РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК F04D29/30 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к конструкции вентиляторов, предназначенных для организации воздушного потока в системах вентиляции.

Уровень техники

[0002] Радиальные вентиляторы, также известные как центробежные вентиляторы, представляют собой вентилятор как без корпуса, так и с различными вариантами корпуса, у которого направление скорости потока на выходе из рабочего колеса в его меридиональном сечении находится под углом (в том числе перпендикулярно, т.е. под углом 90 градусов) к скорости поступающего в вентилятор воздуха. Рабочее колесо зачастую состоит из множества лопаток (или лопастей) и переднего и заднего оснований, на котором закреплены лопатки. Конструкция рабочего колеса должна быть прочной и жесткой для обеспечения неизменности геометрии проточной части вентилятора и обеспечения требуемых рабочих параметров в течении срока эксплуатации. Так, структурная прочность гарантирует, что лопатки рабочего колеса смогут выдерживать динамические силы, создаваемые при вращении вентилятора. Это важно для поддержания стабильной формы лопаток и предотвращения их деформации под воздействием сил вращения и потока воздуха.

[0003] Зачастую для увеличения прочности рабочего колеса применяют детали завышенной толщины (или завышают толщину основных деталей), а также добавляют дополнительные поддерживающие элементы. В частности, на лопатках могут закреплять внешние или внутренние усиливающие кольца, стальные нити. Однако, добавление таких элементов хоть и дает вклад в увеличение прочности, но нарушает структуру формируемого вентилятором воздушного потока, создавая в нем завихрения. Более того, наличие зон отрыва потока в колесе из-за элементов усиления создает дополнительную нагрузку на вентилятор, в связи с чем польза от таких способов увеличения прочности конструкции рабочего колеса еще больше снижается.

[0004] Из уровня техники известно рабочее колесо центробежного (радиального) вентилятора, раскрытое в патенте на полезную модель № CN212297018U (опубл.: 05.01.2021 г.; МПК: F04D29/28; F04D29/30; F04D29/44; F04D29/66; F04D29/68; F24C15/20). Полезная модель относится к области вентиляторного оборудования, в частности к рабочему колесу, центробежному вентилятору и вытяжному шкафу. Рабочее колесо содержит лопасти, на которых закреплены турбулизирующие элементы, которые выступают за выпуклые поверхности лопастей. Центробежный вентилятор включает описанное выше рабочее колесо и является встроенным в вытяжной шкаф. При применении описанных рабочего колеса, вентилятора и вытяжного шкафа пограничный слой воздушного потока вблизи лопастей не склонен к отрыву от лопастей, а шум, создаваемый вихрями, невелик.

[0005] Первым недостатком описанного решения является то, что в нем усиливающий элемент вставляется на расстоянии в треть высоты лопасти и не предусмотрены иные варианты. При этом ближе к основному диску лопасти меньше нуждаются в закреплении, т.к. зачастую жестко закрепляются на самом диске.

[0006] Помимо этого, известно лопастное колесо центробежного вентилятора, раскрытое в патенте № CN207004915U (опубл. 13.02.2018 г.; МПК: F04D29/02; F04D29/28; F04D29/30; F04D29/66). Полезная модель раскрывает лопастное колесо центробежного вентилятора, усиления по внешнему и по внутреннему радиусу лопаток, ступицу, лопатки, а также передний и задний диски колеса. Усиление по внешнему радиусу лопаток выполнено соосным с ободной пластиной и имеет кольцевую форму и жестко соединено с лопатками. Усиление по внутреннему радиусу лопаток расположено соосно с ободной пластиной и имеет отверстия на обоих концах внутри полой конструкции с усеченным коническим наконечником. Угол наклона внутреннего усиления к горизонтальной плоскости по отношению к горизонтальной плоскости на 10-20°, и вторая воздухораспределительная пластина жестко соединена с лопаточной решеткой.

[0007] Недостатком указанного аналога является то, что наклон угла усиливающего элемента относительно горизонтали составляет 10-20° при том, что усиливающий элемент закрепляется на середине высоты лопаток рабочего колеса. Это создает возмущения в воздушном потоке, т.к. на данной высоте лопаток направление потока воздуха находится под другим углом к горизонтали, что вызывает отрывные течения в колесе и снижает эффективность его работы.

[0008] Еще одним известным техническим решением является лопастное колесо вентилятора, описанное в заявке на выдачу патента № CN101338768A (опубл. 07.01.2009 г.; МПК: F04D29/30). Лопастное колесо вентилятора содержит ступицу с лопатками, расположенными по окружности. При этом по меньшей мере одно кольцевое усиление проходит через каждую лопасть, образуя круглое кольцо. Центр окружности совпадает с осью колеса вентилятора. Кольцевое усиление, выполненное из струны, проникает в каждую лопасть лопастного колеса вентилятора, образуя круглое кольцо, чтобы объединить отдельные лопасти вместе.

[0009] Вариант усиления, описанный в данном патенте, применяется для весьма узких колес, геометрия проточной части которых в значительной степени отличается от раскрытой конструкции. Более того, метод крепления посредством струны или проволоки обладает куда меньшей прочностью, а круглое сечение является генератором вихрей, чем нарушает равномерную структуру потока.

[0010] Более прочный вариант фиксации, но при этом хуже влияющий на образование завихрений в потоке, раскрыт, в частности, в патенте № CN212106353U (опубл. 08.12.2020 г.; МПК: F04D29/02; F04D29/28; F04D29/30; F04D29/62). Полезная модель раскрывает новое рабочее колесо вентилятора, которое содержит передний и задний покрывные диски. Передний покрывной диск расположен на задней стороне заднего покрывного диска. При этом задний покрывной диск круглый, а передний покрывной диск имеет форму усеченного конуса. Множество лопастей равномерно привариваются между передним и задним покрывными дисками по окружности. Между каждыми двумя соседними лопастями вентилятора приварено усиливающее кольцо. Все усиливающие кольца объединены в круг, а в центре заднего покрывного диска выполнено монтажное отверстие. В соответствии с описанным рабочим колесом вентилятора в центре рабочего колеса дополнительно расположено усиливающее кольцо, а точка опоры рабочего колеса увеличена так, что повышается жесткость рабочего колеса, и продлевается срок службы изделия.

[0011] Недостатком данного технического решения является применение в качестве усиливающего элемента плоского усиливающего кольца, имеющего форму диска с круглым вырезом. Из-за своей формы оно имеет плохое обтекание воздухом и создаёт возмущения в потоке, негативно влияющее на производительность рабочего колеса.

Сущность изобретения

[0012] Задачей настоящего изобретения является создание и разработка рабочего колеса радиального вентилятора и способа его изготовления, обеспечивающих увеличение прочности всего рабочего колеса без увеличения сопротивления проточной части рабочего колеса.

[0013] Данная задача решается заявляемым изобретением за счет достижения таких технических результатов, как увеличение прочности всего рабочего колеса без создания дополнительного возмущения воздушного потока, т.е. не снижая расход воздуха и давление потока. Заявленный технический результат достигается в том числе, но не ограничиваясь, благодаря:

• выполнению усиливающего элемента постепенно расширяющимся по потоку воздуха;

• выполнению угла наклона усиливающего элемента таким образом, что его поверхность сонаправлена потоку воздуха, проходящему в непосредственной близи от усиливающего элемента.

[0014] Более полно, технический результат достигается рабочим колесом радиального вентилятора. Рабочее колесо включает задний диск, передний диск, множество рабочих лопаток и усиливающий элемент. При этом множество рабочих лопаток закреплены эквидистантно между задним и передним дисками. Усиливающий элемент выполнен с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха. Причем усиливающий элемент закреплен на конце лопаток по их ширине, находящейся ближе центру рабочего колеса, так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента. При этом усиливающий элемент закреплен на такой высоте лопаток, где лопатки имеют наибольший прогиб.

[0015] Задний и передний диски необходимы для закрепления лопаток в рабочем колесе. При этом задний диск служит основной поддержкой для лопаток, а передний диск направляет воздух внутрь рабочего колеса. Множество рабочих лопаток необходимо для создания воздушного потока за счет передачи энергии вращения воздуху. При этом то, что они размещены эквидистантно, позволяет сделать создаваемый поток равномерным. Усиливающий элемент предназначен для улучшение прочности и жесткости, а также предотвращения деформации лопаток. Так, лопатки образуют жесткий каркас, позволяющий вентилятору эффективно функционировать при больших скоростях вращения вентилятора. Более того, то, что усиливающий элемент выполнен расширяющимся по потоку воздуха и закреплен на лопатках так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента, позволяет избежать образования завихрений в воздушном потоке. Так, создается безотрывный поток воздуха, снижается уровень шума, а также еще больше увеличивается прочность и производительность вентилятора. При этом установка усиливающего элемента в месте наибольшего прогиба лопаток значительно увеличивает прочность и жесткость рабочего колеса в целом. Таким образом конструкция настоящего рабочего колеса позволяет увеличить его прочность, избегая негативное влияние усиления на аэродинамику колеса, т.к. описанный усиливающий элемент и его размещение не снижают расход воздуха и давление воздушного потока.

[0016] Усиливающий элемент может быть выполнен в виде усеченного полого конуса или в виде усеченной полой пирамиды.

[0017] В случае выполнения усиливающего элемента в виде усеченной полой пирамиды, основание пирамиды может быть выполнено таким, что количество его граней не меньше количества межлопаточных каналов.

[0018] Усиливающий элемент может быть выполнен выступающим к центру рабочего колеса относительно ширины лопаток. При этом усиливающий элемент может быть закреплен на лопатках посредством сварки. Это позволяет сделать каркас из лопаток и усиливающего элемента цельным, что дополнительно увеличивает прочность рабочего колеса.

[0019] По внешнему периметру рабочего колеса на лопатках может быть закреплено по крайней мере одно внешнее усиливающее кольцо. Это дополнительно позволяет сделать рабочее колесо еще более прочным.

[0020] Передний диск может быть выполнен расширяющимся по потоку воздуха. Это позволяет получить еще более равномерную структуру потока в проточной части рабочего колеса.

[0021] Лопатки могут дополнительно быть выполнены загнутыми назад относительно направления совершаемого ими вращательного движения.

[022] Также технический результат достигается способом изготовления рабочего колеса радиального вентилятора. Согласно способу, сначала эквидистантно закрепляют множество рабочих лопаток между задним диском и передним диском. Затем закрепляют усиливающий элемент, выполненный с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, на конце лопаток по их ширине, находящейся ближе центру рабочего колеса, так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента. Причем усиливающий элемент закрепляют на такой высоте лопаток, где лопатки имеют наибольший прогиб.

[0023] Закрепление множества рабочих лопаток между задним диском и передним диском необходимо для создания основного каркаса рабочего колеса вентилятора. При этом то, что их закрепляют эквидистантно позволяет сделать создаваемый вентилятором поток равномерным. Закрепление усиливающего элемента, выполненного с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, на конце лопаток по их ширине, находящейся ближе центру рабочего колеса, необходимо для увеличения прочности и жесткости каркаса рабочего колеса. Причем то, что его закрепляют так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента, позволяет избежать образования завихрений в воздушном потоке. Так, создается безотрывной поток воздуха, снижается уровень шума, а также еще больше увеличивается прочность и производительность вентилятора. При этом установка усиливающего элемента в месте наибольшего прогиба лопаток значительно увеличивает прочность и жесткость рабочего колеса в целом. Таким образом рабочее колесо, изготовленное в соответствии с настоящим способом, позволяет увеличить его прочность, избегая негативное влияние усиления на аэродинамику колеса, т.к. описанный усиливающий элемент и его размещение не снижают расход воздуха и давление воздушного потока.

[0024] Предварительно могут изготавливать усиливающий элемент в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды.

[0025] В случае, если усиливающий элемент изготавливают в виде усеченной пирамиды, основание пирамиды могут выполнять таким, что количество его граней не меньше количества межлопаточных каналов.

[0026] Могут закреплять усиливающий элемент так, что закреплен выступающим к центру рабочего колеса относительно ширины лопаток. При этом, усиливающий элемент могут закреплять на лопатках посредством сварки. Это позволяет сделать каркас из лопаток и усиливающего элемента цельным, что дополнительно увеличивает прочность рабочего колеса.

[0027] По внешнему периметру рабочего колеса на лопатках могут закреплять по крайней мере одно внешнее усиливающее кольцо. Это дополнительно позволяет сделать рабочее колесо еще более прочным.

[0028] Передний диск могут предварительно выполнять расширяющимся по потоку воздуха. Это позволяет получить еще более равномерную структуру потока и еще повысить эффективность работы вентилятора.

[0029] Лопатки могут выполнять загнутыми назад относительно направления совершаемого ими вращательного движения.

Описание чертежей

[0030] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и чётко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:

[0031] На Фиг. 1 представлен изометрический вид рабочего колеса радиального вентилятора, согласно настоящему изобретению.

[0032] На Фиг. 2 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора в виде сверху, согласно настоящему изобретению.

[0033] На Фиг. 3 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора в виде сбоку, согласно настоящему изобретению.

[0034] На Фиг. 4 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора в виде сбоку в разрезе с нанесенным воздушным потоком и усиливающим элементом, расположенным согласно первому варианту размещения, согласно настоящему изобретению.

[0035] На Фиг. 5 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора в виде сбоку в разрезе с нанесенным воздушным потоком и усиливающим элементом, расположенным согласно второму варианту размещения, согласно настоящему изобретению.

[0036] На Фиг. 6 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора в виде сбоку в разрезе с нанесенным воздушным потоком и усиливающим элементом, расположенным согласно третьему варианту размещения, согласно настоящему изобретению.

[0037] На Фиг. 7 представлен изометрический вид первого варианта выполнения усиливающего элемента в виде усеченного конуса, согласно настоящему изобретению.

[0038] На Фиг. 8 представлен изометрический вид второго варианта выполнения усиливающего элемента в виде усеченной пирамиды, согласно настоящему изобретению.

[0039] На Фиг. 9 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора, в котором усиливающий элемент выполнен в виде усеченной пирамиды в первом варианте в виде сверху, согласно настоящему изобретению.

[0040] На Фиг. 10 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора, в котором усиливающий элемент выполнен в виде усеченной пирамиды во втором варианте в виде сверху, согласно настоящему изобретению.

[0041] На Фиг. 11 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора, в котором усиливающий элемент выполнен в виде усеченного конуса с девятью лопатками в виде сверху, согласно настоящему изобретению.

[0042] На Фиг. 12 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора, в котором усиливающий элемент выполнен в виде усеченной пирамиды с девятью лопатками в виде сверху, согласно настоящему изобретению.

[0043] На Фиг. 13 представлен изометрический вид рабочего колеса радиального вентилятора с одним внешним усиливающим кольцом, согласно настоящему изобретению.

[0044] На Фиг. 14 представлен изометрический вид рабочего колеса радиального вентилятора с двумя внешними усиливающими кольцами, согласно настоящему изобретению.

[0045] На Фиг. 15 представлен изометрический вид рабочего колеса радиального вентилятора с постепенно расширяющимся по потоку воздуха передним диском, согласно настоящему изобретению.

[0046] На Фиг. 16 представлен схематичный вид рабочего колеса радиального вентилятора в виде сбоку в разрезе с нанесенным воздушным потоком и с двумя вешними усиливающими кольцами в случае, когда передний диск выполнен постепенно расширяющимся по потоку воздуха, согласно настоящему изобретению.

[0047] Данные фигуры поясняются следующими позициями:

Позиция 1 - рабочее колесо радиального вентилятора;

Позиция 2 - задний диск;

Позиция 3 - передний диск;

Позиция 4 - рабочая лопатка;

Позиция 5 - усиливающий элемент;

Позиция 6 - внешнее усиливающее кольцо.

Подробное описание изобретения

[0048] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

[0049] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.

[0050] В рамках настоящего изобретения под «высотой лопатки» подразумевается длина сечения лопатки, перпендикулярного переднему и заднему основаниям. При этом словосочетание «на высоте лопатки» относиться к какой-либо точке на этом сечении. Под «шириной лопатки», в свою очередь, подразумевается длина сечения лопатки, параллельного переднему и заднему основаниям. Словосочетание «по ширине лопатки» и аналогичные подразумевают под собой любую точку на этом сечении.

[0051] На Фиг. 1 представлен изометрический вид рабочего колеса 1 радиального вентилятора, согласно настоящему изобретению. Рабочее колесо 1 включает задний диск 2, передний диск 3, множество рабочих лопаток 4 и усиливающий элемент 5. При этом множество рабочих лопаток 4 закреплены эквидистантно между задним 2 и передним 3 дисками, как это видно на Фиг. 2. Усиливающий элемент 5 выполнен с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, как это видно на Фиг. 3. Причем усиливающий элемент 5 закреплен на конце лопаток 4 по их ширине, находящейся ближе центру рабочего колеса 1, так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска 2 сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента. При этом усиливающий элемент 5 закреплен на высоте лопаток 4, на которой лопатки 4 имеют наибольший прогиб.

[0052] Важно отметить, что усиливающий элемент 5 может быть расположен на любой высоте лопаток 3, как это показано на Фигурах 4-6. При этом существенным является то, что на каждой из точек по высоте поток воздуха имеет разное направление, в связи с чем угол, под которым усиливающий элемент 5 расположен относительно заднего диска 2, изменяется в зависимости от направления потока воздуха на этой высоте. Так, при размещении усиливающего элемента 5 между центром высоты лопаток 4 и передним диском 3, угол наклона должен составлять примерно 45-50 градусов, как это показано на Фиг. 4. На Фиг. 5, в свою очередь, представлен вариант, когда усиливающий элемент 5 размещен между центром по высоте лопаток 4 и задним диском 2, угол должен становится меньше и лежать в диапазоне от 15 до 30 градусов. При еще большем приближении усиливающего кольца 5 к заднему диску 2 угол должен быть еще меньше и составлять от 5 до 10 градусов. Однако, важно, чтобы угол не становился равным 0 или 90, т.к. в этом случае высока вероятность образования локальных завихрений вблизи усиливающего элемента 5. Таким образом, чем ближе усиливающий элемент 5 находится к переднему диску 3, тем больше должен быть угол его наклона, а чем ближе к заднему диску 2 - тем меньше. Предпочтительным вариантом для еще большего увеличения прочности и уменьшения деформации лопаток 4 является закрепление усиливающего элемента 5 ближе к центру по высоте лопаток 4 и выполнение угла наклона от 30 до 47.

[0053] Задний диск 2 рабочего колеса 1 вентилятора является одним из ключевых компонентов, обеспечивающих его функциональность. Задний диск 2 представляет собой круглую пластину или диск, который поддерживает лопатки 4 вентилятора. Он служит основой для закрепления лопаток 4 и обеспечивает их равномерное распределение вокруг центральной оси вращения. Задние диски 2 обычно изготавливаются из прочных и легких материалов, таких как алюминий, сталь или полимерные материалы. Это позволяет им выдерживать высокие нагрузки и обеспечивать долгий срок службы. Лопатки 4 вентилятора могут крепиться к заднему диску с помощью любых разъемных или неразъемных методов соединения, таких как болты, сварка, усы, шип-пазы и т.д. При этом в диске 2 могут дополнительно быть выполнены прорези, а лопатки 4 могут включать небольшие выступы для вставки в эти прорези для более надежного закрепления. Место стыка может также завариваться. Это обеспечивает прочное и безопасное закрепление лопаток 4. Помимо этого, задний диск 2 также служит опорной точкой для центральной оси вращения вентилятора. Это позволяет вентилятору вращаться вокруг своей оси с целью создания потока воздуха или другой текучей среды.

[0054] Основная функция переднего диска 3 - это направление воздушного потока внутрь вентилятора. Он 3 выполняет задачу сбора воздуха из окружающей среды и является входным элементом, который направляет воздух внутрь вентилятора для последующей обработки. В связи с этим отверстие в диске 3 выполнено крупным и занимает большую часть площади диска 3. Форма и конструкция переднего диска 3 могут быть оптимизированы для обеспечения наилучшего потока воздуха через вентилятор, например, для снижения турбулентности и снижения вероятности отрыва потока от диска. Так, передний диск 3 может не только быть выполнен плоским и в виде диска, но и иметь более сложную геометрию. Более того, в зависимости от геометрии переднего диска 3, он может служить частичной защитой для лопаток 4 вентилятора, предотвращая нежелательные воздействия из окружающей среды.

[0055] Помимо этого, на переднем диске 3 могут также закрепляться лопатки 4, аналогично тому, как они закрепляются на заднем диске 2. Это позволяет создать более прочный каркас рабочего колеса 1. Так же, как и задний диск 2, передний диск 3 обычно изготавливается из прочных материалов, таких как алюминий, сталь или полимерные материалы, чтобы обеспечить прочность конструкции.

[0056] Множество рабочих лопаток 4 имеют определенную геометрию, отличную от лопаток других типов вентиляторов. Они 4 выполняются изогнутыми в радиальном направлении, что обеспечивает эффективное сбор и передачу воздушного потока. При этом лопатки 4 расположены радиально относительно центральной оси вращения. Это означает, что направление движения воздуха в основном перпендикулярно к оси вращения. Лопатки 4 могут изготавливаться из прочных и легких материалов, таких как алюминий, сталь или пластик, любой технологией, включая аддитивную, чтобы обеспечить прочность и легкость конструкции. При этом радиус и углы установки лопаток 4 могут быть различными, в зависимости от требуемой производительности вентилятора. Лопатка 4 может быть выполнена по одному радиусу, или она может быть выполнена многорадиусной.

[0057] Лопатки 4 могут быть загнуты назад относительно направления вращения, что дополнительно обеспечивает улучшенную аэродинамическую эффективность, уменьшая потери энергии в результате вихревого образования в конце лопатки 4. Это может увеличить производительность вентилятора. Также это снижает уровень шума, производимого вращающимися лопатками 4, за счет снижения турбулентности в воздушном потоке, и улучшает производительность вентилятора в широком диапазоне нагрузок. В том числе, это позволяет изготавливать рабочие колеса 1 для вентиляторов низкого давления, отличающихся низким уровнем шума. Однако, рабочее колесо 1 в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнено и с лопатками 4, загнутыми вперед (на Фигурах не показано).

[0058] Количество лопаток 4 у радиальных вентиляторов низкого давления может варьироваться в зависимости от конкретной конструкции и применения. Радиальные вентиляторы низкого давления могут иметь произвольное (любое) количество лопаток 4, в связи с чем в рамках настоящего изобретения используется слово «множество». Однако, обычно у радиальных вентиляторов низкого давления количество лопаток 4 может находиться в диапазоне от 4 до 24 лопаток 4 и более (фактически количество не ограничено). В частности, количество лопаток 4 зависит от размеров вентилятора и его рабочего колеса 1, а также оно может зависеть от необходимых характеристик, таких как эффективность, уровень шума, объемный расход и развиваемое давление. В рамках настоящего изобретения представлены варианты реализации рабочего колеса 1 радиального вентилятора, в котором 6 и 9 лопаток 4. Однако, для специалиста в области техники очевидно, что их может быть любое количество в зависимости от факторов, обозначенных выше.

[0059] Лопатки 4 радиального вентилятора играют ключевую роль в создании центробежного потока воздуха, что делает их эффективными в различных технических и промышленных применениях.

[0060] Усиливающий элемент 5 прикрепляется к лопаткам 4 вентилятора для повышения их структурной прочности и жесткости. Это особенно важно при работе вентилятора с высокой скоростью вращения и высокими нагрузками. Помимо этого, он 5 помогает предотвратить деформацию лопаток 4 под воздействием сил, возникающих при вращении. Это способствует тому, чтобы лопатки 4 оставались в оптимальной форме и не искажались под воздействием динамических нагрузок. При этом усиливающие элементы 5 обычно изготавливаются из прочных материалов, таких как металлы или композиты, чтобы обеспечивать необходимую прочность и долговечность.

[0061] Важно, чтобы усиливающий элемент 5 был размещен на конце лопаток 4 ближе к оси вращения вентилятора. Закрепление его со внутренней стороны рабочего колеса 1 может обеспечивать более прямое и эффективное усиление лопаток 4, так как усиливающий элемент 5 ближе к центральной оси вращения. Это может помочь в снижении деформаций и повышении структурной прочности.

[0062] Помимо этого, также крайне важным является закреплять усиливающий элемент 5 на высоте лопаток 4, на которой лопатки 4 имеют наибольший прогиб. Это место может определяться посредством прочностного расчета с применением численного моделирования. Точное место зависит геометрии конкретного рабочего колеса 1, однако, зачастую эта высота составляет 50% от высоты лопатки 4 и выше относительно поверхности заднего диска 2. Так, усиливающий элемент 5 располагается относительно переднего 3 и заднего 2 дисков на определенном расстоянии, на котором лопатка 4 имеет наибольшие напряжение и перемещения (наибольший прогиб), а его геометрические параметры - исходя из величины допускаемых напряжений для материала лопатки 4.

[0063] Более того, для достижения заявленного настоящим изобретением технического результата необходимо именно сочетание описанных выше геометрии усиливающего элемента 5 и места его размещения. Именно при сочетании этих признаков возможно максимально увеличить прочность и жесткость рабочего колеса 1, не навредив его аэродинамическим характеристикам.

[0064] Усиливающий элемент 5 может быть закреплен на лопатках 4 различными способами. Например, лопатки 4 могут быть выполнены с прорезями для вставки в них усиливающего элемента 5. При этом места стыка усиливающего элемента 5 и лопаток 4 могут усиливать посредством сварки. Более прочным вариантом, не нарушающим целостность лопаток 4, и, как следствие, не снижающее прочность рабочего колеса 1, является выполнение прорезей в усиливающем элементе 5. При этом усиливающий элемент 5 может быть выполнен выступающим к центру рабочего колеса 1 относительно ширины лопаток 4. В этом случае усиливающий элемент 5 может также быть закреплен на лопатках 4 посредством сварки. Это позволяет наиболее прочно закрепить усиливающий элемент 5 на лопатках 4, не снижая прочность лопаток 4. При этом с целью сохранения целостности и равномерности воздушного потока, выступ предпочтительно делать небольшим, а именно достаточным для выполнения наплавки в местах пересечения конца лопатки 4 и усиливающего элемента 5. Наплавки (видны на Фиг. 15, но не обозначены позицией) позволяют дополнительно увеличить прочность крепления усиливающего элемента 5 без создания дополнительного аэродинамического сопротивления.

[0065] Также прорези могут быть выполнены и в усиливающем элементе 5, и в лопатках 4. Это позволяет одновременно уменьшить длину прорезей на вышеупомянутых элементов и, следовательно, лишь незначительно уменьшить их прочность. В данном случае место стыка усиливающего элемента 5 с лопатками 4 также может быть зафиксировано при помощи сварки.

[0066] Наиболее важным параметром усиливающего элемента 5, согласно настоящему изобретению, является выполнение усиливающего элемента 5 расширяющимся по потоку воздуха, причем угол наклона поверхности усиливающего элемента 5 относительно поверхности заднего диска 2 должен быть сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента 5. Это связано с тем, что, когда внутренние усиливающие элементы выполняют в виде кольца (или например, стальной проволоки), в проходящем потоке возникают локальные завихрения, т.к. поток в этих местах имеет иную направленность и сталкивается с поверхностью кольца. Таким образом, для реализации настоящего изобретения важно, чтобы усиливающий элемент 5 был выполнен расширяющимся по потоку воздуха. При этом расширение может быть как линейным, так и нелинейным. Варианты с линейным расширением представлены на Фигурах, однако, на основании представленного описания специалисту в области техники очевидно, что расширение также может быть и не нелинейным. Так, например, если со стороны меньшего диаметра усиливающего элемента 5 поток направлен под углом 45 градусов к заднему диску 2, а со стороны большего диаметра - под углом 35 градусов, то возможно выполнить усиливающий элемент 5 постепенно нелинейно расширяющимся (параболически расширяющимся) от 45 градусов до 35 градусов относительно заднего диска 2. В том числе, усиливающий элемент 5 может быть выполнен параболически расширяющимся по всей ширине лопатки 4.

[0067] При этом, в случае с линейным расширением усиливающего элемента 5, он может быть выполнен в виде усеченного конуса, как это показано на Фиг. 7, или в виде усеченной пирамиды, как это показано на Фиг. 8. При этом, в случае выполнения усиливающего элемента 5 в виде усеченной пирамиды, его количество граней больше количества лопаток 4 по крайней мере в 1,5 раза.

[0068] На Фиг. 9 представлен схематичный вид рабочего колеса 1 радиального вентилятора, в котором усиливающий элемент 5 выполнен в виде усеченной пирамиды в первом варианте в виде сверху. В данном варианте рабочее колесо 1 включает шесть лопаток 4, а усиливающий элемент 5 - девять граней (что больше ровно в 1,5 раза). В ином варианте, представленном на Фиг. 10, рабочее колесо 1 включает шесть лопаток 4, а усиливающий элемент 5 - двенадцать граней. Большее количество граней позволяет приблизить многоугольное основание к круглой форме, обладающей лучшими аэродинамическими свойствами. Однако, для обеспечения прочности рабочего колеса 1 с уменьшением количества завихрений достаточно и использования усиливающего элемента 5 в форме усеченной пирамиды. Тем не менее, предпочтительным вариантом реализации является форма усеченного конуса.

[0069] Как уже говорилось ранее, количество лопаток 4 рабочего колеса 1 может быть различным. Так, на Фиг. 11 представлен вид сверху на рабочее колесо 1, включающее девять лопаток 4, в котором усиливающий элемент 5 выполнен в виде усеченного конуса. На Фиг. 12 также представлен вариант с девятью лопатками 4, в котором усиливающий элемент 5 выполнен в виде усеченной пирамиды. При этом на Фиг. 12 усиливающий элемент 5 имеет восемнадцать граней.

[0070] Для еще большего увеличения структурной прочности рабочего колеса 1, по внешнему периметру рабочего колеса 1 на лопатках 4 может быть закреплено по крайней мере одно внешнее усиливающее кольцо 6, как это показано на Фиг. 13. Поверхность таких усиливающих колец 6 предпочтительно должна быть параллельна поверхности заднего диска 2, т.к., как видно на Фигурах 4-6, поток воздуха по внешнему периметру рабочего колеса 1 параллелен поверхности заднего диска 2. Однако, усиливающие кольца 6 могут также иметь форму усеченного конуса с углом наклона до 5 градусов относительно поверхности заднего диска 2. Конкретный выбор угла зависит от направления воздушного потока в конкретной точке рабочего колеса 1.

[0071] Пример выполнения настоящего изобретения с двумя внешними усиливающими кольцами 6 представлен на Фиг. 14. В этом случае предпочтительно, чтобы внутренний усиливающий элемент 5 направлял воздушный поток между двумя внешними усиливающими кольцами 6, т.е. он был размещен примерно по центру высоты лопаток 4, а усиливающие кольца 6 эквидистантно между задним диском 2 и передним диском 3. При этом, внешних усиливающих колец 6 может быть и более двух. Это, в том числе, зависит от размеров рабочего колеса 1.

[0072] Однако важно отметить, что наибольший вклад в структурную прочность рабочего колеса 1 вносит именно внутренний усиливающий элемент 5, а внешние усиливающие кольца 6 лишь дополнительно увеличивают прочность. Усиливающих элементов 5 может быть также более одного, при этом каждое должно иметь угол наклона относительно поверхности заднего диска 2 сонаправленный потоку воздуха в точке расположения конкретного усиливающего элемента 5.

[0073] Помимо этого, дополнительно увеличить плавность воздушного потока, проходящего через рабочее колесо 1, можно посредством выполнения переднего диска 3 постепенно расширяющимся по потоку воздуха, как это показано на Фиг. 15. Плавное расширение, как по конусу, так и по иным сложным формам образующей поверхности, создает более благоприятные условия для воздушного потока, уменьшая турбулентность и обеспечивая более эффективное направление воздуха внутрь вентилятора. Помимо этого, это позволяет снизить потери энергии, связанные с турбулентностью и неравномерным распределением воздушного потока, а также снизить шум, который может возникнуть из-за турбулентности, вихревых явлений и отрывов потока в передней части вентилятора. Таким образом, усиливающий элемент 5 должен являться телом вращения с образующей особой формы, сонаправленной воздушному потоку, при которой обеспечивается безотрывное течение в колесе 1.

[0074] На Фиг. 16 представлен схематичный вид рабочего колеса 1 радиального вентилятора в виде сбоку в разрезе с нанесенным воздушным потоком и с двумя вешними усиливающими кольцами 6 в случае, когда передний диск 3 выполнен постепенно расширяющимся по потоку воздуха, согласно настоящему изобретению. Как видно из Фигуры 16, по сравнению с потоком, показанным на Фигурах 4-6, поток воздуха вблизи переднего диска 3 плавно меняет угол своей направленности, благодаря чему оказывается дополнительное влияние на равномерность структуры создаваемого потока, и, тем самым, оказывается косвенное влияние на прочность рабочего колеса 1 в целом.

[0075] Помимо материалов, указанных выше, все упомянутые детали рабочего колеса 1 могут изготавливаться из температуростойких материалов. В таких случаях становится эффективным эксплуатация настоящего рабочего колеса, в том числе, в высокотемпературных средах, через которые проходит горячий воздух, например, дымовые газы. Среди таких материалов углеродистая сталь, легированные металлы и иные. Это позволяет увеличить прочность рабочего колеса 1 при эксплуатации в условиях высоких температур.

[0076] Описанное выше рабочее колесо 1 может изготавливаться в соответствии со способом изготовления рабочего колеса 1 радиального вентилятора, согласно настоящему изобретению. Согласно способу, сначала эквидистантно закрепляют множество рабочих лопаток 4 между задним диском 2 и передним диском 3. Затем закрепляют усиливающий элемент 5, выполненный с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, на конце лопаток 4 по их ширине, находящейся ближе центру рабочего колеса 1, так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска 2 сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента 5.

[0077] Закрепление множества рабочих лопаток 4 между задним диском 2 и передним диском 3 необходимо для создания основного каркаса рабочего колеса 1 вентилятора. При этом то, что их закрепляют эквидистантно позволяет сделать создаваемый вентилятором поток равномерным. Закрепление усиливающего элемента 5, выполненного с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, на конце лопаток 4 по их ширине, находящейся ближе центру рабочего колеса 1, необходимо для увеличения прочности каркаса рабочего колеса 1. Причем то, что его закрепляют так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска 2 сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента 5, позволяет избежать образования завихрений в воздушном потоке. Так, создается равномерная структура потока воздуха, снижается уровень шума, а также еще больше увеличивается прочность и производительность вентилятора. Таким образом достигается увеличение прочности лопаток 4 рабочих колес 1 без создания дополнительного возмущения воздушного потока.

[0078] Предварительно могут изготавливать усиливающий элемент 5 в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды. В случае, если усиливающий элемент 5 изготавливают в виде усеченной пирамиды, основание пирамиды могут выполнять таким, что количество его граней больше количества лопаток 4 по крайней мере в 1,5 раза.

[0079] Могут закреплять усиливающий элемент 5 так, что закреплен выступающим к центру рабочего колеса 1 относительно ширины лопаток 4. При этом, усиливающий элемент 5 могут закреплять на лопатках 4 посредством сварки. Это позволяет сделать каркас из лопаток 4 и усиливающего элемента 5 цельным, что дополнительно увеличивает прочность рабочего колеса 1.

[0080] По внешнему периметру рабочего колеса 1 на лопатках 4 могут закреплять по крайней мере одно внешнее усиливающее кольцо 6. Это дополнительно позволяет сделать рабочее колесо 1 еще более прочным.

[0081] Передний диск 3 могут предварительно выполнять расширяющимся по потоку воздуха. Это позволяет еще больше увеличить равномерность структуры потока, создаваемого радиальным вентилятором.

[0082] Важно отметить, что любые дополнительные элементы (признаки) рабочего колеса 1 радиального вентилятора, согласно настоящему изобретению, могут использоваться как все одновременно, так по отдельности и в любой комбинации. При их включении в рабочее колесо 1 будут достигаться описанные дополнительные технические результаты. Более того, дополнительные этапы способа изготовления рабочего колеса 1 могут также рассматриваться в качестве дополнительных функций, а также дополнительных или основных элементов рабочего колеса 1.

[0083] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Настоящее изобретение относится к конструкции вентиляторов, предназначенных для организации воздушного потока в системах вентиляции. Рабочее колесо вентилятора включает задний диск, передний диск, множество рабочих лопаток и усиливающий элемент. При этом множество рабочих лопаток закреплены эквидистантно между задним и передним дисками. Усиливающий элемент выполнен с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха. Причем усиливающий элемент закреплен на конце лопаток по их ширине, находящейся ближе к центру рабочего колеса, так, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента. При этом усиливающий элемент закреплен на такой высоте лопаток, где лопатки имеют наибольший прогиб. Техническим результатом изобретения является увеличение прочности всего рабочего колеса без создания дополнительного возмущения воздушного потока, т.е. не снижая расход воздуха и давление потока. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Рабочее колесо радиального вентилятора, включающее:

- задний диск;

- передний диск;

- множество рабочих лопаток, закрепленных эквидистантно между задним и передним дисками; и

- усиливающий элемент, выполненный с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, причем усиливающий элемент закреплен на конце лопаток по их ширине, находящейся ближе к центру рабочего колеса, таким образом, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента, при этом усиливающий элемент закреплен на такой высоте лопаток, где лопатки имеют наибольший прогиб, определяемый на основании прочностного расчета.

2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что усиливающий элемент выполнен в виде усеченного полого конуса.

3. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что усиливающий элемент выполнен в виде усеченной полой пирамиды.

4. Рабочее колесо п. 3, отличающееся тем, что количество граней усиливающего элемента не меньше количества межлопаточных каналов.

5. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что усиливающий элемент выполнен выступающим к центру рабочего колеса относительно ширины лопаток.

6. Рабочее колесо по п. 5, отличающееся тем, что усиливающий элемент закреплен на лопатках посредством сварки.

7. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что по внешнему периметру рабочего колеса на лопатках закреплено по крайней мере одно внешнее усиливающее кольцо.

8. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что передний диск выполнен расширяющимся по потоку воздуха.

9. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что лопатки загнуты назад относительно направления совершаемого ими вращательного движения.

10. Способ изготовления рабочего колеса радиального вентилятора, по которому:

- эквидистантно закрепляют множество рабочих лопаток между задним диском и передним диском;

- закрепляют усиливающий элемент, выполненный с открытыми торцами и расширяющимся по потоку воздуха, на конце лопаток по их ширине, находящейся ближе к центру рабочего колеса, таким образом, что угол его наклона относительно поверхности заднего диска сонаправлен потоку воздуха, проходящему вблизи от усиливающего элемента, причем усиливающий элемент закрепляют на такой высоте лопаток, где лопатки имеют наибольший прогиб, определяемый на основании прочностного расчета.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что предварительно изготавливают усиливающий элемент в виде усеченного конуса.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что предварительно изготавливают усиливающий элемент в виде усеченной пирамиды.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что основание пирамиды выполняют таким, что количество его граней не меньше количества межлопаточных каналов.

14. Способ по п. 10, отличающийся тем, закрепляют усиливающий элемент так, что он закреплен выступающим к центру рабочего колеса относительно ширины лопаток.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что усиливающий элемент закрепляют на лопатках посредством сварки.

16. Способ по п. 10, отличающийся тем, что по внешнему периметру рабочего колеса на лопатках закрепляют по крайней мере одно внешнее усиливающее кольцо.

17. Способ по п. 10, отличающийся тем, что предварительно выполняют передний диск расширяющимся по потоку воздуха.

18. Способ по п. 10, отличающийся тем, что лопатки закрепляют так, что они загнуты назад относительно направления совершаемого ими вращательного движения.