РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
CENTRIFUGAL FAN IMPELLER

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к рабочим колесам центробежных вентиляторов с загнутыми назад профильными лопатками.
Известен центробежный вентилятор [Патент 2009379 (Россия), кл. F04D 29/28. Центробежный вентилятор / Макаров В.Н., опубл. 15 марта 1994] с рабочим колесом, содержащим между несущим и покрывным дисками загнутые назад профильные 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.
Данная конструкция загнутых назад профильных лопаток рабочего колеса исключает возникновение застойной вихревой зоны за продольным выступом, существенно снижая интенсивность кромочного следа, что уменьшает угол отставания потока от поверхности лопатки и продольного выступа на выходе из рабочего колеса, тем самым увеличивая развиваемое им давление.
Однако такое выполнение выходной части загнутых назад профильных лопаток рабочего колеса не обеспечивает необходимой энергии управляющего потока, проходящего через конфузорный зазор на ее выпуклую торцевую поверхность, то есть не позволяет существенно увеличить энергию закрутки потока на выходе из рабочего колеса, что существенно ограничивает рост аэродинамической нагруженности, то есть развиваемого давления центробежного вентилятора.
Наиболее близким по исполнению к предлагаемому техническому решению является рабочее колесо центробежного вентилятора [Патент 20390658 (Россия), кл. F04D 29/28. Рабочее колесо центробежного вентилятора / Макаров Н.В., Белов С.В., Фомин В.И. и др., опубл. 10 октября 2009.], содержащее несущий и покрывной диски, между которыми установлены загнутые назад профильные лопатки, на выходной части которых размещен продольный накрылок с вихревой камерой, имеющий вогнутую рабочую и выпуклую тыльную поверхности и установленный с конфузорным зазором к поверхности лопатки, имеющим тангенциальный вход в вихревую камеру, а с тыльной выпуклой поверхности накрылка выполнены конфузорные каналы, соединяющие ее с вихревой камерой.
Такое исполнение накрылка загнутых назад профильных лопаток рабочего колеса увеличивает энергию закрутки управляющего потока в вихревой камере, который за счет центробежной силы вращения поступает на тыльную поверхность накрылка лопатки рабочего колеса, способствуя более эффективному 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 рост аэродинамической нагруженности рабочего колеса центробежного вентилятора.
Однако такое выполнение выходной части загнутой назад профильной лопатки рабочего колеса не в полной мере обеспечивает рост энергии управляющего потока, закручиваемого в вихревой камере, а также не способствует улучшению структуры основного потока на рабочей вогнутой поверхности накрылка, что не позволяет существенно повысить аэродинамическую нагруженность центробежного вентилятора, поскольку не обеспечивает существенного роста перепада давления потока между рабочей и цельной поверхностями лопатки.
Задача изобретения заключается в повышении аэродинамической нагруженности рабочего колеса центробежного вентилятора за счет увеличения кинетической энергии управляющего потока, закручиваемого в вихревой камере, и его воздействия на основной поток не только на выпуклой торцевой поверхности накрылка лопатки, но и на его вогнутой рабочей поверхности.
Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом рабочем колесе центробежного вентилятора, содержащем несущий и покрывной диски, установленные между ними загнутые назад профильные лопатки, каждая из которых имеет со стороны рабочей поверхности к области выходной части накрылок, установленный с конфузорным зазором по отношению к рабочей поверхности лопатки, имеющий вогнутую рабочую и выпуклую торцевую поверхности и вихревую камеру, сообщающуюся тангенциально с конфузорным зазором на его выпуклую торцевую поверхность, из вихревой камеры выполнены выпускные конфузорные каналы. С вогнутой рабочей поверхности накрылка в вихревую камеру выполнены впускные конфузорные каналы с тангенциальным входом в нее.
На фиг.1 изображено рабочее колесо центробежного вентилятора, поперечный разрез; на фиг.2 - лопатка рабочего колеса центробежного вентилятора.
Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит несущий 1 и покрывной 2 диски, между которыми установлены профильные загнутые назад лопатки 3. На выходной части лопатки 3 размещен продольный накрылок 4 с вихревой камерой 5. Продольный накрылок 4 имеет вогнутую рабочую 6, выпуклую тыльную 7 поверхности и установлен с конфузорным зазором 8 к поверхности лопатки, имеющим тангенциальный вход 9 в вихревую камеру 5.
Из вихревой камеры 5 накрылка 4 на его торцевую выпуклую поверхность 7 выполнены выпускные каналы 10. С рабочей вогнутой поверхности 6 накрылка 4 в вихревую камеру 5 выполнены впускные конфузорные каналы 11 с тангенциальным входом 12 в нее. 13 - выходная кромка накрылка, то есть область перехода выпуклой торцевой 7 поверхности в вогнутую рабочую 6 поверхность накрылка 4.
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 накрылка 4 лопатки 3 через тангенциальный вход 9 конфузорного зазора 8 поступает в тангенциальном направлении в вихревую камеру 5, закручиваясь в ней со скоростью, превышающей скорость вращения рабочего колеса. За счет избыточного давления на рабочей вогнутой поверхности 6 накрылка 4 по отношению к давлению в вихревой камере 5 часть потока из межлопаточного канала по впускным конфузорным каналам 11 через тангенциальные входы 12 поступает по касательной, то есть тангенциально, в вихревую камеру 5, дополнительно увеличивая энергию вращения управляющего потока.
За счет центробежной силы вращения высокоэнергетический управляющий поток через конфузорные каналы 10 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 значительный рост аэродинамической нагруженности рабочего колеса центробежного вентилятора.
Кроме того, отсос части потока из межлопаточного канала на рабочей вогнутой поверхности накрылка 4 через впускные конфузорные каналы 11 приводит к снижению скорости потока на рабочей поверхности накрылка 4 лопатки 3, способствуя росту давления на ней за счет эффекта Магнуса, то есть росту перепада давления между рабочей 6 и тыльной 7 поверхностями накрылка 4 лопатки 3, что увеличивает аэродинамическую нагруженность рабочего колеса центробежного вентилятора.
Суммарный эффект уменьшения угла отставания основного потока на выходе из рабочего колеса и увеличения перепада давления между рабочей 6 и тыльной 7 поверхностями накрылка 4 лопатки 3 за счет отсоса части основного потока с рабочей поверхности 6 накрылка 4 приводит к существенному росту аэродинамической нагруженности рабочего колеса.
По результатам проведенных экспериментов установлено, что наибольшая эффективность, то есть максимальный прирост аэродинамической нагруженности за счет увеличения перепада давления при отсосе части основного потока с рабочей поверхности 6 накрылка 4 достигается при расположении входа в один из впускных каналов 11 на выходной кромке 13 накрылка 4, то есть в области перехода выпуклой торцевой 7 поверхности в вогнутую рабочую 6 поверхность накрылка 4.
Таким образом, применение данной конструкции лопатки рабочего колеса позволяет эффективно устранять отрывное вихреобразование на тыльной стороне лопатки и увеличивать перепад давления между ее рабочей и тыльной поверхностями, что повышает аэродинамическую нагруженность рабочего колеса центробежного вентилятора.