Двухпоточный центробежный вентилятор
TWO-FLOW CENTRIFUGAL FAN

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть, в частности, использовано в приточно-вытяжных вентиляционных системах промышленных предприятий, жилых и общественных зданий, для подачи теплоносителей в теплообменные аппараты и устройства, а также в других случаях, когда требуется подавать одновременно и синхронно два газовых потока.
В настоящее время для перемещения газовых сред широко применяются лопастные нагнетатели центробежного и осевого типов. При необходимости создания повышенного напора преимущественное использование находят центробежные вентиляторы [1, 2], которые характеризуются простотой конструкции и обслуживания. Недостатком данных вентиляторов является наличие осевой силы, возникающей в процессе их работы и передающейся через приводной вал на подшипники, которые в этом случае подвергаются дополнительному активному износу.
Названный недостаток устраняется при двухстороннем подводе перемещаемой среды в вентиляторе, содержащем центробежное колесо, состоящее из центрального диска, боковых колец и закрепленными между диском и кольцами рабочих лопаток, улиточный корпус с входными и выходным патрубками, установленный в подшипниках приводной вал с охватывающей его ступицей, жестко соединенной с центральным диском центробежного колеса [3] - прототип.
Известное устройство, как и другие подобного назначения известные устройства [1, 2], предназначено для подачи только одного газового потока.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в обеспечении возможности одновременной подачи двух газовых потоков одним вентилятором и в расширении его функциональных возможностей.
Данная техническая проблема решается тем, что в двухпоточном центробежном вентиляторе, содержащем центробежное колесо, состоящее из центрального диска, боковых колец и закрепленных между диском и кольцами рабочих лопаток, улиточный корпус с входными и выходными патрубками, установленный в подшипниках приводной вал с охватывающей его ступицей, жестко соединенной с центральными диском центробежного колеса, улиточный корпус выполнен из двух частей - правой и левой, соединенных друг с другом с образованием между ними периферийной тупиковой кольцевой щели, в которой с зазорами размещена внешняя кромка центрального диска, каждая из двух частей улиточного корпуса имеет свой входной и выходной патрубки, между стенками периферийной кольцевой щели и внешней кромкой центрального диска имеется лабиринтовое уплотнение.
В отличие от известного устройства, исполнение улиточного корпуса из двух частей - правой и левой, соединенных друг с другом с образованием между ними периферийной тупиковой кольцевой щели, в которой с зазорами размещена внешняя кромка центрального диска, а каждая из двух частей улиточного корпуса имеет свои входной и выходной патрубки, позволяет при вращающемся центробежном колесе одновременно перемещать через правую и через левую части улиточного корпуса обособленные газовые потоки без их перемешивания. Каждая из двух частей улиточного корпуса работает на пропуск своего потока.
Исполнение предлагаемого двухпоточного центробежного вентилятора с лабиринтовым уплотнением между стенками периферийной тупиковой кольцевой щели и внешней кромкой центрального диска исключает или минимизирует возможные перетоки из одного перемещаемого через вентилятор потока в другой перемещаемый поток.
По своей конструкции правая и левая части улиточного корпуса являются зеркальным отражением друг друга. Их выпускные патрубки могут быть расположены в любом направлении в диаметральных плоскостях вентилятора, что создает определенные удобства при монтаже устройства.
Предлагаемый двухпоточный центробежный вентилятор при необходимости может выполнять дополнительно функции теплообменника. В этом случае центральный диск центробежного колеса, разделяющий потоки перемещаемых горячего и холодного теплоносителей, служит поверхностью теплопередачи, а рабочие лопатки на обеих сторонах центрального диска служат теплопроводящими ребрами, усиливающими теплопередачу.
Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную техническую проблему.
Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - фиг.5.
На фиг.1 показан разрез заявляемого двухпоточного центробежного вентилятора; на фиг.2 - вид слева на фиг.1; на фиг.3 - вид справа на фиг.1; на фиг.4 - вид сверху на фиг.1; на фиг.5 - лабиринтовое уплотнение двухпоточного центробежного вентилятора.
1
2
3
2
3
4
1
5
6
7
2
5
8
9
8
10
11
8
12
13
14
12
13
10
15
2
1
6
16
17
Двухпоточный центробежный вентилятор содержит центробежное колесо , включающее в себя центральный диск , боковые кольца  и закрепленные между диском  и кольцами  рабочие лопатки . Центробежное колесо  расположено в улиточном корпусе, состоящем из левой  и правой  частей, соединенных между собой с образованием периферийной тупиковой кольцевой щели , в которой с зазорами размещена внешняя кромка центрального диска . Левая часть  улиточного корпуса имеет входной  и выходной  патрубки. Внутри входного патрубка , осесимметрично с ним, расположен приводной вал , установленный в подшипниках , которые закреплены в патрубке  с помощью охватывающих  и распорных  колец и радиальных жестких спиц  между кольцами  и . На конец приводного вала  посажена ступица , жестко соединенная с центральным диском  центробежного колеса . Правая часть  улиточного корпуса имеет свои входной  и выходной  патрубки.
7
2
18
7
19
2
Лабиринтовое уплотнение между стенками периферийной кольцевой щели  и внешней кромкой центрального диска  включает в себе неподвижные кольцевые гребни , закрепленные одним своим концом на стенках щели , и подвижные кольцевые гребни , закрепленные на центральном диске .
Двухпоточный центробежный вентилятор работает следующим образом.
10
11
12
14
13
8
1
10
15.
3
4
2
4
1
5
6
5
8
9
6
16
17
При вращении приводного вала , закрепленного с помощью подшипников , охватывающих их колец , радиальных жестких спиц  и распорных колец  во входном патрубке , вращается центробежное колесо  (на фиг.2 направление вращения - против часовой стрелки), соединенное с валом  через ступицу При этом газовые среды, заполняющие пространства между боковыми кольцами  и рабочими лопатками  по обе стороны центрального диска , под действием возникающей центробежной силы перемещаются вдоль рабочих лопаток  от оси к периферии центробежного колеса . В результате создаются два независимых потока с однонаправленным движением в левой  и правой частях улиточного корпуса. Один из потоков, проходящий через левую часть  улиточного корпуса, поступает во входной патрубок , а выходит через тангенциально установленный выходной патрубок . Другой поток, проходящий через правую часть  улиточного корпуса, поступает во входной патрубок , а выходит через тангенциально установленный выходной патрубок .
7
2
7
18
19
7
2
Периферийная тупиковая кольцевая цель , в которой с минимальными зазорами размещена внешняя кромка центрального диска , служит затвором, препятствующим перетокам транспортируемой среды из одного потока в другой поток. При значительных разностях давлений потоков на выходе из вентилятора, для устранения перетоков между перемещаемыми потоками в периферийную тупиковую кольцевую щель  устанавливается лабиринтовое уплотнение, чередующиеся неподвижные  и подвижные  кольцевые гребни которого в зазорах между стенками щели  и центрального диска  создают дополнительное сопротивление перетокам, что практически полностью устраняет возможность подмешивания транспортируемой среды из одного потока в другой.
4
2
4
4
2
Дополнительные функции теплообменника предлагаемым устройством осуществляются при прямоточном движении обменивающихся теплом потоков теплоносителей в пространствах между рабочими лопатками . Так как движение теплоносителей в межлопаточных каналах вихревое, то теплообмен потоков со стенками центрального диска  и рабочих лопаток  отличается повышенной интенсивностью. Это, а также увеличение числа рабочих лопаток  и площади центрального диска  за счет увеличения его диаметра, позволяют проводить процесс теплопередачи в предлагаемом устройстве с высокой степенью завершенности.
2
2
2
Как пример, рассмотрим использование предлагаемого устройства в приточно-вытяжной вентиляционной системе, где средняя разность температур вытяжного и приточного потоков воздуха составляет 50 °С на протяжении 6 месяцев в зимнее время. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к площади центрального диска двухпоточного центробежного вентилятора, составляет 110 Вт/(м⋅К). В этом случае плотность теплового потока, передаваемого от вытяжного воздуха к приточному, будет равна 5,5 кВт/м, что позволит за зимний сезон через 1 м площади центрального диска передавать 20,43 Гкал теплоты. На соответствующую величину передаваемой в двухпоточном центробежном вентиляторе теплоты уменьшится тепловая нагрузка для теплоутилизационного теплообменного устройства в данной приточно-вытяжной вентиляционной системе, что в итоге будет способствовать снижению капитальных и эксплуатационных затрат на вентиляцию.
Основные преимущества предлагаемого двухпоточного центробежного вентилятора по сравнению с существующими аналогичными устройствами следующие:
- одновременная подача двух обособленных друг от друга потоков одним вентилятором;
- меньшие материальные, энергические и трудовые затраты при изготовлении и эксплуатации из-за использования одного вентилятора вместо двух;
- расширенная функциональность за счет использования в качестве теплообменника.
Источники информации
1. Калинушкин М. П. Гидравлические машины и холодильные установки. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1973, с.118-119.
2. Авт.св. СССР 659788, кл. F04D 17/08, 30.04.79.
3. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 1977, с.201.