РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА С СУЖАЮЩИМСЯ СЕЧЕНИЕМ ВЫБРОСНОГО КАНАЛА

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям рабочих колес радиальных вентиляторов, и может быть использовано в системах общеобменной вентиляции.
Известно радиальное колесо вентилятора, содержащее основной (передний) и покрывной (задний) 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.5, в концевой зоне лопаток диски параллельны друг другу, а в зоне выбросного канала, где отсутствуют лопатки, краевые участки дисков отогнуты в разные стороны с образованием расширения в зоне выбросного канала. Основной и покрывной диски имеют одинаковое расстояние от своих наружных кромок до оси вращения рабочего колеса. Такая форма концевых участков позволяет повысить их жесткость и прочность, но во время эксплуатации вентилятора приводит к отрыву пограничного слоя воздушного потока от покрывного диска и потерям производительности вентилятора. Этот отрицательный эффект усиливается тем, что в концевой зоне лопаток диски параллельны друг другу.
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, также как и в предыдущем, воздушный канал,
сформированный концевыми отогнутыми участками дисков, расширяется сразу от той зоны, где заканчиваются лопатки. Это также позволяет повысить их жесткость и прочность, но во время эксплуатации вентилятора приводит к отрыву пограничного слоя воздушного потока от покрывного диска и потерям производительности вентилятора. Однако, такой отрицательный эффект, в отличие от предыдущего технического решения, немного скомпенсирован тем, что диски в зоне лопаток непараллельны друг другу. Часть покрывного диска (в сечении) в зоне лопаток расположена под углом к основному диску с образованием сужения и конфузорного эффекта.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является 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. Основной и покрывной диски имеют разное расстояние от своих наружных кромок до оси вращения рабочего колеса. В этом вентиляторе отрыв пограничного слоя воздушного потока от покрывного диска уменьшен, поэтому уменьшены потери производительности. Частично решена проблема повышения жесткости дисков. Часть покрывного диска (в сечении) в зоне лопаток расположена под углом к основному диску с образованием сужения и конфузорного эффекта. Но сложная форма канала, равномерно изогнутого в сечении в одну сторону, приводит к вихреобразованию воздушного потока на более протяженной поверхности законцовки покрывного диска, к неравномерности воздушного потока в сечении и
потере эффективности.
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.
1
2
1
2
3
1
3
1
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в рабочем колесе радиального вентилятора, содержащем загнутые назад по направлению вращения лопатки, размещенные между перпендикулярно расположенным к оси вращения рабочего колеса основным диском и расположенным в сечении наклонно в сторону основного диска покрывным диском, имеющими диаметры, превышающие ширину лопаток, с образованием выбросного канала между кольцевыми стенками, являющимися продолжением дисков за пределами лопаток, при этом поперечное сечение канала на его начальном участке выполнено сужающимся по ширине, а на конечном участке канала оно выполнено как минимум несужающимся, причем как минимум на одном из дисков в концевой зоне канала выполнен отгиб, при этом основной и покрывной диски имеют одинаковое расстояние от своих наружных кромок до оси вращения рабочего колеса, 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≥0,95 R. 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, имеющее сужающийся выбросной канал и
отгиб прямолинейной формы на конце покрывного диска с образованием несужающейся зоны в конце выбросного канала. На фиг.2 - фрагмент меридионального сечения рабочего колеса, стенки канала с отгибом в виде радиусного закругления на конце покрывного диска и с отгибом на конце основного диска 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 диаметр, превышающий размеры лопаток 2, с образованием выбросного канала 5, имеющего кольцевые стенки 6 и 7, являющимися продолжением дисков 3 и 4. Основной диск 3 перпендикулярен оси вращения рабочего колеса 1. Покрывной диск 4 от начальной кромки лопаток 2 до конечной кромки лопаток 2 в сечении выполнен наклонным к основному диску 3 с образованием конфузорного пространства в зоне лопаток 2. Т.к. стенка 6 является продолжением покрывного диска 3, то в зоне канала 5 она перпендикулярна оси вращения рабочего колеса 1. А стенка 7, являющаяся продолжением покрывного диска 4, в зоне канала 5 в сечении расположена под углом к оси вращения колеса 1 с образованием сужающегося канала 5. Причем наружные кромки стенок 6 и 7 канала 5 расположены на одинаковом расстоянии R до оси рабочего колеса 1. Стенка 6 канала 5, являющаяся продолжением покрывного диска 3, на своем конце может иметь отгиб 8 (см. фиг.1). В этом случае сечение канала 5 от концевой кромки лопаток 2 до зоны отгиба 8 выполнено сужающимся (конфузорным), а на его концевом участке В зоне отгиба 8 выполнено несужающимся. В другом варианте исполнения, показанном на фиг.2, сечение канала 5 от концевой кромки лопаток 2 до зоны отгиба 8 выполнено сужающимся (конфузорным), а в зоне отгибов 8, выполненных на стенках 6 и 7, сечение является расширяющимся (диффузорным). Отгиб 8 можно выполнять только на одной из стенок 6
и 7 канала 5, или на обеих стенках 6 и 7 одновременно. На каждой из стенок 6 и 7 отгиб 8 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 8 (см. фиг.2) можно выполнить в виде радиусного закругления 9. Или прямолинейной формы 10 (см. фиг.1), а также в виде закругления 11 на 90° с прямолинейным концевым участком 12 (см. фиг.2). Расстояние R от наружных кромок стенок 6 и 7 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 8, до оси рабочего колеса 1 меньше расстояния R от наружных кромок стенок 6 и 7 канала 5 до оси рабочего колеса 1 не менее, чем в 0,95 раза, т.е. R≥0,95R.
Экспериментально установлено, что указанные форма стенок 6 и 7 каналов 5 с отгибами 8, соотношения размеров стенок 6 и 7 и лопаток 2 являются оптимальными для данной конструкции вентилятора и обеспечивают достижение максимального положительного эффекта.
1
2
Рабочее колесо 1 радиального 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 и 7 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 выполнению канала 5 сужающимся на начальном участке при выполнении условия, что R=(1,05÷1,30)R, предотвращается отрыв пограничного слоя воздушного потока от лопаток 2. Наличие отгибов 8 на концевых участках стенок 6 и 7 канала 5 с образованием в сечении несужающегося или расширяющегося канала в этой концевой зоне при
3
1
выполнении условия, что R≥0,95R, обеспечивает ускорение потока на поверхности дисков 3 и 4. При этом его отрыв от лопаток 2 практически не снижает эффективность вентилятора, т.к. скорость движение потока и, особенно, ее тангенциальная составляющая, в этой зоне уже не велика.
3
3
Форма поперечного сечения канала 5, сужающаяся на начальном участке (до R), благодаря наклонному расположению стенки 7, и несужающаяся или расширяющаяся на концевом участке за счет отгиба 8 (где заканчивается R), позволяет предотвратить отрыв пограничного слоя воздушного потока от лопаток 2, стабилизировать его при движении по каналу 5 и быстро выбросить за пределы канала 5 в зоне отгибов 8. Этот эффект достигается даже, если отгиб 8 выполнен только на одной из стенок 6 или 7 канала 5. Отгиб 8 в виде радиусного закругления 9 (см. фиг.2) используется для вентиляторов средней мощности. Отгиб 8 прямолинейной формы 10 (см. фиг.1) используется для вентиляторов высокой мощности, а отгиб 8 в виде о закругления 11 на 90° с прямолинейным концевым участком 12 (см. фиг.3) применяется в маломощных вентиляторах.
Такая конструкция позволяет увеличить КПД вентилятора, повысить значения коэффициента расхода и увеличить мощность вентилятора. Увеличение жесткости и прочности дисков 3 и 4 при уменьшении их толщины и металлоемкости достигается за счет того, что отгибы 8 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.