ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР С РЕГУЛЯТОРОМ МОЩНОСТИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ("КОРОНА" В.С. СУХИНА)
CENTRIFUGAL FAN WITH AIR FLOW RATE CONTROL (SUKHIN CROWN)

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к центробежным вентиляторам, в частности к конструкциям их направляющих аппаратов, и может быть использовано для регулирования и управления мощностью всасывания и нагнетания воздуха в пневмопроводы и пневмосистемы различных машин, в частности сельскохозяйственных аэродинамических сепараторов, предназначенных для подготовки семян под посев и для селекционных целей, а также в различных машинах, работающих в пищевой, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности, предназначенных для сепарации сыпучих материалов в текучей воздушной среде.
Известен центробежный вентилятор, включающий рабочее колесо и направляющий аппарат, снабженный поворотными направляющими лопатками, и механизм поворота направляющих лопаток, который кинематически соединен с подпружиненным штоком, перемещающимся с помощью закрепленной на нем ветронепроницаемой перегородки, расположенной в пневмокамере и разделяющей пневмокамеру на переднюю и заднюю полости, при этом передняя полость пневматически связана с пространством за рабочим колесом, а задняя полость - с пространством перед рабочим колесом вентилятора (cм. US 4966523 А, МПК Р04В 29/44, оп. 30.10.1990).
Недостатком этого центробежного вентилятора является сложность его конструкции, обусловленная наличием дополнительной внутренней пневмосистемы с нетрадиционной схемой, т.е. с полостями спереди и сзади с разных сторон от рабочего колеса, и инерционностью системы из-за использования ветрового потока для поворота лопаток, что существенно усложняет регулировку мощности подачи воздушного потока, особенно при настройке машин для сепарации, например, семян с селекционными целями.
Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является центробежный вентилятор с регулятором мощности воздушного потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками преимущественно круглой формы, в котором установлено на оси рабочее колесо с лопатками, связанное с валом электропривода, и регулятор воздушного потока. (cм. SU 994808 А1, MПK F0429/46, oп. 01.03.1968).
Недостатком этого центробежного вентилятора с регулятором мощности воздушного потока является то, что регулятор из-за своей конструктивной особенности (набор поворотных лопаток) вообще не позволяет регулировать мощность вентилятора на минимальных мощностях эксплуатации.
Технический результат при использовании изобретения заключается в расширении диапазона плавного регулирования мощности регулятора, особенно на минимальных мощностях, с одновременным упрощением конструкции регулятора и повышении надежности эксплуатации путем изменения условий засасывания воздуха во входной патрубок за счет изменения конструкции входного патрубка и регулятора мощности воздушного потока, в частности, за счет размещения последнего за пределами корпуса вентилятора.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном центробежном вентиляторе с регулятором мощности воздушного потока, содержащем корпус с входным и выходным патрубками преимущественно круглой формы, в котором установлено на оси рабочее колесо с лопатками, связанное с валом электропривода, и регулятор воздушного потока, согласно изобретению входной патрубок выполнен в виде «зубчатой короны» с остриями зубцов, направленных от корпуса вентилятора, а регулятор мощности воздушного потока выполнен в виде передвижной коаксиальной заслонки с диаметром и формой, соответствующими диаметру и форме входного патрубка, которая имеет возможность перемещаться вдоль входного патрубка с помощью привода.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что заслонка размещена на выходном патрубке и, кроме того, основания зубьев «зубчатой короны» располагаются на разных уровнях.
На фиг.1 изображен общий вид центробежного вентилятора с регулятором мощности воздушного потока; на фиг.2 - «зубчатая корона» с симметричными прямолинейными боковыми гранями зубцов; на фиг.3 - то же самое, с выпуклыми боковыми гранями зубцов; на фиг.4 - то же самое, с различными по длине смежными боковыми гранями зубцов (чередующиеся зубцы, различные по размерам); на фиг.5 - то же самое, с несимметричными прямолинейными боковыми гранями зубцов.
Центробежный вентилятор с регулятором мощности воздушного потока содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками преимущественно круглой формы. В корпусе 1 расположено на оси рабочее колесо с лопатками (не показано), которое механически связано с осью электропривода 4. Входной патрубок 2 выполнен в виде «зубчатой короны», которую образуют радиальные зубцы 5, направленные перпендикулярно корпусу 1 и образующие в совокупности входной патрубок 2. Острия зубцов 5 направлены в сторону от корпуса 1 вентилятора. Регулятор мощности вентилятора выполнен в виде передвижной коаксиальной заслонки 6 с диаметром и формой, соответствующими диаметру и форме входного патрубка 2. Заслонка 6 имеет возможность перемещаться вдоль входного патрубка 2 (заглубляться вовнутрь или выдвигаться из него) с помощью ручного винтового привода 7, закрепленного на стойке 8 общей рамы 9 центробежного вентилятора. Вместо ручного винтового привода 7 для перемещения заслонки 6 может быть использован сервопривод или иной любой привод известной конструкции.
Предложенный регулятор мощности воздушного потока, в частности «зубчатая корона» и передвижная заслонка 6 с приводом 7, могут быть расположены вместо входного 2 на выходном патрубке 3 вентилятора. Такая перестановка указанных элементов не меняет сущности технического предложения, поэтому для достижения технического результата место установки предложенного регулятора значения не имеет.
Регулирование мощности вентилятора на минимальных мощностях можно варьировать путем изменения конфигурации и размеров зубцов 5 «зубчатой короны», а возможность перемещения заслонки 6 на значительное расстояние от зубчатой короны обеспечивает свободный доступ вовнутрь корпуса 1 для обслуживания вентилятора.
Предложенный центробежный вентилятор с регулятором мощности воздушного потока работает следующим образом (на примере аэродинамического сепаратора).
В зависимости от длины пневмопровода, размеров и массы частиц сыпучей смеси, подлежащей сепарации, или из-за иных обстоятельств поворотом рукоятки винтового привода 7 перемещают заслонку 6 вдоль «зубчатой короны». При этом заслонка 6 частично перекрывает свободные пространства, образованные боковыми гранями смежных зубцов 5 «короны», тем самым задавая требуемую по технологии сепарации производительность вентилятора. Для облегчения процедуры подборки требуемой мощности вентилятора на винтовом приводе 7 может быть нанесена соответствующая тарировочная шкала. Затем включают электропривод 4, который вращает рабочее колесо, вследствие чего происходит всасывание воздуха из окружающей атмосферы в корпус 1 через межзубцовые пространства. В случае необходимости в процессе работы вентилятора можно безопасно отрегулировать его мощность путем перемещения заслонки 6 ручным винтовым приводом 7 в любую сторону. Передвижная заслонка с помощью того же самого ручного винтового привода 7 может перемещаться за пределами зубцов 5 «зубчатой короны», что открывает свободный доступ вовнутрь вентилятора для профилактического осмотра и ремонта рабочего колеса в случае необходимости, т.е. отдаление заслонки 6 от входного патрубка 2 на большое расстояние улучшает и условия обслуживания предложенного вентилятора.
Изменение условий всасывания воздуха во входной патрубок 2 заключается в том, что входной патрубок 2, выполненный в виде «зубчатой короны», имеет наклоненные грани зубцов 5, поэтому смежные грани соседних зубцов 5 сходятся в одну точку со стороны корпуса 1 вентилятора. Следовательно, когда заслонка 6 входит в патрубок 2 на уровень ниже корней зубцов 5 (ниже точки схождения граней зубцов 5), она полностью перекрывает все пространства, образованные сходящимися - расходящимися кромками зубцов 5. Как только заслонка 2 начинает перемещаться в направлении от корпуса 1 вентилятора, благодаря наклону кромок зубцов 5 открываются лишь точечные отверстия для прохода воздуха к рабочему колесу, суммарная площадь которых незначительна, что позволяет точно регулировать мощность вентилятора на минимальных мощностях. При дальнейшем перемещении заслонки 2 в том же направлении площадь свободных пространств между смежными зубцами 5 плавно возрастает (плавность достигается опять же за счет наклона кромок зубцов 5), и тем самым обеспечивается плавность и высокая точность безынерционного регулирования мощности вентилятора независимо от мощности. Еще в большей степени плавность регулирования достигается, если вершины пространств, хотя бы через один зубец 5, находятся на разном уровне. В этом случае пространства между всеми зубцами 5 одновременно не отрываются и суммарная площадь всех открытых пространств при выдвижении из патрубка 2 заслонки 6 меняется более плавно. Регулировать плавность также можно путем изменения количества зубцов 5 в «зубчатой короне» или формой боковых граней зубцов 5: выпуклой, вогнутой, равносторонней, разносторонней. Такое многообразие вариантов изготовления зубцов 5 и варьирование их количеством открывает возможность регулирования скоростью истечения (напором) воздушного потока, благодаря чему, в свою очередь, расширяется область использования предложенного центробежного вентилятора, например, в машинах для аэродинамической сепарации сыпучих смесей, например зерен злаковых культур, где плавность регулирования производительностью вентилятора выступает главным фактором осуществления высококачественного процесса разделения исходного сыпучего материала на отдельные фракции. Конечно, выполнение боковых граней зубцов 5 любой формы, отличной от прямолинейной, в некоторой степени усложняет технологию их изготовления, однако в некоторых случаях такое усложнение оправдывает себя, например в случае сепарации довольно мелких семян, например семян мака.
Размещение регулятора с внешней стороны корпуса 1 вентилятора максимально открывает к нему доступ для профилактического осмотра и планового ремонта и предельно упрощает конструкцию самого регулятора из-за отсутствия в нем каких-либо подшипников и шарниров, что в целом обеспечивает его надежность эксплуатации длительное время, ограничиваемое только физическим износом сопрягаемых деталей.
Существенное отличие заявляемого изобретения от ранее известных заключается в принципиальной смене конструкции входного патрубка 2, в частности, переход от традиционной сплошной обечайки на «зубчатую корону», межзубцовые пространства которой могут быть частично или полностью перекрыты подвижной заслонкой 6, которая вместе с приводом 7 ее перемещения расположена с внешней стороны корпуса 1 вентилятора напротив входного патрубка 2. Указанные отличия в совокупности позволяют осуществлять регулирование мощности вентилятора на микроуровнях, особенно при минимальных мощностях вентилятора с одновременным предельным упрощением конструкции самого механизма регулирования.
Экономический эффект от внедрения предложенного изобретения получают за счет снижения стоимости центробежного вентилятора вследствие предельного упрощения конструкции регулятора его продуктивности.