ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР И ЕГО РАБОЧЕЕ КОЛЕСО
CENTRIFUGAL FAN AND ITS IMPELLER

Изобретение относится к рабочему колесу центробежного вентилятора и к центробежному вентилятору, снабженному таким колесом.
Центробежные вентиляторы, в частности вентиляторы для подачи воздуха и/или газа (зачастую в виде их смеси) в паровые котлы, например конденсационные паровые котлы, содержат корпус с всасывающим и выпускным отверстиями. Внутри корпуса расположено рабочее колесо, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси. Воздух входит в корпус через всасывающее отверстие в осевом направлении, проходит через рабочее колесо и выходит из него в радиальном направлении на спиральном участке корпуса, откуда поступает в выпускное отверстие. Для подачи воздуха по упомянутой траектории рабочее колесо снабжено множеством лопаток, расположенных вокруг его оси вращения и имеющих дугообразный профиль в направлении, поперечном оси вращения.
Центробежные вентиляторы должны обеспечивать соответствующие значения напора в четко определенных интервалах производительности (так называемые «рабочие кривые») для того, чтобы гарантировать надежное функционирование, например, конденсационного парового котла, с которым они соединены.
Другая остро ощущаемая потребность, на удовлетворение которой направлены значительные усилия, заключается в уменьшении размеров центробежных вентиляторов без ухудшения их рабочих характеристик. Иначе говоря, предпочтительно, чтобы центробежные вентиляторы могли достигать эффективных рабочих кривых без чрезмерного увеличения их габаритных размеров.
Другая наиболее остро ощущаемая потребность состоит в снижении расхода энергии, связанного с функционированием рабочего колеса, которое обычно приводится в движение электродвигателем.
Для решения вышеуказанных задач был предложен ряд решений, в частности несколько исполнений лопаток рабочего колеса, равно как и корпусов, приспособленных для размещения рабочих колес с такими лопатками. Некоторые примеры приведены в документах WO 2006/013067 A2 и EP 1744060 A2, в которых описаны рабочие колеса центробежных вентиляторов и центробежные вентиляторы, в которых некоторые из компонентов имеют своеобразные и полезные геометрические характеристики.
Задача настоящего изобретение заключается в создании рабочего колеса центробежного вентилятора и центробежного вентилятора, которые в целом имеют уменьшенные размеры и позволяют получить эффективные кривые «напор -производительность», в частности, подходящие для работы конденсационных паровых котлов, без необходимости в чрезмерном потребления энергии для приведения в движение рабочего колеса.
Эти и другие задачи решены в рабочем колесе центробежного вентилятора согласно пункту 1 формулы изобретения и в центробежном вентиляторе согласно пункту 24 формулы изобретения.
Для лучшего понимания изобретения и оценки его преимуществ далее будут описаны некоторые неограничивающие варианты его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан центробежный вентилятор согласно изобретению с пространственным разделением деталей, вид в перспективе;
на фиг.2 - рабочее колесо согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг.3 - рабочее колесо, показанное на фиг.2, вид в перспективе под другим углом зрения;
на фиг.4 - рабочее колесо, показанное на фиг.2, вид спереди;
на фиг.5 - увеличенный местный вид А рабочего колеса, показанного на фиг.4;
на фиг.6 - увеличенный местный вид В рабочего колеса, показанного на фиг.4;
на фиг.7 - рабочее колесо, показанное на фиг.2, вид сбоку;
на фиг.8 - рабочее колесо, показанное на фиг.2, вид сзади;
на фиг.9 - рабочее колесо в разрезе по линии IX-IX на фиг.8;
на фиг.10 - деталь центробежного вентилятора, показанного на фиг.1, вид в перспективе;
на фиг.11 - другой вид в перспективе детали, показанной на фиг.10;
на фиг.12 - деталь, показанная на фиг.10, вид сзади;
на фиг.13 - разрез детали, показанной на фиг.12, по линии XIII-XIII;
на фиг.14 - деталь, показанная на фиг.10, вид сбоку;
на фиг.15 - деталь, показанная на фиг.10, вид спереди;
на фиг.16 - разрез детали, показанной на фиг.15, по линии XVI-XVI;
на фиг.17 - другая деталь центробежного вентилятора, показанного на фиг.1, вид в перспективе;
на фиг.18 - другой вид в перспективе детали, показанной на фиг.17;
на фиг.19 - деталь, показанная на фиг.17, вид сбоку;
на фиг.20 - деталь, показанная на фиг.17, вид спереди;
на фиг.21 - разрез детали, показанной на фиг.20, по линии XXI-XXI;
на фиг.22 - деталь, показанная на фиг.17, вид сзади;
на фиг.23 - рабочее колесо согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в перспективе с пространственным разделением деталей;
на фиг.24 - рабочее колесо согласно еще одному варианту осуществления изобретения, вид в перспективе.
На фигурах центробежный вентилятор обозначен ссылочной позицией 1. Вентилятор 1 предназначен, например, для подачи воздуха и/или газа (а также их смеси) в горелку, паровой котел, или в обычную систему отопления. Предпочтительно вентилятор 1 предназначен для подачи воздуха и/или газа в конденсационный паровой котел.
Вентилятор 1 содержит рабочее колесо 2, способное вращаться вокруг оси А в корпусе 3 вентилятора. В данном описании термины «осевой» и «радиальный», если не указано иное, используются по отношению к оси А вращения рабочего колеса 2.
Корпус 3 предпочтительно содержит две взаимно соединяемые отдельные детали, например полуоболочку 4, определяющую полость 6 для рабочего колеса 2, и крышку 5 для закрывания полости 6. Полуоболочка 4 и крышка 5 могут взаимно соединяться, например, посредством резьбовых соединителей 7. Кроме того, крышка 5 может иметь выступающий участок 5' (фиг.18-19), выполненный с возможностью захода в полость 6 полуоболочки 4 и предпочтительно имеющий форму, дополняющую форму полости. Крышка 5 выполнена с возможностью крепления на ней электрического двигателя 8, предназначенного для вращения рабочего колеса 2 посредством своего вала 9, который в собранном состоянии вентилятора 1 соосен оси А вращения. Двигатель 8 может быть соединен с крышкой 5 через промежуточную опору 10, соединяющуюся с крышкой 5, например, посредством винтов 11, вставленных в соответствующие гнезда 12 на крышке 5. Предпочтительно гнезда 12 равномерно распределены по окружности. Например, при наличии трех гнезд 12 они отстоят одно от другого на 120°. Для обеспечения соединения винтов 11 с гнездами 12 промежуточная опора 10 снабжена таким же количеством радиальных кронштейнов 15, расположенных соответственно гнездам 12 на крышке 5.
Для уменьшения передачи вибраций двигателя 8 на крышку 5 вентилятор 1 может содержать средства демпфирования вибраций. Согласно возможному варианту осуществления изобретения, такие средства демпфирования вибраций содержат первые демпферы 13 между промежуточной опорой 10 и крышкой 5, выполненные, например, в виде резиновых элементов с отверстием и проходящие через расточенное отверстие для винтов 11, для демпфирования вибраций, параллельных оси А вращения. В качестве альтернативы или в дополнение к первым демпферам 13 вентилятор 1 может дополнительно содержать вторые демпферы 14 между промежуточной опорой 10 и крышкой 5, ориентированные так и имеющие такую форму, чтобы демпфировать вибрации, передающиеся от двигателя 8 на корпус 3 в радиальных направлениях. Вторые демпферы 14, выполненные, например, в виде резиновых элементов, могут быть вставлены в поддерживающие кронштейны 16, образованные или соединенные с крышкой 5, и предпочтительно расположены по окружности, которая находится внутри окружности, на которой расположены гнезда 12 винтов. Еще более предпочтительно, чтобы такие поддерживающие кронштейны 16 были в количестве трех и располагались друг от друга под углом 120°. Вторые демпферы 14 могут контактировать в поперечном направлении с промежуточной опорой 10 таким образом, чтобы действовать в радиальном направлении между опорой 10 и поддерживающими кронштейнами 16.
Для защиты двигателя 8 во время работы вентилятора 1, последний может содержать закрывающий элемент 17, который соединяется с крышкой 5, например, посредством винтов 18. Предпочтительно покрывающий элемент 17 имеет чашеобразную форму, предотвращающую доступ к двигателю 8 в собранном состоянии вентилятора 1. Закрывающий элемент 17 может защищать как двигатель 8, так и один или несколько других вспомогательных элементов 48, таких как, например, управляющие логические схемы для двигателя 8.
Предпочтительно крышка 5 имеет сквозное отверстие 19 для обеспечения возможности прохождения вала 9 двигателя 8 через крышку 5 и его соединения с рабочим колесом 2, помещенным в полость 6.
Вентилятор 1 имеет отверстие 20 для всасывания воздуха и/или газа и выпускное отверстие 21. Согласно возможному варианту осуществления изобретения всасывающее отверстие 20 и выпускное отверстие 21 выполнены в полуоболочке 4 (фиг.1 и 10-16). В частности, всасывающее отверстие 20 расположено сбоку на полуоболочке 4 и имеет такую форму, что воздух и/или газ поступают в полость 6 и достигают рабочего колеса 2 вдоль по существу осевого направления. Выпускное отверстие 21 предпочтительно выполнено на конце 23 выпускающего участка 22 полуоболочки 4, который простирается в по существу тангенциальном направлении по отношению к корпусу 3, так что нагнетаемый рабочим колесом 2 воздух и/или газ может циркулировать в полости 6 вдоль по существу тангенциальных линий потока и нагнетаться вентилятором 1 через выпускное отверстие 21, не испытывая чрезмерных отклонений в своем движении.
На конце 23 выпускающего участка 22 может быть выполнен фланец 24 для соединения вентилятора 1 с внешними поддерживающими элементами, не показанными на фигурах, например, посредством резьбовых средств соединения.
Для обеспечения движения воздуха и/или газа в вентиляторе 1 рабочее колесо 2 содержит множество основных лопаток 25, расположенных одна за другой вокруг оси А вращения (фиг.2-9). Каждая из таких основных лопаток 25 имеет внутренний в радиальном направлении входной конец 32 и наружный в радиальном направлении выходной конец 33. Входной конец 32 обеспечивает всасывание и захват воздуха и/или газа, поступающего из всасывающего отверстия 20 в осевом направлении, а выходной конец 34 обеспечивает направление воздуха и/или газа, нагнетаемого рабочим колесом 2, в полость 6 в корпусе 3.
Каждая из основных лопаток 25 содержит вогнутую первую поверхность 26 и выпуклую вторую поверхность 27, противоположную первой поверхности 26. Таким образом, каждая из основных лопаток 25 имеет по существу форму дуги. Кроме того, вторая поверхность 27 основной лопатки в каждой из основных лопаток 25 обращена к первой поверхности 26 основной лопатки в последующей основной лопатке. Таким образом, между двумя следующими друг за другом основными лопатками образован проходной канал 28 для прохода воздуха и/или газа между внутренней в радиальном направлении областью и наружной в радиальном направлении областью вентилятора 1. В частности, в собранном состоянии вентилятора 1 рабочее колесо 2, вращаясь двигателем 8, всасывает воздух и/или газ из всасывающего отверстия 20 в корпусе 3, соосного крыльчатке 2, и передает его в проходной канал 28, определенный основными лопатками 25, в конечном счете подавая воздух и/или газ в радиальном направлении из рабочего колеса 2 в полость 6.
Основным лопаткам 25 придана форма, оптимизирующая внутреннюю динамику текучей среды в рабочем колесе, а следовательно, общую производительность вентилятора 1.
Форма первых поверхностей 26 основных лопаток 25 определяется дугами РР, которые содержат первую дугу РР1 окружности, вторую дугу РР2 окружности, третью дугу РР3 окружности и четвертую дугу РР4 окружности, расположенные в радиальном направлении от внутренней части к внешней части рабочего колеса 2 (фиг.5). Каждая из таких дуг РР1, РР2, РР3 и РР4 окружностей имеет свой радиус, в частности, первая дуга РР1 окружности имеет первый радиус R1, вторая дуга РР2 окружности имеет второй радиус R2, третья дуга РР3 окружности имеет третий радиус R3 и четвертая дуга РР4 окружности имеют четвертый радиус R4. Предпочтительно указанные радиусы основной лопатки соотносятся между собой в следующих диапазонах:
R2/R1=1-1,1; R3/R1=1,1-1,2; R4/R1=1,2-1,5.
Более предпочтительно вышеупомянутые отношения имеют следующие значения:
R2/R1=1,06; R3/R1=1,15; R4/R1=1,37.
Конечно, такие предпочтительные отношения могут иметь небольшие отклонения, например, связанные с рабочими допусками. Кроме того, оценивая вышеупомянутые размерные отношения, конечно, необходимо принимать во внимание предполагаемое округление десятичных цифр. Это замечание распространяется также на размерные отношения и/или размеры, которые будут представлены в дальнейшем описании и в формуле изобретения, поэтому это замечание не будет повторяться.
Предпочтительно дуги РР основной лопатки были без точек излома. Иными словами, в точках пересечения следующих друг за другом дуг окружности одной и той же дуги РР основной лопатки, смежные дуги окружности имеют один и тот же угол наклона, или в математических терминах имеют одну и ту же первую производную.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения рабочее колесо 2 содержит множество расположенных вокруг его оси вращения вспомогательных лопаток 29, предпочтительно имеющих протяженность, меньшую чем протяженности основных лопаток 25. Вспомогательные лопатки 29 расположены по отдельности или группами между первой и второй основными лопатками пары основных лопаток 25. Предпочтительно основные лопатки 25 и вспомогательные лопатки 29 чередуются так, что в каждом из проходных каналов 28 расположена одна вспомогательная лопатка 29.
Каждая из вспомогательных лопаток 29 имеет внутренний в радиальном направлении входной конец 34 и наружный в радиальном направлении выходной конец 35. Кроме того, каждая из вспомогательных лопаток 29 содержит вогнутую первую поверхность 30 и выпуклую вторую поверхность 31, противоположную первой поверхности 30 той же самой вспомогательной лопатки 29 (фиг.6). Первая поверхность 30 каждой из вспомогательных лопаток 29 обращена ко второй поверхности 27 основной лопатки в первой из основных лопаток 25, между которыми расположена эта вспомогательная лопатка 29, а вторая поверхность 31 каждой из вспомогательных лопаток 29 обращена к первой поверхности основной лопатки 26 во второй из основных лопаток 25, между которым расположена эта вспомогательная лопатка 29.
Первые поверхности 30 каждой из вспомогательных лопаток 29 определяют дуги PS, которые содержат первую PS1, вторую PS2 и третью PS3 дуги окружности, расположенные в радиальном направлении от внутренней стороны к внешней стороне рабочего колеса 2. Каждая из дуг PS1, PS2, PS3 окружностей вспомогательной лопатки имеет свой радиус, в частности, первая дуга PS1 окружности имеет первый радиус r1, вторая дуга PS2 окружности имеет второй радиус r2, и третья дуга PS3 окружности имеет третий радиус r3. Предпочтительно указанные радиусы вспомогательной лопатки соотносятся между собой в следующих диапазонах:
r2/r1=1,06-1,15; r3/r1=1,05-1,1.
Более предпочтительно вышеупомянутые отношения имеют следующие значения:
r2/r1=1,11; r3/r1=1,08.
Предпочтительно дуги PS вспомогательной лопатки также не имеют точек излома. Таким образом снижаются завихрения потока воздуха и/или газа при прохождении через проходной канал 28. Кроме того, таким образом также снижаются полные потери напора в вентиляторе 1 во время его функционирования.
Основные лопатки 25 и вспомогательные лопатки 29 имеют взаимные размерные отношения, предназначенные для достижения высокой общей производительности вентилятора 1. В частности, предпочтительно отношение первого радиуса r1 вспомогательной лопатки и первого радиуса R1 основной лопатки r1/R1 находится в диапазоне 1,2-1,3. Предпочтительно отношение r1/R1 равно приблизительно 1,25. Конечно, как оценят специалисты в данной области техники, после того, как размерные отношения между первым радиусом r1 вспомогательной лопатки и первым радиусом R1 основной лопатки известны, а также зная соответствующие размерные отношения между дугами окружностей дуги РР основной лопатки и между дугами окружностей дуги PS вспомогательной лопатки, можно определить полные размерные отношения дуг РР основной лопатки и дуг PS вспомогательной лопатки.
pp
ps
pp
pp
ps
pp
pp
ps
pp
ps
Основные лопатки 25 имеют толщину s между первой 26 и второй 27 поверхностями основной лопатки, а вспомогательные лопатки 29 имеют толщину s между первой 30 и второй 31 поверхностями вспомогательной лопатки (фиг.5 и 6). Отношение первого радиуса R1 основной лопатки к ее толщине s R1/s находится в диапазоне 18-21 и предпочтительно равно приблизительно 19,5. Кроме того, отношение первого радиуса r1 вспомогательной лопатки к ее толщине s R1/s находится в диапазоне 23-26 и предпочтительно равно приблизительно 24,32. Согласно возможному варианту осуществления изобретения для упрощения обработки рабочего колеса 2 толщина s основной лопатки и толщина s вспомогательной лопатки постоянны и по существу равны друг другу. Следует отметить, что толщины основных лопаток и/или вспомогательных лопаток оцениваются на одном из их осевых концов. В результате операций обработки рабочего колеса лопатки могут иметь постепенно изменяющуюся толщину между такими двумя осевыми концами, например, для облегчения их отделения от формы. В таком случае в качестве толщин s и s основной и вспомогательной лопаток принимаются самые малые толщины.
Для того чтобы обеспечить эффективную подачу воздуха и/или газа рабочим колесом 2, а также уменьшить потребление энергии двигателем 8, приводящим в движение рабочее колесо 2, важно, чтобы лопатки, так же как и их вышеописанная форма, имели подходящее пространственное расположение внутри рабочего колеса, равно как и подходящую ориентацию на входном и выходном ее концах, где воздух и/или газ соответственно всасываются и выпускаются.
outpp
outpp
outpp
outpp
outpp
Что касается основных лопаток (фиг.8), то на выходном конце 33 каждой из них можно провести прямую линию T, касательную к дуге РР основной лопатки, и радиальную прямую линию R, соединяющую выходной конец 33 с центром рабочего колеса, лежащего на оси А вращения. Эти две прямые линии, T и R определяют выходной угол β основной лопатки, предпочтительно находящийся в диапазоне между 45° и 55° и предпочтительно равный приблизительно 50,4°.
inpp
inpp
inpp
inppTinpp
inpp
На входном конце 32 основной лопатки 25 также можно провести прямую линию T, касательную к дуге РР основной лопатки, и радиальную прямую линию R, соединяющую этот входной конец 32 с осью А вращения. Эти две прямые линии T и R образуют входной угол β основной лопатки, который предпочтительно находится в диапазоне от 0° до 15° и предпочтительно равен приблизительно 12,9°.
outpp
inpp
pp
Вышеупомянутые прямые линии, R и R, проходя через ось А вращения и соответственно через входной 32 и выходной 33 концы основной лопатки 25, образуют между собой угол θ охвата основной лопатки, который предпочтительно находится в диапазоне от 15° до 25° и предпочтительно равен приблизительно 22,8°.
outps
inps
ps
На вспомогательных лопатках 29 посредством аналогичных геометрических построений можно определить выходной угол β вспомогательной лопатки, входной угол β вспомогательной лопатки и угол θ охвата вспомогательной лопатки (фиг.4).
outps
Выходной угол β вспомогательной лопатки может находиться в диапазоне от 45° до 55° и предпочтительно равен приблизительно 50,7°.
inps
Входной угол β вспомогательной лопатки может находиться в диапазоне от 25° до 35° и предпочтительно равен приблизительно 30,1°.
ps
Угол θ охвата вспомогательной лопатки может находиться в диапазоне от 15° до 20° и предпочтительно равен приблизительно 17,8°.
max
ipp
max
ipp
Желательно, чтобы выходные концы 33 основных лопаток 25 были расположены таким образом, чтобы определять внешнюю окружность рабочего колеса, которая по существу определяет границы максимальных радиальных размеров рабочего колеса. Кроме того, желательно, чтобы входные концы 32 основных лопаток 25 были расположены таким образом, чтобы определять внутреннюю окружность основных лопаток. Внешняя окружность рабочего колеса и внутренняя окружность основных лопаток имеют соответственно диаметр D рабочего колеса и внутренний диаметр d основных лопаток (фиг.8), при этом предпочтительно отношение D/d находится в пределах диапазона 2-3,5 и предпочтительно равно приблизительно 2,78.
ext
max
ext
max
ext
На внешней окружности рабочее колесо 2 имеет осевую высоту h (фиг.7). Согласно возможному варианту осуществления изобретения отношение диаметра D рабочего колеса к его осевой высоте h D/h находится в пределах от 6 до 9 и предпочтительно равно приблизительно 7,37.
ips
max
ips
max
ips
Желательно, чтобы выходные концы 35 вспомогательных лопаток также были расположены по внешней окружности рабочего колеса (фиг.4). Кроме того, их входные концы 34 расположены таким образом, чтобы определять внутреннюю окружность вспомогательных лопаток с внутренним диаметром d. Желательно, чтобы отношение диаметра D рабочего колеса к внутреннему диаметру d вспомогательных лопаток D/ находилось в пределах от 1,2 до 1,6 и предпочтительно равнялось приблизительно 1,43.
max
max
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения отношение диаметра D рабочего колеса к первому радиусу R1 основной лопатки D/R1 находится в пределах от 4 до 5 и предпочтительно равно 4,4.
Рабочее колесо 2, снабженное описанными лопатками, может быть конструктивно выполнено в соответствии с различными исполнениями.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанном на фиг.23, рабочее колесо 2 содержит отдельные и соединяемые первый 36 и второй 37 опорные элементы. Первый опорный элемент 36 предназначен для соединения с валом 9 двигателя 8 для приведения в движение рабочего колеса 2. Второй опорный элемент 37 расположен напротив первого опорного элемента 36 и содержит отверстие 38, которое после того, как вентилятор собран, располагается в положении, соответствующем расположению всасывающего отверстия 20 корпуса 3, для всасывания в осевом направлении воздуха и/или газа снаружи вентилятора во время вращения рабочего колеса 2. Первый 36 и второй 37 опорные элементы охватывают с двух противоположных в осевом направлении сторон образованные лопатками проходные каналы 28, вынуждая воздух и/или газ проходить по нему. Основные и/или вспомогательные лопатки могут быть выполнены за одно целое со вторым опорным элементом 37, как это показано на фиг.23. В качестве альтернативы, лопатки могут быть выполнены за одно целое с первым опорным элементом 36 (такое решение не показано на фигурах).
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения первый опорный элемент 36, второй опорный элемент 37 и основные 25 и/или вспомогательные 29 лопатки являются отдельными друг от друга соединяемыми элементами (в этой связи следует сделать ссылку, например, на фиг.24, на которой изображено рабочее колесо 2, имеющее только основные лопатки 25). Например, первый 36 и второй 37 опорные элементы могут содержать соединительные гнезда 39 для размещения соединительных средств, которые либо соединяются с лопатками, либо выполнены с ними как единая деталь.
В соответствии с другим дополнительным вариантом осуществления изобретения первый опорный элемент 36, второй опорный элемент 37 и основные и/или вспомогательные лопатки выполнены как одна деталь (фиг.2-9), например, посредством литья.
Для обеспечения возможности отливки рабочего колеса 2 как единой детали желательно, чтобы первый 36 и второй 37 опорные элементы имели по существу взаимодополняющие формы. Кроме того, первый опорный элемент 36 и второй опорный элемент 37 расположены таким образом, чтобы проекция первого опорного элемента 36 на второй опорный элемент 37 вдоль оси А вращения рабочего колеса соответствовала или находилась внутри по отношению к отверстию 38 для воздуха и/или газа во втором опорном элементе 37. Например, второй опорный элемент 37 может иметь кольцевую форму, причем проходное отверстие 38 для воздуха и/или газа имеет круглую форму, и первый опорный элемент 36 может иметь круглую форму, имеющую размеры, которые равны или меньше, предпочтительно ненамного, чем размеры отверстия 38.
Для обеспечения возможности извлечения рабочего колеса 2 из форм полезно, чтобы были предусмотрены подходящие уклоны для одного или более элементов, которые простираются вдоль оси А вращения. В частности, для основных и вспомогательных лопаток предусмотрен угол δ уклона от 4° до 9°, который предпочтительно равен 7° на их выходных концах 33 и 35 (фиг.9). Предпочтительно угол δ уклона выбран таким, чтобы радиальные размеры рабочего колеса 2 были больше со стороны первого опорного элемента 36.
max
Желательно, чтобы первый 36 и второй 37 опорные элементы были соединены между собой посредством основных лопаток 25 (фиг.3). У последних входные концы 32 находятся на первом опорном элементе 36 и имеются соединительные участки 40, высота которых в осевом направлении рабочего колеса постепенно увеличивается от впускных концов 32 радиально по направлению к внешней стороне до достижения максимального значения на втором опорном элементе 37. Начиная с места в радиальном направлении, соответствующего второму опорному элементу 37, основные лопатки 25 простираются в радиальном направлении наружу вдоль второго опорного элемента 37 к своим выходным концам 33 (фиг.2). Предпочтительно выходные концы 33 основных лопаток 25, которые определяют окружность рабочего колеса с диаметром D, выступают в радиальном направлении по отношению ко второму опорному элементу 37 так, чтобы всасывать воздух и/или газ, возможно захваченный между рабочим колесом 2 и корпусом 3 при работе вентилятора 1 (фиг.3).
Для обеспечения необходимой общей жесткости рабочего колеса 2 на нем может быть выполнено кольцо 41 жесткости, предпочтительно изготовленное за одно целое с рабочим колесом 2 и соединяющее выходные концы 33 основных лопаток 25. Предпочтительно кольцо 41 жесткости расположено со стороны первого опорного элемента 36.
Для обеспечения возможности соединения рабочего колеса 2 с двигателем 8 желательно, чтобы первый опорный элемент 36 содержал трубчатый участок 42, приспособленный для размещения в нем вала 9 двигателя 8 и предпочтительно проходящий параллельно оси А вращения. Вал 9 может быть соединен с трубчатым участком 42 посредством запирающих средств (не показаны), предотвращающих их взаимное смещение как в направлении вращения, так и в направлении поступательного перемещения.
Желательно, чтобы первый опорный элемент 36 рабочего колеса 2 содержал элементы жесткости для противодействия деформациям рабочего колеса. Например, первый опорный элемент 36 может содержать одно или несколько ребер 43, проходящих в радиальном направлении, начиная с трубчатого участка 42. Предпочтительно наличие четырех ребер 43, а еще более предпочтительно, чтобы они были расположены крестообразно и были взаимно разнесены на угол приблизительно 90° (фиг.4).
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения вспомогательные лопатки 29 простираются на втором поддерживающем элементе 37 и предпочтительно выступают за него в радиальном направлении, как и основные лопатки 25, для совместного всасывания остаточного воздуха и/или газа в промежуток между рабочим колесом 2 и корпусом 3. Кроме того, предпочтительно, чтобы внутренняя окружность вспомогательных лопаток, на которой расположены входные концы 34 вспомогательных лопаток 29, была расположена внутри второго опорного элемента 37 соосно ему (фиг.4).
Рабочее колесо 2 в конфигурации единой детали предпочтительно изготавливается из пластмассы.
Для обеспечения эффективности общего функционирования вентилятора 1 в собранном состоянии, предпочтительно, чтобы полость 6 для рабочего колеса имела конфигурацию, сопрягающуюся с рабочим колесом 2 согласно описанным выше одному или нескольким из вариантов осуществления изобретения.
all
ext
all
ex
Полость 6 для рабочего колеса в корпусе 3 в осевом направлении имеет высоту H (фиг.13), отношение которой к осевой высоте h рабочего колеса предпочтительно составляет H/h=1,2-1,3 и более предпочтительно равно приблизительно 1,24.
all
Кроме того, полость 6 для рабочего колеса в корпусе 3 в сечении, перпендикулярном его высоте H и, следовательно, оси А вращения рабочего колеса, имеет профиль, содержащий основной участок 45, предпочтительно образованный множеством следующих друг за другом дуг окружностей (фиг.12). Кроме того, поперечный профиль полости 6 может содержать выпускающий отрезок 46, на котором корпус 3 образует выпускающий участок 22, характеризующийся углом α.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения основной участок 45 содержит четыре следующих друг за другом дуги окружности, в частности, первую СС1, вторую СС2, третью СС3 и четвертую СС4 дуги окружности, имеющие соответственно первый RC1, второй RC2, третий RC3 и четвертый RC4 радиусы. Предпочтительно, чтобы эти дуги окружности располагались от выпускающего отрезка 46 в направлении, противоположном направлению вращения рабочего колеса 2 (в частности, как показано на фиг.12, дуги окружности расположены против часовой стрелки, в то время как рабочее колесо предназначено для вращения по часовой стрелке).
Предпочтительно отношения указанных радиусов находятся в следующих диапазонах:
RC1/RC2=1,04-1.075; RC1/RC3=1,075-1,15; RC1/RC4=1,2-1,4.
Предпочтительно соотношения между радиусами приблизительно равны:
RC1/RC2=1,06; RC1/RC3=1,09; RC1/RC4=1,29.
max
max
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения отношение диаметра D к первому радиусу RC1 составляет D/RC1=1,5-1,8, а предпочтительно приблизительно равно 1,63.
Предпочтительно указанные дуги окружности соединены таким образом, чтобы основной участок 45 поперечного профиля полости 6 для рабочего колеса был по существу без точек излома.
Угол α, определяющий размер выпускающего отрезка 46, находится в диапазоне от 60° до 80°, а предпочтительно равен приблизительно 70°.
Предпочтительно корпус 3 содержит разделительную стенку 47 для подачи воздуха и/или газа, выпускаемого рабочим колесом в направлении к выпускающему участку 22, к выпускающему отверстию 21 (фигуры 10-16). Эта разделительная стенка 47, которая предпочтительно выполнена в виде консоли за одно целое с полуоболочкой 4 корпуса 3, расположена в полости 6 для рабочего колеса на выпускающем отрезке 46.
Предпочтительно разделительная стенка 47 расположена вдоль оси L, которая содержит по существу прямолинейный отрезок и при необходимости имеет небольшую кривизну на двух концах, так чтобы частично охватывать рабочее колесо 2.
Кроме того, желательно, чтобы сечение разделительной стенки 47 постепенно увеличивалось вдоль оси L по направлению к выпускающему отверстию 21, что вынуждает подаваемый рабочим колесом воздух и/или газ перед достижением им выпускающего участка 22 перемещаться по круговой траектории вдоль всей полости. Согласно возможному варианту осуществления изобретения постепенное увеличение сечения разделительной стенки 47 по направлению к выпускающему отверстию 21 вдоль оси L обеспечивается увеличением ширины разделительной стенки 47, измеряемой вдоль оси А вращения, по направлению к внутренней части полости 6 (фиг.13).
Предпочтительно корпус 3, в частности, полуоболочка 4 и крышка 5 изготовлены из алюминия или алюминиевого сплава.
Далее представлен возможный конкретный вариант выполнения рабочего колеса согласно изобретению и возможный вариант выполнения корпуса, подходящего для сопряжения с таким рабочим колесом, со ссылкой на описанные выше признаки и геометрические размеры.
max
ext
В соответствии с таким вариантом осуществления изобретения рабочее колесо 2 снабжено семнадцатью основными лопатками 25 и семнадцатью вспомогательными лопатками 29. Основные лопатки 25 и вспомогательные лопатки 29 расположены поочередно вокруг оси А вращения рабочего колеса. Диаметр D рабочего колеса приблизительно равен 120 мм, вдоль внешней окружности рабочего колеса расположены выходные концы 33 и 35 основных 25 и вспомогательных 29 лопаток соответственно. Осевая высота h рабочего колеса 2 на его внешней окружности составляет около 16,28 мм.
ipp
Входные концы 32 основных лопаток 25 расположены по внутренней окружности основных лопаток, имеющей диаметр d примерно 43,2 мм. Четыре дуги РР1, РР2, РР3 и РР4 окружностей основной лопатки имеют соответственно радиусы: R1≈27,3 мм, R2≈29 мм, R3≈31,5 мм, R4≈37,5 мм. Эти четыре дуги соединены между собой без излома, образуя дугу РР основной лопатки.
pp
inpp
outpp
Угол θ охвата основной лопатки 25 приблизительно равен 22,8°, входной угол β основной лопатки приблизительно равен 12,9°, а выходной угол β основной лопатки приблизительно равен 50,4°.
pp
Толщина s основных лопаток 25 по существу постоянна и равна приблизительно 1,4 мм на осевом конце с наименьшей толщиной.
ips
Входные концы 34 вспомогательных лопаток 29 расположены по внутренней окружности вспомогательных лопаток, имеющей диаметр d приблизительно 84 мм. Три дуги PS1, PS2 и PS3 окружности вспомогательной лопатки имеют соответственно радиусы: r1≈34,05 мм, r2≈37,8 мм, r3≈36,75 мм. Эти три дуги соединены друг с другом без излома, образуя дугу PS вспомогательной лопатки.
ps
inps
outps
Угол θ охвата вспомогательной лопатки 29 приблизительно равен 17,8°, входной угол β вспомогательной лопатки приблизительно равен 30,1°, а выходной угол β вспомогательной лопатки приблизительно равен 50,7°.
ps
Толщина s вспомогательных лопаток по существу постоянна и приблизительно равна 1,4 мм на осевом конце с наименьшей толщиной.
all
В корпусе 3, приспособленном для сопряжения с рабочим колесом этого типа, имеется полость 6 для рабочего колеса с осевой высотой H, составляющей приблизительно 20,28 мм. Поперечный профиль полости для рабочего колеса разделен следующим образом:
- выпускающий отрезок 46 имеет угловую протяженность α; равную приблизительно 70°;
- основной отрезок 45 имеет протяженность, составляющую 290°.
Четыре дуги, образующие поперечный профиль полости для рабочего колеса, имеют следующие радиусы:
RC1=74,1 мм; RC2=69,9 мм; RC3=68,2 мм; RC4=57,6 мм.
Было установлено, что вентилятор такой формы способен обеспечить высокие значения напора, не подверженные чрезмерным изменениям при изменении расхода на выходе. Кроме того, было подтверждено, что потребляемая электродвигателем мощность при рабочих давлении и производительности удерживается на приемлемо низких уровнях. В качестве примера было, в частности, установлено, что:
3
- для производительностей, составляющих приблизительно 49 м/ч, вентилятор в описанной конфигурации обеспечивает напор, составляющий приблизительно 950-1000 Па для мощности на валу двигателя, составляющей приблизительно 35 Вт;
3
- для производительностей, составляющих приблизительно 35 м/ч, вентилятор в описанной конфигурации обеспечивает напор, составляющий приблизительно 1050-1100 Па для мощности на валу двигателя, составляющей приблизительно 26 Вт;
3
- для производительностей, составляющих приблизительно 14 м/ч, вентилятор в описанной конфигурации обеспечивает напор, составляющий приблизительно 1150-1200 Па для мощности на валу двигателя, составляющей приблизительно 16,3 Вт.
Габаритные размеры вентилятора, главным образом вследствие осевых и радиальных размеров рабочего колеса, которые определяют осевые и радиальные размеры корпуса, являются подходящими для вариантов применения, для которых предназначены вентиляторы согласно изобретению, в частности, для подачи воздуха и/или газа в конденсационные паровые котлы.
Исходя из вышеприведенного описания, специалисты в данной области техники будут в состоянии оценить то, каким образом рабочее колесо и вентилятор согласно изобретению позволяют получить эффективные рабочие кривые «напор-производительность» с уменьшенным потреблением энергии для приведения в движение рабочего колеса и уменьшенными габаритными размерами.
Специалисты в данной области техники в целях удовлетворения конкретных зависящих от обстоятельств потребностей будут в состоянии выполнить в описанных вариантах выполнения рабочего колеса и радиального вентилятора ряд переделок, изменений или замен элементов другими функционально эквивалентными элементами, не выходя при этом за рамки объема нижеследующей формулы изобретения.