Лопасть осевого вентилятора



Лопасть осевого вентилятора
Лопасть осевого вентилятора
Лопасть осевого вентилятора
Лопасть осевого вентилятора
Лопасть осевого вентилятора

 


Владельцы патента RU 2516739:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Лопасть осевого вентилятора предназначена для использования в бытовых целях, а также во вспомогательных механизмах для обеспечения циркуляции воздуха. Лопасть содержит выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. Радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края выбран исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении. Угол входа воздушной массы в межлопастной канал и угол выхода из него связаны соотношением: γ=tan

-1(φ/cosα), где γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала; φ - коэффициент, учитывающий потери скорости воздушной массы в межлопастном канале, составляющий от 1 до 0,9; α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал. Параметры лопасти выполнены в соответствии со следующими выражениями: R=a/(cosα-cosγ), где R - радиус кривизны средней линии лопасти; а - ширина лопасти в осевом направлении, l=(2πR(γ-α))/360, где l -

общая длина лопасти, b=R (sinγ-sinα), где b - ширина лопасти по фронту. Повышаются производительность, напор и к.п.д. работы вентилятора при сохранении необходимой прочности и жесткости лопасти в процессе эксплуатации. 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкциям лопастей осевых вентиляторов, которые могут использоваться в бытовых целях, а также во вспомогательных механизмах для обеспечения циркуляции воздуха.

Известна лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. При этом углы наклона прямых, соединяющих края корневой части, средней части и верхней кромки к плоскости вращения лопасти выполнены в соотношении как 2,5: 1,6: 1 (патент RU 2244854, МПК 7 F04D 29/38).

Известна лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. При этом радиусы внутренней кривизны корневой части, средней части и верхней кромки выбраны в соотношении 1:1,67:1,08, а максимальные толщины сечений лопасти в указанных частях выбраны в соотношении 1,45:1,17:1. Профиль лопасти выполнен серповидным, причем радиус кривизны R вогнутого сбегающего края выбран большим радиуса кривизны Rcp средней линии лопасти, а радиус кривизны R1 выпуклого набегающего края выбран меньшим радиуса кривизны Rcp средней линии лопасти, то есть

R > R c p > R 1 , ( 1 )

что обеспечивает необходимую толщину δ лопасти для придания ей необходимой прочности и жесткости. Данные радиусы кривизны могут быть переменными по длине лопасти (патент RU 2274770, МПК F04D 19/00, F04D 29/38).

Основными недостатками описанных лопастей осевого вентилятора являются невысокие характеристики по производительности, напору нагнетания и к.п.д. работы осевого вентилятора вследствие отсутствия рекомендаций по выбору взаимосвязи между углом α входа воздушной массы в межлопастной канал и углом γ выхода воздушной массы из межлопастного канала, причем угол α соответствует углу наклона передней кромки средней линии лопасти, а угол γ соответствует углу наклона задней кромки средней линии лопасти. Кроме того, заданное соотношение (1) радиусов кривизны лопасти не позволяет изготовить лопасть с оптимальными геометрическими характеристиками, так как при малом числе лопастей, от двух до шести, вогнутый сбегающий край имеет более существенное влияние на формирование скорости и направления воздушной массы на ее выходе из межлопастного канала, чем выпуклый набегающий край.

Задачей данного изобретения является повышение производительности, напора нагнетания и к.п.д. работы осевого вентилятора при сохранении необходимой прочности и жесткости лопасти в процессе эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что у лопасти осевого вентилятора, содержащей выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, согласно изобретению радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края выбран исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении, причем угол входа воздушной массы в межлопастной канал и угол выхода из него связаны соотношением:

γ = tan 1 ( ϕ cos α ) , ( 2 )

где γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала;

φ - коэффициент, учитывающий потери скорости воздушной массы в межлопастном канале, составляющий от 1 до 0,9;

α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал,

а параметры лопасти выполнены в соответствии со следующими выражениями:

R = a cos α cos γ ( 3 )

где R - радиус кривизны средней линии лопасти;

а - ширина лопасти в осевом направлении,

l = 2 π R ( γ α ) 360 , ( 4 )

где l - общая длина лопасти,

b = R ( sin γ sin α ) , ( 5 )

где b - ширина лопасти по фронту.

Повышение производительности, напора нагнетания и к.п.д. работы осевого вентилятора обеспечивается за счет оптимального соотношения между углом входа воздушного потока в межлопастной канал α и углом выхода воздушного потока из межлопастного канала, а выполнение радиуса кривизны вогнутого сбегающего края равным радиусу кривизны средней линии лопасти, и радиуса кривизны выпуклого набегающего края исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении упрощает процесс профилирования лопасти при сохранении необходимой прочности и жесткости.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлены основные параметры лопасти; на фиг.2 изображен профиль средней линии лопасти в зависимости от угла α входа воздушной массы в межлопастной канал α при φ=1; на фиг.3 изображен профиль средней линии лопасти в зависимости от коэффициента φ, учитывающего потери скорости в межлопастном канале φ; на фиг.4 представлено конструктивное исполнение лопасти осевого вентилятора.

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено следующее:

- α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал;

- γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала;

- R - радиус кривизны средней линии лопасти (фиг.1) и радиус R кривизны вогнутого сбегающего края (фиг.4), равный радиусу кривизны средней линии лопасти;

- c1 - абсолютная скорость воздушной массы на входе в межлопастной канал;

- ω1 - относительная скорость воздушной массы на входе в межлопастной канал;

- u - окружная скорость воздушной массы на входе в межлопастной канал и на выходе из межлопастного канала;

- c2 - абсолютная скорость воздушной массы на выходе из межлопастного канала;

- ω2 - относительная скорость воздушной массы на выходе из межлопастного канала;

- b - ширина лопасти по фронту лопастной решетки;

- а - ширина лопасти по фронту;

- R1 - радиус кривизны выпуклого набегающего края;

- δ - необходимая толщина лопасти в среднем по ее длине сечении.

Лопасть осевого вентилятора содержит выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку. Радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края R1 выбран исходя из обеспечения необходимой толщины δ лопасти в среднем по ее длине сечении. Угол α входа воздушной массы в межлопастной канал и угол γ выхода воздушной массы из межлопастного канала связаны соотношением (2). Радиус кривизны R средней линии лопасти, общая длина 1 лопасти в осевом направлении и ширина b лопасти по фронту выполнены согласно выражениям (3), (4), (5) соответственно.

Лопасть осевого вентилятора работает следующим образом. При вращении вентилятора воздушная масса поступает в межлопастные каналы. Перемещаясь вдоль каналов, она ускоряется под действием вращения вентилятора и покидает его с большей, чем на входе скоростью.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить производительность, напор и к.п.д. работы осевого вентилятора.

Лопасть осевого вентилятора, содержащая выпуклый набегающий край, вогнутый сбегающий край, корневую часть и верхнюю кромку, отличающаяся тем, что радиус кривизны вогнутого сбегающего края выполнен равным радиусу кривизны средней линии лопасти, а радиус кривизны выпуклого набегающего края выбран исходя из обеспечения необходимой толщины лопасти в среднем по ее длине сечении, причем угол входа воздушной массы в межлопастной канал и угол выхода из него связаны соотношением:
,
где γ - угол выхода воздушной массы из межлопастного канала;
φ - коэффициент, учитывающий потери скорости воздушной массы в межлопастном канале, составляющий от 1 до 0,9;
α - угол входа воздушной массы в межлопастной канал,
а параметры лопасти выполнены в соответствии со следующими выражениями:
,
где R - радиус кривизны средней линии лопасти;
а - ширина лопасти в осевом направлении,
,
где l - общая длина лопасти,
b=R(sinγ-sinα),
где b - ширина лопасти по фронту.



 

Похожие патенты:

Колесо компрессора с облегченными лопатками включает в себя диск и приваренные к нему облегченные лопатки. Облегченная лопатка состоит из двух частей, соединенных между собой сваркой.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения. .

Изобретение относится к способу изготовления лопатки турбомашины, может применяться в авиационных газотурбинных двигателях и энергетических установках при изготовлении рабочих и направляющих лопаток вентиляторов, компрессоров и турбин.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пустотелым лопаткам газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области осевых вентиляторов или осевых нагнетателей воздуха и может быть использовано, например, в дорожных тоннелях для обеспечения прочности и надежности крыльчатки вентилятора в режиме эксплуатации.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Лопатка вентиляторного ротора содержит перо и хвостовик, изготовленные из композитного материала, а также металлическую обшивку. Хвостовик лопатки выполнен у базового конца пера лопатки с возможностью соединения с пазом диска вентилятора. Обшивка прикреплена к передней кромке пера лопатки и проходит в направлении размаха для защиты ее передней кромки. Обшивка включает в себя основную часть и пару соединительных фланцев, продолжающихся от ее задних кромок. Обшивка разделена на базовый сегмент обшивки со стороны базового конца пера лопатки и верхний сегмент обшивки со стороны верхнего конца пера лопатки, плавно продолжающийся от базового сегмента. Длина верхнего сегмента не превышает длины базового сегмента обшивки в направлении размаха. Длина k основной части обшивки в предполагаемом месте удара составляет 10% ≤ k ≤ 60% хорды, а предполагаемое место удара находится на расстоянии 80% размаха от базового конца обшивки. Длина m обшивки вдоль торцевой кромки лопатки вентиляторного ротора составляет m ≥ 40% хорды. Другое изобретение группы относится к вентилятору, содержащему диск, имеющий множество соединительных пазов на его наружной периферии и расположенный внутри корпуса двигателя, а также множество указанных выше лопаток вентиляторного ротора, соединенных с множеством соединительных пазов. Группа изобретений позволяет обеспечить защиту лопатки из композитного материала от повреждения посторонним предметом без существенного увеличения ее веса и снижения аэродинамических характеристик. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Лопатка осевого компрессора содержит входную кромку, выходную кромку, корыто и спинку с выполненными на ее поверхности вихрегенераторами сферической формы, вогнутыми внутрь лопатки. Каждый вихрегенератор снабжен, по меньшей мере, двумя подводящими каналами с выходными отверстиями диаметра (0,05…0,25)D, равноудаленными от оси симметрии вихрегенератора, сориентированной в направлении набегающего потока. Расстояние от оси симметрии вихрегенератора до выходного отверстия составляет (0,1…0,4)D. Входные отверстия подводящих каналов расположены на корыте лопатки, а выходные расположены на расстоянии (0,025…0,7)D от передней кромки вихрегенератора. Подводящие каналы выполнены под углом 20°…110° к хорде лопатки, где D - диаметр отпечатка вихрегенератора. Реализация изобретения позволит увеличить диапазон безотрывного обтекания лопаток до 3%, увеличить расход воздуха через компрессор до 2% и увеличить КПД компрессора до 4% за счет получения устойчивой вихревой структуры потока в вихрегенераторах. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструированию и доводке турбомашин, а именно рабочих лопаток осевых компрессоров. В способе обеспечения устойчивости рабочих лопаток турбомашины к автоколебаниям, при котором определяют для исходной лопатки первую и вторую изгибную и первую крутильную формы собственных колебаний и соответствующие им частоты, выбирают критерий изгибно-крутильной связанности и задают диапазон его допустимых значений, отстраивают исходную лопатку от автоколебаний, определяют критерий изгибно-крутильной связанности для отстроенной лопатки, по принадлежности значения которого заданному диапазону судят об устойчивости к автоколебаниям, в отличие от известного отстройку исходной лопатки от автоколебаний выполняют путем изгиба ее пера в сторону спинки, при этом форма изгиба соответствует первой изгибной форме собственных колебаний исходной лопатки. Изобретение направлено на повышение устойчивости рабочих лопаток турбомашины к автоколебаниям без перепрофилирования и увеличения их массы. 2 ил.

Изобретение относится к лопатке ротора вентилятора. Лопатка ротора вентилятора имеет переднюю кромку 41 лопатки ротора. На стороне центральной втулки передней кромки 41 лопатки ротора формируется вертикальная секция 49 центральной втулки. От верхнего края вертикальной секции 49 центральной втулки к стороне полуразмаха передней кромки 41 лопатки ротора формируется секция 51 полуразмаха с наклоном назад. От верхнего края секции 51 полуразмаха с наклоном назад к краю законцовки передней кромки 41 лопатки ротора формируется секция 53 законцовки с наклоном вперед. От края центральной втулки передней кромки 41 лопатки ротора к базовому краю вертикальной секции 49 центральной втулки формируется секция 55 центральной втулки с наклоном назад. Секция 55 центральной втулки с наклоном назад наклонена назад, так что ее верхний край размещается позади ее базового края. Изобретение направлено на повышение прочности и аэродинамических характеристик лопатки вентилятора. 2 н. и 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

Винт содержит плоскую поверхность (13.2), которая проходит вдоль задней поверхности лопасти (13), и ширина которой составляет 1/3 ширины лопасти (13), заднюю закругленную по радиусу поверхность (13.1), которая пересекает плоскую поверхность (13.2) и имеет радиус R, который составляет 2/3 ширины задней поверхности и тем самым дополняет остальную часть задней поверхности. На свободном конце радиуса (13.1) задней поверхности внутренняя контактная поверхность (13.3) с радиусом, равным 1.5 R, пересекает плоскость вращения винта так, что образует угол величиной 3-9 градусов. Закругленная по радиусу поверхность (13.4) выходной кромки, которая имеет радиус 0,5 R пересекает плоскость, расположенную ниже половины толщины края лопасти указанной внутренней контактной поверхности (13.3) и плоской поверхности (13.2), и изогнута в направлении, противоположном внутренней контактной поверхности (13.3). Расстояние от точки пересечения указанных закругленных по радиусу поверхностей (13.1, 13.3), которые имеют радиус R и 1.5 R, до плоскости, где расположена задняя плоская поверхность (13.2), составляет 1/4 и 1/5 ширины в проекции задней поверхности. Диаметр F задней поверхности (13.7) лопасти (13) заключен в диапазоне значений диаметра от R400 до R650. Изобретение направлено на повышение энергетического КПД. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Лопатка снабженного пазами диска рабочего колеса ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), включающего проточную часть, ограниченную по периферийному контуру корпусом двигателя, содержит перо и хвостовик. Лопатка предназначена для установки в любой из пазов диска рабочего колеса второй ступени. Хвостовик лопатки имеет продольную ось, соосную или параллельную геометрической оси паза диска и образующую с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол установки хвостовика лопатки α0, определенный в диапазоне α0=(17÷27)°. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне (159,2÷245,8) [град/м]. Перо лопатки выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды Gy.x., составляющим (1,6÷2,5)·10-2 [м/м]. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в улучшении геометрической конфигурации, пространственной жесткости, силовых и аэродинамических параметров лопатки рабочего колеса второй ступени вала ротора КНД ТРД, а также в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора при повышении ресурса лопатки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Лопатка снабженного пазами диска рабочего колеса ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), включающего проточную часть, ограниченную по периферийному контуру корпусом двигателя, содержит перо и хвостовик. Лопатка предназначена для установки в любой из пазов диска рабочего колеса третьей ступени. Хвостовик лопатки имеет продольную ось, соосную или параллельную геометрической оси паза диска и образующую с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол установки хвостовика лопатки α0, определенный в диапазоне α0=(20,44÷29,8)°. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне Gз.п.=(169,54÷248,4) [град/м]. Перо лопатки выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды Gy.x., составляющим (5,84÷8,4)·10-2 [м/м]. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в улучшении геометрической конфигурации, пространственной жесткости, силовых и аэродинамических параметров лопатки рабочего колеса третьей ступени вала ротора КНД ТРД, а также в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора при повышении ресурса лопатки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Лопатка снабженного пазами диска рабочего колеса ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), включающего проточную часть, ограниченную по периферийному контуру корпусом двигателя, содержит перо и хвостовик. Лопатка предназначена для установки в любой из пазов диска рабочего колеса четвертой ступени. Хвостовик лопатки имеет продольную ось, соосную или параллельную геометрической оси паза диска и образующую с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол α0 установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне α0=(19,7÷32,3)°. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне (151,7,0÷274,0) [град/м]. Перо лопатки выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в улучшении геометрической конфигурации, пространственной жесткости, силовых и аэродинамических параметров лопатки рабочего колеса четвертой ступени вала ротора КНД ТРД, а также в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора при повышении ресурса лопатки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Лопатка снабженного пазами диска рабочего колеса ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), включающего проточную часть, ограниченную по периферийному контуру корпусом двигателя, содержит перо и хвостовик. Лопатка предназначена для установки в любой из пазов диска рабочего колеса первой ступени. Хвостовик лопатки имеет продольную ось, соосную или параллельную геометрической оси паза диска и образующую с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол установки хвостовика лопатки α0, определенный в диапазоне α0=(17÷27)°. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне (124,0÷186,8) [град/м]. Перо лопатки выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды Gy.x, составляющим (7,2÷10,7)·10-2 [м/м]. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в улучшении геометрической конфигурации, пространственной жесткости, силовых и аэродинамических параметров лопатки рабочего колеса первой ступени вала ротора КНД ТРД, а также в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора при повышении ресурса лопатки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении металлического элемента жесткости композитной или металлической лопатки турбомашины. Металлический пруток деформируют горячей ковкой через две фильеры. При этом получают промежуточную деталь, которая имеет два крыла, расположенные с обеих сторон сплошной части. Промежуточная деталь соответствует основе металлического элемента жесткости. На следующем этапе производят деформирование крыльев промежуточной детали (50) с изменением угла их раскрытия. Получают конечную форму металлического элемента жесткости. В результате обеспечивается возможность использования более простой технологии и уменьшаются отходы металла, применяемого для изготовления элемента жесткости. 12 з.п.ф-лы, 9 ил.
Наверх