РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДИАМЕТРАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Полезная модель относится к вентиляторостроению, в частности, к рабочим колесам диаметральных вентиляторов, применяемых как генератор воздушного потока в воздушных завесах, а также в системах вентиляции и отопления.
Рабочее колесо является основной частью диаметрального вентилятора и расположено между входным и выходным патрубками различного конструктивного исполнения. При вращении рабочего колеса диаметрального вентилятора происходит нагнетание воздуха из входного в выходной патрубок и формирование на выходе из вентилятора высоконапорного плоского потока воздуха.
Известно рабочее колесо, содержащее основной диск с лопатками, и дополнительные диски с отверстиями (Свидетельство на полезную модель Российской Федерации №RU20139 U1 МПК 7 F04D 29/38 опубликовано 20.10.2001). Недостатком известного решения является использование таких относительно дорогостоящих материалов как листовой алюминий или нержавеющая сталь. Кроме того, максимальная производительность такого рабочего колеса ограничена его максимальным возможным диаметром и длиной, а также максимальной скоростью вращения, которые определяются конкретным исполнением данной конструкции и используемыми материалами.
Известно рабочее колесо диаметрального вентилятора по заявке Российской Федерации №2003120048/06 на получение патента Российской Федерации на изобретение «Диаметральное рабочее колесо поперечного вентилятора и способ его изготовления» МПК 7 F04D 29/00, опубликованной 10.01.2005.
Известное рабочее колесо содержит центральный стержень, расположенный в осевых отверстиях поперечных дисков, по окружности которых закреплена круговая решетка из регулярно расположенных протяженных лопаток с загнутыми вперед кромками. По периметру дисков имеются пазы, в которые вставляются выступы лопаток и закрепляются там посредством завальцовки, таким образом, по внешней окружности дисков образуются валики из пластически деформированных краев дисков.
Недостатками известного рабочего колеса диаметрального вентилятора являются неэкономичность и невысокая производительность. Недостатки обусловлены тем, рабочие колеса с таким креплением лопаток на дисках изготавливают из алюминиевых сплавов, имеющих высокую пластичность. Прочность и жесткость такой конструкции колеса рассчитана строго на определенные нагрузки и не позволяет увеличивать его диаметр для повышения производительности его работы. Кроме того, дугообразный профиль лопаток сложен в изготовлении и требует дорогого оборудования и специальной оснастки для изготовления лопаток и завальцовки их в диски. Наличие в рабочем колесе центрального стержня также значительно усложняет конструкцию.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение затрат на изготовление (повышение экономичности), повышение производительности рабочего колеса диаметрального вентилятора при максимально возможной его длине и получение максимально высоких скоростей на выходе из вентилятора.
Снижение затрат на изготовление обеспечивается за счет упрощения формы поперечного сечения лопаток, по сравнению с известными решениями (предлагается трапециидальная форма вместо дугообразной) и, соответственно, упрощения технологии изготовления лопаток и их крепления к дискам. Это, в свою очередь, позволяет снизить затраты на изготовление всего колеса за счет удешевления основного используемого материала. Предлагается применение доступных листовых углеродистых сталей обычного качества взамен цветных металлов, нержавеющей стали и сталей со специальными покрытиями, которые используются в известных решениях. Предлагаемое решение позволяет отказаться от дорогостоящей оснастки и применить для сборки колеса недорогую контактную электросварку без каких-либо дополнительных затрат, связанных с зачисткой поверхностей и со специальными защитными средами, флюсами, как этого требуют лопатки из цветных металлов, нержавеющей стали и сталей со специальными покрытиями.
Повышение производительности рабочего колеса обеспечивается за счет оптимальных геометрических параметров колеса, полученных расчетно-опытным путем и возможности увеличения диаметра и длины рабочего колеса без применения при сборке сложной оснастки и дорогостоящего оборудования. Надежное крепление лопаток к дискам контактной сваркой и применение наружных обручей позволяет увеличить угловые скорости вращения без разрушения конструкции и получить высокие скорости на выходе из вентилятора.
Возможны такие конкретные варианты исполнения, как описано ниже.
В рабочем колесе диаметрального вентилятора, содержащего круговую решетку аксиально протяженных лопаток, т.е. расположенных вдоль оси вращения рабочего колеса и регулярно закрепленных по окружности, по меньшей мере двух дисков, расположенных перпендикулярно к оси вращения рабочего колеса. Каждая лопатка выполнена в виде трех аксиально протяженных плоскостей. Расчетно-опытным путем установлено, что все заявленные технические результаты достигаются при нижеуказанных параметрах конструкции. Аксиально протяженные плоскости лопаток должны быть сопряжены смежными сторонами под углом 140…145° между собой. Средняя плоскость каждой лопатки должна быть прикреплена к отогнутым под углом 90° площадкам по периферии дисков таким образом, чтобы угол установки внешней плоскости лопатки составил относительно радиуса диска 70…80.
Рабочее колесо дополнительно содержит наружные силовые обручи, которые охватывают решетку из лопаток, что придает прочность колесу на воздействие центробежных нагрузок и позволяет изготавливать колеса больших размеров и, соответственно, с большой производительностью. Обручи могут быть расположены равномерно по длине колеса и крепятся (например, сваркой) к части лопаток или ко всем лопаткам, причем опытным путем установлена оптимальная аксиальная ширина обруча в пределах 0,03…0,07 от диаметра рабочего колеса. Под каждым из обручей может находиться вспомогательный диск с пазами для лопаток. В этом случае каждая лопатка на своей средней плоскости имеет отверстие для крепления к этому диску и фиксируется на нем путем загиба на 90° специального выступа диска, проходящего в это отверстие лопатки.
Такая конструкция делает колесо диаметрального вентилятора технологичным в изготовлении, придает прочность колесу в целом на изгиб и скручивание от действия инерционных и аэродинамических нагрузок при его работе.
Заявляемое рабочее колесо диаметрального вентилятора обладает новизной, поскольку не обнаружены полностью аналогичные технические решения того же назначения.
Заявляемое рабочее колесо диаметрального вентилятора может применяться в качестве рабочего колеса диаметральных вентиляторов, используемых как генератор потока в воздушных завесах, а также в системах вентиляции и отопления, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применяемость».
Заявляемое рабочее колесо иллюстрируется чертежом, имеющем следующие цифровые обозначения:
На чертеже представлено на:
Фиг.1 Общий вид рабочего колеса с торца;
Фиг.2 Общий вид рабочего колеса;
Фиг.3 Крепление лопатки (увеличено);
Фиг.4 Крепление лопатки к вспомогательному диску (увеличено).
Рабочее колесо содержит круговую решетку из аксиально протяженных лопаток 1, выполненных в виде протяженных плоскостей, образующих в сечении трапецеидальный профиль (полученный, например, посредством 2-х гибов полосы листовой стали) и регулярно закрепленных по окружности дисков 2. Средняя плоскость каждой лопатки 1 прикреплена (например, приварена) к отогнутым под углом 90° площадкам 3 по периферии торцевых дисков 2.
На торцевых дисках 2 закреплены такие элементы крепления рабочего колеса как ступица 4 для установки подшипника и фланец 5 для присоединения рабочего колеса к приводу (например, к электродвигателю).
Рабочее колесо может быть снабжено охватывающими лопатки 1 обручами 6, которые могут быть прикреплены (например, приварены) в точках 7 ко всем или к некоторым лопаткам 1. Под каждым из обручей может находиться вспомогательный диск 8, аналогичный торцевым дискам 2, но со специальными выступами 9 вместо площадок 3. Каждая лопатка фиксируется на нем путем загиба на 90° специального выступа 9, пропущенного через отверстие 10 в средней плоскости лопатки 1.
Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса (как указано на Фиг.1), лопатки 1 захватывают воздух в зоне входного патрубка диаметрального вентилятора (условно не показан) и нагнетают его по направлению к выходному патрубку (условно не показан). Формируемый таким образом поток воздуха является плоским благодаря протяженной форме лопаток. Количество воздуха, нагнетаемого в выходной патрубок, пропорционально длине и диаметру рабочего колеса и скорости его вращения.
Предлагаемое решение позволяет изготавливать рабочие колеса больших длин и диаметров, которые работают при больших скоростях вращения. Это обеспечивает более высокую производительность по воздуху и более высокую скорость потока воздуха на выходе из вентилятора, чем у известных решений. При этом затраты на изготовление таких колес значительно меньше чем у известных решений.