РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкции рабочих колес центробежных вентиляторов.
Известен способ изготовления рабочего колеса радиального вентилятора, у которого несущий и покрывный диски выполняются с двойным отгибом периферийной части: внешний участок отгибается внутрь колеса и зажимает отгибы лопаток, смыкаясь с примыкающим к нему периферийным участком диска, отогнутым наружу колеса на небольшой угол и имеющим конусную поверхность, которая образует соответственно небольшой зазор с примыкающим к ней конусным участком поверхности боковой стенки корпуса вентилятора [патент РФ №2155882].
Недостатком технического решения является то, что покрывный диск рабочего колеса в процессе изготовления не приобретает достаточной жесткости. Вибрация, возникающая на периферии покрывного диска и, значительно усиливающаяся при пусках и остановках вентилятора, в моменты совпадения частоты вращения рабочего колеса с его собственной частотой колебаний, приводит к ускоренному разрушению рабочего колеса и снижению надежности работы вентилятора. Кроме того, способ изготовления рабочего колеса отличается повышенной технической сложностью.
Известно рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее лопатки, расположенные между несущим и имеющим отогнутый во внутрь колеса под углом 7-21 периферийный участок покрывным дисками [А.С. СССР №1366712].
Недостаток технического решения заключается в том, что не достигается достаточной жесткости покрывного диска. Вибрация покрывного диска, возникающая при работе рабочего колеса центробежного вентилятора приводит к ускоренному разрушению колеса и снижению надежности работы вентилятора.
Наиболее близким по конструкции и, выбранным за прототип, является Рабочее колесо центробежного вентилятора [патент РФ №2055241]. Колесо содержит лопатки, расположенные между несущим и имеющим отогнутый периферийный участок покрывным диском, при этом периферийный участок покрывного диска отогнут наружу рабочего колеса и имеет высоту h=КL+3, где К - коэффициент, равный 0,04...0,05; L - расстояние между лопатками на наружном диаметре лопаток, мм.
Недостаток заключается в том, что эта конструкция не обеспечивает требуемой жесткости и прочности покрывного диска. Собственная частота механических колебаний рабочего колеса значительно ниже «лопаточной» частоты. По этой причине вибрация покрывного диска, возникающая по периферийной его части вентилятора и значительно усиливающаяся при пусках и остановах вентилятора, в моменты времени, когда «лопаточная» частота при вращении рабочего колеса совпадает с собственной частотой механических колебаний колеса, наступает явление резонанса. Это приводит к ускоренному разрушению рабочего колеса, снижению надежности его работы, ухудшению шумовой характеристики вентилятора. Кроме того, вентилятор обладает недостаточно хорошими аэродинамическими показателями работы: невысокий кпд и низкое давление воздуха.
Задачей изобретения является повышение надежности и аэродинамической эффективности работы, а также улучшение шумовой характеристики вентилятора и уменьшение его габаритных размеров.
Для этого предложено рабочее колесо центробежного вентилятора, которое содержит лопатки, расположенные между несущим и имеющим
отогнутый наружу рабочего колеса периферийный участок покрывным дисками. Наружный отгиб периферийного участка покрывного диска и последующая торцовка наружной кромки отогнутого участка выполнены таким образом, что угол α=3...85°,
где α - угол между поверхностью вращения покрывного диска, примыкающей к его отогнутому периферийному участку, и плоскостью, касательной к внешнему краю отогнутого периферийного участка покрывного диска,
1
В=tK/sinα,
1
где В - ширина кольцевой отторцованной поверхности внешней кромки отогнутого периферийного участка покрывного диска в радиальном направлении, t - толщина отогнутого периферийного участка покрывного диска, мм; K - коэффициент, равный 0,1...1,0,
2
Н=πDK/N,
где Н - расстояние между внешней поверхностью участка покрывного диска, прилегающего к его отогнутому периферийному участку, и кольцевой отторцованной поверхностью внешней кромки отогнутого периферийного участка покрывного диска в направлении оси вращения рабочего колеса,
π=3,141..., D - наружный диаметр покрывного диска, мм;
2
К - коэффициент, равный 0,01...0,04, N - число лопаток рабочего колеса,
3
d=DК,
где d - диаметр внутреннего края отторцованной кольцевой поверхности внешней кромки отогнутого периферийного участка покрывного диска,
3
D - внешний диаметр покрывного диска, мм, К - коэффициент, равный 0,45...0,95.
1
2
3
K, К, К - масштабные коэффициенты.
При этом отогнутый наружный периферийный участок покрывного диска может иметь форму усеченного эллипсоида либо форму усеченного конуса.
Предлагаемая конструкция рабочего колеса с наружным отгибом периферийного участка и отторцованной внешней кромкой и определенные значения α, В, Н и d обеспечивают необходимую жесткость и прочность покрывного диска и, как следствие, уменьшает вибрацию, что ведет к уменьшению уровня шума при работе вентилятора.
Оптимизация В приводит к уменьшению виброактивности колеса за счет демфирования его механических колебаний воздушной прослойкой между оттоцованной кольцевой поверхностью внешней кромки и боковой стенкой корпуса вентилятора, а также к улучшению аэродинамических характеристик работы вентилятора. Оптимизация Н ведет к уменьшению габаритных размеров и металлоемкости вентилятора. Только совокупность отличительных признаков позволит решить поставленную задачу.
На фиг.1, 2, 3 и 4 изображено рабочее колесо центробежного вентилятора.
Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит лопатки 1, расположенные между несущим диском 2 и покрывным диском 3. Периферийный участок 4 покрывного диска 3 отогнут на наружную поверхность рабочего колеса и имеет кольцевую отторцованную поверхность внешней кромки В - 5. 6 - поверхность вращения покрывного диска 3, примыкающая к его отогнутому периферийному участку 4 (фиг.1).
Угол α между участком 6 поверхности вращения покрывного диска 3, и плоскостью, касательной к внешнему краю поверхности вращения отогнутого периферийного участка 4 диска 3 α=3...85°. Толщина отогнутого периферийного участка - t. Н - расстояние между внешней поверхностью участка покрывного диска, прилегающего к его отогнутому периферийному участку, и кольцевой отторцованной поверхностью внешней кромки в направлении оси вращения рабочего колеса. В - ширина кольцевой отторцованной поверхности внешней кромки отогнутого периферийного участка покрывного диска в радиальном направлении (фиг.2 и 4).
Покрывный диск 3 имеет внешний диаметр D и диаметр d внутреннего края отторцованной кольцевой поверхности внешней кромки отогнутого периферийного участка диска (фиг.3).
Отогнутый наружный периферийный участок покрывного диска имеет форму усеченного эллипсоида (фиг.2), либо усеченного конуса (фиг.4).
1
При изготовлении рабочего колеса центробежного вентилятора производят отбортовку периферийного участка 4 покрывного диска 3 на наружную поверхность рабочего колеса и последующую торцовку наружной кромки 5 периферийного участка 4. При этом наружный отгиб периферийного участка 4 покрывного диска 3 и последующую торцовку внешней кромки 5 выполняют при величине угла α=3, 45 и 85° соответственно. Ширина В при указанных значениях угла а, при значениях коэффициента K=0,1, 0,5 и 1,0 соответственно и при t=1, 2 и 4 мм соответственно принимает значения, приведенные ниже, в табл.№1.
Таблица №1
Ширина В внешней кромки, мм:
α
K<sub>1</sub>
t=1
t=2
t=4 мм
3°
0,1
1,9
3,8
7,6
0,5
9,5
19,1
38,2
1,0
19,1
38,2
76,4
45°
0,1
0,2
0,3
0,6
0,5
0,7
1,4
2,8
1,0
1,4
2,8
5,6
85°
0,1
0,1
0,2
0,4
0,5
0,5
1,0
2,0
1,0
1,1
2,1
4,2
2
Расстояния Н при количестве лопаток N=6, 12 и 24 соответственно, при значении коэффициента К=0,01, 0,025 и 0,04 соответственно и при внешнем диаметре покрывного диска D=250, 500 и 1000 мм соответственно приведены, в табл.№2.
Таблица №2
Расстояние Н, мм при:
N
К<sub>2</sub>
D=250
D=500
D=1000 мм
6
0,01
1,3
2,6
5,2
0,025
3,3
6,5
13,1
0,04
5,3
10,6
21,2
12
0,01
0,6
1,3
2,6
0,025
1,6
3,3
6,5
0,04
2,6
5,3
10,6
24
0,01
0,3
0,6
1,3
0,025
0,8
1,6
3,3
0,04
1,3
2,6
5,3
3
Диаметр d при коэффициентах К=0,45, 0,7 и 0,95 соответственно при внешнем диаметре покрывного диска D=250, 500 и 1000 мм соответственно приведены в табл.№3.
Таблица №3
Диаметр d, мм при:
К<sub>3</sub>
D=250
D=500
D=1000 мм
0,45
112
250
450
0,7
175
350
700
0,95
237
475
950
Расчеты выполнены для всех типоразмеров центробежных вентиляторов низкого, среднего и высокого давления общепромышленного применения.
Предложенная конструкция рабочего колеса позволяет: увеличить до требуемых значений жесткость конструкции и нижнюю частоту его собственных механических колебаний и за счет этого снизить его виброактивность и мощность шумового излучения и за счет этого повысить эффективность и надежность работы центробежного вентилятора; повысить производительность и давление воздуха в нагнетательном патрубке и за счет этого улучшить аэродинамические характеристики вентилятора. При этом указанные преимущества достигаются без усложнения конструкции и технологии ее изготовления и без увеличения габаритных размеров и металлоемкости.