ЛОПАСТЬ ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2014 года по МПК F04D29/38 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкциям лопастей осевых вентиляторов, которые могут использоваться в бытовых целях, а также во вспомогательных механизмах для обеспечения циркуляции воздуха.

Известна лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. При этом углы наклона прямых, соединяющих края корневой части, средней части и верхней кромки к плоскости вращения лопасти выполнены в соотношении как 2,5: 1,6: 1 (патент RU 2244854, МПК 7 F04D 29/38).

Известна лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. При этом радиусы внутренней кривизны корневой части, средней части и верхней кромки выбраны в соотношении 1:1,67:1,08, а максимальные толщины сечений лопасти в указанных частях выбраны в соотношении 1,45:1,17:1. Профиль лопасти выполнен серповидным, причем радиус кривизны R вогнутого сбегающего края выбран большим радиуса кривизны R_cp средней линии лопасти, а радиус кривизны R₁ выпуклого набегающего края выбран меньшим радиуса кривизны R_cp средней линии лопасти, то есть

$$R>R_{cp}>R_1,(1)$$

что обеспечивает необходимую толщину δ лопасти для придания ей необходимой прочности и жесткости. Данные радиусы кривизны могут быть переменными по длине лопасти (патент RU 2274770, МПК F04D 19/00, F04D 29/38).

Основными недостатками описанных лопастей осевого вентилятора являются невысокие характеристики по производительности, напору нагнетания и к.п.д. работы осевого вентилятора вследствие отсутствия рекомендаций по выбору взаимосвязи между углом α входа воздушной массы в межлопастной канал и углом γ выхода воздушной массы из межлопастного канала, причем угол α соответствует углу наклона передней кромки средней линии лопасти, а угол γ соответствует углу наклона задней кромки средней линии лопасти. Кроме того, заданное соотношение (1) радиусов кривизны лопасти не позволяет изготовить лопасть с оптимальными геометрическими характеристиками, так как при малом числе лопастей, от двух до шести, вогнутый сбегающий край имеет более существенное влияние на формирование скорости и направления воздушной массы на ее выходе из межлопастного канала, чем выпуклый набегающий край.

Задачей данного изобретения является повышение производительности, напора нагнетания и к.п.д. работы осевого вентилятора при сохранении необходимой прочности и жесткости лопасти в процессе эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что у лопасти осевого вентилятора, содержащей выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, согласно изобретению радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края выбран исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении, причем угол входа воздушной массы в межлопастной канал и угол выхода из него связаны соотношением:

$$\gamma ={\tan }^{-1}\left(\frac{\varphi }{\cos \alpha }\right),(2)$$

где γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала;

φ - коэффициент, учитывающий потери скорости воздушной массы в межлопастном канале, составляющий от 1 до 0,9;

α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал,

а параметры лопасти выполнены в соответствии со следующими выражениями:

$$R=\frac{a}{\cos \alpha -\cos \gamma }(3)$$

где R - радиус кривизны средней линии лопасти;

а - ширина лопасти в осевом направлении,

$$l=\frac{2\pi R\left(\gamma -\alpha \right)}{360},(4)$$

где l - общая длина лопасти,

$$b=R\left(\sin \gamma -\sin \alpha \right),(5)$$

где b - ширина лопасти по фронту.

Повышение производительности, напора нагнетания и к.п.д. работы осевого вентилятора обеспечивается за счет оптимального соотношения между углом входа воздушного потока в межлопастной канал α и углом выхода воздушного потока из межлопастного канала, а выполнение радиуса кривизны вогнутого сбегающего края равным радиусу кривизны средней линии лопасти, и радиуса кривизны выпуклого набегающего края исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении упрощает процесс профилирования лопасти при сохранении необходимой прочности и жесткости.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлены основные параметры лопасти; на фиг.2 изображен профиль средней линии лопасти в зависимости от угла α входа воздушной массы в межлопастной канал α при φ=1; на фиг.3 изображен профиль средней линии лопасти в зависимости от коэффициента φ, учитывающего потери скорости в межлопастном канале φ; на фиг.4 представлено конструктивное исполнение лопасти осевого вентилятора.

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено следующее:

- α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал;

- γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала;

- R - радиус кривизны средней линии лопасти (фиг.1) и радиус R кривизны вогнутого сбегающего края (фиг.4), равный радиусу кривизны средней линии лопасти;

- c_{1 -} абсолютная скорость воздушной массы на входе в межлопастной канал;

- ω_{1 -} относительная скорость воздушной массы на входе в межлопастной канал;

- u - окружная скорость воздушной массы на входе в межлопастной канал и на выходе из межлопастного канала;

- c₂ - абсолютная скорость воздушной массы на выходе из межлопастного канала;

- ω₂ - относительная скорость воздушной массы на выходе из межлопастного канала;

- b - ширина лопасти по фронту лопастной решетки;

- а - ширина лопасти по фронту;

- R₁ - радиус кривизны выпуклого набегающего края;

- δ - необходимая толщина лопасти в среднем по ее длине сечении.

Лопасть осевого вентилятора содержит выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. Радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края R₁ выбран исходя из обеспечения необходимой толщины δ лопасти в среднем по ее длине сечении. Угол α входа воздушной массы в межлопастной канал и угол γ выхода воздушной массы из межлопастного канала связаны соотношением (2). Радиус кривизны R средней линии лопасти, общая длина 1 лопасти в осевом направлении и ширина b лопасти по фронту выполнены согласно выражениям (3), (4), (5) соответственно.

Лопасть осевого вентилятора работает следующим образом. При вращении вентилятора воздушная масса поступает в межлопастные каналы. Перемещаясь вдоль каналов, она ускоряется под действием вращения вентилятора и покидает его с большей, чем на входе скоростью.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить производительность, напор и к.п.д. работы осевого вентилятора.

Лопасть осевого вентилятора предназначена для использования в бытовых целях, а также во вспомогательных механизмах для обеспечения циркуляции воздуха. Лопасть содержит выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. Радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края выбран исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении. Угол входа воздушной массы в межлопастной канал и угол выхода из него связаны соотношением: γ=tan

^-1(φ/cosα), где γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала; φ - коэффициент, учитывающий потери скорости воздушной массы в межлопастном канале, составляющий от 1 до 0,9; α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал. Параметры лопасти выполнены в соответствии со следующими выражениями: R=a/(cosα-cosγ), где R - радиус кривизны средней линии лопасти; а - ширина лопасти в осевом направлении, l=(2πR(γ-α))/360, где l -

общая длина лопасти, b=R (sinγ-sinα), где b - ширина лопасти по фронту. Повышаются производительность, напор и к.п.д. работы вентилятора при сохранении необходимой прочности и жесткости лопасти в процессе эксплуатации. 4 ил.

Лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, отличающаяся тем, что радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края выбран исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении, причем угол входа воздушной массы в межлопастной канал и угол выхода из него связаны соотношением:
,
где γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала;
φ - коэффициент, учитывающий потери скорости воздушной массы в межлопастном канале, составляющий от 1 до 0,9;
α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал,
а параметры лопасти выполнены в соответствии со следующими выражениями:
,
где R - радиус кривизны средней линии лопасти;
а - ширина лопасти в осевом направлении,
,
где l - общая длина лопасти,
b=R(sinγ-sinα),
где b - ширина лопасти по фронту.