ЛОПАСТЬ ВЕНТИЛЯТОРА ГРАДИРНИ
BLADE OF COOLING STACK FAN

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.
Известна конструкция лопасти, содержащая лонжерон, соединенные с ним нервюры и обшивку, при этом лопасть несущего винта на конце до одной трети ее длины выполнена серповидной в плане, выпуклой стороной вперед по движению, сужающейся к концу в 2,5-3,5 раза и с отклонением аэродинамической оси от прямолинейной оси основной части лопасти до 15° вперед и до 60° назад (см. авторское свидетельство SU №244895, кл. B64C 27/46, 15.01.1981).
Данная лопасть винта не может быть использована в качестве лопасти вентилятора градирни с точки зрения функционального назначения, что связано с тем, что лопасть работает, как консольная балка, и обладает неудовлетворительными жесткостью и аэродинамическими характеристиками, поскольку в элементах лопасти возникают повышенные напряжения изгиба и кручения, причем требуется большая угловая скорость, которую трудно достичь в вентиляторах.
Наиболее близким техническим решением является лопасть вентилятора, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, переходную часть от комля к ее перу, которое профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду с максимальной длиной L, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля (см. патент RU №2145004, кл. F04D 29/38, 27.01.2000).
Однако данная конструкция лопасти в силу особенностей ее конструкции, связанных с использованием аэродинамического профиля и работой вентилятора в условиях откачки паровоздушной смеси с переменными параметрами по составу и температуре, не позволяет в полной мере обеспечить стабильную работу вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками при работе в широком диапазоне меняющихся нагрузок, скоростей обтекания и углов атаки ее профильных сечений.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация аэродинамического профиля лопатки вентилятора для работы в градирне.
Технический результат заключается в повышении производительности и стабильности работы градирни.
Технический результат достигается тем, что лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти ко втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой плавно изогнутыми линиями верхней и нижней частей контура профиля, при этом в плане форма лопасти выполнена сужающейся от комлевой части к концу лопасти, при этом переходная часть лопасти плавно сужается в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет длину хорды L на конце лопасти, составляющую от 0,56 до 0,60 от длины хорды L на участке лопасти, расположенном на расстоянии от конца лопасти, составляющем от 0,49 до 0,50 от длины лопасти S, и в середине лопасти аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет участок с максимальной толщиной профиля, равной от 0,11 до 0,12 от длины хорды L в данном сечении, расположенный на расстоянии от 0,32·L до 0,33·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом линия верхней части аэродинамического контура выполнена выпуклой по отношению к хорде, а линия нижней части аэродинамического контура по отношению к хорде выполнена выпуклой со стороны передней кромки, плавно сопряженной с вогнутой со стороны задней кромки и пересекает хорду в середине лопасти за сечением с максимальной толщиной профиля в направлении от передней кромки с плавным увеличением выпуклой части по мере перемещения сечения от конца лопасти к середине лопасти и последующим плавным уменьшением по мере перемещения к переходной части, при угол атаки плавно изменяется от максимального в начале переходной части лопасти до 0° на конце лопасти и на последнем установлено перпендикулярно продольной оси лопасти концевое крылышко, длина которого меньше длины хорды, а длина выступающего со стороны передней кромки участка аэродинамического профиля составляет 0,12-0,15 L в месте установки концевого крылышка.
Аэродинамическая компоновка лопасти вентилятора, под которой понимается форма поверхности лопасти, т.е. задаваемая численно координатами наружная поверхность лопасти, непосредственно обтекаемая потоком при ее вращении, включает:
- координаты аэродинамического профиля лопасти, т.е. координаты кривых, образованных в сечениях поверхности лопасти плоскостями, перпендикулярными к ее продольной оси (нормальное сечение лопасти к продольной оси лопасти);
- форму в плане, т.е. величину хорды лопасти по ее длине;
- геометрическую крутку лопасти, т.е. углы поворота хорд относительно комля лопасти вокруг ее продольной оси;
- характер изменения максимальных толщин аэродинамических профилей по длине лопасти.
В результате выполненных расчетных исследований, опытно-конструкторских и экспериментальных работ были определены оптимальные параметры геометрической крутки сечений лопасти относительно ее продольной оси, изменения толщины профиля по длине пера лопасти, формы лопасти в плане, которые являются оптимальными для лопастей вентиляторов, устанавливаемых в градирнях для достижения необходимых аэродинамических характеристик, в частности производительности и КПД, принимая во внимание ограничения, в частности конструктивные, весовые и прочностные ограничения, которые накладывают конкретные условия эксплуатации вентилятора в градирне.
В ходе проведенных исследований были выявлены наиболее оптимальные соотношения максимальных толщин аэродинамического профиля лопастей по длине лопасти в направлении от конца лопасти к ее переходной (прикомлевой) части.
Было выявлено, что выход за пределы вышеуказанного диапазона значений максимальных толщин аэродинамического профиля приводит к повышению значений местных возмущений скорости и давлений и, как следствие, к росту аэродинамического сопротивления профиля и снижению аэродинамических характеристик вентилятора.
На фиг.1 представлен общий вид лопасти, вид спереди.
На фиг.2 представлен общий вид лопасти, вид сверху.
На фиг.3 представлено сечение лопасти нормальное (перепендикулярное) к продольной оси (оси, являющейся продолжением оси комлевой части лопасти).
На фиг.4 представлен вид А по фиг.2.
Лопасть вентилятора градирни, представленная на фиг.1 и 2 и выполненная в виде полой оболочки, включает в себя перо 1 лопасти, комлевую часть 2 и переходную часть 3 от пера 1 лопасти к комлевой части 2.
Комлевая часть 2 представляет собой круглый стержень, спрофилированный для непосредственного крепления лопасти к втулке рабочего колеса (не показаны) с возможностью установки требуемого рабочего угла путем вращения лопасти вокруг ее продольной оси 4.
Перо лопасти профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси 4 лопасти, скругленную переднюю кромку 5, заостренную или затупленную заднюю кромку 6, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой плавно изогнутыми линиями верхней 7 и нижней 8 частей контура профиля.
В плане (на виде сверху) показана форма лопасти, сужающаяся от комлевой части 2 к концу лопасти.
1
2
1
Переходная часть 3 лопасти плавно сужается в направлении к комлевой части 2 лопасти рабочего колеса вентилятора. Аэродинамический профиль в нормальном (перпендикулярном) сечении к продольной оси 4 лопасти имеет длину L хорды 9 на конце лопасти, составляющую от 0,56 до 0,60 от длины L хорды 9 на участке лопасти, расположенном на расстоянии S от конца лопасти, составляющем от 0,49 до 0,50 от длины лопасти S, и в середине лопасти аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси 4 лопасти имеет участок с максимальной толщиной h профиля, равной от 0,11 до 0,12 от длины L хорды 9 в данном сечении, расположенный на расстоянии S от 0,32·L до 0,33·L, измеренном от передней кромки 5 профиля вдоль его хорды 9. Линия 7 верхней части аэродинамического контура выполнена выпуклой по отношению к хорде 9, а линия 8 нижней части аэродинамического контура по отношению к хорде 9 выполнена выпуклой со стороны передней кромки 5, плавно сопряженной с вогнутой со стороны задней кромки 6, и пересекает хорду 9 в середине лопасти за сечением с максимальной толщиной h профиля в направлении от передней кромки 5 с плавным увеличением выпуклой части по мере перемещения сечения от конца лопасти к середине лопасти и последующим плавным уменьшением по мере перемещения к переходной части 3, при этом угол атаки плавно изменяется от максимального в начале переходной части 3 лопасти до 0° на конце лопасти и на последнем установлено перпендикулярно продольной оси лопасти концевое крылышко 10, длина которого меньше длины хорды 9, а длина L выступающего со стороны передней кромки 5 участка аэродинамического профиля составляет (0,12-0,15) L в месте установки концевого крылышка 10.
Лопасть осевого вентилятора работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса вокруг своей оси лопасть, закрепленная на его втулке с возможностью установки требуемого рабочего угла, воздействуя на воздух, а затем на паровоздушный поток, сообщает ему энергию, что вызывает перемещение воздуха и создание в градирне потока воздуха, охлаждающего оборотную воду, например, системы теплоснабжения предприятия.
Настоящее изобретение может быть использовано в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.