РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, а именно, к радиальным вентиляторам в спиральном корпусе и их входным устройствам.
Из уровня техники известны радиальные вентиляторы с направляющим аппаратом на входе в рабочее колесо.
В описании изобретения «Центробежный вентилятор», защищенного патентом РФ №2132970, MПК F 04 D 17/08, приоритет 21.01.1998 г., дата публикации 10.07.1999 г., [1], представлен радиальный вентилятор, содержащий спиральный корпус, оснащенный языком, установленное в корпусе на валу рабочее колесо с загнутыми назад лопатками и с конусным покрывным диском, входной коллектор с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо окружной зазор, вихрегаситель, выполненный в виде, по меньшей мере, одной пластины, размещенной с внешней стороны всасывающего патрубка перед окружным зазором в зоне наибольшего отстояния рабочего колеса от спирального участка корпуса, выходной патрубок, равный по ширине корпусу вентилятора.
В описании изобретения «Центробежный вентилятор», защищенного патентом РФ №2215195, МПК F 04 D 17/08, приоритет 27.04.2002 г., дата публикации 27.10.2003 г., [2], представлен радиальный вентилятор, содержащий спиральный корпус, установленное в нем на валу рабочее колесо с загнутыми назад лопатками и с конусным покрывным диском, входной коллектор с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого образует с внутренней
ВХ
ВХ
поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо окружной зазор, вихрегаситель, выполненный в виде, по меньшей мере, одной пластины, размещенной с внешней стороны всасывающего патрубка перед окружным зазором в зоне наибольшего отстояния рабочего колеса от спирального участка корпуса, выходной патрубок, равный по ширине корпусу вентилятора, причем ширина корпуса L составляет 0,9...1,1 диаметра D рабочего колеса, входной коллектор содержит цилиндрический участок, длина всасывающего патрубка L составляет 0,48...0,63 диаметра D рабочего колеса, а диаметр входа D в рабочее колесо равен 0,66...0,69 диаметра D рабочего колеса. Изобретение [2] принято за наиболее близкий аналог.
Размещение пластины вихрегасителя в изобретениях [1, 2] в зоне наибольшего отстояния рабочего колеса от спирального участка корпуса обеспечивает получение высоких аэродинамических характеристик вентилятора, однако проведенные исследования показали возможность их улучшения.
Решаемой технической задачей является повышение эффективности вентилятора. Технический результат заключается в увеличении КПД и напорно-расходной характеристики вентилятора в зоне его высокой производительности.
Раскрытие полезной модели.
Радиальный вентилятор, как и в наиболее близком аналоге [2], содержит спиральный корпус, оснащенный языком, установленное в корпусе на валу рабочее колесо с загнутыми назад лопатками и с конусным покрывным диском, входной коллектор с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо окружной зазор, вихрегаситель, выполненный в виде, по меньшей мере, одной пластины, размещенной с внешней стороны всасывающего патрубка перед окружным зазором в зоне наибольшего
отстояния рабочего колеса от спирального участка корпуса, выходной патрубок, ширина которого равна ширине спирального корпуса, но в отличие от наиболее близкого аналога [2], указанная пластина вихрегасителя расположена между проходящими через ось вращения рабочего колеса плоскостями, одна из которых пересекает линию наибольшего раскрытия спирального участка корпуса, а другая расположена под углом 45 град. в сторону языка спирального корпуса.
Радиальный вентилятор характеризуется тем, что ширина корпуса составляет 0,9...1,1 диаметра рабочего колеса, входной коллектор содержит цилиндрический участок, длина входного коллектора составляет 0,48...0,63 диаметра рабочего колеса, а диаметр входа в рабочее колесо равен 0,66...0,69 диаметра рабочего колеса.
Радиальный вентилятор характеризуется тем, что внешняя кромка, по меньшей мере, одной пластины вихрегасителя соприкасается с входным коллектором.
Радиальный вентилятор характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна пластина вихрегасителя в диаметральном сечении расположена под углом ±10 град. к входному коллектору с отсчетом от радиального направления навстречу направлению вращения рабочего колеса, и под углом ±10 град. к плоскости, проходящей через ось вращения рабочего колеса.
Радиальный вентилятор характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна пластина вихрегасителя выполнена плоской.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вентилятор при виде сверху.
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.2.
На фиг.4 показан выносной элемент В на фиг.3.
На фиг.5 дан разрез Г-Г на фиг.1.
На фиг.6 показан вид Д на фиг.4.
На фиг.7 показан вид Е на фиг.4.
На фиг.8 представлен график зависимости коэффициента давления предлагаемого вентилятора от места расположения пластины вихрегасителя.
На фиг.9 представлен график зависимости коэффициента полезного действия предлагаемого вентилятора от места расположения пластины вихрегасителя.
На фиг.10 представлен график зависимости коэффициента давления от коэффициента производительности известного и предлагаемого вентиляторов.
Радиальный вентилятор устроен следующим образом.
Радиальный вентилятор содержит спиральный корпус 1 (фиг.1, 2, 3), установленное в нем рабочее колесо 2, вал 3 которого кинематически связан с энергоприводом, например, с электродвигателем (фиг.3), входной коллектор 4 с криволинейным профилем в диаметральном сечении, и выходной коллектор 5 на всю ширину корпуса 1 (фиг.1, 3). Рабочее колесо 2 включает основной 6 и покрывной 7 диски и установленные между ними лопатки 8. Между внешней поверхностью 9 входного коллектора 4, покрывным диском 5 и стенками корпуса 1 образуется циркуляционная камера 10.
На входе в рабочее колесо 2 между внешней поверхностью покрывного диска 7 и внутренней поверхностью 9 входного коллектора 4 образован окружной зазор 11 (фиг.3, 4). По окружности с внешней стороны входного коллектора 4 размещен вихрегаситель, выполненный в виде, по меньшей мере, одной пластины, например пластина 12, установленной в секторе между условными плоскостями, проходящими через ось 13 вращения рабочего колеса 2, при этом одна из плоскостей пересекает линию наибольшего раскрытия спирального участка корпуса 1, а другая расположена под углом 45 град. в сторону языка 14 спирального корпуса 1 (в системе координат на фиг.5, δ=0...-45°). При этом под линией
наибольшего раскрытия спирального участка корпуса 1 понимается линия сопряжения стенки 15 выходного коллектора 5 со спиральной поверхностью 16 корпуса 1.
Внутренняя кромка пластины 12 соединена с поверхностью входного коллектора 4. Пластина 12 в диаметральном сечении может устанавливаться под углом α=0±10° к входному коллектору 4 с отсчетом навстречу направлению вращения рабочего колеса 2 (фиг.6) и под углом β=±10° относительно оси 13 вращения рабочего колеса 2 (фиг.7), а внешняя кромка пластины 12 может выполняться как прямолинейной (фиг.4), так и криволинейной (на фиг. не показано).
ВХ
ВХ
ВХ
ВХ
В предпочтительном варианте выполнения радиального вентилятора вихрегаситель содержит одну плоскую пластину 12, которая соприкасается кромкой с внешней поверхностью всасывающего патрубка 4 и установлена под углами α=0° и β=0°, входной коллектор 4 выполнен с цилиндрической вставкой 17, длина L входного коллектора 4 составляет 0,48...0,63 диаметра D рабочего колеса 2 (равного диаметру окружности, описываемой концами лопаток 8), диаметр D всасывающего патрубка 4 на входе в рабочее колесо 2 равен 0,66...0,69 диаметра D рабочего колеса 2, ширина Н рабочего колеса 2 равна не менее 0,25 диаметра D рабочего колеса 2, ширина L корпуса 1 вентилятора составляет 0,9...1,1 диаметра D рабочего колеса 2: L=(0,48...0,63)D; D=(0,66...0,69)D; H≥0,25D; L=(0,9...1,1)D.
Радиальный вентилятор работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса 2 за счет зазоров между лопатками 8 и стенками спирального корпуса 1, а также входного коллектора 4 и вращающейся внешней поверхности покрывного диска 7 в циркуляционной камере 10 возникает закрученное тороидальное (вихревое) течение, которое повышает аэродинамические потери, снижающие КПД вентилятора. Установка вихрегасителя, содержащего, по меньшей мере, одну пластину 12, обеспечивает торможение тороидального
(вихревого) течения, что сопровождается повышением давления в циркуляционной камере 10. За счет разности давления в циркуляционной камере 10 и на входе в рабочее колесо 2 через окружной зазор 11 на внутреннюю поверхность покрывного диска 7 выдувается кольцевая струя. В результате увеличивается импульс струи, формируемой в окружном зазоре 11, что создает дополнительное разряжение на внутренней поверхности покрывного диска 7, снижающего интенсивность вихря, и, следовательно, уменьшающего аэродинамические потери не только на входе в рабочее колесо 2, но и вентилятора в целом.
ВХ
ВХ
Выполнение входного коллектора 4 с длиной L=(,48...0,63)D за счет цилиндрического участка 17 с диаметром входа в рабочее колесо 2 равным D=(0,66...0,69)D обеспечивает повышение равномерности входящего в рабочее колесо 2 потока, что затягивает отрыв пограничного слоя с поверхности покрывного диска 7 и с лопаток 8 рабочего колеса 2 при его вращении. В результате можно увеличить ширину Н лопаток 8 до 0,35 и выше диаметра D рабочего колеса 2: H≥0,25D. Это дает возможность увеличить ширину L корпуса до L=(0,9...1,1)D, вследствие чего уменьшается динамическое давление потока на выходе из выходного коллектора 5 и увеличивается статическое давление вентилятора.
2
2
В
В
Зависимость коэффициента полного давления ψ=2Р/ρu и коэффициента полезного действия η (КПД) вентилятора при постоянных величинах коэффициента производительности φ=4Q/πDu (где Q - производительность вентилятора, Р - статическое давление, D - диаметр рабочего колеса 2 вентилятора, u - окружная скорость концов лопаток 8 рабочего колеса 2 вентилятора, ρ - плотность воздуха) от места установки пластины 12 вихрегасителя, полученная в экспериментах, представлена соответственно на фиг.8 и 9. В соответствии с графиками на фиг.8, 9 в диапазоне углов δ установки пластины 12 вихрегасителя от 0° до 45° в сторону языка 14 (в представленной на фиг.5 системе координат диапазон углов составляет 0°...-45°) расположены максимумы КПД η и
В
В
коэффициента полного давления ψ, причем указанные максимумы достигаются при разном положении пластины 12 вихрегасителя. С ростом коэффициента производительности φ вентилятора максимумы становятся более выраженными, и по мере удаления от максимума на границе указанных диапазонов интенсивность изменения коэффициентов ψ и η полного давления по углу установки δ вихрегасителя уменьшается вплоть до изменения знака. Это подтверждает существенность признака, касающегося выбранных границ установки вихрегасителя. Представленное на фиг.10 сравнение аэродинамических характеристик вентиляторов с одинаковыми рабочими колесами, коллекторами и корпусами, но с разным положением вихрегасителя, содержащего одну пластину 12, показывает, что при установке пластины 12 под углом δ=-22°, соответствующем зоне с максимальными величинами ψ и η, (предлагаемый вентилятор «РАДИВЕЙ») и вентилятора, принятого за наиболее близкий аналог [2] (ВР-5), обладает более высокими коэффициентами полного давления ψ при больших величинах коэффициента производительности φ.
При выполнении пластины 12 изогнутой аэродинамические потери меньше, чем при выполнении пластины 12 плоской. Углы установки изогнутой пластины 12 и угол в окружном зазоре 11 должны быть оптимизированы в зависимости от параметров и условий эксплуатации вентилятора. Однако сопряжение пластины 12 с внешней поверхностью 9 входного коллектора 4 имеет сложный пространственный контур, что усложняет технологию изготовления направляющего аппарата центробежного вентилятора.
Выполнение пластины 12 плоской с внешней кромкой, соприкасающейся с внешней поверхностью 9 всасывающего патрубка 4 и расположение пластины 12 вдоль образующей в диаметральном сечении входного коллектора 4 под углом α=±10° навстречу направлению вращения рабочего колеса 2 обеспечивает технологичность изготовления
вихрегасителя и вентилятора в целом. Размещение пластины 12 под углом β=±10° обусловлено снижением требований к точности соединения пластины 12 с внешней поверхностью 9 входного коллектора 4, и практически мало влияет на технический результат.
Представленный в описании радиальный вентилятор в спиральном корпусе может быть изготовлен на любом специализированном предприятии. Реализация полезной модели обеспечивает достижение заявленного технического результата. Параметры вихрегасителя, выполненного в виде пластины 12, и размеры окружного зазора 11 могут быть оптимизированы в зависимости от условий эксплуатации и характеристик вентилятора.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ К ОПИСАНИЮ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ «РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР»
1 - спиральный корпус;
2 - рабочее колесо;
3 - вал энергопривода, например электродвигателя;
4 - входной коллектор;
5 - выходной коллектор;
6 - основной диск;
7 - покрывной диск;
8 - лопатки рабочего колеса 2;
9 - внешняя поверхность входного коллектора 6;
10 - циркуляционная камера;
11 - окружной зазор;
12 - пластина вихрегасителя, установлена в зоне наибольшего раскрытия корпуса 1;
13 - ось вращения рабочего колеса 2;
14 - язык спирального корпуса;
15 - стенка выходного коллектора 5;
16 - спиральная поверхность корпуса 1;
17 - цилиндрический участок входного коллектора 4.
δ - установки пластины 12 вихрегасителя;
α - угол наклона пластины к всасывающему патрубку 6 с отсчетом навстречу направлению вращения рабочего колеса 2;
β - угол наклона пластины 12 к оси 13 вращения рабочего колеса 2;
ВХ
L - длина входного коллектора 4;
D - диаметр рабочего колеса 2;
ВХ
D - диаметр входного коллектора 4 на входе в рабочее колесо 2;
Н - ширина рабочего колеса 2;
L - ширина корпуса 1 вентилятора.
В
η - коэффициент полезного действия вентилятора (КПД);
2
ψ=2P/ρu - коэффициент полного давления вентилятора;
2
φ=4Q/πDu - коэффициент производительности вентилятора;
Q - производительность вентилятора;
Р - статическое давление вентилятора;,
u - окружная скорость концов лопаток 8 рабочего колеса 2 вентилятора;
ρ - плотность воздуха.