РАДИАЛЬНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА
RADIAL IMPELLER OF FAN

Изобретение относится к вентиляторной технике, а именно, к радиальным рабочим колесам вентиляторов.
Из уровня техники известны радиальные рабочие колеса вентиляторов.
В описании изобретения KR 20190063079, МПК F04D 17/10; F04D 29/28; F04D 29/30; F04D 29/66, дата публикации 07.06.2019 г., [1], представлено радиальное рабочее колесо вентилятора, содержащее передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, поверхность переднего диска выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми, передняя кромка лопатки соединена с вихреобразователем. Особенностью радиального рабочего колеса, представленного в изобретении [1], является выполнение вихреобразователя в виде хорошо обтекаемой накладки на передней кромке рабочего колеса, а также выполнение передней и выходной кромок лопаток прямолинейными. В результате обеспечивается безотрывное обтекание лопатки. Однако, при автоматическом регулировании производительности вентилятора, например, путем изменения скорости вращения радиального рабочего колеса, при прямолинейных кромках и обтекаемом вихреобразователе могут возникнуть срывы потока, что ограничивает диапазон угловых скоростей вращения рабочего колеса.
В описании изобретения RU 2013664, МПК F04D 29/28, дата публикации 30.05.1994 г., [2], представлено радиальное рабочее колесо вентилятора, содержащее передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, поверхность переднего диска выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, передняя кромка лопатки соединена с вихреобразователем. Особенностью радиального рабочего колеса, представленного в изобретении [2], является выполнение лопаток профилированными, выполнение вихреобразователя в виде полого предкрылка, образующего полость и щель со стороны стенки. В дисках выполнены сквозные отверстия, сообщенные с полостью полого предкрылка, выполненной в форме двух усеченных конусов, сопряженных меньшими основаниями, с винтовыми канавками на боковых поверхностях. Такое выполнение лопатки и вихреобразователя сложное по конструкции и технологии изготовления.
В описании изобретения RU 2617636, МПК F04D 29/28, F04D 29/66, дата публикации 25.04.2017 г., [3], представлено радиальное рабочее колесо вентилятора, содержащее передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, поверхность переднего диска выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми, выходная кромка каждой из лопаток выполнена с выступом, прилегающим к переднему диску. Наиболее слабым местом рабочего колеса, представленного в изобретении [3], является листовая лопатка, которая испытывает при увеличении частоты вращения и диаметра рабочего колеса деформации излома в середине лопатки по ширине колеса. Это является недостатком и может ограничивать ширину радиального рабочего колеса, представленного в изобретении [3]. Кроме того, на поверхности лопатки вблизи основного диска происходит сложный разворот потока с осевого направления на радиальное, что ограничивает диапазон углов натекания потока и скорости вращения из-за возможного отрыва пограничного слоя в месте примыкания лопатки к основному диску рабочего колеса.
Радиальное рабочее колесо, представленное в описании изобретения [3], принято в качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения.
Решаемой технической задачей является повышение аэродинамических характеристик радиального рабочего колеса.
Технический результат состоит в повышении напорной характеристики при увеличении прочности лопаток и радиального рабочего колеса.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Радиальное рабочее колесо вентилятора, как и наиболее близкий аналог [3], содержит передний диск, основной диск, расположенные между дисками лопатки, поверхность переднего диска выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, лопатки выполнены листовыми, выходная кромка каждой из лопаток выполнена с выступом, прилегающим к переднему диску, но в отличие от наиболее близкого аналога [3], передняя кромка лопатки о стороны основного диска выполнена с вырезом, передняя кромка лопатки соединена с вихреобразователем, выполненным в виде стержня, соединенного с основным диском с образованием зазора между стержнем, передней кромкой лопатки и основным диском.
Радиальное рабочее колесо вентилятора характеризуется тем, что поверхность вихрегенератора выполнена с рельефной насечкой, направленной от переднего диска к основному диску и в сторону выхода из радиального рабочего колеса, а свободный конец стержня выполнен со скосом.
Изобретение поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 представлено радиальное рабочее колесо при виде сбоку.
На фиг. 2 представлен вид А на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен выносной элемент Б на фиг. 1.
На фиг. 4 представлена изометрическая проекция радиального рабочего колеса при виде с внутренней стороны лопаток.
На фиг. 5 представлена изометрическая проекция радиального рабочего колеса при виде с внешней стороны лопаток.
На фиг. 6 показана напорная характеристика вентилятора с рабочим колесом с вихреобразователем в виде стержня и без вихреобразователя.
Радиальное рабочее колесо вентилятора устроено следующим образом.
Радиальное рабочее колесо вентилятора содержит передний диск 1, основной диск 2, и расположенные между ними лопатки 3 (фиг. 1). Основной диск 2 соединен со ступицей 4 (фиг. 1, 2, 3). Поверхность переднего диска 1 выполнена в виде усеченного конуса с криволинейной образующей. Лопатки 3 выполнены листовыми. Лопатка 3 на выходе из рабочего колеса выполнена с наплывом 5, примыкающим к поверхности переднего диска 1 (фиг. 1, 4, 5). Передняя кромка 6 лопатки 3 выполнена с вырезом 7 со стороны основного диска 2 и оснащена вихреобразователем, выполненным в виде стержня 8. Стержень 8 соединен с основным диском 2 с образованием зазора 9 между стержнем 8, передней кромкой 6 лопатки 3 и основным диском 2 (фиг. 1, 3, 4)..
В предпочтительном варианте выполнения поверхность стержня 8 выполнена с наклонной рельефной насечкой 10, направленной от переднего диска 1 к основному диску 2 и в сторону выхода из радиального рабочего колеса, а свободный конец стержня 8 выполнен со скосом 11 (фиг. 3).
Радиальное рабочее колесо функционирует следующим образом.
При вращении радиального рабочего колеса в зазор 9 между вихреобразователем, выполненном в виде стержня 8, передней кромкой 6 лопатки 3 и основным диском 2 затягивается воздух, который формируется в вихрь. Благодаря зазору 9 улучшается обтекание вихреобразователя, выполненного в виде стержня 8, и передней кромки 6 лопатки 3 в широком диапазоне углов натекания потока, поскольку через зазор 9 происходит вдув потока и стабилизация потока на поверхности лопатки 3 вблизи основного диска 2, где происходит сложный разворот потока с осевого направления на радиальное. Прилегающий к переднему диску 1 наплыв 5 лопатки 3 затягивает отрыв пограничного слоя с лопатки 3 и переднего диска 1.
Выполнение лопатки 3 с вихреобразователем в виде стержня 8 повышает жесткость и прочность лопатки 3, предотвращая складывания лопатки 3 при увеличении частоты вращения.
Диаметр вихреобразователя в виде стержня 8 в несколько раз больше толщины лопатки 3. Это приближает форму лопатки 3 к профильной и улучшает ее обтекание в достаточно широком диапазоне углов натекания потока на переднюю кромку 6 лопатки 3.
Наличие наплыва 5 на лопатке 3, примыкающего к поверхности переднего диска 1 на выходе из радиального рабочего колеса, обеспечивает повышение напорной характеристики по сравнению с радиальным рабочим колесом с прямолинейной выходной кромкой лопатки 3. Представленное на графике на фиг. 6 сравнение безразмерных аэродинамических и мощностных характеристик радиального вентилятора со спиральным корпусом с радиальным рабочим колесом, аналогичном представленному в изобретении [3], в исходном виде без вихреобразователей, и после установки на передних кромках 6 лопаток 3 вихреобразователей в виде стержней 8, свидетельствует о достижении заявленного технического результата.
На графике на фиг. 6 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 радиальным рабочим колесом, аналогичным представленному в изобретении [3];
индекс «2» относится к вентилятору с радиальным рабочим колесом, аналогичным представленному в изобретении [3], с установкой на передней кромке 6 лопаток 3 вихреобразователей в виде стержней 8 с наклонной рельефной насечкой 10.
Таким образом, представленные в описании изобретения данные обеспечивают достижение заявленного технического результата, состоящего в повышении напорной характеристики при увеличении прочности лопаток и радиального рабочего колеса, что подтверждается измеренными аэродинамическими характеристиками.
Степень раскрытия изобретения достаточна для разработки и изготовления радиального рабочего колеса вентилятора. Изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».