РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
CENTRIFUGAL FAN IMPELLER

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к центробежным вентиляторам с профильными загнутыми назад лопатками рабочего колеса.
Известен центробежный вентилятор [1] с рабочим колесом, содержащим несущий и покрывной диски, с установленными между ними загнутыми назад лопатками, каждая из которых имеет размещенный на рабочей поверхности в области выходной части продольный выступ с криволинейной рабочей и торцевой поверхностями. Указанное рабочее колесо устраняет недостаток ранее описанной конструкции, т.е. повышает аэродинамическую нагруженность вентилятора за счет роста его коэффициента давления. Однако большая толщина торца лопатки с продольным выступом вызывает появление интенсивного кромочного следа, что приводит к росту угла отставания потока. По этой причине угол выхода потока из рабочего колеса существенно меньше угла выхода рабочей поверхности продольного выступа, что приводит к недостаточному повышению давления, а следовательно, и аэродинамической нагруженности.
Наиболее близким по исполнению к предлагаемому техническому решению является рабочее колесо центробежного вентилятора [2], в котором между несущим и покрывным дисками установлены профильные загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет на рабочей поверхности в области выходной части продольный выступ с криволинейной рабочей и выпуклой торцевой поверхностями, образующий конфузорный зазор с рабочей поверхностью, средняя линия которого в выходном сечении параллельна тыльной поверхности лопатки.
Такое исполнение профильных лопаток рабочего колеса исключает возникновение застойной вихревой зоны за продольным выступом, существенно снижая интенсивность кромочного следа, что уменьшает угол отставания потока от поверхностей лопатки и продольного выступа на выходе из рабочего колеса, тем самым увеличивая развиваемое им давление.
Однако такое выполнение выходной части лопатки рабочего колеса не обеспечивает необходимой энергии потока, проходящего через конфузорный зазор на ее выпуклую торцевую поверхность, что не позволяет существенно повысить аэродинамическую нагруженность центробежного вентилятора, поскольку не обеспечивает существенной закрутки потока на выходе из рабочего колеса.
Цель изобретения заключается в повышении аэродинамической нагруженности рабочего колеса центробежного вентилятора за счет увеличения энергии потока, воздействующего на выпуклую тыльную поверхность рабочей лопатки в зоне, где возникает отрывное вихреобразование.
На фиг.1 изображено рабочее колесо центробежного вентилятора, поперечный разрез; на фиг.2 - лопатка рабочего колеса центробежного вентилятора.
Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит несущий и покрывной диски 1, 2, между которыми установлены профильные, загнутые назад лопатки 3. На выходной части лопатки 3 размещен продольный накрылок 4 с вихревой камерой 9. Накрылок 4 имеет криволинейные вогнутые рабочую 6 и выпуклую тыльную 7 поверхности. Продольный накрылок 4, установлен с аэродинамическим конфузорным каналом 8 к поверхности лопатки, имеющей тангенциальный вход в вихревую камеру 9. На тыльной выпуклой поверхности 7 накрылка 4 выполнены конфузорные каналы 5, соединяющие ее с вихревой камерой 9.
При вращении рабочего колеса центробежного вентилятора поток воздуха, поступающий в межлопаточные каналы, образованные несущим 1, покрывным 2 дисками и лопатками 3, взаимодействуя с последними, поворачивается в направлении вращения колеса по рабочим поверхностям лопаток 3 и их накрылка 4. Часть потока, представляющая собой управляющий поток, за счет перепада давления между рабочей 6 и тыльной 7 поверхностями лопатки 3 поступает через конфузорный зазор 8 в тангенциальном направлении в вихревую камеру 9, закручиваясь в ней со скоростью, превышающей скорость вращения рабочего колеса. За счет центробежной силы вращения управляющий поток через конфузорные каналы 5 поступает на тыльную поверхность 7 накрылка 4 лопатки 3 рабочего колеса, способствуя устранению области отрывного вихреобразования, и, как результат, существенному уменьшению угла отставания основного потока на выходе из рабочего колеса в условиях значительного изменения режимов работы центробежного вентилятора. В результате этого происходит существенный рост аэродинамической нагруженности рабочего колеса центробежного вентилятора.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
По результатам проведенных экспериментов установлено, что граница зоны интенсивного отрыва потока формируется в секторе до 60° от точки перегиба накрылка 4 на его тыльной выпуклой поверхности 7. Наибольшая эффективность, то есть минимум затрат энергии управляющего потока на устранение отрывного вихреобразования на тыльной поверхности 7, достигается при выполнении трех конфузорных каналов 5 в диапазоне углов: 25°≥α≥30°; 45°≥α≥50°; 55°≥α≥60°. При углах выхода меньше вышеуказанных значений конфузорных каналов α α, α подача управляющего потока происходит в зону на выпуклой тыльной поверхности 7 накрылка 4 до точки отрыва управляющего потока, что приводит к нерациональному расходу энергии управляющего потока. При углах больше указанных α α, α управляющий поток воздействует в области за точкой отрыва потока, что приводит к резкому ухудшению эффективности устранения отрывного вихреобразования.
Таким образом, применение такой конструкции лопатки рабочего колеса позволяет устранять отрывное вихреобразование на тыльной стороне лопатки, что повышает аэродинамическую нагруженность рабочего колеса центробежного вентилятора, развивающего при этом давление, превышающее его теоретическое значение.
Источники информации
1. Авторское свидетельство 1178956 (СССР), кл. F04D 29/28, опубл. 1984.
2. Патент 2009379 (Россия), кл. F04D 29/28. Центробежный вентилятор / Макаров В.Н., опубл. 15 марта 1994.