РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
RADIAL FAN IMPELLER

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям рабочих колес радиальных вентиляторов, и может быть использовано в системах общеобменной вентиляции.
Известно рабочее колесо радиального вентилятора, содержащее криволинейные листовые либо профильные лопатки, установленные на рабочем колесе в соответствии со следующими вариантами: а) загнутые назад; б) радиальнозаканчивающиеся; в) загнутые вперед (см. книгу под ред. Соломаховой Т.С. «Центробежные вентиляторы», «Машиностроение», 1975, с.7-8, рис.5). Каждая известная форма лопаток рабочего колеса имеет свое назначение, свои преимущества и недостатки. Их использование варьируется в зависимости требуемой производительности и других параметров вентиляторов.
Известно радиальное рабочее колесо, содержащее лопатки, размещенные между дисками и выполненные загнутыми назад (вогнутая сторона обращена против вращения рабочего колеса), в котором рабочая лопатка оснащена участком (предкрылком), расположенным ближе к оси вращения рабочего колеса от места примыкания основной части лопатки к поверхности переднего диска, при этом точка пересечения передней кромки следующей по ходу вращения лопатки с передним диском, носок передней кромки предкрылка и ось вращения рабочего колеса лежат на одной прямой в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения рабочего колеса, а боковая кромка предкрылка расположена под острым углом к передней кромке предкрылка (см. патент на изобретение RU №2310774, Кл. F04D 29/30, оп. в 2007 г.). Известное устройство направлено на повышение напорной аэродинамической характеристики при снижении уровня шума.
Такое выполнение профиля лопатки обеспечивает высокие значения КПД при пониженных значениях расхода и давления.
Известен диаметральный вентилятор с загнутыми вперед лопатками, имеющими длину хорды, составляющую 0,12…0,16, и толщину - не более 0,01 диаметра колеса, установлеными с густотой 0,9…1,2 и под углом 155…165° к наружной и 80…90° - к внутренней окружности колеса (см. патент на изобретение RU №2204057, Кл. F04D 17/04, оп. в 2003 г.). В этом устройстве выполнение профиля лопатки обеспечивает высокие значения коэффициентов расхода и давления, развиваемого вентилятором, но при этом невысокие значения КПД.
Известен радиальный вентилятор с радиально оканчивающимися лопатками (см. патент на изобретение США №20050084378, Кл. В63Н 1/26, оп. 2005 г.). В известном вентиляторе при обтекании профиля лопатки возникает отрыв воздушного потока, при этом падает КПД вентилятора.
л
2
0
2
2
2
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является рабочее колесо центробежного дымососа, имеющее 24 радиально оканчивающиеся лопатки, установленные таким образом, что образующая поверхности лопатки параллельна оси вращения рабочего колеса, с углом выхода, равным 90°, очерченные по дуге окружности радиусом R, равным 34% от внешнего диаметра рабочего колеса D, измеренного по выходным кромкам лопаток, диаметр входа в рабочее колесо D составляет величину, равную 62% от величины D, ширина рабочего колеса на выходе b составляет 13% от величины D (см. патент на изобретение RU №2313006, Кл. G F04D 17/08, оп 2005 г.). Данное рабочее колесо имеет те же особенности, что и предыдущее, причем попытка избежать отрыва воздуха от профиля лопатки в известном изобретении приводит к увеличению количества лопаток, а соответственно, и материалоемкости вентилятора.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи увеличения КПД вентилятора, повышения значений коэффициентов расхода и давления при увеличении ширины рабочего колеса, без изменения общих габаритов рабочего колеса по диаметру, уменьшения материалоемкости вентилятора, упрощения изготовления лопаток.
2
1
1
2
1
1
1
2
2
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в рабочем колесе радиального вентилятора, содержащем несимметричные криволинейные лопатки, установленные таким образом, что образующая поверхности лопатки параллельна оси вращения рабочего колеса, вогнутая сторона листовой или средней линии профильной лопатки в сечении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, обращена в сторону вращения рабочего колеса, а ширина рабочего колеса b в зоне выходных кромок лопаток меньше ширины рабочего колеса b в зоне входных кромок лопаток, причем диаметр окружности рабочего колеса D, на которой расположены входные кромки лопаток, составляет не менее 0,7 диаметра D окружности, на которой расположены выходные кромки лопаток, при этом угол β между хордой профиля лопатки и касательной к окружности с диаметром D, вершина которого расположена в точке пересечения хорды профиля лопатки и окружности с диаметром D составляет не более 45°, а максимальная вогнутость f профиля лопатки не превышает 0,1 длины хорды профиля l, причем ширина рабочего колеса b в зоне выходных кромок лопаток составляет не менее 0,25 D, число лопаток не превышает 15.
Изобретение поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлено рабочего колеса радиального вентилятора, продольный разрез. На фиг.2 - то же, сечение А-А на фиг.1. На фиг.3 - профильная лопатка, поперечное сечение.
Рабочее колесо радиального вентилятора содержит несимметричные криволинейные лопатки 1. Лопатки 1 могут быть выполнены листовыми либо профильными. Они установлены таким образом, что образующая поверхности лопатки 1 параллельна оси вращения 2 рабочего колеса. Вогнутая сторона 3 листовой лопатки 1 или средней линии 4 профильной лопатки 1 в сечении, перпендикулярном оси вращения 2 рабочего колеса, обращена в сторону 5 вращения рабочего колеса. Лопатки 1 расположены так же, как в варианте а) книги под ред. Соломаховой Т.С. «Центробежные вентиляторы», «Машиностроение», 1975, с.7-8, рис.5, т.е. отклонены назад по ходу вращения колеса, но их вогнутость обращена в противоположную сторону, как в варианте в) той же книги.
2
1
1
2
1
1
2
2
Ширина рабочего колеса b в зоне выходных кромок лопаток 1 меньше ширины рабочего колеса b в зоне входных кромок лопаток 1. Диаметр D окружности рабочего колеса, на которой расположены входные кромки лопаток 1, составляет не менее 0,70 диаметра D окружности, на которой расположены выходные кромки лопаток 1. Угол β1 между хордой профиля лопатки и касательной к окружности с диаметром D, вершина которого расположена в точке пересечения хорды профиля лопатки и окружности с диаметром D, составляет не более 45°. Максимальная вогнутость f профиля лопатки 1 не превышает 0,1 длины/хорды 6 профиля. Ширина рабочего колеса b в зоне выходных кромок лопаток составляет не менее 0,25 D, число лопаток не превышает 15.
Экспериментально установлено, что указанные форма, расположение лопаток 1 и соотношения размеров являются оптимальными для данной конструкции рабочего колеса и обеспечивают достижение максимального положительного эффекта.
1
2
1
2
1
2
Рабочее колесо радиального вентилятора работает следующим образом. Поток воздуха поступает в рабочее колесо через входное отверстие. Затем поток поворачивает из осевого направления в радиальное и попадает в межлопаточные каналы, образованные соседними лопатками 1. Поток воздуха безотрывно от поверхности обтекает лопатки 1. Указанные соотношения диаметров D, D, расположение профиля, угла его установки β, ширины рабочего колеса b обеспечивают обтекание лопатки 1 потоком воздуха с положительным углом атаки - с вогнутой стороны 3 профиля. Использование несимметричных лопаток, обладающих лучшими аэродинамическими качествами, позволяет уменьшить количество лопаток 1, снизив материалоемкость вентилятора. При увеличении отношения D к D более 0,70 увеличивается проходное сечение, при этом не изменяются общие габариты рабочего колеса по диаметру. Такая конструкция дает возможность увеличивать ширину рабочего колеса, при этом повышаются значения коэффициента расхода и КПД вентилятора. При несимметричном профиле лопатки 1 и при максимальной вогнутости f профиля лопатки не более 0,1 длины хорды профиля обтекание воздушным потоком протекает наиболее эффективно и обеспечивает повышенные значения коэффициента расхода и КПД. Поскольку лопатки отклонены назад по ходу вращения колеса, но их вогнутость обращена в противоположную сторону, то повышается динамическая составляющая создаваемого давления. Наиболее эффективно рабочее колесо работает в спиральном корпусе, либо с лопаточным радиальным диффузором.
Рабочее колесо просто в изготовлении и прошло испытания, которые дали возможность оптимизировать конструкцию колеса, форму и расположение лопаток 1, соотношения размеров, диаметров, ширины рабочего колеса.
Таким образом, заявленное изобретение решает техническую задачу увеличения КПД вентилятора, повышения значений коэффициентов расхода и давления при увеличении ширины рабочего колеса, увеличения проходного сечения без изменения общих габаритов рабочего колеса по диаметру, уменьшения материалоемкости вентилятора, упрощения изготовления лопаток.