ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР

Полезная модель относится к вентиляционному оборудованию, а именно, к осевым вентиляторам, используемым для проветривания тоннелей и станций метрополитенов.
Известен осевой вентилятор, полученный в результате модернизации вентиляторов типа ВОМД путем замены двухступенчатого ротора на одноступенчатый и замены поворотно-лопастного направляющего и спрямляющего аппарата на неповоротные, жестко вваренные между корпусом и втулкой вентилятора лопатки (см. Красюк А.М., Петров Н.Н., Чигишев А.Н. «Пути модернизации устаревшего парка тоннельных вентиляторов метрополитенов», «Метро», 2000, №5-6, с. 18-22).
Осевой вентилятор содержит корпус с втулкой вентилятора, рабочее колесо с поворотными на ходу лопатками, установленное на месте демонтированного колеса первой ступени на вал, вращающийся в опорных роликовых подшипниках, механизм одновременного поворота лопаток рабочего колеса, направляющий аппарат с жестко вваренными между корпусом и втулкой вентилятора направляющими лопатками специальной геометрии и шиберирующее устройство на базе спрямляющего аппарата. Вращение ротора вентилятора осуществляется от отдельно стоящего электродвигателя через клиноременную передачу, проходящую через проточную часть вентилятора.
Недостатком известного устройства является расположение роторной группы вентилятора во втулке вентилятора, что приводит к необходимости полностью разбирать вентилятор при неисправности элементов конструкции. Клиноременная передача в проточной части создает дополнительные аэродинамические потери при входе воздушного потока в рабочее колесо и не обеспечивает стойкости элементов вентилятора при высоких температурах перемещаемого воздуха в экстремальных ситуациях. Использование направляюще-спрямляющих аппаратов в качестве шиберирующего устройства неэффективно ввиду отсутствия герметичности перекрытия проточной части вентилятора. Необходимость разворота лопаток рабочего колеса увеличивает время производства реверсирования вентилятора и снижает надежность реверсирования воздушной струи в аварийных ситуациях.
Известен вертикальный осевой вентилятор, содержащий корпус с установленным в нем посредством радиально и радиально-подшипниковых опор ротором с рабочим колесом, спрямляющим аппаратом с лопатками, жестко закрепленными между внутренней и наружной обечайками корпуса, коллектором, шиберирующим устройством и электродвигателем с полумуфтами, причем корпус его рабочего колеса посредством болтового соединения закреплен консольно к фланцу ротора за пределами подшипниковых опор ротора с противоположной стороны от размещения электродвигателя, и обтекатель с размещенным в нем механизмом поворота лопаток рабочего колеса, при этом обтекатель посредством лопаток направляющего аппарата жестко соединен с коллектором (см. патент РФ на изобретение №2225537, МПК F04D 29/36, дата подачи заявки 20.03.2002 г., опубликовано 10.03.2004 г., «Осевой вентилятор»).
Недостатком известного устройства является расположение роторной группы и электродвигателя вентилятора во внутренней обечайке корпуса вентилятора, что приводит к необходимости разбирать вентилятор при неисправности элементов конструкции. Размещение электродвигателя во внутренней обечайке вентилятора в замкнутом пространстве без дополнительного притока воздуха может вызвать его перегрев и выход из строя, что ограничивает использование вентилятора при максимальных нагрузках. Конструкция роторной группы, вращающейся в собственных подшипниках и соединенной с приводным электродвигателем посредством промежуточной муфты, сложна и недостаточно надежна. Поток воздуха, проходящий через вентилятор, перемещается в кольцевом пространстве, ометаемом лопатками рабочего колеса, между внутренней и наружной обечайками корпуса вентилятора, снабженными неповоротными лопатками спрямляющего аппарата, а обтекатель жестко связан с коллектором вентилятора, что в итоге создает дополнительное сопротивление внутри вентилятора и увеличивает аэродинамические потери.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является осевой вентилятор, полученный в результате модернизации тоннельного вентилятора типа ВОМД путем замены двух рабочих колес на одно рабочее колесо, установленное на валу электродвигателя (см. патент РФ на изобретение №2470159, МПК F21D 1/08, F04D 19/00, дата подачи заявки 21.06.2011 г., опубликовано 20.12.2012 г., «Модернизированный осевой вентилятор»).
Осевой вентилятор содержит корпус с втулкой вентилятора, причем проем во втулке вентилятора в месте расположения демонтированного рабочего колеса первой ступени наглухо заварен; электродвигатель, размещенный во втулке вентилятора, рабочее колесо с цельносварными неповоротными сдвоенными S-образными листовыми лопастями, закрепленное непосредственно на валу двигателя в плоскости демонтированного рабочего колеса второй ступени, при этом роль радиальных и радиально-упорного подшипников выполняют подшипники двигателя; спрямляюще-направляющий и спрямляющий аппараты, оснащенные поворотными лопатками с электроприводом. Рабочее колесо вентилятора, выполненное согласно заявке на изобретение №2009123083/06 от 16.06.2009 г. «Рабочее колесо реверсивного осевого вентилятора», дата публикации заявки 27.12.2010 г. (см. также патент РФ на изобретение №2427727, заявка №2009123083/06 МПК F04D 29/36, дата подачи заявки 16.06.2009 г., опубликовано 27.08.2011 г. «Рабочее колесо реверсивного осевого вентилятора»), содержит ступицу, втулку (обечайку с несущими дисками) и листовые лопатки, причем форма лопастей рабочего колеса выполнена с использованием новых аэродинамических схем.
Недостатком известного устройства является расположение механизма привода поворота лопаток спрямляющего и направляющего аппаратов и электродвигателя вентилятора в расположенной внутри корпуса вентилятора втулке вентилятора, что приводит к необходимости полностью разбирать вентилятор при неисправности элементов конструкции или обеспечивать доступ ремонтного персонала во втулку вентилятора, что проблематично. Размещение электродвигателя внутри втулки вентилятора в замкнутом пространстве без дополнительного притока воздуха может вызвать его перегрев и выход из строя, что ограничивает использование вентилятора при максимальных нагрузках.
Известное устройство содержит ненадежные спрямляюще-направляющий и спрямляющий аппараты, рассогласование углов установки лопаток которых может приводить к дополнительным потерям в проточной части и нарушению режимов работы вентилятора. Наличие направляющего и спрямляющего аппаратов требует разворота их лопаток при реверсе, что увеличивает время и снижает надежность реверсирования вентилятора в аварийных режимах. Использование аппаратов в качестве шиберирующего устройства неэффективно ввиду отсутствия герметичности перекрытия проточной части вентилятора. Цельносварное рабочее колесо не позволяет изменять угол установки лопаток рабочего колеса, что ограничивает глубину регулирования режимов работы вентилятора для адаптации под конкретную вентиляционную сеть.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в увеличении надежности за счет простоты конструкции, рациональности компоновки и повышения ремонтопригодности, а также повышении эффективности за счет уменьшения аэродинамических потерь путем обеспечения минимального сопротивления потоку воздуха.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в заявляемом осевом вентиляторе, содержащем корпус, размещенный в корпусе электродвигатель, консольно установленное на валу электродвигателя рабочее колесо со ступицей рабочего колеса, втулкой рабочего колеса и размещенными на ней лопатками, и шиберирующее устройство, согласно полезной модели на втулке рабочего колеса закреплен входной обтекатель, электродвигатель установлен внутри корпуса вентилятора на ложементе, прикрепленном к внутренней поверхности корпуса, рабочее колесо установлено перед электродвигателем и закреплено на валу электродвигателя при помощи замка в виде разрезной втулки, соединенной со ступицей рабочего колеса крепежными болтами и стопорными шайбами и обжатой на валу электродвигателя стяжным болтом, ступица рабочего колеса соединена со втулкой рабочего колеса болтовым соединением, а в посадочные гнезда втулки рабочего колеса установлены поворотные лопатки в количестве 8-12 штук, при этом втулочное отношение равно 0,5-0,6.
Согласно заявляемой полезной модели заявляемая совокупность признаков осевого вентилятора, в том числе наличие закрепленного на втулке рабочего колеса входного обтекателя, электродвигателя, установленного внутри корпуса вентилятора на ложементе, прикрепленном к внутренней поверхности корпуса, рабочего колеса, установленного перед электродвигателем и закрепленного на валу электродвигателя при помощи замка в виде разрезной втулки, соединенной со ступицей рабочего колеса крепежными болтами и стопорными шайбами и обжатой на валу электродвигателя стяжным болтом, ступицы рабочего колеса, соединенной со втулкой рабочего колеса болтовым соединением, установленных в посадочные гнезда втулки рабочего колеса поворотных лопаток в количестве 8-12 штук при втулочном отношении, равном 0,5-0,6, увеличивает надежность за счет простоты конструкции, рациональности компоновки и повышения ремонтопригодности, а также повышает эффективность за счет обеспечения минимального сопротивления потоку воздуха.
Установка электродвигателя непосредственно внутри корпуса вентилятора на ложементе, прикрепленном к внутренней поверхности корпуса, создает максимально благоприятные условия его охлаждения за счет открытого его расположения в потоке воздуха, перемещаемого через вентилятор, а также обеспечивает свободный доступ для обслуживания электродвигателя и рабочего колеса, что в итоге повышает надежность и эффективность работы вентилятора.
Установленное внутри корпуса перед электродвигателем консольно на его валу рабочее колесо со втулочным отношением, равным 0,5-0,6, с поворотными объемными лопатками в количестве 8-12 штук и с закрепленным на его втулке входным обтекателем, вращающимся вместе с рабочим колесом, обеспечивают минимальное сопротивление потоку воздуха, проходящего через вентилятор, с возможностью большой глубины регулирования режимов работы вентилятора, что обеспечивает максимальную адаптацию вентилятора с вентиляционной сетью и работу вентилятора в максимально экономичном режиме (высокий кпд), что в итоге повышает эффективность его работы.
При количестве установленных поворотных лопаток менее 8 и более 12, а также при втулочном отношении диаметр d втулки рабочего колеса / диаметр D наружный рабочего колеса менее 0,5 и более 0,6 происходит выведение осевого вентилятора из зоны экономичной работы в любом из наиболее вероятных вентиляционных режимов метрополитенов, то есть снижается эффективность работы осевого вентилятора.
Крепление рабочего колеса, ступица которого соединена со втулкой рабочего колеса болтовым соединением, на валу электродвигателя при помощи замка в виде разрезной втулки, соединенной со ступицей рабочего колеса крепежными болтами и стопорными шайбами и обжатой на валу электродвигателя стяжным болтом, предотвращает преждевременный выход из строя рабочего колеса и вала электродвигателя от действия поршневого эффекта движущихся в тоннеле поездов, что в итоге повышает надежность и эффективность работы вентилятора.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждает пример конкретного выполнения осевого вентилятора.
На фиг. 1 представлена схема осевого вентилятора.
На фиг. 2 представлен узел крепления рабочего колеса на валу электродвигателя в двух видах.
На фиг. 3 представлено рабочее колесо осевого вентилятора.
Осевой вентилятор содержит (см. фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) корпус 1, расположенный на фундаментной балке 2, внутри которого на прикрепленном болтовым соединением к внутренней его поверхности ложементе 3 установлен электродвигатель 4.
На валу электродвигателя 5 перед ним консольно закреплено рабочее колесо 6 при помощи замка 7 в виде разрезной втулки 8, которая соединена со ступицей рабочего колеса 9 крепежными болтами 10 и стопорными шайбами 11 и обжата на валу электродвигателя стяжным болтом 12 для создания посадки с гарантированным натягом. На втулке рабочего колеса 13, соединенной со ступицей рабочего колеса болтовым соединением 14, в посадочные гнезда 15 установлены поворотные объемные лопатки рабочего колеса 16 в количестве восьми штук, при этом втулочное отношение диаметр d втулки рабочего колеса / диаметр D наружный рабочего колеса составляет 0,5, а также закреплен входной обтекатель 17.
Втулка рабочего колеса 13 выполнена литой из легкого высокопрочного сплава, что снижает нагрузку на подшипники и статорные элементы вентилятора, лопатки рабочего колеса 16 выполнены из высокопрочного алюминиевого сплава.
Осевой вентилятор также снабжен стопорным устройством 18 и шиберирующим устройством 19, реализованным в соответствии с патентом РФ на полезную модель №69973 (см. патент РФ на полезную модель №69973, МПК F24F 13/08, дата подачи заявки 13.12.2006 г., опубликовано 10/01.2008 г., «Шиберное устройство», Патентообладатель ОАО «Артемовский машиностроительный завод «ВЕНТПРОМ»), согласно которому шиберное устройство содержит корпус с установленным в нем шибером в виде двух створок, имеющих в поперечном сечении форму иглы с получением симметрического аэродинамического обтекаемого профиля у каждой створки, установленных на осях с возможностью одновременного поворота на 90° в противоположные стороны сервоприводом, при этом шиберное устройство прикреплено непосредственно к выходной части вентилятора.
Осевой вентилятор работает следующим образом.
В неработающем положении электродвигатель 4 выключен, створки шиберирующего устройства 19 полностью герметично перекрывают проточную часть осевого вентилятора, чем предотвращают самопроизвольное вращение рабочего колеса от действия естественной тяги и поршневого эффекта движущихся поездов.
При работе осевого вентилятора в прямом режиме электродвигатель 4 начинает вращать рабочее колесо 6 против часовой стрелки. Одновременно начинают открываться створки шиберирующего устройства 19 до полного раскрытия проточной части вентилятора. Лопатки рабочего колеса 16 перемещают воздух вдоль оси вентилятора от входного коллектора через рабочее колесо, вдоль электродвигателя 4 и шиберующего устройства 19 на выход в тоннель метрополитена.
Для остановки осевого вентилятора электродвигатель 4 вентилятора отключается, створки шиберующего устройства 19 устанавливаются в закрытое положение, плотно перекрывая проточную часть вентилятора.
Для реверсирования осевого вентилятора электродвигатель 4 вентилятора останавливается, створки шиберующего устройства 19 устанавливаются в закрытое положение, плотно перекрывая проточную часть вентилятора. После полной остановки электродвигатель 4 включается в обратном по отношению к прямой работе направлении.
Для перехода на другой режим осевой вентилятор останавливается, с помощью стопорного устройства 18 затормаживается рабочее колесо 6, лопатки рабочего колеса 16 устанавливаются на другой угол в соответствии с требуемой характеристикой. После переустановки лопаток рабочее колесо растормаживается и включается в выбранном режиме.
Заявляемое устройство может быть реализовано как новое изделие, так и базе существующего осевого вентилятора типа ВОМД путем его модернизации.
При модернизации используются расположенный на существующей фундаментной балке корпус существующего вентилятора ВОМД, из которого демонтированы все конструктивные элементы, и сохраняются существующие строительные конструкции вентиляционной шахты. Габариты отдельных элементов конструкции и их масса позволяют перемещать их в стесненных условиях транспортных коммуникаций в метрополитенах. Монтаж элементов вентилятора на месте эксплуатации осуществляется с помощью промежуточной балки без разборки существующего корпуса. При этом новое рабочее колесо может быть расположено либо на месте демонтированного первого рабочего колеса, либо демонтированного второго рабочего колеса, возможно также промежуточное расположение рабочего колеса, что создает дополнительные преимущества для модернизации вентиляторов, работающих как на приток воздуха в тоннель, так и на вытяжку воздуха из тоннеля.
Предельно простая конструкция с рациональной компоновкой и повышенной ремонтопригодностью обеспечивает повышенную надежность и эффективность работы осевого вентилятора при увеличении производительности вентилятора не менее, чем на 30%.