РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА С ПОСТОЯННЫМ СЕЧЕНИЕМ ВЫБРОСНОГО КАНАЛА

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям рабочих колес радиальных вентиляторов, и может быть использована в системах общеобменной вентиляции.
Известно колесо с загнутыми назад по ходу вращения рабочими лопатками радиального вентилятора, включающего основной и покрывной диски, концевые участки которых выступают за пределы концевых зон лопаток и криволинейно отогнуты с образованием диффузорного (расширяющегося) канала в этой части вентилятора (см. патент РСТ WO 97/09535, Кл. F04D 29/28, oп. в 1997 г.). В этом устройстве воздушный канал, сформированный концевыми отогнутыми участками дисков, расширяется сразу от той зоны, где заканчиваются лопатки. Такая форма концевых участков позволяет повысить их жесткость и прочность, но во время эксплуатации вентилятора приводит к отрыву пограничного слоя воздушного потока от основного и покрывного дисков и потерям производительности вентилятора.
Известно рабочее колесо канального радиального вентилятора, содержащее основной и покрывной диски с концевыми, выступающими за пределы расположения загнутых назад лопаток, участками (законцовками) разной длины (см. патент на изобретение RU №2206797, Кл. F04D 29/28, oп. 2003 г.). В известном вентиляторе канал, образованный концевыми, выступающими за пределы расположения загнутых назад лопаток, участками, выполнен нерасширяющимся. При этом концевые участки дисков отогнуты в
одну сторону, образуя в сечении канал параллелограммного типа. В этом вентиляторе отрыв пограничного слоя воздушного потока от покрывного диска незначителен, поэтому уменьшены потери производительности. Частично решена проблема повышения жесткости дисков. Но сложная форма канала, равномерно изогнутого в сечении в одну сторону, приводит к вихреобразованию воздушного потока на более протяженной поверхности законцовки покрывного диска и к потере эффективности вентилятора.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является радиальное колесо вентилятора, содержащее основной (задний) и покрывной (передний) диски с концевыми, выступающими за пределы расположения загнутых назад лопаток, краевыми участками (см. патент на изобретение RU №2321775, Кл. F04D 29/28, oп. 2008 г.). В одном из вариантов исполнения, изображенном на фиг.2., концевые участки параллельны и расположены перпендикулярно оси рабочего колеса. У этого варианта нет достоинств предыдущих технических решений, связанных с повышением жесткости дисков, но и нет недостатков, связанных с повышенным вихреобразованием воздушного потока на выходе с лопаток.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи оптимизации движения воздушного потока в вентиляторе и увеличения прочности основного и покрывного дисков при уменьшении рабочих габаритов вентилятора, увеличении его КПД.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в рабочем колесе радиального вентилятора, содержащем загнутые назад по направлению вращения лопатки, размещенные между основным и покрывным дисками, имеющими диаметры, превышающие ширину лопаток, с образованием выбросного канала
1
2
1
2
3
1
3
1
между кольцевыми стенками, являющимися продолжением дисков за пределами лопаток, при этом поперечное сечение канала на его начальном участке выполнено постоянным по ширине, а на конечном участке канала оно выполнено расширяющимся, при этом как минимум на одном из дисков в зоне расширения канала выполнен отгиб, причем расстояние R от наружных кромок стенок канала до оси рабочего колеса относится к расстоянию R от выходных концов лопаток до оси рабочего колеса как R=(1,05÷1,30)R, а расстояние R от той точки, где начинается отгиб, до оси рабочего колеса относится к расстоянию R от наружных кромок стенок канала до оси рабочего колеса как R≥0,95R. А также тем, что отгиб выполнен в виде радиусного закругления. Отгиб выполнен прямолинейной формы. Отгиб выполнен в виде закругления на 90° с прямолинейным концевым участком.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлено меридиональное сечение рабочего колеса радиального вентилятора и стенка канала с прямолинейным отгибом на концевом участке покрывного диска и радиусным закруглением на концевом участке основного диска. На фиг.2 - фрагмент меридионального сечения рабочего колеса, стенки канала с отгибом на конце в виде закругления на 90° с прямолинейным концевым участком.
1
Рабочее колесо 1 радиального вентилятора содержит загнутые назад по направлению вращения лопатки 2, размещенные между основным диском 3 и покрывным диском 4, имеющими диаметры, превышающие размеры лопаток 2, с образованием выбросного канала 5, имеющего кольцевые стенки 6, являющимися продолжением дисков 3 и 4. Наружные кромки стенок 6 канала 5 расположены на одинаковом расстоянии R до оси рабочего колеса 1. Стенки 6 канала 5 на своих концах имеют отгиб 7. Стенки 6 канала 5 от кромки
лопаток 2 до зоны отгиба 7 параллельны друг другу. Отгиб 7 можно выполнять только на одной из стенок 6 канала 5, или на обеих стенках 6 одновременно. На каждой из стенок 6 отгиб 7 может иметь разную форму в зависимости от технологии изготовления, количества и формы лопаток 2 и размеров вентилятора.
1
2
1
2
3
1
3
1
Отгиб 7 (см. фиг.1) можно выполнить в виде радиусного закругления 8. Или прямолинейной формы 9 (см. фиг.1), а также в виде закругления 10 на 90° с прямолинейным концевым участком 11 (см. фиг.2). Расстояние R от наружных кромок стенок 6 канала 5 до оси рабочего колеса 1 больше расстояния R от выходных концов лопаток 2 до оси рабочего колеса 1 в 1,05÷1,30 раза, т.е. R=(1,05÷1,30)R. Расстояние R от той точки, где начинается отгиб 7, до оси рабочего колеса 1 меньше расстояния R от наружных кромок стенок 6 канала 5 до оси рабочего колеса 1 не менее, чем в 0,95 раза, т.e. R≥0,95R.
Экспериментально установлено, что указанные форма стенок 6 каналов 5 с отгибами 7, соотношения размеров стенок 6 и лопаток 2 являются оптимальными для данной конструкции вентилятора и обеспечивают достижение максимального положительного эффекта.
1
2
Рабочее колесо 1 вентилятора работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 1 в канале 5 происходит преобразование скоростного напора и, особенно, его тангенциальной составляющей в статическое давление, что повышает эффективность работы вентилятора. На поверхности стенок 6 канала 5, образованного выступающими концами дисков 3 и 4 и концами лопаток 2, образуется пограничный слой, толщина которого увеличивается по мере удаления от оси вращения рабочего колеса 1. Благодаря форме канала 5 постоянного сечения на начальном участке при выполнении условия, что R=(1,05÷1,30)R, уменьшается отрыв пограничного слоя воздушного потока от лопаток 2. Наличие отгибов
3
1
7 на концевых участках стенок 6 канала 5 с образованием в радиальном сечении расширяющегося канала в этой концевой зоне при выполнении условия, что R≥0,95R, обеспечивает замедление потока на поверхности дисков 3 и 4. При этом не происходит его интенсивного отрыва от лопаток 2, т.к. скорость движение потока и, особенно, ее тангенциальная составляющая, в этой зоне уже не велика.
3
3
Форма поперечного сечения канала 5, несужающаяся на начальном участке (до R), благодаря параллельным стенкам 6, и расширяющаяся на концевом участке за счет отгибов 7 (где заканчивается R), позволяет предотвратить отрыв пограничного слоя воздушного потока от лопаток 2, стабилизировать его при движении по каналу 5 интенсивно расширить поток в зоне отгибов 7. Этот эффект достигается даже, если отгиб 7 выполнен только на одной из стенок 6 канала 5. Отгиб 7 в виде радиусного закругления 8 (см. фиг.1) используется для вентиляторов средней мощности. Отгиб 7 прямолинейной формы 9 (см. фиг.1) используется для вентиляторов высокой мощности, а отгиб 7 в виде закругления 10 на 90° с прямолинейным концевым участком 11 (см. фиг.2) применяется в маломощных вентиляторах.
Такая конструкция позволяет увеличить КПД вентилятора, повысить значения коэффициента расхода. Увеличение жесткости и прочности дисков 3 и 4 при уменьшении их толщины и металлоемкости достигается за счет того, что отгибы 7 выполнены в концевой зоне канала 5.
Таким образом, заявленная полезная модель решает техническую задачу оптимизации движения воздушного потока в вентиляторе и увеличения прочности основного и покрывного дисков при уменьшении рабочих габаритов вентилятора, увеличении его КПД.