Результат интеллектуальной деятельности: РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Изобретение относится к основному узлу центробежных вентиляторов, применяемых для вентиляции промышленных и жилых помещений, а также для обслуживания разнообразных технологических процессов, связанных с выделением горячих газов, дыма и вредных примесей.

Известно рабочее колесо центробежного вентилятора, состоящее из ступицы, основного и покрывного плоских дисков, рабочих лопаток, при этом ступица имеет форму ступенчатой втулки. См. описание к авторскому свидетельству №1021821, опубликованное 07.06.83, бюл. №21. В случае перемещения горячих газов с применением данного рабочего колеса происходит передача тепла от теплонагруженного элемента конструкции - ступицы рабочего колеса по валу к двигателю. В результате происходит перегрев смазки в подшипниковой опоре вала, что приводит к быстрому износу и разрушению подшипников. Поэтому необходима система охлаждения подшипников таких вентиляционных установок.

Известно принятое за прототип рабочее колесо центробежного вентилятора, состоящее из ступицы, основного и покрывного плоских дисков, рабочих лопаток, при этом ступица имеет форму конической втулки. См. описание к патенту №2059888, опубликованное 10.05.96, бюл. №13. При такой конструкции ступицы несколько улучшаются аэродинамические характеристики центробежного вентилятора. Но сама конструкция центробежного вентилятора имеет дополнительную и сложную конструкцию в виде патрубка с коленами и поворотными створками для охлаждения деталей рабочего колеса, что усложняет и снижает надежность таких вентиляторов.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение площади теплопередачи от ступицы рабочего колеса на вал двигателя центробежного вентилятора и создание потока воздуха, который охлаждает переднюю крышку электродвигателя и ступицу.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении термостойкости, надежности работы, упрощение конструкции и снижении стоимости использования центробежных вентиляторов.

Это достигается тем, что рабочее колесо центробежного вентилятора, состоящее из ступицы, основного и покрывного плоских дисков, рабочих лопаток, имеет ступицу с цилиндрическим выступом со стороны установки основного диска и имеет сквозные отверстия, расположенные вокруг оси вращения рабочего колеса, при этом оси сквозных отверстий расположены параллельно оси вращения рабочего колеса, а количество их и диаметр выбираются из условия, что суммарная площадь этих отверстий равна 0,1÷3,0% от площади входного отверстия центробежного вентилятора и оси этих сквозных отверстий расположены по окружности диаметром, равным D_ст+2,5d±10%, при этом расстояние между двумя рядом расположенными осями сквозных отверстий составляет 1,5d±10%, где D_ст - диаметр отверстия ступицы, a d - диаметр сквозных отверстий, расположенных параллельно и вокруг оси вращения рабочего колеса.

На фиг.1 представлен общий вид рабочего колеса центробежного вентилятора.

На фиг.2 представлен вид по стрелке А на рабочее колесо вентилятора.

Рабочее колесо центробежного вентилятора состоит из ступицы 1, основного диска 2, рабочих лопаток 3 и покрывного диска 4. Ступица 1 имеет сквозные отверстия 5, расположенные вокруг оси вращения рабочего колеса. Количество и диаметры сквозных отверстий 5 зависит от габаритов центробежных вентиляторов. Как правило, основной и покрывной диски являются плоскими.

Ступица 1 может быть выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрическим выступом 6 в основании, на который установлен основной диск 2. Оси сквозных отверстий 5 расположены параллельно оси вращения рабочего колеса и отверстия ступицы, предназначенной для насаживания роторного колеса на вал 7 двигателя центробежного вентилятора (не показан). Количество и диаметры d сквозных отверстий 5 выбираются из условия, что суммарная площадь этих отверстий равна 0,1÷3,0% от площади входного отверстия центробежного вентилятора, D_вх. Оси этих сквозных отверстий 5 расположены по окружности диаметром D_отв. При этом расстояние между двумя рядом расположенными осями составляет 1,5d÷10%, a D_отв выбирают из условия, что он равен D_ст+2,5d±10%. При суммарной площади сквозных отверстий меньше 0,1% охлаждение вала неэффективно, при площади больше 3% происходит снижение объема перекачиваемого воздуха за счет разбавления потока. Диаметр выступа желательно иметь равным D_выст=D_ст+4d. Глубина выступа Н выбирается из условия, что он должен быть больше суммы толщины основного диска 2 и кожуха 8 с гарантированным зазором между ними, и которые, как правило, изготавливаются из листового материала.

Изготовленная опытная ступица имела 12 отверстий и следующие размеры: d=22 мм, D_ст=99,55 мм, D_отв=D_ст+2,5d=154,55 мм для центробежного вентилятора, имеющего следующие эксплуатационные характеристики: температура рабочего газа - 250°С.

Ступицы могут быть точеными или литыми и крепятся болтами или привариваются к основному диску. Они могут быть литыми заодно с основным диском и сквозными отверстиями, как из стали, так и из чугуна. Если ступица имеет сферическую поверхность, обращенную к потоку, то целесообразнее отверстия выполнять со стороны торцевой поверхности ступицы, обращенной к двигателю.

Предлагаемое рабочее колесо центробежного насоса устанавливается в кожух 8 (на чертеже показана часть кожуха со стороны двигателя) и работает следующим образом. При вращении рабочего колеса поступающий в осевом направлении через входное отверстие газ закручивается лопастями и под влиянием центробежной силы поступает в кожух, собирается им и выпускается в радиальном по отношению к оси вращения направлении через выходное отверстие (не показано). Наличие сквозных отверстий 5 в ступице 1 позволяет уменьшить площадь теплопередачи непосредственно от рабочего колеса к валу и к подшипниковой опоре вала (не показано). При работе вентилятора внутри кожуха создается разность давления на участке между осью и краями лопастей рабочего колеса, обусловленная центробежной силой. Как следствие, через выполненные сквозные отверстия 5 в ступице 1 рабочего колеса появляется дополнительный поток атмосферного воздуха в направлении, обратном поступающему газу. Этот поток охлаждает ступицу, и, как следствие, вал, уменьшая теплопередачу непосредственно от рабочего колеса к валу электродвигателя. Кроме того, этот поток воздуха охлаждает переднюю стенку двигателя и заднюю стенку кожуха. Поскольку нагретый таким образом воздух поступает внутрь кожуха, тепловые потери через его заднюю стенку уменьшаются.

Таким образом, происходит уменьшение тепловых потерь через кожух вентилятора, т.к. часть тепловой энергии, излучаемая кожухом, возвращается обратно в кожух.

Таким образом, технический результат заключается в повышении термостойкости, надежности работы и в снижении стоимости центробежных вентиляторов и их энергоемкости в изготовлении и применении. Упрощается конструкция центробежных вентиляторов.