Рабочее колесо центробежного вентилятора Российский патент 2020 года по МПК F04D29/28 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в рабочих колесах центробежного вентилятора, предназначенного для работы в запыленных средах.

Из уровня техники известно, что более 70 лет Невским заводом имени Ленина (НПО НЗЛ) серийно изготовляются агломерационные нагнетатели типов Д-6500-11-1 и Д 9000-11-5 с геометрическими параметрами: β₁=39°; β₂=40°; z=24; D₁=0,56D₂. В течение всех этих лет предпринимались многочисленные попытки повысить долговечность этих машин, наработка по износу у которых снижается до 5-7 суток. Так, в работе: Бруксер Л.Д., Гольдман Л.Д. и др., Для решения задачи, направленной на повышение стойкости роторов аглоэксгаустеров, "Металлургическое и горнорудное производство", №3, 1976, с. 79-80, анализировались следующие методы повышения износостойкости: наплавка твердосплавными материалами, электроискровое легирование твердыми сплавами, приварка футеровочных полос, использование биметаллического листа с твердосплавным плакированным слоем, термоупрочнение лопаток, индукционная наплавка композитными сплавами, наплавка КБХ (смесь карбидов на металлической основе), электролизное борирование. Все эти способы не дали положительных результатов из-за местного локального износа упрочняемых поверхностей. В работе: Брук А.Д. Результаты экспериментальных исследований по повышению износостойкости агломерационных нагнетателей - "Труды ЦКТИ", 1980, вып. 181, с. 47-51, анализировались различные методы защиты от износа, в частности: напыление плазменной дугой, покрытие металлокерамикой, покрытие слоем абразивов. Результат во всех случаях отрицательный. Именно поэтому до сегодняшнего дня проблема остается не решенной и по-прежнему используются в качестве лопаток сталь 30ЗГСА без какого-либо упрочнения. Брук А.Д. в статье сделал вывод: "Многолетние исследования убедили в том, что повысить износостойкость колес… можно только путем изменения конструкции колес". Однако как выход он предлагает использовать предвключенную противоизносную решетку (А.С. 397680). Однако, хотя это мероприятие и позволяет повысить долговечность лопаток в 1,5-3 раза, но имеет место рост аварийности связанный с обрывом предвключенных лопаток и не решается проблема повышения общей долговечности конструкции, ее ремонтопригодности, вследствие чего система нашла ограниченное применение. Сделанный же вывод о необходимости изменения конструкции рабочего колеса требует кардинального подхода.

Также известно рабочее колесо центробежного вентилятора на изобретение по патенту Украины №3320 МПК(2006) F04D 29/00, 15.06.1994, 4890575/SU, 13.12.1990, 93300884 15.03.1993, 27.12.1994, бюл. №6, с коэффициентом быстроходности n_y=36, что содержит центральный диск, криволинейные лопатки, покрывающие диски конической формы и кольца жесткости.

В отличие от заявленного изобретения, в приведенном рабочем колесе центробежного вентилятора, преимущественно для работы на запыленных средах, содержащее несущий диск и покрывающие диски с расположенными между ними криволинейными листовыми лопатками с входными и выходными кромками, длина хорды каждой лопатки определяется из выражения:

где:

D₁ - входной диаметр колеса;

D₂ - наружный диаметр колеса;

- угол между хордой лопатки и касательной, проведенной к окружности, равной входному диаметру колеса в зоне входной кромки; при этом лопатка максимально изогнута на расстоянии от входной кромки, что составляет 0,25…0,42 от хорды лопатки, на величину, составляющую 0,06…0,09 от хорды лопатки, а профиль входного участка лопатки выполнен по радиусу, определяемому уравнением где: f - величина, определяющая максимальную изогнутость; X_ƒ - расстояние от входной кромки до максимально изогнутого участка лопатки, и сопряжен с выходной кромкой по прямой.

Наиболее близким аналогом к изобретению по совокупности признаков и ожидаемому техническому результату является рабочее колесо центробежного вентилятора с коэффициентом быстроходности n_y=36 содержащее центральный диск, криволинейные лопатки, покрывающие диски конической формы и кольца жесткости (см. Вентилятор МО ЦКТИ 0,55-40 (Ц5-36). Стр. 81. В книге: Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики: Справочник. - М.: Машиностроение, 1980. - 176 с., ил.)

Общим недостатком приведенных рабочих колес центробежного вентилятора является наличие густой лопаточной решетки, из-за большого количества рабочих лопаток. Это затрудняет любые работы по качественному нанесению защитных покрытий, их осмотру, диагностике и восстановлению, так как рабочие поверхности практически не просматриваются. Тем более в таком узком канале невозможно устанавливать, крепить, снимать, ремонтировать любые защитные покрытия, например, съемные футеровки, использование которых во много раз продлевает межремонтный период и срок службы конструкции, в частности, рабочего колеса.

Указанная не технологичность приводит к снижению надежности конструкции, и к ухудшению эксплуатационных свойств, в частности, к уменьшению срока службы.

В основу изобретения поставленная задача усовершенствовать рабочее колесо центробежного вентилятора, путем изменения соотношений геометрических параметров конструктивных элементов рабочего колеса, уменьшить количество лопаток, обеспечить его режим работы по новой аэродинамической схемой, а также доступ в межлопаточный канал для контроля, осмотра, ремонта (восстановления) и замены изношенных элементов защиты, и за счет этого повысить эффективность его работы, уменьшить потребляемую мощность, увеличить КПД, упростить рабочее колесо, повысить его технологичность, эффективность, надежность защиты рабочих поверхностей несущего диска и лопаток от износа, его эксплуатационные свойства и срок службы рабочего колеса.

Задача решена тем, что в рабочем колесе центробежного вентилятора, преимущественно вентиляторов с коэффициентом быстроходности n_y=36, содержащем центральный диск, криволинейные лопатки, покрывающие диски конической формы и кольца жесткости, согласно изобретению, диаметр входа рабочего колеса D₁=0,52D₂, где D₂ - внешний диаметр рабочего колеса, ширина лопатки на выходе b₂=0,08D₂, количество лопаток находится в пределах 12-14; угол входа лопатки β₁=41°; угол выхода β₂=50-52°; угол уклона покрывающего диска α=(8-11)°, ширина колеса b=0,162D₂; входной участок лопатки выполнен по дуге окружности радиусом лопатки Rл=0,448D₂ и центром на окружности радиусом Rц=0,295D₂, концентричной окружности D₂, при этом выходной участок лопатки от точки δ, размещенной на пересечении окружности радиусом перегиба Rп=0,408D₂, концентричной окружности D₂, с окружностью радиусом Rл=0,448D₂, выполнен по касательной к последней, длина хорды лопатки максимальный прогиб лопатки fmax=0,037D₂, длина участка лопатки от ее входной кромки ν до точки ее максимального прогиба составляет 0,177D₂.

Выполнение рабочего колеса центробежного вентилятора согласно предлагаемым новым соотношениям его геометрических параметров, где диаметр входа рабочего колеса D₁=0,52D₂, где D₂ - внешний диаметр рабочего колеса, ширина лопатки на выходе b₂=0,081D₂, количество лопаток в пределах 12-14, угол входа лопатки β₁=41°, угол выхода β₂=50-52°, угол наклона покрывающего диска α=(8-11)°, ширина колеса b=0,162D₂, позволило обеспечить необходимый режим работы по новой аэродинамической схемой, при котором достигается повышение эффективности его работы, уменьшение потребляемой мощности за счет увеличения на 2-3% КПД.

Повышение эффективности работы достигается за счет того, что предложенная форма листовой лопатки имеет форму, имитирующую поверхность аэродинамического профиля, который образован тем, что входной участок лопатки выполнен по дуге окружности радиусом Rл=0,448D₂ с центром на окружности радиусом Rц=0,295D₂, концентричной окружности D₂, при этом входной участок лопатки от точки δ, размещенной на пересечении окружности радиусом перегиба R_п=0,408D₂, концентричной окружности D₂, с окружностью радиусом R_л=0,448D₂, выполнен по касательной к последней. При этом длина хорды лопатки максимальный прогиб лопатки f_max=0,037D₂, длина участка лопатки от ее входной кромки ν к точке ее максимального прогиба составляет 0,177D₂.

Кроме того, предлагаемое рабочее колесо центробежного вентилятора с режимом работы, согласно достигнутой новой аэродинамической схеме, имеет почти в два раза уменьшенное количество рабочих лопаток, следовательно, и в два раза увеличенное расстояние между ними. Это обеспечило доступ в межлопаточный канал для контроля, осмотра, ремонта (восстановления) и замены изношенных элементов защиты и достигнуть эффективности и надежности защиты рабочих поверхностей несущего диска и лопаток от износа. Это очень важно, поскольку износ защитных элементов всегда носит локальный, местный характер, который сначала начинается с дефектов покрытия. Своевременное выявление и устранение этих местных дефектов, чего нельзя сделать в густой лопаточной решетке, основа повышения долговечности рабочего колеса и улучшения его эксплуатационных свойств.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:

фиг. 1 представлено рабочее колесо центробежного вентилятора (общий вид);

фиг. 2 - рабочее колесо центробежного вентилятора (вид А);

фиг. 3 - фрагмент рабочего колеса центробежного вентилятора.

Рабочее колесо центробежного вентилятора, преимущественно вентиляторов с коэффициентом быстроходности n_y=36, содержит центральный диск 1, криволинейные лопатки 2, покрывающие диски конической формы 3 и кольца жесткости 4. При этом диаметр входа рабочего колеса D₁=0,52D2, где D₂ - внешний диаметр рабочего колеса. Ширина лопатки 2 на выходе b₂=0,08D₂. Количество лопаток 2 находится в пределах 12-14. Угол входа лопатки β₁=41°. Угол выхода лопатки β₂=50-52°. Угол уклона покрывающего диска α=8-11°. Ширина колеса b=0,162D₂. Входной участок лопатки выполнен по дуге окружности радиусом лопатки R_л=0,448D₂ и центром на окружности радиусом R_ц=0,295D₂, концентричной окружности D₂. Выходной участок лопатки 2 от точки δ, размещенной на пересечении окружности радиусом перегиба R_п=0,408D₂, концентричной окружности D₂, с окружностью радиусом R_л=0,448D₂, выполнен по касательной к последней. Длина хорды лопатки Максимальный прогиб лопатки f_max=0,037D₂. Длина участка лопатки от ее входной кромки ν до точки ее максимального прогиба составляет 0,177D₂.

Заявляемое рабочее колесо центробежного вентилятора было опробовано в промышленных условиях. В результате проведенных исследований было установлено, что совокупность признаков касательно соотношений геометрических параметров конструктивных элементов рабочего колеса позволило для класса вентиляторов с коэффициентом быстроходности n_y=36, обеспечить его режим работы по новой аэродинамической схеме, при котором достигается повышение эффективности его работы, уменьшение потребляемой мощности за счет увеличения на 2-3% КПД. Созданы условия для повышения эффективности и надежной защиты от сноса. Долговечность в межремонтном цикле увеличилась в 5-6 раз.

Использование: в рабочих колесах центробежного вентилятора. Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит центральный диск, криволинейные лопатки, покрывающие диски конической формы и кольца жесткости. Диаметр входа рабочего колеса D₁=0,52D₂, где D₂ - внешний диаметр рабочего колеса, ширина лопатки на выходе b₂=0,081D₂, количество лопаток находится в пределах 12-14. Угол входа лопатки β₁=41°; угол выхода β₂=50-52°; угол уклона покрывающего диска α=8-11°, ширина колеса b=0,162D₂; входной участок лопатки выполнен по дуге окружности радиусом лопатки R_л=0,448 D₂ и центром на окружности радиусом R_ц=0,295D₂, концентричной окружности D₂. Максимальный прогиб лопатки f_max=0,037D₂, длина участка лопатки от ее входной кромки ν до точки ее максимального прогиба составляет 0,177D₂. Технический результат - повышение КПД, упрощение рабочего колеса, увеличение срока службы рабочего колеса. 3 ил.

Рабочее колесо центробежного вентилятора, преимущественно вентиляторов с коэффициентом быстроходности n_у=36, содержащее центральный диск, криволинейные лопатки, покрывающие диски конической формы и кольца жесткости, отличающееся тем, что диаметр входа рабочего колеса D₁=0,52D₂, где D₂ - внешний диаметр рабочего колеса, ширина лопатки на выходе b₂=0,081D₂, количество лопаток находится в пределах 12-14; угол входа лопатки β₁=41°; угол выхода β₂=50-52°; угол уклона покрывающего диска α=8-11°, ширина колеса b=0,162D₂; входной участок лопатки выполнен по дуге окружности радиусом лопатки R_л=0,448 D₂ и центром на окружности радиусом R_ц=0,295D₂, концентричной окружности D₂, при этом выходной участок лопатки от точки δ, размещенной на пересечении окружности радиусом перегиба R_п=0,408D₂, концентричной окружности D₂, с окружностью радиусом R_л=0,448 D₂, выполнен по касательной к последней, длина хорды лопатки , максимальный прогиб лопатки f_max=0,037D₂, длина участка лопатки от ее входной кромки ν до точки ее максимального прогиба составляет 0,177D₂.