RU2067694C1

RU2067694C1 - Working wheel of centrifugal fan

Info

Publication number: RU2067694C1
Application number: RU92010546A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Гончаров; В.Н. Макаров; В.И. Ковалевская
Original assignee: Научно-исследовательское, испытательное и проектное предприятие вентиляторостроения "Турмаш"
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1996-10-10

Abstract

FIELD: fan engineering. SUBSTANCE: working wheel has load-carrying and covering disks. Blades that are bent to the back are interposed between the disks. Each outlet part of the blade is provided with the longitudinal projection having curved working surface. Additional projections are made on the load-carrying disk from the back side of the blade. Each of the projections is shifted with respect tot the end edge of the blade along the chord and perpendicular to it by a value of 0.007-0.02 of the outer diameter of the wheel. The end face of the longitudinal projection of the blade can be concave over a cylindrical surface the generatrix of which is in a contact with the working surface of the additional projection. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области вентиляторостроения, а именно к центробежным вентиляторам с загнутыми назад лопатками рабочего колеса. The proposed technical solution relates to the field of fan engineering, namely to centrifugal fans with backward-curved impeller blades.

Известно рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее несущий, покрывной диски и загнутые назад лопатки (см. например Т.С. Соломахова, К.В. Чебышева. Центробежные вентиляторы. М. Машиностроение, 1980, с. 96-107). Такое выполнение колеса позволяет достичь больших значений КПД за счет снижения потерь энергии на вихреобразование в межлопаточных каналах, т.е. больших значений гидравлической мощности на единицу потребляемой мощности. Вместе с тем указанное рабочее колесо имеет сравнительно низкую аэродинамическую нагруженность из-за малых значений коэффициента давления. Known impeller of a centrifugal fan, containing the bearing, cover discs and backward curved blades (see, for example, TS Solomakhova, KV Chebysheva. Centrifugal fans. M. Mechanical Engineering, 1980, pp. 96-107). This embodiment of the wheel allows to achieve large values of efficiency by reducing energy losses due to vortex formation in the interscapular channels, i.e. high values of hydraulic power per unit of power consumption. However, the impeller has a relatively low aerodynamic loading due to the low pressure coefficient.

Наиболее близким к заявляемому устройству является рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее несущий и покрывной диски и установленные между ними загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет размещенный на ее выходной части со стороны рабочей поверхности продольный выступ с криволинейной рабочей поверхностью (см. а.с. N 1178956, М.кл. F 04 D 29/28). Данное рабочее колесо устраняет недостаток ранее описанной конструкции, т.е. повышает аэродинамическую нагруженность за счет роста давления и подачи вентилятора. Однако указанное расположение продольного выступа вызывает такое изменение характера течения потока, которое способствует повышению давления только на рабочей поверхности лопатки, не изменяя практически структуру течения и, следовательно, циркуляционные силы на тыльной поверхности. Это приводит к недостаточному повышению давления, развиваемого рабочим колесом и как результат, к недостаточному повышению аэродинамической нагруженности вентилятора. Указанные недостатки устраняются предлагаемым техническим решением. Closest to the claimed device is the impeller of a centrifugal fan, containing the carrier and cover disks and mounted between them backward curved blades, each of which has a longitudinal protrusion located on its output part from the side of the working surface with a curved working surface (see.with. N 1178956, M.C. F 04 D 29/28). This impeller eliminates the disadvantage of the previously described design, i.e. increases aerodynamic loading due to increased pressure and fan flow. However, the specified location of the longitudinal protrusion causes such a change in the nature of the flow flow, which contributes to an increase in pressure only on the working surface of the blade, without practically changing the flow structure and, therefore, the circulation forces on the back surface. This leads to an insufficient increase in the pressure developed by the impeller and, as a result, to an insufficient increase in the aerodynamic loading of the fan. These shortcomings are eliminated by the proposed technical solution.

Целью предполагаемого изобретения является повышение аэродинамической нагруженности вентилятора за счет увеличения циркуляционных сил, действующих на поток при обтекании лопаток рабочего колеса. The aim of the proposed invention is to increase the aerodynamic loading of the fan by increasing the circulation forces acting on the flow around the impeller blades.

Указанная цель достигается тем, что в рабочем колесе центробежного вентилятора, содержащем несущий и покрывной диски и размещенные между ними загнутые назад лопатки, каждая из которых имеет размещенный на рабочей поверхности в области выходной части продольный выступ с криволинейной рабочей поверхностью, имеются дополнительные выступы, расположенные на несущем диске со стороны тыльных поверхностей лопаток, каждый из которых смещен относительно концевой кромки лопатки по хорде и перпендикулярно к ней на величину 0,007-0,02 от наружного диаметра рабочего колеса для усиления положительного эффекта. This goal is achieved by the fact that in the impeller of the centrifugal fan, containing the carrier and the cover discs and the vanes located between them, each of which has a longitudinal protrusion with a curved working surface located on the working surface in the area of the output part, there are additional protrusions located on the bearing disk from the back surfaces of the blades, each of which is offset relative to the end edge of the blade along the chord and perpendicular to it by a value of 0.007-0.02 from the outer di meter impeller to enhance the positive effects.

Расположение дополнительного выступа со стороны тыльной поверхности лопатки с зазором способствует увеличению скорости потока, обтекающего эту поверхность за счет разрежения, создаваемого выступом, на входе в указанный зазор. Выступ в сочетании с тыльной поверхностью лопатки выполняет функцию компрессорной лопатки. Увеличение скорости потока на тыльной поверхности лопатки приводит к росту циркуляции вокруг нее, возникновению дополнительной циркуляционной силы, способствующей большему повороту вектора скорости потока на выходе из рабочего колеса в направлении его вращения, и, как результат, увеличению развиваемого им давления, росту аэродинамической нагруженности вентилятора. The location of the additional protrusion from the back surface of the blade with a gap contributes to an increase in the flow rate flowing around this surface due to the vacuum created by the protrusion at the entrance to the specified gap. The protrusion in combination with the back surface of the scapula serves as a compressor scapula. An increase in the flow velocity on the back surface of the blade leads to an increase in circulation around it, the emergence of an additional circulating force, which contributes to a greater rotation of the flow velocity vector at the exit of the impeller in the direction of its rotation, and, as a result, an increase in the pressure developed by it, and an increase in the aerodynamic load of the fan.

Кроме того, выполненный вогнутым по цилиндрической поверхности торец продольного выступа на рабочей поверхности лопатки является вихрепреобразователем, т.е. формирует при движении потока по зазору между тыльным выступом и лопаткой регулярный вихрь, вращение которого совпадает по направлению с вращением рабочего колеса, что способствует дополнительному увеличению циркуляционных сил и, следовательно, аэродинамической нагруженности вентилятора. Интенсивность вихря достигает наибольшей величины при соприкосновении направляющей цилиндрической поверхности и криволинейной поверхности выступа. In addition, the end face of the longitudinal protrusion made concave along the cylindrical surface on the working surface of the blade is a vortex transducer, i.e. when the flow moves along the gap between the rear protrusion and the scapula, a regular vortex, the rotation of which coincides in the direction with the rotation of the impeller, which contributes to an additional increase in circulation forces and, therefore, aerodynamic loading of the fan. The vortex intensity reaches its maximum value when the contact of the guide cylindrical surface and the curved surface of the protrusion.

Предложенное устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез рабочего колеса; на фиг. 2 лопатка с продольными выступами. The proposed device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a cross section of the impeller; in FIG. 2 blade with longitudinal protrusions.

Рабочее колесо центробежного вентилятора содержит несущий 1 и покрывной 2 диски, между которыми установлены загнутые назад лопатки 3, в области выходной части которых на рабочей поверхности размещен продольный выступ 4 с криволинейной рабочей 5 поверхностью. Со стороны тыльной 6 поверхности лопатки 3 со смещением относительно ее концевой кромки 7 по направлению хорды 8 и перпендикулярно к ней на расстоянии, равном а 0,007-0,02 от наружного диаметра рабочего колеса, расположен дополнительный выступ 9 с криволинейной рабочей поверхностью 10. The impeller of a centrifugal fan contains a carrier 1 and a cover 2 disks, between which are mounted backward curved blades 3, in the area of the output part of which on the working surface there is a longitudinal protrusion 4 with a curved working surface 5. On the back side 6 of the surface of the blade 3 with an offset relative to its end edge 7 in the direction of the chord 8 and perpendicular to it at a distance equal to and 0.007-0.02 from the outer diameter of the impeller, there is an additional protrusion 9 with a curved working surface 10.

Вместе с тем торец 11 продольного выступа 4 выполнен вогнутым по цилиндрической поверхности, направляющая 12 которой касается криволинейной рабочей поверхности 10 выступа 9. However, the end face 11 of the longitudinal protrusion 4 is made concave along a cylindrical surface, the guide 12 of which touches the curved working surface 10 of the protrusion 9.

При вращении рабочего колеса центробежного вентилятора его лопатки 3, воздействуя на поток, движущийся по каналам, образованным несущим 1, покрывным 2 дисками и лопатками 3, сообщают ему энергию, величина которой определяется возникающими при этом взаимодействии кориолисовой и циркуляционной силами. Кориолисовая и циркуляционная силы создают перепад давления между рабочей 5 и тыльной 6 поверхностями лопатки 3, который и определяет давление, развиваемое рабочим колесом. С другой стороны, давление определяется углом выхода потока с лопаток 3 рабочего колеса. When the impeller of the centrifugal fan rotates, its blades 3, acting on the flow moving through the channels formed by the carrier 1, covering 2 disks and blades 3, give it energy, the value of which is determined by the Coriolis and circulation forces arising from this interaction. Coriolis and circulation forces create a pressure differential between the working 5 and the back 6 surfaces of the blade 3, which determines the pressure developed by the impeller. On the other hand, the pressure is determined by the angle of exit of the flow from the blades 3 of the impeller.

При движении потока по криволинейной рабочей поверхности 5 продольного выступа 4 происходит поворот части потока, примыкающей к рабочей 5 поверхности лопатки 3, в направлении вращения рабочего колеса, т.е. происходит некоторое увеличение угла выхода потока и, следовательно, давления, развиваемого рабочим колесом. Двигаясь по криволинейной рабочей поверхности 10 в зазоре, образованном дополнительным выступом 9 и тыльной 6 поверхностью лопатки 3, часть потока, примыкающая к тыльной поверхности лопатки 3, поворачивается в направлении вращения рабочего колеса, что существенно увеличивает действующую на него циркуляционную силу благодаря росту циркуляции, возникающей вокруг лопатки 3 с выступом 4. Рост циркуляции обусловлен увеличением скорости потока, обтекающего тыльную 6 поверхность лопатки 3, вследствие воздействия на него дополнительного выступа 9, образующего с тыльной 6 поверхностью лопатки 3 канал, схожий по своему воздействию на поток с межлопаточным каналом компрессора. Кинематически это проявляется в увеличении угла выхода с лопаток 3 части потока, примыкающего к тыльной поверхности 6. Указанное приводит к увеличению результирующего осредненного угла выхода потока и, как результат, к увеличению давления, развиваемого рабочим колесом, т.е. увеличивает аэродинамическую нагруженность вентилятора. When the flow moves along a curved working surface 5 of the longitudinal protrusion 4, a part of the flow adjacent to the working 5 surface of the blade 3 rotates in the direction of rotation of the impeller, i.e. there is a slight increase in the exit angle of the flow and, consequently, the pressure developed by the impeller. Moving along a curved working surface 10 in the gap formed by an additional protrusion 9 and the back 6 of the surface of the blade 3, the part of the stream adjacent to the back surface of the blade 3 is rotated in the direction of rotation of the impeller, which significantly increases the circulating force acting on it due to the increase in circulation arising around the blades 3 with the protrusion 4. The increase in circulation is due to an increase in the flow rate flowing around the back 6 of the surface of the blades 3, due to the impact of an additional protrusion 9 forming a channel 3 with the rear surface of the blade 6, which is similar in its effect to the flow with the compressor interscapular channel. Kinematically, this is manifested in an increase in the angle of exit from the blades 3 of the stream adjacent to the back surface 6. This leads to an increase in the resulting averaged angle of exit of the stream and, as a result, to an increase in the pressure developed by the impeller, i.e. increases aerodynamic loading of the fan.

Экспериментальным путем установлено, что положительный эффект увеличения давления, развиваемого рабочим колесом, достигается при смещении дополнительного выступа 9 относительно концевой кромки 7 лопатки 3 на расстояние, равное а 0,007-0,02 от наружного диаметра рабочего колеса, по хорде 8 и перпендикулярно к ней. При величине а 0,007 импульс потока, проходящего через зазор между криволинейной поверхностью 10 дополнительного выступа 9 и тыльной поверхностью лопатки 3, недостаточен, чтобы существенно влиять на величину осредненного угла выхода потока. В случае если а 0,02, происходит резкое увеличение потерь давления на вихреобразование в зоне тыльной поверхности выступов 9, 4 в результате значительного загромождения межлопаточного канала при смещении дополнительного выступа 9 перпендикулярно хорде 8 и по причине роста угла отставания потока, при смещении дополнительного выступа 9 в направлении хорды 8. It was established experimentally that the positive effect of increasing the pressure developed by the impeller is achieved by displacing the additional protrusion 9 relative to the end edge 7 of the blade 3 by a distance equal to a 0.007-0.02 from the outer diameter of the impeller along the chord 8 and perpendicular to it. With a value of 0.007, the impulse of the flow passing through the gap between the curved surface 10 of the additional protrusion 9 and the back surface of the blade 3 is insufficient to significantly affect the value of the averaged angle of exit of the flow. If a is 0.02, there is a sharp increase in pressure losses due to vortex formation in the area of the back surface of the protrusions 9, 4 as a result of a significant clutter of the interscapular canal when the additional protrusion 9 is displaced perpendicular to the chord 8 and due to the growth of the lag angle, when the additional protrusion 9 in the direction of the chord 8.

Росту циркуляции вокруг лопатки 3 способствует возникающий в вогнутой цилиндрической поверхности 11 продольного выступа 4 регулярный вихрь, направление вращения которого совпадает с вращением рабочего колеса 3. Увеличение циркуляционных сил, действующих на поток, приводит к росту сообщаемой ему энергии, т.е. его давления, способствуя увеличению аэродинамической нагруженности вентилятора. A regular vortex arising in the concave cylindrical surface 11 of the longitudinal protrusion 4 contributes to the growth of circulation around the blade 3, the rotation direction of which coincides with the rotation of the impeller 3. An increase in the circulation forces acting on the flow leads to an increase in the energy communicated to it, i.e. its pressure, contributing to an increase in the aerodynamic load of the fan.

Таким образом, за счет увеличения скорости потока на тыльной поверхности лопатки достигается более эффективный поворот его в направлении вращения рабочего колеса, что в конечном счете повышает аэродинамическую нагруженность вентилятора. Thus, by increasing the flow velocity on the back surface of the blade, a more effective rotation is achieved in the direction of rotation of the impeller, which ultimately increases the aerodynamic loading of the fan.

Наибольшая интенсивность вихря достигается при тангенциальном подводе потока в зазоре, т.е. при наличии общей касательной и направляющей 12, цилиндрической поверхности 11 и криволинейной поверхности 10. The highest vortex intensity is achieved with a tangential flow inlet in the gap, i.e. in the presence of a common tangent and guide 12, a cylindrical surface 11 and a curved surface 10.

Claims

1. The impeller of a centrifugal fan, containing the carrier and cover disks and placed between them backward curved blades, each of which has a longitudinal protrusion with a curved working surface located on the working surface in the area of the output part, characterized in that on the carrier disk from the back surfaces additional projections are fixed to the blades, each of which is offset relative to the end edge of the blade along the chord and perpendicular to it by an amount of 0.007 - 0.02 of the outer diameter of the wheel.

2. The wheel according to claim 1, characterized in that each additional protrusion has a curved working surface, while the end of each longitudinal protrusion is made concave along a cylindrical surface, the guide of which is in contact with the working surface of the additional protrusion.