ЛОПАТКА ОСЕВОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ВЕНТИЛЯТОРА

Полезная модель относится к вентиляторостроению, а именно к листовым лопаткам осевого рабочего колеса вентилятора.
Из уровня техники известны листовые лопатки осевого рабочего колеса вентилятора.
В описании изобретения по авторскому свидетельству СССР №1606742, МПК F04D 29/38, дата публикации 15.11.1990 г., [1], представлена лопатка осевого рабочего колеса осевого вентилятора, лопатка выполнена листовой с контуром профиля по дуге окружности, содержит комлевую часть для соединения с втулкой рабочего колеса, хорда лопатки выполнена с геометрической круткой, уменьшающейся от комля к концу лопатки. Особенностью лопатки, представленной в изобретении [1], является плавное уменьшение ширины лопатки от комля к законцовке. Такое выполнение лопатки обеспечивает равномерное обтекание при равномерном вращении рабочего колеса, но при увеличении скорости вращения, например, при автоматическом управлении производительностью осевого вентилятора возникает возможность срыва потока в области законцовки лопасти.
В международной заявке WO 2019035153, МПК F04D 29/38, дата публикации 21.02.2019 г., [2], представлено осевое рабочее колесо вентилятора, лопатка которой выполнена листовой с контуром профиля по дуге окружности, содержит комлевую часть для соединения с втулкой рабочего колеса, хорда лопатки выполнена с геометрической круткой, уменьшающейся от комля к концу лопатки, при этом контур задней кромки лопатки выполнен с плавно меняющейся величиной хорды, которая меньше по сравнению с хордой лопатки на законцовке. Особенностью лопатки осевого рабочего колеса является увеличение ширины лопатки от комля к законцовке. Это приводит к необходимости установки лопасти под малыми углами в области законцовки, что при приводит к уменьшению производительности осевого рабочего колеса вентилятора.
В описании изобретения по авторскому свидетельству СССР №1211470, МПК F04D 29/32, F04D 29/38, дата публикации 15.02.1986 г., [3], представлено осевое рабочее колесо вентилятора, лопатка которого содержит комлевую часть для соединения с втулкой рабочего колеса, хорда лопатки выполнена с геометрической круткой, уменьшающейся от комля к концу лопатки, при этом контур задней кромки лопатки выполнен с плавно меняющейся величиной хорды, которая меньше по сравнению с хордой лопатки на законцовке и в комле. Особенностью лопатки является выполнение ее профилированной, с уменьшением максимальной относительной величины от комля к законцовке лопатки, что усложняет конструкцию по сравнению с листовой лопаткой.
Листовая лопатка осевого рабочего колеса вентилятора, представленная в изобретении [1], принята в качестве наиболее близкого аналога лопатки, представленной в описании данной полезной модели.
Решаемой задачей является повышение КПД осевого рабочего колеса.
Технический результат полезной модели состоит в предотвращении срыва потока в концевой частях лопатки.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Лопатка осевого рабочего колеса вентилятора, как и в наиболее близком аналоге [1], содержит комлевую часть для соединения с втулкой рабочего колеса, выполнена листовой с контуром профиля по дуге окружности, хорда лопатки выполнена с геометрической круткой, уменьшающейся от комля к концу лопатки, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], контур задней кромки лопатки выполнен с плавно меняющейся величиной хорды, которая меньше по сравнению с хордой лопатки на законцовке и на комле, с достижением на 0,3-0,4 размаха лопатки от ее законцовки до места соединения с комлем минимальной величины хорды, равной 0,9 хорды законцовки лопатки.
Листовая лопатка осевого рабочего колеса вентилятора характеризуется тем, что комель лопатки выполнен с выступами, предназначенными для соединения со втулкой рабочего колеса.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена лопатка при виде в плане.
На фиг. 2 представлен вид А лопатки на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен вид Б лопатки на фиг. 1 при повороте вида на 90 градусов.
На фиг. 4 приведено сравнение аэродинамических характеристик рабочего колеса с заявленной лопаткой и с лопаткой, близкой к наиболее близкому аналогу [1].
Лопатка осевого рабочего колеса вентилятора устроена следующим образом.
1
2
Лопатка выполнена листовой (т.е. изготовленной из листа материала, например, металла, одной толщины). Лопатка содержит кромку 1 комлевой части, примыкающей к втулке осевого рабочего колеса (на фиг. не показано), переднюю 2 и заднюю 3 кромки и законцовку 4 (фиг. 1, 2, 3). Контур профиля лопатки выполнен по дуге окружности и с геометрической круткой угла установки α лопатки (измеряемой от хорды лопатки до плоскости вращения), уменьшающейся от комлевой части 1 до законцовки 2 лопатки (фиг. 3). Так, угол установки α лопатки между плоскостью вращения в виде линии 5 и хордой 6 комлевой части 1 лопатки больше угла установки α лопатки между плоскостью вращения в виде линии 5 и хордой 7 законцовки 4 лопатки (фиг. 3).
Контур задней кромки 3 лопатки выполнен с плавно меняющейся величиной хорды, которая меньше по сравнению с хордой 7 лопатки на законцовке 4 и хорды 6 кромки 1 комлевой части лопатки, с достижением минимальной величины хорды 8, равной 0,9 хорды 7 на законцовке 4 лопатки. Минимальная величина хорды 8 расположена на 0,3-0,4 размаха L лопатки, равной расстоянию от ее законцовки 4 до кромки 1 комлевой части лопатки (фиг. 1, 2).
Для соединения комлевой части лопатки по контуру 1 со втулкой осевого рабочего колеса (на фиг. не показано) на контуре 1 с выполнены выступы 9. При таком соединении со втулкой обеспечивается достаточная точность установки лопаток и простота соединения лопаток со втулкой.
Осевое рабочее колесо вентилятора с представленной лопаткой функционирует следующим образом.
При вращении осевого рабочего колеса в концевых сечениях листовой лопатки возникает неравномерный скоростной поток, что связано со срывами пограничного слоя в концевых областях лопатки в области законцовки 4. Уменьшение хорды 8 лопатки до величин 0,9 хорды 7 на законцовке 4 лопатки и удаление хорды 8 лопатки на 0,3-0,4 размаха L лопатки от ее законцовки 4 приводит к уменьшению толщины пограничного слоя в области хорды 8 лопатки, что способствует затягиванию отрыва потока на участке между хордой 8 и законцовкой 4 и позволяет увеличить хорду 7 на законцовке 4 по сравнению с лопаткой, представленной в наиболее близком аналоге. В результате, как продемонстрировано на графике на фиг. 4, улучшаются аэродинамические характеристики вентилятора с осевым рабочим колесом с представленными в описании полезной модели лопатками по сравнение с осевым колесом с лопатками, аналогичными представленным в наиболее близком аналоге [1]. На графике на фиг. 4 приведены следующие аэродинамические характеристики:
v
2
«ПСИ» = Ψ = 2P/ρu - коэффициент полного давления;
2
«ПСИs» = Ψs = 2Ps/ρu - коэффициент статического давления;
v
P - полное давление, создаваемое вентилятором;
vs
P - статическое давление, создаваемое вентилятором;
«фи» = ϕ = Q/(uS) - коэффициент производительности;
ρ - плотность воздуха;
u=πDn/60 - окружная скорость лопатки рабочего колеса;
n - частота вращения;
Q - объемная производительность вентилятора;
2
S=πD/4 - площадь рабочего колеса;
D - диаметр рабочего колеса;
v
η=PQ/N - коэффициент полезного действия;
N - механическая мощность, подводимая к валу рабочего колеса;
«ламбда» = λ = Ψ×ϕ - коэффициент мощности;
индекс «1» относится к вентилятору с осевым рабочим колесом, аналогичном представленному в наиболее близком аналоге [1];
индекс «2» относится к вентилятору с осевым рабочим колесом с заявленными лопатками.
Таким образом, представленные в описании полезной модели данные обеспечивают достижение заявленного технического результата, состоящего в предотвращении срыва потока в концевых частях лопатки, что подтверждается измеренными аэродинамическими характеристиками. Степень раскрытия полезной модели достаточна для разработки и изготовления лопатки и осевого рабочего колеса вентилятора. Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».