Рабочее колесо центробежного вентилятора



Рабочее колесо центробежного вентилятора
Рабочее колесо центробежного вентилятора

 


Владельцы патента RU 2563044:

ФГБОУ ВПО "Уральский государственный горный университет" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Вентиляция Экология Безопасность" (RU)

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к рабочим колесам центробежных вентиляторов с загнутыми вперед лопатками. Рабочее колесо содержит несущий и покрывной диски и установленные между ними загнутые вперед основные и дополнительные укороченные лопатки. Со стороны рабочей поверхности каждой из дополнительных укороченных лопаток с конфузорным зазором по отношению к ним установлены укороченные назад загнутые лопатки в форме цилиндрической перфорированной поверхности с радиусом кривизны меньшим радиуса кривизны дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток и центрами кривизны, расположенными на окружности большего радиуса, чем радиус окружности расположения центров кривизны вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток. Изобретение направлено на повышение давления, развиваемого рабочим колесом центробежного вентилятора и его КПД за счет формирования на рабочей поверхности дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток устойчивого вихреисточника, воздействующего на поток в межлопаточном канале рабочего колеса со стороны тыльной поверхности основных и дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток . 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к рабочим колесам центробежных вентиляторов с загнутыми вперед лопатками.

Известно рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее между несущим и покрывным дисками загнутые вперед лопатки, каждая из которых выполнена в форме сегмента цилиндрической поверхности постоянного радиуса кривизны, центр которой расположен на концентрической по отношению к рабочему колесу окружности (Заморский С.В., Соломахова Т.С. Центробежные вентиляторы ЦАГИ малой быстроходности // Промышленная аэродинамика: сб. ст. вып. 31. - М.: Машиностроение, 1974. - c.16).

Такое исполнение рабочего колеса позволяет увеличить окружную (напорную) составляющую абсолютной скорости потока воздуха на выходе из рабочего колеса, тем самым повысить развиваемое им давление.

Однако большая кривизна вперед загнутых лопаток рабочего колеса при недостаточной их густоте на выходном участке межлопаточного канала приводит к интенсивному отрывному вихреобразованию в межлопаточном канале в области тыльной поверхности лопаток, что увеличивает угол отставания потока воздуха от лопаток и потери энергии, тем самым не позволяя существенно увеличить окружную скорость потока на выходе из рабочего колеса, то есть добиться значительного роста давления, развиваемого центробежным вентилятором, снижая при этом его к.п.д.

Наиболее близким по исполнению к предлагаемому техническому решению является рабочее колесо центробежного вентилятора [2], содержащее несущий и покрывной диски, между которыми установлены загнутые вперед основные лопатки и расположенные между ними в области выхода из межлопаточных каналов дополнительные укороченные вперед загнутые лопатки той же кривизны (Заморский С.В., Соломахова Т.С. Центробежные вентиляторы ЦАГИ малой быстроходности // Промышленная аэродинамика: сб. ст. вып. 31. - М.: Машиностроение, 1974. - c.19).

Такое исполнение лопаток рабочего колеса позволяет за счет увеличения густоты их расположения на выходном участке межлопаточных каналов рабочего колеса дополнительно увеличить окружную составляющую абсолютной скорости потока воздуха на выходе из рабочего колеса, способствуя тем самым увеличению развиваемого им давления.

Однако такое выполнение выходного участка рабочего колеса не в полной мере обеспечивает увеличение давления развиваемого центробежным вентилятором и его к.п.д.

Задача изобретения заключается в повышении давления, развиваемого рабочим колесом центробежного вентилятора и его к.п.д. за счет формирования на рабочей поверхности дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток устойчивого вихреисточника, воздействующего на поток в межлопаточном канале рабочего колеса со стороны тыльной поверхности основных и дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток.

Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом рабочем колесе центробежного вентилятора, содержащем несущий и покрывной диски и установленные между ними загнутые вперед основные и дополнительные укороченные лопатки, со стороны рабочей поверхности каждой из дополнительных укороченных лопаток с конфузорным зазором по отношению к ним установлены укороченные назад загнутые лопатки в форме цилиндрической перфорированной поверхности с радиусом кривизны, меньшим радиуса кривизны дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток, и центрами кривизны, расположенными на окружности большего радиуса, чем радиус окружности расположения центров кривизны вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток.

Радиус кривизны RH цилиндрической перфорированной поверхности укороченных назад загнутых лопаток составляет 10%-30% от радиуса кривизны RB вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток, а радиус окружности RЦН расположения центров кривизны дополнительных укороченных назад загнутых лопаток составляет 109%-115% от радиуса окружности RЦВ расположения центров кривизны назад загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток.

На фиг. 1 изображено рабочее колесо центробежного вентилятора, поперечный разрез; на фиг. 2 - дополнительная укрученная лопатка рабочего колеса центробежного вентилятора, поперечный разрез.

Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит несущий 1 и покрывной 2 диски, между которыми установлены основные 3 и дополнительные укороченные 4 вперед загнутые лопатки, имеющие рабочую вогнутую 5 и тыльную выпуклую 6 поверхности. Со стороны рабочей поверхности 5 каждой из дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток 4 с конфузорным зазором Δ по отношению к ним установлены укороченные назад загнутые лопатки 7 в форме цилиндра с внутренней полостью 8, образованной фронтальной по отношению к потоку воздуха, движущемуся в межлопаточном канале 9, (рабочей выпуклой) поверхностью 10 и теневой по отношению к потоку воздуха, движущемуся в межлопаточном канале 9, (тыльной выпуклой) поверхностью 11. На фронтальной поверхности 10 лопатки 7 выполнены перфорации 12 в виде тангенциальных конфузорных каналов с фронтальной поверхности 10 во внутреннюю полость 8 лопатки 7. На теневой поверхности 11 лопатки 7 выполнены перфорации 13 в виде тангенциальных конфузорных каналов из внутренней полости 8 лопатки 7 на теневую ее поверхность 11.

Радиус кривизны RH цилиндрической поверхности дополнительных назад загнутых лопаток 7 меньше радиуса кривизны RB цилиндрической поверхности дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток 4, а их центры кривизны расположены на окружности радиуса RЦН большем, чем радиус RЦВ окружности расположения центров кривизны вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток 3, 4.

По результатам экспериментальных исследований рациональный радиус кривизны RH цилиндрической перфорированной поверхности укороченных назад загнутых лопаток составляет 10%-30% от радиуса кривизны RB вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток, а рациональный радиус окружности RЦН расположения центров кривизны дополнительных укороченных назад загнутых лопаток составляет 109%-115% от радиуса окружности RЦВ расположения центров кривизны назад загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток.

При вращении рабочего колеса центробежного вентилятора поток воздуха, поступающий в межлопаточные каналы 9, образованные несущим 1, покрывным 2 дисками и лопатками 3, 4, взаимодействуя с последними, поворачивается в направлении вращения колеса по их рабочим поверхностям 6. Часть потока из межлопаточного канала 9 по конфузорному зазору Δ, образованному рабочей поверхностью 5 дополнительной укороченной вперед загнутой лопатки 4 и фронтальной поверхностью 10 назад загнутой укороченной лопатки 7, через перфорации 12 поступает во внутреннюю полость 8 назад загнутой лопатки 7, закручиваясь в ней со скоростью ω, превышающей скорость вращения рабочего колеса.

За счет центробежной силы вращения высокоэнергетический закрученный во внутренней полости 8 лопатки 7 поток воздуха, обладающий большой скоростью вращения в направлении вращения рабочего колеса, через перфорации 13 на теневой поверхности 11 назад загнутых лопаток 7 и выходной участок конфузорного зазора Δ поступает за счет действия эффекта Коанда в направлении вращения рабочего колеса на теневую поверхность 11 укороченных назад загнутых лопаток 7 вне конфузорного зазора Δ, способствуя за счет действия эффекта Магнуса повороту потока на выходе из межлопаточных каналов 9 в направлении вращения рабочего колеса, устраняя область отрывного вихреобразования на тыльной поверхности 6 основных вперед загнутых лопаток 3 и, как результат, существенно уменьшая угол отставания основного потока на выходе из рабочего колеса в условиях значительного изменения режимов работы центробежного вентилятора.

Кроме того, отсос части потока воздуха с рабочей вогнутой и тыльной выпуклой поверхностей 5, 6 дополнительных вперед загнутых лопаток 4 за счет ижектирующего действия закрученного потока в конфузорном зазоре Δ между рабочей 5 поверхностью лопатки 4 и теневой 11 поверхностью лопатки 7 приводит к устранению отрывного вихреобразования в области тыльной поверхности 6 дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток 4.

Суммарный эффект уменьшения угла отставания основного потока на выходе из рабочего колеса и снижения потерь энергии на вихреобразование на тыльной поверхности 6 основных и дополнительных вперед загнутых лопаток 3, 4 приводит к существенному росту давления, развиваемого рабочим колесом и его к.п.д.

Наибольший эффект повышения давления, развиваемого рабочим колесом центробежного вентилятора достигается при условии, что радиус кривизны RH цилиндрической перфорированной поверхности укороченных назад загнутых лопаток составляет 10%-30% от радиуса кривизны RB вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток, а радиус окружности RЦН расположения центров кривизны дополнительных укороченных назад загнутых лопаток составляет 109%-115% от радиуса окружности RЦВ расположения центров кривизны назад загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток.

При RH меньше 10% от RB энергии циркуляции, формируемой во внутренней полости 8 назад загнутой лопатки 7 недостаточно для устранения отрывного вихреобразования на тыльных поверхностях 6 основных вперед загнутых лопаток 3.

При RH больше 30% RB существенно возрастают потери энергии вследствие уменьшения проходного сечения межлопаточного канала 9 на его выходном участке.

При RЦН меньше 109% от RЦВ существенно снижается отсос части потока воздуха с рабочей вогнутой и тыльной выпуклой поверхностей 5, 6 дополнительных вперед загнутых лопаток 4, что снижает эффект устранения отрывного вихреобразования в области тыльной поверхности 6 дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток 4.

При RЦН больше 115% от RЦВ происходит существенное снижение эффективности уменьшения угла отставания основного потока на выходе из рабочего колеса.

Таким образом, применение данной конструкции рабочего колеса центробежного вентилятора позволяет эффективно устранять отрывное вихреобразование на тыльной поверхности основных и дополнительных лопаток, уменьшать отставания потока и увеличивать перепад давления между рабочей и тыльной поверхностями лопаток, что повышает давление, развиваемое рабочим колесом центробежного вентилятора и его к.п.д.

Результаты испытаний центробежного вентилятора с рабочим колесом предложенной конструкции при RH=0,3 RB и RЦН=1,157RЦВ подтвердили увеличение коэффициента давления, развиваемого центробежным вентилятором и его к.п.д. η до значений: ψп=1,38; ηп=0,61, то есть их росту на 15% и 12% соответственно по отношению к прототипу.

1. Рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее несущий и покрывной диски, установленные между ними загнутые вперед основные и дополнительные укороченные лопатки, отличающееся тем, что со стороны рабочей поверхности каждой из дополнительных укороченных лопаток с конфузорным зазором по отношению к ним установлены укороченные назад загнутые лопатки в форме цилиндрической перфорированной поверхности с радиусом кривизны меньшим радиуса кривизны дополнительных укороченных вперед загнутых лопаток и центрами кривизны, расположенными на окружности большего радиуса, чем окружность расположения центров кривизны вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток.

2. Рабочее колесо центробежного вентилятора по п. 1, отличающееся тем, что радиус кривизны RH цилиндрической перфорированной поверхности укороченных назад загнутых лопаток составляет 10%-30% от радиуса кривизны RB вперед загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток, а радиус окружности RЦН расположения центров кривизны дополнительных укороченных назад загнутых лопаток составляет 109%-115% от радиуса окружности RЦВ расположения центров кривизны назад загнутых основных и дополнительных укороченных лопаток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к радиальным вентиляторам, насосам, компрессорам с загнутыми назад лопатками рабочего колеса. Турбомашина содержит спиральный корпус, установленное в нем рабочее колесо, несущий и покрывной диски, расположенные между ними загнутые назад профильные лопатки (5).

Изобретение относится к вентиляторостроению. Сущность изобретения заключается в следующем.

Предложены способ и покрывающий элемент (50) для защиты рабочего колеса (14) от повреждений. Покрывающий элемент (50) содержит съемную основную часть (50), имеющую первую поверхность (52), вторую поверхность (54), противоположную первой поверхности (52) и выполненную так, что она соответствует передней поверхности (14а) рабочего колеса (14) компрессора (10), и переднюю часть (56), покрывающую всю переднюю часть рабочего колеса (14) компрессора (10), и крепежное приспособление (58, 80, 82, 84, 86), присоединенное к съемной основной части (50) и выполненное с возможностью крепления покрывающего элемента (50) к рабочему колесу (14) компрессора (10).

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к роторам высокоскоростных центробежных компрессоров. Ротор центробежного компрессора содержит вал с установленным на нем рабочим колесом с кольцевой полостью в его ступице, разделяющей ступицу на внутреннее и наружное кольца и ограниченной с одной стороны кольцевой перегородкой, соединяющей внутреннее и наружное кольца и выполненной со стороны входа потока в рабочее колесо.

Изобретение относится к лопастным радиальным турбомашинам, перекачивающим жидкую или газообразную среды. Способ повышения энергии, сообщаемой среде лопастными турбомашинами, включает формирование циркуляционного течения среды вокруг объемных лопаток в межлопаточных каналах рабочего колеса, создающего прирост давления на рабочей поверхности 8 лопаток по отношению к тыльной их поверхности 9.

Использование: в компрессоростроении, в частности в центробежных компрессорах или в рабочих колесах для них. Сущность изобретения: в рабочем колесе центробежного компрессора, включающем основной диск с цельновыфрезированными на нем лопатками и цельновыфрезированными из тела лопаток заклепками; покрывной диск, выполненный с отверстиями под заклепки, с помощью которых покрывной диск закреплен на несущем диске; на внутренней поверхности покрывного диска выполнены выступы, по контурам полностью совпадающие с соответствующими контурами лопаток и образующие между собой пазы, в которых защемлены лопатки, причем средние линии выступов зеркальны средним линиям контуров лопаток несущего диска.

Радиально-вихревая турбомашина содержит спиральный корпус, установленное в нем рабочее колесо с несущим, покрывным дисками и расположенными между ними лопатками.

Изобретение относится к вспомогательной воздушной системе компрессора центробежного или осецентробежного типа, включающего в себя ротор, имеющий ось вращения, при этом компрессор выполнен с возможностью сжатия газа-окислителя.

Способ определения эрозии крыльчатки центробежного турбокомпрессора ступени сжатия турбомашины. Крыльчатка (10) центробежного турбокомпрессора содержит ступицу (12), полотно (14), продолжающееся радиально от ступицы, и множество лопаток (16), установленных на крыльчатке.

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к конструкции рабочих колес. Рабочее колесо центробежного компрессора содержит основной диск с лопатками; закрепленный на торцевых поверхностях лопаток покрывной диск, внутренняя поверхность которого выполнена конической с прямолинейной образующей, и сформованный внутренними поверхностями основного и покрывного дисков межлопаточный канал.

Изобретение относится к конструкциям рабочих колес центробежных компрессоров. Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора включает раскрой слоев материала лопаток, наружные поверхности опорного кольца покрывного диска выполняют эквидистантно аэродинамическим поверхностям газового тракта, аэродинамический профиль лопаток оформляют в пресс-форме, лопатки укладывают в сепаратор пресс-формы и в полостях сепаратора предварительно формируют опорное кольцо и покрывной диск, сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование, при этом в матрице формируют наружные поверхности покрывного диска, в сепараторе формируют внутренние аэродинамические поверхности газового тракта покрывного диска и опорного кольца. Перед окончательным прессованием в пресс-форму устанавливают вал двигателя, на котором намотан соединительный диск из композиционного материала по форме, соответствующей наружной поверхности опорного кольца, уложенного в сепаратор, при этом движение вала вдоль оси ограничено дном пресс-формы, устанавливают пуансон, через который создают расчетное удельное давление, проводят операции по технологическому процессу, после охлаждения пресс-форму разбирают. Задача - создание центробежного колеса компрессора с высокими прочностными характеристиками. 3 ил.

Изобретение относится к области турбинного машиностроения, а именно к способу изготовления рабочих колес центробежного компрессора. Способ изготовления рабочего колеса из композиционного материала, включающий раскрой слоев материала лопаток, прессование их в пресс-форме и прессование колеса. При раскрое слоев материал выходит за пределы контура лопаток со стороны корневого сечения на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину, большую длины дуги покрывного диска между соседними лопатками. Аэродинамический профиль лопаток оформляют в пресс-форме, затем лопатки укладывают в сепаратор пресс-формы и в полостях сепаратора формируют опорное колесо и покрывной диск. Затем на покрывной диск наносят слои из круга с секторами и полосы с зубцами, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование. Изобретение позволяет создать высоконагруженную конструкцию рабочего колеса при значительном снижении массы и повышенной жесткости и прочности покрывного диска. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к способу изготовления рабочих колес центробежного компрессора. Способ изготовления рабочего колеса из композиционного материала, включающий раскрой слоев материала лопаток, прессование их в пресс-форме и прессование колеса. При раскрое слоев материал выходит за пределы контура лопатки со стороны корневого сечения на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения - на длину, большую длины дуги покрывного диска между соседними лопатками. Аэродинамический профиль лопаток оформляют в пресс-форме, затем лопатки укладывают в сепаратор сборочной пресс-формы и в полостях сепаратора предварительно формируют опорное колесо и покрывной диск. Затем на последний наносят композиционные плетеные слои, выполненные по форме покрывного диска, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование. Изобретение позволяет создать высоконагруженную конструкцию рабочего колеса центробежного компрессора при снижении массы и повышенной жесткости и прочности покрывного диска. 11 ил.

Изобретение относится к компрессоростроению. Рабочее колесо, в котором лопатки соединены с опорным кольцом, передним и задним фланцами, хвостовик лопатки защемлен межлопаточным креплением. Способ изготовления рабочего колеса включает раскрой материала лопаток и заготовок для опорного кольца, переднего и заднего фланцев. Раскрой для лопаток осуществляют с обеспечением выхода за пределы контура хвостовика материала по форме поверхности, ограниченной хвостовиками на опорном кольце, переднем и заднем фланцах. При прессовании лопаток материал, выходящий за контур хвостовика, сохраняется в исходном состоянии. Затем в сепаратор пресс-формы укладывают заготовки для оформления переднего фланца и профиля опорного кольца. Далее устанавливают лопатки в полость сепаратора, пропитывают связующим и укладывают материал, выходящий за контур хвостовика. Устанавливают в пресс-форму эластичный пуансон, на него укладывают слои материала межлопаточного крепления и заднего фланца. Задачей изобретения является снижение массы и повышение прочности рабочего колеса. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к области насосостроения. Ротор центробежного нагнетателя состоит из множества рабочих дисков, плотно, без зазоров соединенных между собой торцами. Каждый диск состоит из множества проточных каналов разной длины, равномерно распределенных одним слоем в одной плоскости и максимально возможно заполняющих площадь диска. Каналы обращены своим впускным отверстием к центру диска, а выпускным - к его периферии. Перед впускным отверстием каждого проточного канала имеется его индивидуальная питающая ячейка. Ячейки расположены по всей поверхности торца диска, расходясь концентрическими рядами от его центра к периферии. Одинаковые по длине проточные каналы разных дисков прикреплены друг к другу, а находящиеся перед их впускными отверстиями питающие ячейки точно совмещены, образуя в роторе множество всасывающих полостей, каждая их которых проходит через весь ротор от одного его торца до другого и имеет с одного из торцов ротора открытую горловину. На противоположном торце полость закрыта. От каждой всасывающей полости отходят только те проточные каналы, питающие ячейки которых образуют данную всасывающую полость. Изобретения направлены на повышение КПД за счет максимального использования большого внутреннего объема ротора и возможности залпом забирать рабочую среду с больших площадей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к турбомашинам и может использоваться в рабочих колесах, лопаточных диффузорах и обратно-направляющих аппаратах центробежных компрессоров, нагнетателей, вентиляторов и насосов. Рекомендуемый оптимальный угол наклона наклонных кромок определяется путем численного решения трансцендентного уравнения, в которое, помимо искомого угла наклона наклонных кромок, входят шесть известных главных геометричеких параметров лопаточной решетки. Уменьшение градиента параметров рабочей среды по ширине решетки на выходе из нее достигается благодаря равенству густот лопаточной решетки на обеих ограничивающих поверхностях и во всех струйках тока рабочей среды. Изобретение позволяет уменьшить градиент параметров рабочей среды по ширине решетки на выходе из нее за счет оптимизации угла наклона кромок, не параллельных оси решетки. 9 ил.

Изобретение относится к области центробежных компрессоров и конкретнее к крыльчатке центробежного компрессора, причем эта крыльчатка имеет диск и лопатки, прикрепленные к диску на передней поверхности диска. Точка пересечения заднего края и хвоста лопатки дополнительно смещена на по меньшей мере половину толщины диска вперед по сравнению с хвостом лопатки на промежуточном диаметре Di крыльчатки, а точка пересечения заднего края и кромки лопатки также дополнительно смещена вперед по сравнению с кромкой лопатки на промежуточном диаметре Di крыльчатки. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх