшей мере, одной пластины 18, боковые кромки которой соединены со стенками входного коллектора 2 (фиг.4, 5), а задняя кромка 19 расположена перед кольцевым зазором 15 (фиг.6).

Радиальное рабочее колесо 1 может выполняться с увеличенными передним 20 и основным 21 дисками (фиг.5). Лопатки 5 радиального рабочего колеса 1 могут выполняться с основным участком 22, передняя кромка 23 которого примыкает к переднему диску 3, и участком, расположенным ближе к оси 6 радиального рабочего колеса 1, называемым далее «предкрылок» 24 (фиг.4, 5, 7, 8). Основной участок 22 и предкрылок 24 (фиг.7, 8) лопатки 5 могут выполняться как одно целое, например, из листа металла (фиг.9) или в виде аэродинамического профиля (не показано), так и составными (фиг.10), путем присоединения предкрылка 24 к основному участку 22 лопатки 5. Передняя кромка 25 предкрылка 24 может располагаться в диапазоне углов ±10 град. к плоскости, перпендикулярной оси 6 вращения рабочего колеса 1, а боковая кромка 26 - под острым углом к передней кромке 25 (фиг.8), и соединяются между собой плавной кривой, например дугой окружности, образуя носок 27 предкрылка 24. Передняя кромка 25 предкрылка 24 в проекции на плоскость, перпендикулярную оси 6 вращения рабочего колеса 1, выполнена криволинейной, например, по дуге окружности (фиг.7, 9, 10), а ее боковая кромка 26 может выполняться с увеличивающимся по мере удаления от передней кромки 22 местным радиусом R_БК (фиг.8). Для обеспечения жесткости предкрылков 24 лопаток 5 боковые кромки 26 предкрылка 24 могут соединяться кольцом 28 (фиг.5). Аналогичные кольца могут устанавливаться на концах 17 лопаток 5, а также дополнительно к уже установленному кольцу 28 на боковых кромках 26 предкрылка 23 (не показано).

Пример предпочтительного выполнение вариантов вентиляторного блока со свободным радиальным рабочим колесом.

В предпочтительном варианте выполнения дополнительный участок 16 входного коллектора 2 выполнен с цилиндрической внутренней поверхностью (1/R_ЦК=0) и с относительной длиной в диапазоне L_ЦК/D=0,04…0,06, радиальное рабочее колесо 1 вентиляторного блока (фиг.4, 5) содержит не менее 6 лопаток 5, ширина Н лопаток 5, равная расстоянию между передним 3 и основным 4 дисками в месте их пересечения с концами 17 лопаток 5 на выходе 9 из рабочего колеса 1, составляет 0,25…0,37 диаметра D окружности, описываемой концами 17 лопаток 5 рабочего колеса 1: 1/R_ЦК=0, L_ЦК/D=0,04…0,8; Н=(0,25…0,37)D.

При выполнении рабочего колеса 1 с 6…10 лопатками 5 поверхность основного участка 22 и примыкающего к нему предкрылка 24 лопаток 5 выполнена с одинарной или двойной кривизной (фиг.7). При выполнении рабочего колеса более чем с 11 лопатками 5 (фиг.9, 11) основной участок 22 лопатки 5 может быть выполнен плоским, а примыкающий к нему предкрылок 24 в сечении, перпендикулярном оси 6 вращения рабочего колеса 1, в виде дуги окружности, передняя 25 и боковая 26 кромки предкрылка 24 соединены по окружности, а боковая кромка 26 выполнена с местным радиусом R_БК, равным не менее 0,5D вблизи передней кромки 25, и параллельной оси 6 вращения радиального рабочего колеса 1 (то есть равным бесконечности) вблизи основного диска 4 (фиг.4, 5, 8).

В проекции на плоскость, перпендикулярную оси 6 вращения рабочего колеса 1, прямая, соединяющая ось 6 вращения рабочего колеса 1 и носок 27 предкрылка 24, не выходит за сектор, ограниченный лучами, расположенными в диапазоне Δt=±0,05 углового шага t относительно прямой, соединяющей ось 6 вращения рабочего колеса 1 и точку 29 примыкания передней кромки 25, следующей по ходу вращения лопатки 5А к переднему диску 3, или лежит на этой прямой (фиг.12). В случае выполнения радиального рабочего колеса 1 с увеличенными передним 20 и задним 21 дисками их диаметры равны соответственно (1,1…1,2)D и (1,05…1,15)D (фиг.5, 11), а в меридиональном сечении между образующими переднего 20 и основного 21 дисков в направлении от оси 6 вращения к концам 17 лопаток 5 рабочего колеса 1 выполнен не расширяющийся канал (фиг.5).

При выполнении рабочего колеса 1 с 11 и более лопатками 5 основной участок 22 лопаток 5 выполнен плоским с прямолинейной передней кромкой 23, а образующая переднего диска 3 на участке примыкания передней кромки 23 основной части 22 лопатки 5 (фиг.5) выполнена в соответствии с уравнениями:

у=(0,29±0,01)х+0,37

z=(-0,39±0,01)x-0,27

r²=x²+у²,

где z=Z/D - относительная координата, направленная вдоль оси 6 вращения радиального рабочего колеса 1 в направлении от основного диска 4 к входу 7 в радиальное рабочее колесо 1;

x=X/D - относительная координата, перпендикулярная оси 6 вращения радиального рабочего колеса 1;

y=Y/D - относительная координата, перпендикулярная оси 0Z и оси 0Х;

r=R/D - относительный текущий радиус радиального рабочего колеса 1;

R - текущий радиус рабочего колеса 1;

X, Y, Z - текущие координаты;

D - диаметр радиального рабочего колеса 1, равный диаметру окружности, описываемой при его вращении концами 17 лопаток 5.

Изобретение функционирует следующим образом.

Выполнение входного коллектора 2 с дополнительным участком 16, внутренняя поверхность которого имеет малую кривизну 1/R_ЦК→0 и сопряжена с поверхностями сужающегося входного 12 и выходного 13 участков, обеспечивает выравнивание по поперечному сечению коллектора 2 профиля скоростей перед кромкой 14 выходного участка 13 входного коллектора 2 и равномерное течение на входе 7 в радиальное рабочее колесо 1 и на поверхности переднего диска 3 (или 20) рабочего колеса 1. Установка дополнительного участка 16 входного коллектора 2 в целом увеличивает коэффициент статического давления ψ_S (равный отношению статического давления Psv к произведению плотности воздуха ρ на квадрат окружной скорости и лопатки рабочего колеса ψ_S=2Psv/ρu²) при отсутствии вихрегасителя. Установка вихрегасителя выполненного, например в виде пластины 18 с задней кромкой 19, расположенной перед кольцевым зазором 15, обеспечивает торможение кольцевого течения, образующегося на внешних поверхностях вращающегося переднего диска 3 и неподвижного входного коллектора 2. В результате перед кольцевым зазором 15 увеличивается величина статической составляющей полного давления. Это увеличивает импульс кольцевой струи, вытекающей из кольцевого зазора 15 на внутреннюю поверхность переднего диска 3. Выдуваемая струя затягивает срыв потока с внутренней поверхности переднего диска 3, что позволяет увеличить ширину Н лопаток 5 до величин H=(0,25…0,37)D. Выполнение кольцевого зазора 15 сужающимся внутрь радиального колеса (то есть конфузорным) также способствует увеличению импульса кольцевой струи.

Вышесказанное подтверждено экспериментально и продемонстрировано на графиках на фиг.13…23. При этом за основу принят вентиляторный блок, принятый за наиболее близкий аналог [1] с рабочим колесом RH31G-4DK.0F/1R в сборе с электродвигателем с внешним ротором и входным коллектором. В дальнейшем в вентиляторном блоке [1] были доработаны лопатки 5 рабочего колеса 1 в части выполнения предкрылка 24 по форме, показанной на фиг.8, установлен вихрегаситель, выполненный в виде четырех пластин 18, и между сужающимся входным 12 и выходным 13 участками входного коллектора 2 устанавливался дополнительный участок 16 разной длины L_ЦК/D=0,032, 0,065 и 0,097 с цилиндрической внутренней поверхностью (1/R_ЦК=∞), сопряженной с поверхностями сужающегося входного 12 и выходного 13 участков входного коллектора 2. Вентиляторный блок [1] с входным коллектором 2 и предкрылком 24 с формой, показанной на фиг.8, соответствует нулевой относительной длине (L_ЦК/D=0) дополнительного участка 16 входного коллектора 2. Для исследования аэродинамических и акустических характеристик вентиляторный блок устанавливался в одинаковый серийно выпускающийся корпус канального вентилятора с шумопоглощающими стенками с площадью поперечного сечения канала S_K, превосходящей площадь рабочего колеса 1 S_РК не менее чем в 2,4 раза (S_К/S_РК≥2,4) в сечении, перпендикулярном оси 6 вращения рабочего колеса 1.

На графиках, представленных на фиг.13…23, использованы следующие обозначения:

(1). «прототип» - канальный вентилятор с вентиляторным блоком, принятым за наиболее близкий аналог [1] с рабочим колесом RH31G-4DK.0F/1R в сборе с входным коллектором и электродвигателем с внешним ротором;

(2) «прототип + предкрылок» - канальный вентилятор (1), с доработанными предкрылками 24 лопаток 5;

(3) «прототип + предкрылок + вихрегаситель» - канальный вентилятор (2), оснащенный вихрегасителем в виде четырех пластин 18;

(4) «прототип + предкрылок + вихрегаситель +L_ЦК/D=…» канальный вентилятор (3) с коллектором 2, выполненном с дополнительной вставкой 16 с указанной относительной длиной L_ЦК/D;

(5) «прототип + предкрылок +L_ЦК/D=…» - канальный вентилятор (2) с коллектором 2, выполненным с дополнительным участком 16 с указанной относительной длиной L_ЦК/D,

(6) «предпочтительный вариант вентиляторного блока» - канальный вентилятор (4) с коллектором 2, выполненным с дополнительным участком 16 с относительной длиной L_ЦК/D=0,065.

Проведенные исследования показали, что как показано на графике на фиг.13, на напорную характеристику ψ_S=F(φ) (φ=Q/uS_PK - коэффициент производительности, где Q - производительность вентилятора, u - окружная скорость, S_РК - площадь рабочего колеса, S_РК=0,25πD²) канального вентилятора с установленным в нем вентиляторным блоком влияют форма предкрылка 24 лопатки 5 и наличие вихрегасителя. На графике ψ_S=F(φ), приведенном на фиг.14, показана напорная характеристика канального вентилятора с установленным в нем вентиляторным блоком, рабочее колесо 1 которого оснащено предкрылком 24, а входного коллектора 2 выполнен с разной относительной длиной L_ЦК/D дополнительного участка 16 при наличии вихрегасителя и без него. Из графика следует, что наличие дополнительного участка 16 коллектора 2 увеличивает коэффициент статического давления ψ_S при равном коэффициенте производительности φ, причем наличие вихрегасителя при одинаковой относительной длине L_ЦК/D дополнительного участка 2 коллектора также приводит к росту коэффициента статического давления ψ_S.

Как показано на графике ψ_S=F(L_ЦК/D) при φ=const, представленном на фиг.15, для канального вентилятора с вентиляторным блоком без вихрегасителя, коэффициент статического давления ψ_S увеличивается по мере увеличения относительной длины L_ЦК/D дополнительного участка 16 входного коллектора 2. Установка вихрегасителя, как показано на графике ψ_S(B-Г)=F(L_ЦК/D) при φ=const, представленном на фиг.16, приводит к более интенсивному повышению величин коэффициента статического давления φ_S(B-Г) канального вентилятора с вихрегасителем. При этом при величинах коэффициента производительности φ=0,20…0,30, соответствующей рабочей зоне канального вентилятора, интенсивность прироста коэффициента статического давления ψ_S(B-Г) заметно выше при относительной длине L_ЦК/D<0,04D, и снижается при L_ЦК/D>0,04D. Таким образом, относительная длина дополнительного участка 16 входного коллектора 2 L_ЦК/D≥0,04 является существенным признаком заявленного изобретения. Оптимальная длина дополнительного участка 16 входного коллектора 2, как следует из графика ψ_S(B-Г)=F(L_ЦК/D), представленного на фиг.16, составила L_ЦК/D=0,04…0,8.

Сравнение величины коэффициента статического давления канального вентилятора с вентиляторным блоком предкрылками 24 и дополнительным участком 16 входного коллектора 2 с вихрегасителем и без вихрегасителя, представленное на графике Δψ_S=ψ_S(В-Г)-ψ_S=F(L_ЦК/D) при φ=const на фиг.17, подтверждает существенность оснащения вентиляторного блока как вихрегасителя, так и дополнительным участком 16 на коллекторе 2 для повышения напорной характеристики.

Изменение формы предкрылка 24 и установка вихрегасителя, выполненного в виде, по меньшей мере, одной пластины 18, обеспечившее повышение коэффициента статического давления ψ_S (графики на фиг.13 и 14) при равном коэффициенте производительности φ=const, по сравнению с наиболее близким аналогом [1] привело, как показано на графике L_p=F(f) на фиг.18 и на графике L_W=F(f) на фиг.19, к увеличению уровней звукового давления L_P и звуковой мощности L_W на входе в канальный вентилятор на всех частотах f.

Однако выполнение входного коллектора 2 с дополнительным участком 16 с относительной длиной L_ЦК/D≥0,04, обеспечившее наиболее высокие аэродинамические характеристики, привело к уменьшению шума на входе в канальный вентилятор, оснащенный заявленным вентиляторным блоком. Как показано на графиках L_P=F(f), представленных на фиг.20 и 21, уровни звукового давления L_P уменьшились практически во всем диапазоне частот f как в режиме максимальной производительности (фиг.20), так и в режиме средней производительности (фиг.21) работы канального вентилятора. В результате, как показано на диаграммах L_W=F(f) на фиг.22 и 23, также уменьшились уровни звуковой мощности как в режиме максимальной производительности (фиг.22), так и в режиме средней производительности (фиг.23) работы канального вентилятора.

Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения вентиляторного блока наличие вихрегасителя, рекомендуемой формы лопатки 5 с предкрылком 24, а также дополнительного участка 16 на входном коллекторе 2 с относительной длиной L_ЦК/D≥0,04 является существенным для достижения технического результата по снижению уровня шума на входе в канальный вентилятор, оснащенный заявленным вентиляторным блоком.

Выполнение рабочего колеса 1 вентиляторного блока с лопатками 5 с предкрылками 24 цилиндрической формы и плоской основной частью 22, передняя кромка 23 которой выполнена прямолинейной, а также выполнение переднего диска 3 с гиперболической поверхностью, образующая которой ориентирована вдоль линии установки основной части 22 лопатки 5, упрощает технологическую оснастку для изготовления рабочего колеса 1 при достижении более высокой аэродинамической характеристики и меньшем уровне шума по сравнению с наиболее близким аналогом [1].

Выполнение вентиляторного блока с рабочим колесом, выполненным с увеличенными дисками 20, 21, обеспечивает повышение коэффициента статического давления рабочего колеса 1 и, следовательно, канального вентилятора с заявленным вентиляторным блоком.

Соединение боковых кромок 26 предкрылков 24 лопаток 5 кольцом 28 повышает жесткость рабочего колеса и предотвращает деформацию лопаток 5 при высокой частоте вращения. При больших размерах вентиляторного блока при необходимости аналогичные кольца устанавливаются как на боковых кромках 26, так и на концах 17 лопаток 5.

Промышленная применимость

Вентиляторный блок со свободным радиальным рабочим колесом, представленный в описании данного изобретения, может устанавливаться в канальных и радиальных вентиляторах в спиральных корпусах и компрессорах. Раскрытие изобретения позволяет разрабатывать и изготавливать вентиляторные блоки на специализированных предприятиях. Вентиляторный блок со свободным радиальным рабочим колесом соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ К ОПИСАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ «ВЕНТИЛЯТОРНЫЙ БЛОК СО СВОБОДНЫМ РАДИАЛЬНЫМ РАБОЧИМ КОЛЕСОМ»

1 - радиальное рабочее колесо 1;

2 - входной коллектор;

3 - передний диск рабочего колеса 1;

4 - основной диск рабочего колеса 1;

5 - лопатка рабочего колеса 1;

6 - ось вращения рабочего колеса 1;

7 - вход в рабочее колесо 1;

8 - входная кромка переднего диска 3;

9 - выход из рабочего колеса 1;

10 - внешняя кромка переднего 3 диска;

11 - внешняя кромка переднего основного 4 диска;

12 - сужающийся входной участок входного коллектора 2;

13 - выходной участок входного коллектора 2;

14 - кромка выходного участка 13 входного коллектора 2;

15 - кольцевой зазор;

16 - дополнительный участок входного коллектора 2;

17 - конец лопатки 5;

18 - пластина вихрегасителя;

19 - задняя кромка пластины вихрегасителя;

20 - увеличенный передний диск;

21 - увеличенный основной диск;

22 - основной участок лопатки 5;

23 - передняя кромка лопатки 5;

24 - предкрылок лопатки 5;

25 - передняя кромка предкрылка 24;

26 - боковая кромка предкрылка 24;

27 - носок предкрылка 24;

28 - кольцо, соединяющее боковые кромки 26 предкрылков 24;

29 - точка примыкания передней кромки 23 следующей по ходу вращения лопатки 5А с передним диском 3.

R_ЦК - радиус образующей внутренней поверхности дополнительного участка 16 входного коллектора 2;

L_ЦК - длина дополнительного участка 16 входного коллектора 2;

D - диаметр рабочего колеса 1, равный диаметру окружности, описываемой концами 17 лопаток 5 при вращении рабочего колеса 1;

R - текущий радиус рабочего колеса 1;

X, Y, Z - текущие координаты;

x=X/D - относительная координата, перпендикулярная оси 6 вращения рабочего колеса 1;

y=Y/D - относительная координата, перпендикулярная оси 0Z и оси 0Х;

z=Z/D - относительная координата, направленная вдоль оси 6 вращения рабочего колеса 1 в направлении от основного диска 4 к входу 7 в рабочее колесо 1;

r=R/D - относительный радиус рабочего колеса 1;

Н - ширина лопаток 5, равная расстоянию между передним 3 и основным 4 дисками на выходе 9 из рабочего колеса 1;

Rбк - величина местного радиуса боковой кромки 26 предкрылка 24 лопатки 5;

t - угловой межлопаточный шаг;

Δt - отклонение от углового лопаточного шага;

S_K - площадь канала вентилятора в сечении, перпендикулярном оси 6 вращения рабочего колеса 1;

S_PK=0,25πD² - площадь рабочего колеса 1;

ψ_S=2Psv/ρu² - коэффициент статического давления;

Psv - статическое давление вентилятора;

ρ - плотность воздуха;

u - окружная скорость лопатки 5 рабочего колеса 1;

φ=Q/uS_PK - коэффициент производительности;

Q - производительность вентилятора;

S_PK=0,25πD² - площадь рабочего колеса 1;

L_P - уровень звукового давления;

L_W - уровень звуковой мощности;

f - частота, кГц.

Изобретение относится к вентиляторным блокам со свободным радиальным рабочим колесом, предназначенным для использования преимущественно в канальных вентиляторах. Технический результат: увеличение производительности при повышении статического давления и снижении уровня шума. Вентиляторный блок содержит радиальное рабочее колесо 1, включающее передний 3 и основной 4 диски, установленные между ними загнутые назад лопатки 5 с предкрылками 24, и входной коллектор 2, содержащий сужающийся входной 12, выходной 13 участки, и расположенный между ними дополнительный участок 16 с поверхностью малой кривизны и длиной L_цк не менее 0,04 диаметра D рабочего колеса 1. Передний диск 3 и выходной участок 13 коллектора 2 расположены с образованием кольцевого зазора 15, перед которым установлены пластины 18. В проекции на плоскость, перпендикулярную оси 6 рабочего колеса 1, прямая, соединяющая ось 6 и носок 27 предкрылка 24, не выходит за пределы ±0,05 углового межлопаточного шага t лопаток 5 относительно прямой, соединяющей ось 6 и точку 29 примыкания к переднему диску 3 следующей по ходу вращения лопатки. 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом, включающий радиальное рабочее колесо (1) и входной коллектор (2), радиальное рабочее колесо (1) содержит основной (4) и передний (3) диски, лопатки (5), размещенные между дисками (3, 4) и выполненные загнутыми назад относительно направления вращения, входной коллектор (2) содержит сужающийся входной участок (12) и выходной участок (13), кромка (14) которого расположена между основным диском (4) и входной кромкой (8) переднего диска (3) рабочего колеса (1) с образованием кольцевого зазора (15), отличающийся тем, что входной коллектор (2) выполнен с расположенным между сужающимся входным (12) и выходным (13) участками дополнительным участком (16) с поверхностью, сопряженной с поверхностями сужающегося входного (12) и выходного (13) участков входного коллектора (2) и имеющей образующую малой кривизны (1/R_ЦК), длина (L_ЦК) дополнительного участка составляет не менее 0,04 диаметра (D) окружности, описываемой концами (17) лопаток (5) рабочего колеса (1), а перед кольцевым зазором (15) установлен вихрегаситель.

2. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.1, отличающийся тем, что дополнительный участок (16) входного коллектора (2) выполнен с цилиндрической внутренней поверхностью.

3. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.1 или 2, отличающийся тем, что вихрегаситель выполнен в виде, по меньшей мере, одной пластины (18), соединенной с внешними стенками коллектора (2).

4. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевой зазор (15) в радиальном сечении выполнен сужающимся внутрь радиального рабочего колеса (1).

5. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.1, отличающийся тем, что каждая лопатка (5) рабочего колеса (1) выполнена с предкрылком (24), расположенным между примыканием лопатки (5) к поверхности переднего диска (3) и осью (6) вращения рабочего колеса (1), при этом в проекции на плоскость, перпендикулярную оси (6) вращения рабочего колеса (1), прямая, соединяющая ось (6) вращения рабочего колеса (1) и носок (27) предкрылка (24), не выходит за сектор, ограниченный лучами, расположенными в диапазоне ±0,05 углового межлопаточного шага (t) лопаток (5) относительно прямой, соединяющей ось (6) вращения рабочего колеса (1) и точку (29) примыкания передней кромки (23) следующей по ходу вращения лопатки (5А) к поверхности переднего диска (3).

6. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.5, отличающийся тем, что боковая кромка (26) предкрылка (24) лопатки (5) рабочего колеса (1) расположена под острым углом к передней кромке (25) предкрылка (24).

7. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.5 или 6, отличающийся тем, что передняя кромка (25) предкрылка (24) лопатки (5) рабочего колеса (1) в сечении, перпендикулярном оси (6) вращения рабочего колеса (1), выполнена по дуге окружности.

8. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.5 или 6, отличающийся тем, что диаметр переднего диска (20) равен 1,1…1,2, а диаметр основного диска (21) равен 1,05…1,15 диаметра (D) окружности, описываемой концами (17) лопаток (5) рабочего колеса (1), с образованием в меридиональной плоскости между образующими переднего (20) и основного (21) дисков в направлении от оси (6) вращения к концам (17) лопаток (5) рабочего колеса (1) не расширяющегося канала.

9. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.5 или 6, отличающийся тем, что ширина (Н) лопатки (5) на выходе (9) из рабочего колеса (1) равна не менее 0,25 диаметра (D) окружности, описываемой концами (17) лопаток (5) рабочего колеса (1).

10. Вентиляторный блок со свободным радиальным колесом по п.5 или 6, отличающийся тем, что рабочее колесо (1) оснащено, по меньшей мере, одним кольцом (28), соединяющим боковые кромки (26) предкрылков (24) лопаток (5).