УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям радиальных вентиляторов, и может быть использована в жилых зданиях, промышленных, сельскохозяйственных, спортивных и административных сооружениях, в том числе для вытяжной вентиляции, смонтированной как на крышах, так и на стенах зданий, а также для дымоудаления из помещений при возникновении пожара.
Известно рабочее колесо радиального вентилятора, содержащее несущий диск с лопатками, выходные кромки которых наклонены к их основанию в сторону несущего диска под углом 110-140˚ (см. авторское свидетельство SU №1613699, Кл. 04D 29/28, oп. в 1990 г.). Такая конструкция лопаток направлена на снижение уровня шума рабочего колеса вентилятора, но в силу своих конструктивных особенностей не позволяет эффективно использовать его в корпусе вентилятора с отводным или отводными патрубками, повернутыми под углом к плоскости вращения рабочего колеса вентилятора.
Известно колесо с загнутыми назад по ходу вращения рабочими лопатками радиального вентилятора, включающего основной и покрывной диски, концевые участки которых выступают за пределы концевых зон лопаток и криволинейно отогнуты с образованием диффузорного (расширяющегося) канала в этой части вентилятора, при этом периферийные зоны лопаток выполнены со скосом в сторону основного диска (см. патент РСТ WO 97/09535, Кл. F04D 29/28, oп. в 1997 г.). В этом устройстве воздушный канал, сформированный концевыми отогнутыми участками дисков, расширяется сразу от той зоны, где заканчиваются лопатки. Такая форма концевых участков во время эксплуатации вентилятора приводит к отрыву пограничного слоя воздушного потока от основного и покрывного дисков и потерям производительности вентилятора. А скос периферийных зон лопаток превышает 11° относительно оси симметрии и выполнен для уменьшения шума вентилятора. Такое рабочее колесо не может быть эффективно использовано в корпусе вентилятора с отводным или отводными патрубками, повернутыми относительно оси симметрии вентилятора, потому что часть воздушного потока, выходящего из рабочего колеса, вторым отгибом отводится в обратную сторону от двигателя.
Известен крышный вентилятор, включающий двигатель, входной коллектор и рабочее колесо, расположенные в корпусе, содержащем первую торцевую стенку с входным отверстием, сообщенным с входным коллектором и вторую торцевую стенку с прикрепленным снаружи двигателем, две противолежащие продольные стенки, расположенные между торцевыми стенками, и два канала для выпуска потока из корпуса под углом к плоскости вращения рабочего колеса, сообщенные с проемами в корпусе, расположенными между продольными стенками, а рабочее колесо выполнено с несущим, связанным с двигателем, и покрывным, имеющим входное отверстие, дисками и загнутыми назад по направлению вращения лопатками, расположенными между несущим и покрывным дисками (см. патент DE №8308065, Кл. F04D 29/58, oп. 1984 г.). Известный вентилятор имеет два выходных канала, а его угловые выпускные патрубки позволяют отводить воздушный поток от корпуса вентилятора, что особенно важно для крышных установок и установок дымоудаления, но в силу своих конструктивных особенностей имеет значительные габаритные размеры и аэродинамические потери на повороте воздушного потока.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является крышный вентилятор, включающий двигатель, входной коллектор и рабочее колесо, расположенные в корпусе, содержащем первую торцевую стенку с входным отверстием, сообщенным с входным коллектором и вторую торцевую стенку с прикрепленным снаружи двигателем, три продольные стенки, расположенные между торцевыми стенками, и канал для выпуска потока из корпуса под углом около 45° к плоскости вращения рабочего колеса, сообщенный с проемом в корпусе, расположенным между продольными стенками, а рабочее колесо выполнено с несущим, связанным с двигателем, и покрывным, имеющим входное отверстие, дисками и загнутыми назад по направлению вращения лопатками, расположенными между несущим и покрывным дисками (см. опубл. заявку DE №19755617, Кл. F23L 17/02, oп. 1999 г.). Известный вентилятор имеет один выходной канал, но при этом ему свойственны те же недостатки, что и предыдущему вентилятору.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи универсализации конструкции вентилятора, оптимизации движения воздушного потока в корпусе вентилятора при снижении аэродинамических потерь воздушного потока при повороте в выпускной канал и уменьшении поперечных габаритов вентилятора.
1
2
3
4
3
4
1
2
4
4
2
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в универсальном радиальном вентиляторе, включающем входной коллектор, рабочее колесо и двигатель, расположенные в корпусе, содержащем первую торцевую стенку с входным отверстием, сообщенным с входным коллектором и вторую торцевую стенку с прикрепленным снаружи двигателем, по крайней мере, две противолежащие продольные стенки, расположенные между торцевыми стенками, и не менее одного выпускного канала для выхода потока из корпуса, расположенного под углом α к плоскости вращения рабочего колеса, сообщенного с проемом в корпусе, расположенным между продольными стенками, рабочее колесо выполнено с несущим, связанным с двигателем, и покрывным, имеющим входное отверстие, дисками и загнутыми назад по направлению вращения лопатками, расположенными между несущим и покрывным дисками, имеющими наружные диаметры D несущего и D покрывного дисков, выступающие за наружные кромки лопаток, с образованием выбросного канала между кольцевыми стенками, при этом лопатки рабочего колеса выполнены со скошенной наружной кромкой, расположенной таким образом, что диаметр D расположения точки примыкания наружной кромки лопаток к несущему диску относится к диаметру D расположения точки примыкания наружной кромки лопаток к покрывному диску как 0,91≤D:D≤0,98, причем наружный диаметр d(несущего диска меньше наружного диаметра D покрывного диска не менее, чем в 0,98 раза, при этом диаметр D покрывного диска превышает диаметр D расположения точки примыкания к нему наружной кромки лопаток не более, чем на 0,25D. Угол α наклона выпускного канала к плоскости вращения рабочего колеса находится в диапазоне 20°÷90°. Значение зазора S между наружной кромкой покрывного диска рабочего колеса и кромкой второй торцевой стенки находится в диапазоне 10-30% от наружного диаметра D покрывного диска На наружной кромке несущего диска выполнен отгиб в сторону двигателя. Отгиб выполнен от зоны примыкания наружной кромки лопаток к несущему диску. Поперечное сечение выбросного канала рабочего колеса на его начальном участке выполнено постоянным по ширине, а отгиб выполнен в конечной зоне несущего диска.
Полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлен продольный разрез универсального радиального вентилятора с одним выпускным каналом. На фиг.2 - то же, вид сверху. На фиг.3 - рабочее колесо с отгибом наружной кромки несущего диска. На фиг.4 - фрагмент выбросного канала рабочего колеса с двумя видами расположения скошенной кромки лопатки. На фиг.5 - продольный разрез универсального радиального вентилятора с двумя выпускными каналами.
1
2
3
4
3
4
1
2
2
4
4
Универсальный радиальный вентилятор содержит расположенные в корпусе 1, входной коллектор 2, рабочее колесо 3 и двигатель 4. Корпус 1 выполнен с входным отверстием 5 в первой торцевой стенке 6, сообщенным с входным коллектором 2, и второй торцевой стенкой 7, на которой снаружи установлен двигатель 4 рабочего колеса 3. Между первой торцевой стенкой 6 и второй торцевой стенкой 7 расположены продольные стенки 8, ориентированные вдоль оси вращения вентилятора. Продольных стенок 8 может быть в конструкции корпуса 1 две или три в зависимости от количества выходных патрубков (выходных каналов) 9. Один выходной патрубок 9 используется в конструкции корпуса с односторонним выбросом воздушного потока. С двумя выходными патрубками 9 выполнен вентилятор с двусторонним от оси вращения колеса 3 выбросом воздушного потока (см. фиг.5). Выходные патрубки 9 сообщены с проемом 10 в корпусе 1, свободном от продольных стенок 8. Рабочее колесо 3 имеет несущий диск 11, связанный с двигателем 4, и покрывной диск 12, имеющий входное отверстие 13. У рабочего колеса 3 установлены загнутые назад по направлению вращения лопатки 14, расположенные между несущим диском 11 и покрывным диском 12. Диски 11 и 12 имеют наружные диаметры D и D, выступающие за пределы лопаток 14, с образованием выбросного канала между кольцевыми стенками 15, являющимися продолжением дисков 11 и 12 за пределами лопаток 14. Лопатки 14 рабочего колеса 3 выполнены со скошенной наружной кромкой 16, ориентированной таким образом, что диаметр D расположения точки примыкания наружной кромки 16 лопаток 14 к несущему диску 11 относится к диаметру D расположения точки примыкания наружной кромки 16 лопаток 14 к покрывному диску 12 как 0,91≤D: D≤0,98. Наружный диаметр D несущего диска 11 меньше наружного диаметра D покрывного диска 12 не менее, чем в 0,98 раза. Диаметр D покрывного диска 12 превышает диаметр D расположения точки примыкания к нему наружной кромки 16 лопаток 14 не более, чем на величину 0,25 D.
2
2
Предпочтительной является приближенная к квадратной форма корпуса 1 (см. фиг.2) с шириной В стенок 8. Такая форма корпуса 1 дает возможность унифицировать корпус при универсальном использовании вентилятора в крышном, пристенном и напольном исполнении с одно- и двусторонним выпуском потока. Значение зазора S между наружной кромкой покрывного диска 12 рабочего колеса 3 и кромкой второй торцевой стенки 7 находится в диапазоне 10-30% от наружного диаметра D покрывного диска 12. Оптимальное соотношение компактности и аэродинамической эффективности вентилятора достигается при значениях зазора S равных 18-22% от наружного диаметра D покрывного диска 12. На наружной кромке несущего диска 11 в сторону двигателя 4 выполнен отгиб 17. Отгиб 17 может быть выполнен от зоны примыкания наружной кромки 16 лопаток 14 к несущему диску 11. При поперечном сечении выбросного канала рабочего колеса 3 на его начальном участке постоянным по ширине отгиб 17 может быть выполнен в конечной зоне несущего диска 11. Угол α наклона выходного патрубка 9 к плоскости вращения рабочего колеса 3 находится в диапазоне 20°÷90°.
1
2
3
4
3
4
1
2
2
4
4
2
3
2
3
2
Универсальный радиальный вентилятор работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 3 воздух поступает через входное отверстие 5 в торцевой стенке 6, входной коллектор 2 и входное отверстие 13 покрывного диска 12 на лопатки 14. Внутри рабочего колеса 3 направление воздушного потока с помощью лопаток 14 меняется на 90°. В выбросном канале, образованным кольцевыми стенками 15, являющимися продолжением дисков 11 и 12 за пределами лопаток 14, происходит преобразование скоростного давления и, особенно, его тангенциальной составляющей в статическое давление, что повышает эффективность работы вентилятора. На поверхности стенок 15 канала и концах лопаток 14 образуется пограничный слой, толщина которого увеличивается по мере удаления от оси вращения рабочего колеса 3, и уменьшается отрыв пограничного слоя воздушного потока от лопаток 14. Благодаря скошенной форме наружных кромок 16 лопаток 14, уменьшению диаметра несущего диска 11 D по сравнению с диаметром покрывного диска 12 D при максимальном приближении продольных стенок 8 к рабочему колесу 3 повторный поворот воздушного потока на угол α, находящийся в диапазоне 20°÷90°, происходит с уменьшенными аэродинамическими потерями, что сказывается на повышении КПД и статического давления развиваемого вентилятором. Наличие отгиба 17 на концевом участке диска 11 с образованием в радиальном сечении расширяющегося канала в этой концевой зоне при выполнении условия соотношения размеров, при котором диаметр D расположения точки примыкания наружной кромки 16 лопаток 14 к несущему диску 11 относится к диаметру D расположения точки примыкания наружной кромки 16 лопаток 14 к покрывному диску 12 как 0,91≤D: D≤0,98, а также диаметр D несущего диска 11 меньше диаметра D покрывного диска 12 не менее, чем в 0,98 раза и диаметр D покрывного диска 12 превышает диаметр D расположения точки примыкания к нему наружной кромки 16 лопаток 14 не более, чем на величину 0,25 D, обеспечивает замедление воздушного потока на поверхности дисков 11 и 12, снижение потерь давления в корпусе 1 и при переходе в наклонное направление при взаимодействии с продольными стенками 8 и выходного патрубка 9 корпуса 1. При этом не происходит интенсивного отрыва воздуха от лопаток 14, т.к. скорость движения потока, ее тангенциальная составляющая, в этой зоне уже не велика. Выполнение наружных кромок лопаток 14 скошенными в соответствии с указанным соотношением размеров и выполнение несущего диска 11 меньшего диаметра, чем диаметр покрывного диска 12, позволяет при квадратной форме корпуса 1, обеспечивающей наибольшую компактность и унификацию корпуса 1 при универсальном использовании вентилятора, снизить аэродинамические потери на поворот выходящего из рабочего колеса 3 потока при его дальнейшем протекании в патрубке 9 или патрубках 9. Указанный эффект снижения потерь давления особенно заметен при одностороннем выпуске потока из корпуса вентилятора, когда уменьшение размера Б корпуса 1 вентилятора приводит к возрастанию скорости воздушного потока в выходном патрубке 9 корпуса 1 с соответствующим возрастанием аэродинамических потерь в корпусе 1 и в выходном патрубке 9. Благодаря заявленному техническому решению при одностороннем выпуске потока из вентилятора обеспечиваются компактные поперечные габариты корпуса 1, как у крышных вентиляторов с выбросом потока вверх по всему периметру рабочего колеса 3. Это дает возможность широко использовать крышные вентиляторы с односторонним выпуском потока под углом к плоскости вращения рабочего колеса 3. Выполнение скоса наружных кромок 16 лопаток 14 за пределами указанного диапазона не приносит положительного эффекта: если D: D<0,98 то такой скос недостаточен для эффективного поворота воздушного потока, если 0,91>D: D, то при сохранении значений зазора S между наружной кромкой покрывного диска 12 рабочего колеса 3 и кромкой второй торцевой стенки 7 в диапазоне 18-22% от наружного диаметра D покрывного диска 12 ослабляется действие вращающегося диффузора, образованного кольцеобразными стенками 15.
Универсализация вентилятора обеспечивает его использование на крышах, на стенах зданий, на полу помещений, в системе общеобменной, вытяжной вентиляции, в системах дымоудаления при пожаре. Вентилятор с выходными патрубками 9, отводящими воздушный поток под углом α, находящимся в диапазоне 20°÷90°, в сторону двигателя 4 обеспечивает при любой установке вентилятора с горизонтально или вертикально ориентированной осью вращения рабочего колеса 3 его защиту от ветра и попадания в него атмосферных осадков.
Таким образом, заявленная полезная модель решает техническую задачу унификации конструкции вентилятора за счет универсальности применения корпуса, оптимизации движения воздушного потока в корпусе вентилятора при снижении аэродинамических потерь воздушного потока на входе в выпускной канал, уменьшении поперечных габаритов вентилятора, увеличении его КПД.