РАДИАЛЬНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА

Полезная модель относится к вентиляторной технике, а именно, к радиальным рабочим колесам вентиляторов.
Из уровня техники известны радиальные рабочие колеса вентиляторов.
В описании изобретения KR 20190063079, МПК F04D 17/10; F04D 29/28; F04D 29/30; F04D 29/66, дата публикации 07.06.2019 г., [1], представлено радиальное рабочее колесо вентилятора, содержащее передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, основной диск соединен со ступицей, поверхность переднего диск выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми, передняя кромка лопатки оснащена вихреобразователем. Особенностью радиального рабочего колеса, представленного в изобретении [1], является выполнение вихреобразователя в виде хорошо обтекаемой накладки на передней кромке рабочего колеса, а также выполнение передней и выходной кромок лопаток прямолинейными. В результате обеспечивается безотрывное обтекание лопатки. Однако, при автоматическом регулировании производительности вентилятора, например, путем изменения скорости вращения радиального рабочего колеса, при прямолинейных кромках и обтекаемом вихреобразователе могут возникнуть срывы потока, что ограничивает диапазон угловых скоростей вращения рабочего колеса.
В описании изобретения RU 2013664, МПК F04D 29/28, дата публикации 30.05.1994 г., [2], представлено радиальное рабочее колесо вентилятора, содержащее передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, основной диск соединен со ступицей, поверхность переднего диск выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми, передняя кромка лопатки оснащена вихреобразователем. Особенностью радиального рабочего колеса, представленного в изобретении [2], является выполнение лопаток профилированными, вихреобразователя в виде полого предкрылка, образующего полость и щель со стороны стенки. В дисках выполнены сквозные отверстия, сообщенные с полостью, выполненной в форме двух усеченных конусов, сопряженных меньшими основаниями, с винтовыми канавками на боковых поверхностях. Такое выполнение лопатки и вихреобразователя сложное по конструкции и технологии изготовления.
В описании изобретения RU 2617636, МПК F04D 29/28, F04D 29/66, дата публикации 25.04.2017 г., [3], представлено радиальное рабочее колесо вентилятора, содержащее передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, основной диск соединен со ступицей, поверхность переднего диска выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми. Особенностью радиального рабочего колеса, представленного в изобретении [3], является выполнение лопатки на выходе из рабочего колеса с наплывом, примыкающим к поверхности переднего диска, что обеспечивает затягивание отрыва пограничного слоя и улучшение напорно-расходной характеристики.
Радиальное рабочее колесо, представленное в описании изобретения [1], принято в качестве наиболее близкого аналога заявленной полезной модели.
Решаемой технической задачей является повышение аэродинамических характеристик радиального рабочего колеса.
Технический результат состоит в повышении напорной характеристики при увеличении прочности лопаток и радиального рабочего колеса.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Радиальное рабочее колесо вентилятора, как и наиболее близкий аналог [1], содержит передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, основной диск соединен со ступицей, поверхность переднего диска выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми, передняя кромка лопатки оснащена вихреобразователем, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], передняя кромка лопатки выполнена с вырезом со стороны основного диска, вихреобразователь соединен с основным диском с образованием зазора между вихреобразователем, передней кромкой лопатки и основным диском.
Радиальное рабочее колесо вентилятора характеризуется тем, что поверхность вихреобразователя выполнена с наклонной рельефной насечкой, направленной от переднего диска к основному диску и в сторону выхода из радиального рабочего колеса.
Радиальное рабочее колесо вентилятора характеризуется тем, что лопатка на выходе из рабочего колеса выполнена с наплывом, примыкающим к поверхности переднего диска.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 представлено радиальное рабочее колесо при виде сбоку.
На фиг. 2 представлен вид А на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен выносной элемент Б на фиг. 1.
На фиг. 4 представлена изометрическая проекция радиального рабочего колеса при виде с внутренней стороны лопаток.
На фиг. 5 представлена изометрическая проекция радиального рабочего колеса при виде с внешней стороны лопаток.
На фиг. 6 показана напорная характеристика вентилятора с рабочим колесом с вихреобразователем и без вихреобразователя.
Полезная модель устроена следующим образом.
Радиальное рабочее колесо вентилятора содержит передний диск 1, основной диск 2, и расположенные между ними лопатки 3 (фиг. 1). Основной диск 2 соединен со ступицей 4 (фиг. 1, 2, 3). Поверхность переднего диска 1 выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей. Лопатки 3 выполнены листовыми. Передняя кромка 5 лопатки 3 оснащена вихреобразователем 6 и выполнена с вырезом 7 со стороны основного диска 2. Вихреобразователь 6 соединен с основным диском 2 с образованием зазора 8 между вихреобразователем 6, передней кромкой 5 лопатки 3 и основным диском 2 (фиг. 1, 3, 4).
Поверхность вихреобразователя 6 выполнена с наклонной рельефной насечкой 9, направленной от переднего диска 1 к основному диску 2 и в сторону выхода 10 из радиального рабочего колеса (фиг. 3).
В предпочтительном варианте выполнения лопатка 3 на выходе 10 из рабочего колеса выполнена с наплывом 11, примыкающим к поверхности переднего диска 1, а вихреобразователь 6 выполнен в виде стержня 12 с наклонной рельефной насечкой 9 на внешней поверхности. Стержень 12 соединен с основным диском 2, а свободный конец стержня 12 делается скошенным для улучшения его обтекания потоком (фиг. 3). Наклонная рельефная насечка 9 направлена вдоль линии течения воздуха от переднего диска 1 к основному диску 2 и в сторону выхода 10 из радиального рабочего колеса.
Радиальное рабочее колесо функционирует следующим образом.
При вращении радиального рабочего колеса в зазор 8 между вихреобразователем 6, передней кромкой 5 лопатки 3 и основным диском 1 затягивается воздух, который формируется в вихрь. Благодаря зазору 8 улучшается обтекание вихреобразователя 6, выполненного, например, в виде стержня 12, и передней кромки 5 лопатки 3 в широком диапазоне углов натекания потока, поскольку через зазор 8 происходит вдув потока и стабилизация потока на поверхности лопатки 3 вблизи основного диска 2, где происходит сложный разворот потока с осевого направления на радиальное.
Выполнение лопатки 3 с вихреобразователем 6, выполненным, например, в виде стержня 12, повышает жесткость и прочность лопатки 3, предотвращая складывания лопатки 3 при увеличении частоты вращения.
Поскольку диаметр вихреобразователя 6, выполненного, например, в виде стержня 12, в несколько раз больше толщины лопатки 3. Поэтому такая конструкция приближает форму лопатки 3 к профильной и улучшает ее обтекание в достаточно широком диапазоне углов натекания потока на переднюю кромку 5 лопатки 3.
Наличие наплыва 11 на лопатке 3, примыкающего к поверхности переднего диска 1 на выходе 10 из радиального рабочего колеса, обеспечивает, как показано в изобретении [3], повышение напорной характеристики по сравнению с радиальным рабочим колесом с прямолинейной выходной кромкой лопатки 3, как в изобретении [1]. Представленное на графике на фиг. 6 сравнение безразмерных аэродинамических и мощностных характеристик радиального вентилятора со спиральным корпусом с радиальным рабочим колесом в исходном виде без вихреобразователей 6 и после установки на передних кромках 5 лопаток 3 вихреобразователей 6, выполненных в виде стержней 12, свидетельствует о достижении заявленного технического результата.
На графике на фиг. 6 приведены следующие аэродинамические характеристики:
v
2
«ПСИ»=Ψ=2P/ρu - коэффициент полного давления;
2
«ПСИs»=Ψs=2Ps/ρu - коэффициент статического давления;
v
P - полное давление, создаваемое вентилятором;
vs
P - статическое давление, создаваемое вентилятором;
«фи»=ϕ=Q/(uS) - коэффициент производительности;
ρ - плотность воздуха;
u=πDn/60 - окружная скорость лопатки рабочего колеса;
n - частота вращения;
Q - объемная производительность вентилятора;
2
S=πD/4 - площадь рабочего колеса;
D - диаметр рабочего колеса;
v
η=PQ/N - коэффициент полезного действия;
N - механическая мощность, подводимая к валу рабочего колеса;
«ламбда»=λ=Ψ×ϕ - коэффициент мощности;
индекс «1» относится к вентилятору с радиальным рабочим колесом, аналогичным представленному в изобретении [3];
индекс «2» относится к вентилятору с радиальным рабочим колесом, аналогичным представленному в изобретении [3], с установкой на передней кромке 5 лопаток 3 вихреобразователей 6, выполненных в виде стержней 12 с наклонной рельефной насечкой 9.
Таким образом, представленные в описании полезной модели данные обеспечивают достижение заявленного технического результата, состоящего в повышении напорной характеристики при увеличении прочности лопаток и радиального рабочего колеса, что подтверждается измеренными аэродинамическими характеристиками.
Степень раскрытия полезной модели достаточна для разработки и изготовления радиального рабочего колеса вентилятора. Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».