Радиальное лопастное колесо

Изобретение относится к радиальному лопастному колесу, содержащему первую концевую пластину 1 и вторую концевую пластину и расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга лопасти 3. Первая концевая пластина 1 имеет отверстие, которое обеспечивает возможность притока к радиальному лопастному колесу. Лопасти 3 расположены между первой и второй концевыми пластинами. Для достижения оптимальной эффективности радиальное лопастное колесо содержит внутреннюю и внешнюю части с лопастями 3, в которых искривление R1 и R2 лопастей 3 сформировано так, чтобы доставлять энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса. Искривление лопастей 3 на внешней части сформировано таким образом, что U·Cu=constant, где U - окружная скорость, Сu - абсолютная скорость частицы вдоль лопасти 3, спроецированная на направление окружной скорости U. Изобретение направлено на повышение производительности. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к радиальному лопастному колесу и, в частности, к формообразованию внешней части радиального лопастного колеса.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Является общеизвестным образование радиального лопастного колеса с концевыми пластинами, имеющими внешний диаметр, который больше, чем внешний диаметр лопастей. Это означает, что концевые пластины выступают дальше, чем лопасти, от оси вращения радиального лопастного колеса, посредством чего образуется внешнее пространство, которое не содержит лопасти. В этом решении лопасти образуются таким образом, что когда вращается радиальное лопастное колесо, лопасти доставляют, по всей их длине, энергию движения к частицам, переносящимся вдоль лопастей.

Внешнее пространство без лопастей образует вращающийся диффузор. Расстояние между концевыми пластинами может увеличиваться в пространстве диффузора в направлении от оси вращения. Это способствует снижению скорости притока, посредством чего увеличивается скорость оттока с радиального лопастного колеса.

Недостаток вышеупомянутого радиального лопастного колеса заключается в том, что производительность лопастного колеса не является оптимальной.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в том, чтобы обеспечить радиальное лопастное колесо нового типа, производительность которого лучше, чем в общеизвестных решениях. Это достигается с помощью решения по пункту 1 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением искривленность лопастей образована таким образом, что внутренняя часть с лопастями содержит лопасти, искривленность которых доставляет энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса, тогда как внешняя часть с лопастями содержит лопасти, искривленность которых не доставляет энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса. Таким образом, внешняя часть образует обратную часть с лопастями, которая способствует улучшению производительности радиального лопастного колеса.

В предпочтительном варианте осуществления в соответствии с изобретением расстояние между концевыми пластинами увеличивается, по меньшей мере, в части внешней части с лопастями. Таким образом, низкая скорость оттока достигается с радиального лопастного колеса, которая дает в результате более высокую эффективность, при этом радиальное лопастное колесо является более подходящим для установки в устройства. Расстояние между концевыми пластинами может быть увеличено с помощью искривления или отгибания одной концевой пластины или, в качестве альтернативы, обоих концевых пластин, на угол по отношению друг к другу. Вследствие того, что лопасти на внешней части, изгиб или угол могут быть больше, чем в общеизвестных решениях без ослабления взаимодействия притока с концевыми пластинами, благодаря изгибу или углу.

Предпочтительные варианты осуществления радиального лопастного колеса описываются в зависимых пунктах формулы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение будет описываться в качестве примеров и со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых:

- на фиг.1 показано формообразование лопастей радиального лопастного колеса в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

- на фиг.2 показаны более подробно углы лопастей радиального лопастного колеса на фиг.1;

- на фиг.3 показана диаграмма, обозначающая соотношение угла лопасти к диаметру радиального лопастного колеса на фиг.1 и 2;

- фиг.4 представляет собой поперечное сечение радиального лопастного колеса в соответствии с фиг.1;

- фиг.5 представляет собой поперечное сечение радиального лопастного колеса в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

- фиг.6 представляет собой поперечное сечение радиального лопастного колеса в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДНОГО ВАРИНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 показано формообразование радиального лопастного колеса в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг.1 показаны первая концевая пластина 1 и лопасти 3, присоединенные к ней. Вторая концевая пластина не была включена для того, чтобы форма лопасти стала очевидной из фигуры. Когда радиальное лопастное колесо находится в работе, оно вращается вокруг оси 8 вращения в направлении стрелки 5, посредством чего приток осуществляется через отверстие 6 в первой концевой пластине 1, при этом отток осуществляется через отверстия, разделенные внешними краями 7 лопастей 3 и первой, и второй концевой пластиной.

На фиг.2 показан более подробно угол лопасти радиального лопастного колеса на фиг.1, на фиг.3 показана диаграмма, обозначающая соотношение угла лопасти к диаметру радиального лопастного колеса на фиг.1 и 2.

Радиальное лопастное колесо разделяется на внутреннюю часть и на внешнюю часть, посредством чего переход внутренней и внешней части имеет место в точке диаметра D3. Лопасти внутренней части сформированы так, чтобы доставлять энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса. Таким образом, формообразование, аналогичное этому, общеизвестных радиальных лопастных колес может использоваться для внутренней части. В примере фигур это было достигнуто с помощью угла лопасти, который увеличивается вместе с расстоянием от оси 8 вращения радиального лопастного колеса. Как становится наиболее очевидным из фиг.3, угол лопасти увеличивается, начиная от угла β1 входа на диаметре D1 внутренней части до тех пор, пока наибольший угол β3 лопасти не достигнет диаметра D3. Как становится очевидным из фигур, угол лопасти, на заданной точке, означает угол, образованный между касательной к искривлению лопасти и касательной к окружности, воображаемой в точку, когда центр окружности находится на оси вращения радиального лопастного колеса.

На внешней части после диаметра D3 искривление лопастей образуется так, чтобы не доставлять энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса. Следовательно, на внешней части, где имеет место обратное давление, энергия не добавляется. Это означает, что воздушные частицы, перенесенные из одной точки лопасти на другую, не получают энергию от лопасти. Такая внешняя поверхность, где лопасть оказывается неэффективной, получается, когда

U·Cu=constant,

где U представляет собой окружную скорость; Cu представляет собой абсолютную скорость частицы, спроецированную на направление окружной скорости.

В примере, показанном на фиг.1-3, лопасти 3 внешней части выполнены с искривлением, в котором угол лопасти увеличивается вместе с расстоянием от оси 8 вращения радиального лопастного колеса. Становится наиболее очевидным из фиг.3, что угол лопасти уменьшается от угла β3 на диаметре D3 до тех пор, пока угол β2 не достигнет диаметра D2, где находится внешний край 7 лопастей. Окончательный угол β2 выхода зависит от того, насколько большая часть, радиально видимая, задается для внешней части с лопастями.

На практике является возможным образовать лопасти радиального лопастного колеса таким образом, что лопасти 3 были образованы с искривлением, в соответствии с первым радиусом R1, на внутренней части и, в соответствии со вторым радиусом R2, на внешней части.

Эксперименты, выполненные на практике с радиальным лопастным колесом в соответствии с фиг.1-3, показали, что хорошая производительность достигается с таким соотношением внутренней части к внешней части, при котором внешний диаметр D2 внешний части на 10-20% больше, чем диаметр D3, где внутренняя часть переходит во внешнюю часть. Когда внешний диаметр D2 на 14% больше (D2=1,14·D3), кривая изменения давления, приблизительно, на 30% больше чем в общеизвестных радиальных лопастных колесах.

Фиг.4 представляет собой поперечное сечение радиального лопастного колеса в соответствии с фиг.1. На фигуре показана только верхняя половина радиального лопастного колеса. На фиг.2 показаны первая и вторая концевые пластины 1 и 2, расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга, при этом первая концевая пластина 1 имеет отверстие 6, обеспечивающее возможность притока к радиальному лопастному колесу. Как обозначено стрелками, протекание проходит радиально по направлению вверх к внешним краям 7 лопастей 3, которые вместе с первой и второй концевой пластиной 1 и 2 разграничивают отверстия, обеспечивая возможность оттока с радиального лопастного колеса. Вторая концевая пластина 2, предпочтительно, содержит крепежное приспособление, расположенное рядом с центром, для крепления радиального лопастного колеса к исполнительному механизму, например мотору, посредством которого радиальное лопастное колесо может вращаться вокруг оси 8 вращения.

Как становится очевидным из фиг.4, внешние части концевых пластин 1 и 2 (самые верхние на фиг.4) являются параллельными, посредством чего расстояние между ними остается постоянным. Концевые пластины, в этом примере, заданы размерами таким образом, что они не выступают, радиально видно, наружу внешних краев 7 лопастей 3. Вследствие такого формообразования радиальное лопастное колесо нуждается в самом отдаленном от центра внешнем безлопастном пространстве, использующемся в качестве диффузора, в общеизвестных радиальных лопастных колесах. Следовательно, внешний диаметр радиального лопастного колеса остается оптимально небольшим по отношению к достигнутой производительности.

В соответствии с изобретением является практически осуществимым, чтобы первая концевая пластина 1 и/или вторая концевая пластина 2 выступали(ала) незначительно дальше внешнего края 7 лопасти 3. Таким образом, на самой отдаленной от центра внешней части концевой пластины/пластин образована граница (прямая, искривленная или изогнутая), при которой конструкция может быть выполнена достаточно жесткой. В таком случае почти всегда является достаточным, чтобы внешний диаметр концевых пластин был на 1-2,5% больше, чем внешний диаметр D2 лопастей, который оказывает крайне небольшое воздействие на работу и результат.

Как видно из фиг.4, точка А, где первая концевая пластина 1 пересекается с внешним краем 7 лопасти 3, расположена значительно дальше от оси 8 вращения радиального лопастного колеса, чем точка В, где вторая концевая пластина 2 пересекается с внешним краем 7 лопасти 3. При таком решении является возможным воздействовать на давление, преобладающее на внешнем крае лопасти. Когда расстояние по радиусу от оси вращения до внешнего края лопасти не является постоянным, давление, преобладающее на разных частях внешнего края, может быть выровнено требуемым образом. Однако, в соответствии с изобретением, это не является необходимым во всех вариантах осуществления. Взамен формообразованию внешнего края 7 с уступами (как на фиг.4) внешний край может быть выполнен прямым, либо таким образом, что он является параллельным оси 8 вращения (то есть точка А и точка В расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения), либо таким образом, что внешний край является прямым, но скошенным (без уступа), в таком случае точки А и В расположены на разных расстояниях от оси вращения, как на фиг.4. Альтернативные решения, подобные этому, также являются применимыми к вариантам осуществления, показанным на фиг.5 и 6.

Радиальное лопастное колесо, в соответствии с изобретением, также является подходящим для использования в кожухе вентилятора (статического диффузора), который предназначен для преобразования динамического давления в статическое давление. Однако, во взаимосвязи с общеизвестными радиальными лопастными колесами, это не является осуществимым с достаточно высокой эффективностью. Вследствие того факта, что радиальное лопастное колесо, в соответствии с изобретением, воспринимает большую часть общего давления, эффективность возрастает по сравнению с традиционным лопастным колесом, установленным в корпус.

Фиг.5 представляет собой поперечное сечение радиального лопастного колеса в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг.5 показана только верхняя половина радиального лопастного колеса. Вариант осуществления, показанный на фиг.5, соответствует, главным образом, варианту осуществления в соответствии с фиг.4, на основании которого вариант осуществления в соответствии с фиг.5 описывается в дальнейшем, показывая различия этих вариантов осуществлений.

На фиг.5 радиальное лопастное колесо имеет такую форму, что расстояние между концевыми пластинами увеличивается вместе с расстоянием от оси вращения радиального лопастного колеса, по меньшей мере, в части внешней части с лопастями. Такое увеличение расстояния необязательно должно происходить на всей внешней части, а расстояние может начать возрастать только в самой отдаленной от центра части внешней части. В качестве альтернативы расстояние может начать возрастать еще во внутренней части.

В варианте осуществления в соответствии с фиг.5 увеличение расстояния между концевыми пластинами 1' и 2 было достигнуто таким образом, что первая концевая пластина была отогнута наружу на угол α по отношению к линии 9, которая перпендикулярно пересекается с осью 8 вращения радиального лопастного колеса. Таким образом, достигается низкая скорость оттока с радиального лопастного колеса, которая дает в результате более высокую эффективность, при этом радиальное лопастное колесо является более подходящим для установки в устройства.

D0, показанная на фиг.5, представляет собой диаметр отверстия первой концевой пластины 1'. На практике было доказано предпочтительное расположение начальной точки изгиба наружу первой концевой пластины на диаметре D4, который, по меньшей мере, приблизительно, на 20% больше, чем D0 (D4>1,2·D0). Вследствие того, что внешняя часть выполняется с лопастями 3, угол α может быть больше, чем в общеизвестных решениях, при этом без ослабления взаимодействия притока с концевой пластиной 1' на изгибе концевой пластины 1'. На практике этот угол α может быть от 0 до 40°, в зависимости от размеров радиального лопастного колеса. Оказалось, что решение, при котором расстояние между концевыми пластинами начинает возрастать на диаметре, на котором начинается внешняя часть с лопастями, работает. Это достигается, например, когда D4=D3. В соответствии с изобретением, однако, является возможным, чтобы расстояние между концевыми пластинами начинало возрастать на диаметре D4, который больше или меньше, чем диаметр D3, на котором начинается внешняя часть с лопастями.

Вместо первой концевой пластины 1', имеющей внешнюю часть, которая является прямой, но отогнутой на угол, как на фиг.5, эта часть может быть искривлена от второй концевой пластины 2.

Фиг.6 представляет собой поперечное сечение радиального лопастного колеса в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг.6 показана только верхняя половина радиального лопастного колеса. Вариант осуществления, показанный на фиг.6, соответствует, главным образом, варианту осуществления в соответствии с фиг.4, на основании которого вариант осуществления в соответствии с фиг.5 описывается в дальнейшем, показывая различия этих вариантов осуществлений.

Радиальное лопастное колесо, показанное на фиг.6, имеет первую концевую пластину 1', образованную в соответствии с описанием, данным во взаимосвязи с фиг.5. Несмотря на вариант осуществления на фиг.5, также образована вторая концевая пластина 2' на фиг.6 таким образом, что ее внешняя часть отогнута наружу на угол β по отношению к линии 10, которая перпендикулярно пересекается с осью 8 вращения радиального лопастного колеса. Так как обе концевые пластины отогнуты или искривлены друг от друга, расстояние между концевыми пластинами возрастает быстрее в направлении от оси 8 вращения.

Начальная точка, где начинается изгиб второй концевой пластины 2', может быть на диаметре D4, на котором начинается изгиб наружу первой концевой пластины. В качестве альтернативы изгиб наружу второй концевой пластины может начинаться на диаметре, который больше или меньше, чем диаметр D4, где начинается изгиб наружу первой концевой пластины 1'.

Вследствие того что внешняя часть выполняется с лопастями, угол β может быть выполнен больше, чем в общеизвестных решениях, без ослабления взаимодействия притока со второй концевой пластиной 2' на изгибе. На практике этот угол β может быть от 0 до 40° в зависимости от размеров радиального лопастного колеса.

Вместо второй концевой пластины 2', имеющей внешнюю часть, которая является прямой, но отогнутой на угол, как на фиг.6, этот конец может быть искривлен от первой концевой пластины 1'.

Фигуры и связанное описание предназначены только для того, чтобы показать изобретение в качестве примеров, кроме того, не ограничивая объем изобретения. Для специалиста в данной области станет очевидным, что объем изобретения может включать в себя изменения по отношению к этим примерам.

1. Радиальное лопастное колесо, содержащее:
первую и вторую концевые пластины (1, 1', 2, 2'), расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга, при этом первая концевая пластина (1, 1') имеет отверстие (6), которое обеспечивает возможность притока к радиальному лопастному колесу, и
лопасти (3), расположенные между первой и второй концевой пластиной (1, 1', 2, 2') и соединенные с первой и второй концевой пластиной, посредством чего внешние края (7) лопастей, а также первая и вторая концевая пластина (1, 1', 2, 2') разграничивают отверстия, обеспечивающие возможность оттока с радиального лопастного колеса, отличающееся тем, что радиальное лопастное колесо содержит:
внутреннюю часть с лопастями, в которой искривление (R1) лопастей (3) сформировано так, чтобы доставлять энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса, и
внешнюю часть с лопастями, в которой искривление (R2) лопастей (3) сформировано так, чтобы доставлять энергию движения к переносящимся частицам во время вращения радиального лопастного колеса, при этом искривление лопастей (3) на внешней части с лопастями сформировано таким образом, что U·Cu=constant, где U представляет собой окружную скорость, и ω представляет собой абсолютную скорость частицы вдоль лопасти, спроецированную на направление окружной скорости.

2. Радиальное лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что
искривление лопастей (3) на внутренней части сформировано таким образом, что угол лопасти увеличивается вместе с возрастанием расстояния от оси (8) вращения радиального лопастного колеса, и
искривление лопастей (3) на внешней части сформировано таким образом, что угол лопасти уменьшается вместе с возрастанием расстояния от оси (8) вращения радиального лопастного колеса.

3. Радиальное лопастное колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что диаметр, на котором внутренняя часть переходит во внешнюю часть, представляет собой D3, и внешний диаметр D2 внешней части с лопастями приблизительно на 10-20% больше, чем D3.

4. Радиальное лопастное колесо по п.3, отличающееся тем, что внешний диаметр D2 внешней части с лопастями на 14% больше, чем D3.

5. Радиальное лопастное колесо по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что расстояние между концевыми пластинами (1', 2') возрастает, по меньшей мере, на части внешней части с лопастями вместе с возрастанием расстояния от оси (8) вращения радиального лопастного колеса.

6. Радиальное лопастное колесо по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что диаметр отверстия (6) первой концевой пластины представляет собой D0 и тем, что первая концевая пластина (1') отгибается от второй концевой пластины (2, 2'), начиная от диаметра D4, который, по меньшей мере, приблизительно на 20% больше, чем D0.

7. Радиальное лопастное колесо по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что угол (α) между внешней частью первой концевой пластины (1') и линией (9), перпендикулярно пересекающейся с осью (8) вращения радиального лопастного колеса, представляет собой угол от 0° до 40°.

8. Радиальное лопастное колесо по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что угол (β) между внешней частью второй концевой пластины (2') и линией (10), перпендикулярно пересекающейся с осью (8) вращения радиального лопастного колеса, представляет собой угол от 0° до 45°.

9. Радиальное лопастное колесо по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что наибольший внешний диаметр, по меньшей мере, первой и второй концевой пластины (1, 2, 1', 2') является таким, что он, по существу, соответствует внешнему диаметру (D2) внешней части с лопастями.

10. Радиальное лопастное колесо по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что внешний край (7) лопастей (3) соединяется с первой концевой пластиной (1, 1') на таком расстоянии от оси (8) вращения радиального лопастного колеса, которое больше расстояния от оси (8) вращения радиального лопастного колеса, на котором внешний край (7) лопастей соединяется со второй концевой пластиной (2, 2').