ДИАМЕТРАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР
CROSS-FLOW FAN

Изобретение относится к отрасли вентиляторостроения и предназначено для создания воздушного потока для работы в вентиляционных и аспирационных и других системах и при необходимости иметь широкий плоскопараллельный поток воздуха, например, в пневмосистемах высокопроизводительных зерноочистительных машин [1].
Известен диаметральный вентилятор [2], который содержит спиральный корпус с входным окном и примыкающим к последнему нагнетательным патрубком и установленное в корпусе лопаточное с глухими дисками рабочее колесо. Смежная с окном стенка патрубка выполнена прямолинейной и направлена по касательной к окружности колеса, проведенной в сечении максимального раскрытия спирального корпуса, а лопатки имеют длину хорды, составляющую 0,18-0,2 диаметра колеса, углы входа 85-90°, углы выхода 155-160°. При вращении лопаточного колеса воздух из входного окна захватывается лопатками колеса, последовательно проходит их межлопаточные каналы в центростремительном направлении, внутренне пространство колеса и межлопаточные каналы в центробежном направлении, а затем из вентилятора отводится нагнетательным патрубком. Недостаток данного вентилятора обусловливается тем, что движение воздуха внутри колеса представляет собой часть плоского потенциального вихревого поля с локализацией его центра вблизи окружности внутренних кромок лопаток колеса [3, 4]. При этом в проточной части вентилятора имеют место два разделенных смежной стенкой характерных течения: основное, выходящее из вентилятора, и примыкающее к нему вихревое циркулирующее, размещенное в лопаточном колесе и корпусе - в зоне, примыкающей к начальной части разделяющей смежной стенки. Центр вихревого поля при увеличении сопротивления сети перемещается в направлении, противоположном направлению вращения колеса, и объем циркулирующего течения воздуха увеличивается, аэродинамические свойства диаметрального вентилятора ухудшаются: снижается производительность, не создается достаточно высоких давлений и КПД и не обеспечивается устойчивых режимов во всей области режимов работа, а также вентилятором создается высокий уровень аэродинамического шума [4, 5].
Известен также диаметральный вентилятор [6] (прототип), который содержит корпус с входным и выходным отверстиями и разделяющую их плоскую стенку, а также установленное в корпусе рабочее колесо. Плоская стенка снабжена расположенной со стороны колеса жалюзийной решеткой, жалюзи которой направлены к рабочему колесу. Жалюзи решетки, расположенные со стороны рабочего колеса, имеют крыловидный или каплевидный профиль и обращены острым концом в сторону рабочего колеса.
Процесс работа данного вентилятора протекает так же, как вышеописанного вентилятора. Однако при его работе часть образующегося вихревого поля циркулирующей массы воздуха проходит через жалюзийную решетку со стороны нагнетания на сторону всасывания, а затем через входное отверстие снова поступает в вентилятор. Благодаря этому количество циркулирующего воздуха в проточной зоне снижается, а зона основной его подачи увеличивается, т.е. возрастает производительность вентилятора, а также давление и КПД. Так, при проведении сравнительных испытаний установлено [1, 5], что при применении жалюзийной плоской стенки при максимальном КПД, равном 0,45 и увеличившемся в 1,17 раза за счет более экономичного использования затрачиваемой энергии и в большей мере стабилизации положение центра вращения вихревой зоны номинальные производительность и давление возрастают соответственно с 1,15 и 1,19 раза, снижается уровень шума до 2,5 децибела. Однако в области меньших КПД этот эффект как и обеспечение устойчивости режимов работы вентилятора проявляются в меньшей степени.
Аналогичные данные получены при исследовании диаметральных вентиляторов, имеющих различную форму вихреобразователей, располагаемых в корпусе вблизи входной кромки делительной стенки, при этом образуется перепускной канал для отвода части вихревого циркулирующего потока из зоны нагнетания в зону всасывания [7].
По совокупности существенных признаков и процессу функционирования диаметральный вентилятор по а.с. №1413283 [6] наиболее близок заявленному диаметральному вентилятору, и он принят за прототип. Недостаток вентилятора - прототипа, по- прежнему обусловливается наличием в его проточной части достаточно «развитого» вихревого циркулирующего течения. Вследствие этого такой вентилятор не может быть применен в компактных системах и устройствах (например, при пневмосепарации полидисперсных сред), требующих для выполнения технологического процесса высоких значений подачи воздуха и давления, при частоте вращения рабочего колеса вентилятора, ограничиваемой его прочностными свойствами или создаваемому уровню шума, который не должен превышать санитарно-гигиенических нормативов.
Техническим результатом предлагаемого диаметрального вентилятора является увеличение производительности и давления воздуха, а вследствие снижения непроизводительного расхода энергии повышение КПД и устойчивости режимов его работы, а также снижение уровня шума.
На фиг.1 представлена аэродинамическая схема предлагаемого диаметрального вентилятора (движение воздуха обозначено стрелками, область вихревого циркуляционного потока - пунктирной линией).
Диаметральный вентилятор, закрытый с боковых сторон, содержит спиральный корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и разделяющую их плоскую стенку 4 и установленное в корпусе лопаточное рабочее колесо 5. Плоская разделяющая стенка 4 имеет расположенную со стороны рабочего лопаточного колеса 5 жалюзийную решетку 6, жалюзи которой направлены к рабочему колесу 5. Жалюзи 7 решетки 6, размещенные со стороны рабочего лопаточного колеса, снабжены крыловидными профилем, обращенным острым концом в сторону рабочего колеса 5.
Под жалюзийной частью решетки 4 установлено примыкающее в лопаточному рабочему колесу 5 меньшего диаметра дополнительное лопаточное рабочее колесо 8, под которым с зазором относительно лопаточного рабочего колеса 5 расположена направленная выпуклостью вниз криволинейная стенка 9, начальная кромка которой совместно с начальной кромкой стенки 4 образует входное окно 10, а концевая кромка криволинейной стенки 9 с плоской стенкой 4 - выходной окно 11, при этом дополнительное лопаточное рабочее колесо 8, плоская стенка 4, криволинейная стенка 9, входное 10 и выходное 11 окна образуют дополнительный диаметральный вентилятор.
Диаметральный вентилятор работает следующим образом.
При вращении лопаточного рабочего колеса 5 воздух из входного отверстия 2 захватывается лопатками рабочего колеса, проходит межлопаточные каналы в центростремительном направлении, внутри колеса, его межлопаточные каналы в центробежном направлении, а при выходе из этих каналов делится на два потока. Первый из них являет собой прямоточный поток, который поступает в нижнюю часть корпуса 1 и через выходное отверстие 3 выводится из вентилятора. Вторая циркулирующая часть поступает во входное окно 10 дополнительного диаметрального вентилятора, захватывается лопатками рабочего колеса 8, которым как и колесом 5, генерируется плоское потенциальное вихревое поле, состоящее из двух потоков, при этом первый - основной через выходное окно 11 поступает в корпус 1 диаметрального вентилятора, объединяется с его прямоточным потоком и через отверстие 3 выводится наружу; вторая часть потока - вихревой циркулирующий поток в своем движении следует тем же закономерностям, что и вентиляторе - прототипе: выходящий из колеса воздух проходит через жалюзийную решетку 6 со стороны нагнетания на сторону всасывая, а затем через входное окно 10 поступает в колесо 8, и процесс функционирования дополнительного диаметрального вентилятора повторяется. Технико-экономический результат достигается за счет установки дополнительного диаметрального вентилятора в предлагаемом диаметральном вентиляторе, из которого отсасывается циркулирующее вихревое течение и делится на проходное и меньшего размера вихревое циркулирующее течение.
Литература
1. Сычугов Н.П. Вентиляторы. - Киров: Из-во «Типография «Старая Вятка», 2015.-396 с.
2. А.с. 901641 СССР, МКИ 3 F04D 17/4.Диаметральный вентилятор / Н.Д. Сычугов, А.И. Бурков. - №2906313/24-06: Заявлено 07.04.80 // Открытия. Изобретения. - 1982. - №4.
3. Сыгугов Н.П. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамическую характеристику диаметральных вентиляторов // Тракторы и сельхозмашины. - 2016, №1.
4. Жолобов Н.В. Поля скоростей и давлений диаметрального вентилятора для зерноочистительных машин // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики. Материалы X Международной научно-практической конференции "Наука - Технология - Ресурсосбережение". Сборник научных трудов, посвященный 65-летию со дня образования инженерного факультета Вятской ГСХА. 2017. С. 127-132.
5. Жолобов Н.В. Снижение уровня шума диаметральных вентиляторов зерноочистительных машин // Техника в сельском хозяйстве. - 2012. - №1. - С.2-4.
6. А.с. 1413283 СССР, МКИ 3 F04D 17/4. Диаметральный вентилятор / Н.П. Сычугов, А.И. Бурков, Н.В. Жолобов, Ю.П. Полунин - №4161133/25-06: Заявлено 10.12.86 // Открытия. Изобретения. - 1988. - №28 – прототип.
7. Коровкин А.Г. Исследование диаметральных вентиляторов ЦАГИ с вихре-образователями // Промышленная аэродинамика, вып,2 (34). - М.: Машиностроение, 1987. - с. 56-77.