КАНАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям радиальных вентиляторов, и может быть использована в жилых зданиях, коттеджах, бытовых, спортивных и административных сооружениях, промышленных и сельскохозяйственных объектах, в том числе в конструкциях канальных прямоточных вентиляторов.
Известно рабочее колесо канального радиального вентилятора, содержащее основной и покрывной диски с законцовками, размещенные между дисками загнутые назад лопатки, диаметр которых меньше диаметра основного и покрывного дисков, при этом диаметр основного диска с законцовкой равен 1,05…1,15, а диаметр покрывного диска с законцовкой равен 1,1…1,2 внешнего диаметра лопаток, с образованием между образующими основного диска и законцовки покрывного диска нерасширяющегося канала (см. патент на изобретение №2206797, Кл. F04D 29/28, опубл. В 2003 г.). Конструкция известного вентилятора позволяет увеличить ширину лопаток, но не решает задачу поворота потока в корпусах канальных прямоточных вентиляторов, имеющих ограниченные поперечные габариты.
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 невозможно вписать в компактные поперечные габариты канальных прямоточных вентиляторов.
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 позволяет снизить уровень шума рабочего колеса вентилятора, но не дает возможности решить проблему конструктивных ограничений компактных канальных прямоточных вентиляторов.
Известен радиальный вентилятор, содержащий корпус, размеры которого значительно превышают габариты рабочего колеса, включающего передний диск с входным отверстием и задний диск с лопатками между ними, имеющими изгиб изнутри наружу против направления вращения, и выбросным каналом, образованным дисками на их периферии за пределами лопаток (см. патент на изобретение RU №2321775, Кл. F04D 29/28, oп. 2008 г.). В известном вентиляторе канал, образованный концевыми, выступающими за пределы расположения загнутых назад лопаток, участками, позволяет увеличить эффективность вентилятора, но в силу своих конструктивных особенностей не решает задачу снижения аэродинамических потерь при повороте потока в прямоточных канальных вентиляторах. Кроме того, 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.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является вентилятор, содержащий корпус с первой торцевой стенкой, имеющей впускной патрубок, второй торцевой стенкой и противолежащими боковыми стенками, радиальное колесо с несущим и покрывным дисками и расположенными между ними загнутыми назад лопатками, причем привод колеса находится за пределами второй торцевой стенки, при этом расстояние между дисками больше 0,3 Д - диаметра расположения наружных кромок лопаток (см. свидетельство на полезную модель RU №37546, Кл. F24F 7/00, oп. 2004 г.). В этом вентиляторе предусмотрена возможность выполнения корпуса с четырьмя глухими продольными стенками и выпускным патрубком в задней торцевой стенке. Известный вентилятор более компактной конструкции, чем предыдущие, имеет конструктивные ограничения, не позволяющие увеличивать его КПД, значение коэффициентов расхода и давления. За счет того, что воздушный поток дважды меняет направление движения: сначала внутри рабочего колеса с осевого на радиальный, а потом на выходе с лопаток - с радиального на осевой, есть возможность устанавливать такой вентилятор в помещениях с жесткими ограничениями по габаритам. Но конструктивные ограничения, накладываемые на вентилятор, снижают его эксплуатационные показатели.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи оптимизации движения воздушного потока в корпусе компактного канального прямоточного вентилятора с задним расположением выходного отверстия, увеличения его КПД снижением аэродинамических потерь на поворот выходящего из рабочего колеса воздушного потока при его направлении в корпусе вентилятора вдоль оси вращения рабочего колеса при его взаимодействии с продольными стенками корпуса.
1
2
3
4
3
4
1
2
3
4
4
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в канальном вентиляторе, содержащем расположенные в корпусе входной коллектор, рабочее колесо и двигатель, корпус выполнен, по крайней мере, с одной торцевой стенкой, имеющей входное отверстие, сообщенное с входным коллектором, с примыкающими к торцевой стенке продольными стенками, расположенными вдоль оси вращения рабочего колеса вентилятора и образующими замкнутый контур, и с выходным отверстием, расположенным на противоположном от входного отверстия конце корпуса, причем 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, ориентированной 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 величину 0,25 D. На наружной кромке несущего диска выполнен отгиб в сторону выходного отверстия корпуса. 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 канального вентилятора.
На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. 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.
1
2
3
4
3
4
Канальный вентилятор содержит расположенные в корпусе 1, входной коллектор 2, рабочее колесо 3 и двигатель 4. Корпус 1 выполнен с входным отверстием 5 в торцевой стенке 6, сообщенным с входным коллектором 2, продольными стенками 7, расположенными вдоль оси вращения вентилятора, примыкающими к торцевой стенке 6 и образующими замкнутый контур, выходным отверстием 8, расположенным на противоположном от входного отверстия 5 конце корпуса 1 и образованного кромками продольных стенок 7. Корпус 1 канального вентилятора может иметь разные исполнения. Наиболее предпочтительной является прямоугольная форма корпуса 1 с четырьмя продольными стенками 7, позволяющая размещать вентилятор в ограниченное по высоте пространстве за подвесным потолком. При такой форме корпуса 1 аэродинамические потери внутри вентилятора не увеличиваются. Рабочее колесо 3 имеет несущий диск 9, связанный с двигателем 4, и покрывной диск 10, имеющий входное отверстие 11. У рабочего колеса 3 установлены загнутые назад по направлению вращения лопатки 12, расположенные между несущим диском 9 и покрывным диском 10. Диски 9 и 10 имеют наружные диаметры D и D, выступающие за наружные кромки лопаток 12, с образованием выбросного канала между кольцевыми стенками 13, являющимися продолжением дисков 9 и 10 за пределами лопаток 12. Лопатки 12 рабочего колеса 3 выполнены со скошенной наружной кромкой 14, ориентированной таким образом, что диаметр D расположения точки примыкания наружной кромки 14 лопаток 12 к несущему диску 9 относится к диаметру D расположения точки примыкания наружной кромки 14 лопаток 12 к покрывному диску 10 как 0,91≤:D: D≤:0,98.
1
2
2
4
4
2
Наружный диаметр D несущего диска 9 меньше наружного диаметра D покрывного диска 10 не менее, чем в 0,98 раза. Диаметр D покрывного диска 10 превышает диаметр D расположения точки примыкания к нему наружной кромки 14 лопаток 12 не более, чем на величину 0,25 D. В варианте с прямоугольной формой корпуса 1 пара противоположных стенок 7 может иметь ширину Б, а другая пара противоположных стенок 7 может иметь ширину В. При этом пара более широких стенок 7 образует зазор S между стенкой 7 и наружной кромкой покрывного диска 10 рабочего колеса 3. Наиболее целесообразное значение зазора S с точки зрения компактности прямоугольных прямоточных канальных вентиляторов лежит в диапазоне 1-3% от наружного диаметра D покрывного диска 10. Кромки продольных стенок 7 с противоположных сторон снабжены присоединительными фланцами 15 и 16.
На наружной кромке несущего диска 9 в сторону выходного отверстия 8 выполнен отгиб 17. Отгиб 17 может быть выполнен от зоны примыкания наружной кромки 14 лопаток 12 к несущему диску 9. В том случае, когда поперечное сечение выбросного канала рабочего колеса 3 на его начальном участке выполнено постоянным по ширине, отгиб 17 может быть выполнен в конечной зоне несущего диска 9.
Экспериментально установлено, что указанные параметры рабочего колеса и соотношения его размеров являются оптимальными для данной конструкции канального прямоточного вентилятора и обеспечивают достижение максимального положительного эффекта.
1
2
3
3
4
1
2
2
4
4
2
3
2
3
2
Канальный 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 11 покрывного диска 10 на лопатки 12. Внутри рабочего колеса 3 направление воздушного потока с помощью лопаток 12 меняется на 90. В выбросном канале, образованным кольцевыми стенками 13, являющимися продолжением дисков 9 и 10 за пределами лопаток 12, происходит преобразование скоростного давления и, особенно, его тангенциальной составляющей в статическое давление, что повышает эффективность работы вентилятора. На поверхности стенок 13 канала и концах лопаток 12 образуется пограничный слой, толщина которого увеличивается по мере удаления от оси вращения рабочего колеса 3, и уменьшается отрыв пограничного слоя воздушного потока от лопаток 12. Благодаря скошенной форме наружных кромок 14 лопаток 12, уменьшению диаметра несущего диска 9 D по сравнению с диаметром покрывного диска 10 D при максимальном приближении продольных стенок 7 к рабочему колесу 3 повторный поворот воздушного потока на 90° происходит с уменьшенными аэродинамическими потерями, что сказывается на повышении КПД и статического давления развиваемого вентилятором. Наличие отгиба 17 на концевом участке диска 9 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 14 лопаток 12 к несущему диску 9 относится к диаметру D4 расположения точки примыкания наружной кромки 14 лопаток 12 к покрывному диску 10 как 0,91≤D: D≤0,98, а также диаметр D несущего диска 9 меньше диаметра D покрывного диска 10 не менее, чем в 0,98 раза и диаметр D покрывного диска 10 превышает диаметр D расположения точки примыкания к нему наружной кромки 14 лопаток 12 не более, чем на величину 0,25 D, обеспечивает замедление воздушного потока на поверхности дисков 9 и 10 и его более плавный переход в осевое направление при взаимодействии с продольными стенками 7 корпуса 1. При этом не происходит интенсивного отрыва воздуха от лопаток 12, т.к. скорость движения потока, ее тангенциальная составляющая, в этой зоне уже не велика. Выполнение наружных кромок лопаток 12 скошенными в соответствии с указанным соотношением размеров и выполнение несущего диска 9 меньшим диаметром, чем диаметр покрывного диска 10, позволяет при близком расположении, по крайней мере, пары противолежащих продольных стенок 7 корпуса 1 к рабочему колесу 3 снизить аэродинамические потери на поворот выходящего из рабочего колеса 3 потока при его дальнейшем протекании в корпусе 1 вентилятора вдоль оси вращения рабочего колеса 3. Выполнение скоса наружных кромок 14 лопаток 12 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 компактности канальных вентиляторов и сохранении значений зазора S между стенками 7 и рабочим колесом 3 в диапазоне 1-3% от диаметра D; покрывного диска 10 ослабляется действие вращающегося диффузора, образованного кольцеобразными стенками 13.
Таким образом, заявленная полезная модель решает техническую задачу оптимизации движения воздушного потока в корпусе канального прямоточного вентилятора, увеличения его КПД, снижения аэродинамических потерь на поворот выходящего из рабочего колеса воздушного потока при его последующем движении в корпусе вдоль оси вращения рабочего колеса при его взаимодействии с продольными стенками корпуса.