РАДИАЛЬНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, а именно к радиальным рабочим колесам вентиляторов, и может быть использовано при проектировании радиальных рабочих колес, радиальных вентиляторов стандартной и нестандартной компоновки, включая вентиляторные блоки.
Из уровня Техники известны радиальные рабочие колеса, называемые в настоящее время в технике как вентилятор - свободное колесо без какого-либо корпуса.
Из описания к изобретению «Радиальное рабочее колесо вентилятора, блок вентилятора и система радиального вентилятора» в патенте РФ RU2321775, МПК F04D 29/28, дата публикации 10.04.2008 г., [1], известно радиальное рабочее колесо, содержащее передний и задний диски, лопатки, расположенные между дисками, лопатки выполнены криволинейными, загнутыми назад по отношению к направлению вращения рабочего колеса.
Особенностью рабочего колеса [1] является увеличенный диаметр переднего и заднего дисков, что приводит к увеличению массы радиального рабочего колеса и, следовательно, к увеличению габаритов и стоимости рабочего колеса и радиального вентилятора с таким рабочим колесом, к невозможности использования этого колеса в спиральном корпусе оптимальной формы.
Из описания к изобретению «Радиальное рабочее колесо» в патенте РФ RU 2429385, МПК F04D 29/28, дата публикации 20.09.2011 г., [2], известно радиальное рабочее колесо, содержащее передний и задний диски, лопатки, расположенные между дисками, лопатки выполнены криволинейными, загнутыми назад по отношению к направлению вращения рабочего колеса, входная кромка лопаток выполнена криволинейной, ширина рабочего колеса на выходе не превышает 0,37 диаметра радиального рабочего колеса D.
Особенностью радиального рабочего колеса [2] является выполнение лопатки с разрезом и отгибом части выходной кромки, которая является турбулизатором потока, с добавлением к инерционной также и аэродинамической нагрузки на лопатки. Такое исполнение требует усиления прочности и жесткости лопаток в месте надреза и может привести к увеличению массы лопатки, усложнению технологии при изготовлении и повышению стоимости радиального рабочего колеса, вентиляторного блока и радиального вентилятора с таким рабочим колесом.
Из описания к изобретению «Рабочее колесо радиального вентилятора» в патенте РФ RU 2384748, МПК F04D 29/28, дата публикации 20.03.2010 г., [3], известно радиальное рабочее колесо, содержащее передний и задний диски, лопатки, расположенные между дисками, лопатки выполнены криволинейными, загнутыми назад по отношению к направлению вращения рабочего колеса, входная кромка лопаток расположена на ломаной линии. При этом ширина рабочего колеса на выходе составляет более 0,25 диаметра рабочего колеса D, угол выхода лопаток рабочего колеса не превышает 45°, диаметр входного отверстия переднего диска составляет не менее 0,70.
Особенностью данного рабочего колеса [3] является выполнение лопаток профилированными. Это способствует улучшению аэродинамических характеристик, но увеличивает трудоемкость и, следовательно, стоимость радиального рабочего колеса и вентилятора с ним.
Радиальное рабочее колесо вентилятора, представленное в описании изобретения [3], принято в качестве наиболее близкого аналога полезной модели.
Решаемой технической задачей полезной модели является создание радиального рабочего колеса вентилятора с высокими аэродинамическими характеристиками.
Технический результат состоит в увеличении максимального значения расхода и в увеличении на больших расходах создаваемого статического давления и статического КПД радиального рабочего колеса с назад загнутыми лопатками.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Радиальное рабочее колесо вентилятора, как и в наиболее близком аналоге [3], содержит передний и задний диски, лопатки, расположенные между дисками, лопатки выполнены криволинейными, загнутыми назад по отношению к направлению вращения рабочего колеса, входная кромка лопаток расположена на ломаной линии, но в отличие от наиболее близкого аналога [3], ширина рабочего колеса на выходе составляет (0,29…0,34)D, вершина угла ломаной линии передней кромки лопаток расположена на удалении от заднего диска на расстояние (0,15…0,18)D, с увеличением диаметра входа лопаток от 0,70D до 0,80D по мере приближения к переднему диску радиального рабочего колеса, где D - диаметр радиального рабочего колеса, равный диаметру окружности, на которой расположены выходные кромки лопаток рабочего колеса.
Радиальное рабочее колесо вентилятора характеризуется также тем, что диаметр входного отверстия переднего диска составляет (0,72…0,75)D, угол выхода лопаток рабочего колеса находится в диапазоне 27…30°.
Представленные в описании сущности полезной модели признаки являются существенными для решения поставленной технической задачи и достижения технического результата, и образуют совокупность, достаточную для разработки и изготовления радиального рабочего колеса вентилятора на специализированном предприятии.
SV
Действительно, большая величина диаметра входного отверстия переднего диска в диапазоне (0,72…0,75)D в совокупности с выполнением большой ширины лопаток радиального рабочего колеса на выходе, равной (0,29…0,34)D, обеспечивают оптимальную диффузорность осерадиальной проточной части радиального рабочего колеса и увеличивают максимальное значение производительности Q вентилятора. Расположение входных кромок лопаток по ширине радиального рабочего колеса на ломаной линии с вершиной угла ломаной линии входной кромки лопаток, расположенной на удалении от заднего диска на расстояние (0,15…0,18)D, и с увеличением диаметра входа лопаток от 0,70D до 0,80D по мере приближения к переднему диску радиального рабочего колеса вызвано необходимостью обеспечить увеличение радиальной протяженности лопаток в сечениях радиального рабочего колеса в направлении от переднего диска к заднему диску, что приводит к оптимальному распределению нагрузки на лопатки в этих сечениях и повышению создаваемого статического давления P вентилятора с таким радиальным рабочим колесом.
2
2
S
Выполнение криволинейных лопаток радиального рабочего колеса вентилятора с одинаковым по ширине колеса углом выхода β в диапазоне β=27…30° обеспечивает оптимальную диффузорность межлопаточных каналов с практически безотрывным течением в них и высокие значения статического КПД η вентилятора с таким радиальным рабочим колесом.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид в плане радиального рабочего колеса А.
На фиг. 2 представлен разрез А-А на фиг. 1.
S
S
На фиг. 3 приведен график зависимости коэффициента статического давления ψ и статического КПД η от коэффициента расхода ϕ радиального рабочего колеса вентилятора, оснащенного входным патрубком с входным коническим участком, переходящим в тороидальную выходную часть.
Радиальное рабочее колесо вентилятора устроено следующим образом.
2
Радиальное рабочее колесо вентилятора содержит передний 1 и задний 2 диски, расположенные между дисками лопатки 3 (фиг. 1, 2). Лопатки 3 выполнены криволинейными, загнутыми назад по отношению к направлению вращения радиального рабочего колеса (фиг. 1). Входная кромка 4 лопаток 3 расположена на ломаной линии, с увеличением диаметра D входа лопаток 3 от 0,70D до 0,80D по мере приближения к переднему диска 1 рабочего колеса, где D - диаметр радиального рабочего колеса, равный диаметру окружности, описываемой выходной кромкой 5 лопаток 3 рабочего колеса (фиг. 2). Вершина 6 угла ломаной линии передней кромки 4 лопатки 3 расположена на удалении от заднего диска на расстояние (0,15…0,18)D. (фиг. 2).
1
2
В предпочтительном варианте выполнения ширина Н, равная расстоянию между передним 1 и задним 2 дисками в месте примыкания к ним выходной кромки 5 лопаток радиального рабочего колеса (фиг. 2), составляет (0,29…0,34)D, диаметр входного отверстия D переднего диска составляет (0,72…0,75)D, угол выхода β лопаток 3 радиального рабочего колеса находится в диапазоне 27…30°:
Радиальное рабочее колесо вентилятора функционирует следующим образом.
1
2
1
SV
SV
S
SV
V
S
SV
S
SV
S
SV
2
3
2
2
При вращении радиального рабочего колеса в каналах 7 между назад загнутыми лопатками 3, передним 1 и задним 2 дисками возникает поток воздуха, параметры которого зависят от углов входа β и выхода β лопаток 3, диаметра D входного отверстия 7 переднего диска 1 (фиг. 1) и формы переднего диска 1. Выполнение входной кромки 4 лопатки 3 в виде ломаной линии (фиг. 2) обеспечивает обтекание лопатки 3 по ширине радиального рабочего колеса вентилятора с оптимальными углами атаки, что способствует затягиванию отрыва потока пограничного слоя с поверхности лопатки 3. Одновременно с выполнением радиального рабочего колеса вентилятора с указанными в описании и формуле полезной модели параметрами выполнение передней кромки 4 лопаток 3 в виде ломаной линии способствует увеличению радиальной протяженности лопаток 3 в сечениях вблизи заднего диска и увеличению создаваемого статического давления P при большой производительности Q радиального рабочего колеса вентилятора. Аэродинамические качества радиального рабочего колеса вентилятора оценивают по величинам создаваемого статического давления P и статического КПД η=QP/N, поскольку динамическое давление потока P при выходе из радиального рабочего колеса не используется. При этом радиальное рабочее колесо (и вентилятор с ним) должен быть высокорасходным и иметь большие значения статического КПД η, а также максимальной производительности Q при нулевом статическом давлении P=0. Аэродинамические характеристики радиального рабочего колеса вентилятора характеризуются безразмерными коэффициентами статического давления ψ=2P/(ρu), статического КПД η=QP/N и коэффициента производительности ϕ=Q/(Fu) радиального рабочего колеса вентилятора, где: N - потребляемая мощность радиального рабочего колеса вентилятора; ρ - плотность воздуха, кг/м; u=πDn/60 - окружная скорость радиального рабочего колеса, м/с; F=πD/4 - площадь радиального рабочего колеса м; n - частота вращения радиального рабочего колеса, об/мин.
1
2
2
S
S
Большая относительная ширина h=H/D=0,29…0,34 радиального рабочего колеса на выходе и большая относительная величина диаметра входного отверстия переднего диска 1 D/D=0,72…0,75 обеспечивают увеличение максимального значения коэффициента производительности ϕ радиального рабочего колеса вентилятора. Выполнение лопаток 3 с углом выхода β=27…30° и выполнение входной кромки 4 лопаток 3 в виде ломаной линии с увеличением по мере приближения сечения к переднему диску 1 относительного диаметра входа лопаток 3 D/D=0,70…0,80 (фиг. 1) обеспечивают увеличение коэффициента статического давления ψ и статического КПД η радиального рабочего колеса вентилятора.
S
S
На фиг. 3 приведен график зависимости коэффициента статического давления ψ и статического КПД η от коэффициента расхода ϕ заявленного радиального рабочего колеса, оснащенного входным патрубком с входным коническим участком и тороидальным выходным участком, составляющим с передним диком рабочего колеса кольцевую сужающуюся щель, которая обеспечивает плавное притекание входящего потока к переднему диску рабочего колеса. График на фиг. 3 иллюстрирует достижение технического результата, состоящего в увеличении максимального значения производительности и в увеличении на больших величинах производительности создаваемого статического давления и статического КПД радиального рабочего колеса с назад загнутыми лопатками.
Таким образом, указанные диапазоны геометрических параметров радиального рабочего колеса и их соотношения позволяют оптимизировать его аэродинамические характеристики с достижением высокого статического КПД и максимальной производительности, которые и обеспечивают высокую энергоэффективность радиального рабочего колеса, что создает условия для повышения высокой энергоэффективности вентиляторных блоков и радиальных вентиляторов с ним.
Полнота раскрытия устройства радиального рабочего колеса в формуле и описании полезной модели позволяет разработать и изготовить радиальное рабочее колесо на специализированном предприятии. Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Перечень позиций и обозначений полезной модели «Радиальное рабочее колесо вентилятора»
1 - передний диск;
2 - задний диск;
3 - лопатка;
4 - входная кромка лопатки;
5 - выходная кромка лопатки 3;
6 - вершина угла ломаной линии передней кромки 4 лопатки 3;
7 - межлопаточный канал.
D - диаметр радиального рабочего колеса равен диаметру окружности, описываемой концами выходной кромки лопаток 3 радиального рабочего колеса;
1
D - диаметр входного отверстия переднего диска 1;
2
D - диаметр входа лопаток 3 радиального рабочего колеса;
Н - ширина радиального рабочего колеса, равная расстоянию между передним 1 и задним 2 дисками в месте примыкания к ним выходной кромки 5 лопаток 3 радиального рабочего колеса;
h=H/D - относительная ширина радиального рабочего колеса на выходе;
1
β - угол входа лопаток 3 радиального рабочего колеса;
2
β - угол выхода лопаток 3 радиального рабочего колеса;
SV
P - статическое давление вентилятора, Па;
N - потребляемая мощность радиального рабочего колеса, Вт;
3
Q - производительность радиального рабочего колеса вентилятора, м/с;
S
SV
2
ψ=2P/(ρu) - коэффициент статического давления;
ϕ=Q/(Fu) - коэффициент производительности вентилятора;
S
SV
η=QP/N - статический КПД вентилятора;
3
ρ - плотность воздуха, кг/м;
u=πDn/60 - окружная скорость рабочего колеса, м/с;
2
2
F=πD/4 - площадь радиального рабочего колеса, м;
n - частота вращения рабочего колеса, об/мин.