ВЕНТИЛЯТОР
FAN

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть, в частности, использовано в приточно-вытяжных вентиляционных системах промышленных предприятий.
Известны вентиляторы центробежного типа со спиральным корпусом и рабочим колесом с лопатками, расположенными под углом 90° к плоскости вращения колеса [1, 2]. Данные вентиляторы характеризуются небольшими КПД и из-за невысокой прочности и жесткости колес имеют ограниченные окружные скорости, что, в свою очередь, обусловливает пониженное давление газа, создаваемое вентилятором.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вентилятор, содержащий улиточный корпус с входным и выходным патрубками, установленное в корпусе центробежное рабочее колесо с лопатками, закрепленными в дисках колеса, направляющие аппараты, один из которых установлен во входном патрубке, а другой размещен в корпусе непосредственно за обводом рабочего колеса [3] - прототип.
Известное устройство имеет более совершенную аэродинамическую схему и более высокий КПД. Недостатком такого вентилятора является пониженная жесткость рабочего колеса, обусловленная размещением тонкостенных лопаток-пластин под углом 90° к плоскости вращения колеса. Действующие на элементы рабочего колеса силовые моменты приводят в процессе эксплуатации вентилятора к круговому смещению дисков колеса относительно друг друга, к появлению вибрации и стуков. Торцовые поверхности корпуса являются своеобразными мембранами, колеблющимися под влиянием пульсаций давления в газовом потоке. Это вызывает интенсивный шум. Недостатком известных центробежных вентиляторов являются также значительные их габариты при повышенных подачах газа.
Задача настоящего изобретения - повышение жесткости рабочего колеса, уменьшение габаритов и повышение эффективности работы вентилятора.
Поставленная задача решается тем, что вентилятор, содержащий улиточный корпус с входным и выходным патрубками, установленное в корпусе центробежное рабочее колесо с лопатками, закрепленными в дисках колеса, направляющие аппараты, один из которых установлен во входном патрубке, а другой размещен в корпусе непосредственно за обводом рабочего колеса, выполнен так, что диски рабочего колеса имеют окна, лопатки рабочего колеса имеют открытые со сторон торцов колеса полости, установлены в окнах дисков и расположены под углом, меньшим 50°, к плоскости дисков, корпус дополнительно снабжен поворотной камерой, размещенной со стороны, противоположной входному патрубку.
В отличие от известного устройства расположение лопаток рабочего колеса под углом, меньшим 50°, к плоскости вращения колеса и выполнение лопаток полыми придает им объемную, "коробчатую" форму, что обеспечивает высокую жесткость рабочего колеса. Наличие в дисках окон для лопаток и возможность прохода газа в осевом направлении через полости последних позволяют в одном устройстве совмещать принципы действия осевого и центробежного вентиляторов, что повышает эффективность работы нагнетателя. Высокая жесткость рабочего колеса позволяет увеличить его окружную скорость, сохранив при этом заданные параметры прочности. Это дает принципиальную возможность уменьшения габаритов вентилятора. Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную задачу.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".
Известны вентиляторы с лопатками объемного профиля, изготавливаемые штампованием и сваркой [1]. Полости таких лопаток являются закрытыми, а вентиляторы, в которых они установлены, работают только по одному принципу (осевое или центробежное нагнетание).
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "существенные отличия".
На фиг.1 показан разрез вентилятора; на фиг.2 - вид по А на фиг.1; на фиг.3 - рабочее колесо вентилятора; на фиг.4 - часть диска 4 на фиг.3.
Вентилятор содержит улиточный корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 установлено рабочее колесо, включающее в себя диск 4 с центральным отверстием 5 и диск 6, имеющие окна 7, ступицу 8, жестко соединенную с диском 6, и лопатки 9, имеющие полости 10. Лопатки 9 своими открытыми концами закреплены в окнах 7 дисков 4 и 6. По отношению к плоскости дисков 4 и 6 лопатки 9 расположены под углом, меньшим 50°. Полости 10 лопаток 9 образуют каналы для прохода перемещаемого вентилятором воздуха в осевом направлении, а каналы 11, образованные дисками 4, 6 и стенками лопаток 9, служат для прохода воздуха в радиальном направлении. Ступица 8 рабочего колеса закреплена на приводном валу 12. Во входном патрубке 2, соосно с ним размещен обтекаемый кок 13. Кок 13 через стойки 14 жестко соединен со стенкой патрубка 2. Во входном патрубке 2 непосредственно перед рабочим колесом размещен направляющий аппарат 15. Другой направляющий аппарат 16 установлен в корпусе непосредственно за обводом рабочего колеса. Направляющий аппарат 16 содержит обтекаемой формы тело 17, являющееся продолжением языка корпуса 1. Со стороны, противоположной входному патрубку 2, на корпусе 1 размещена поворотная камера 18 со встроенным поворотным элементом 19.
Вентилятор работает следующим образом.
Рабочее колесо получает вращение от жестко связанного с ним ведущего вала 12. При этом воздушный поток из входного патрубка 2 через направляющий аппарат 15 поступает в полости 10 лопаток 9 рабочего колеса. Получив там необходимую закрутку и повышение давления, поток в камере 18 поворачивает на 180° и, пройдя через центральное отверстие 5 диска 4, поступает в радиальные межлопаточные каналы 11 рабочего колеса, где давление потока снова возрастает за счет действия центробежных сил на перемещаемый воздух. При прохождении затем направляющего аппарата 16 и дальнейшего следования потока по расширяющемуся спиральному каналу корпуса 1 к выходному патрубку 3 скорость воздуха снижается и статическое давление его еще раз повышается.
Предлагаемое устройство, объединяя в себе эффекты действия осевого и центробежного вентиляторов, является, по-существу, вентилятором двойного действия, с двумя ступенями сжатия. Поток воздуха после поворотной камеры, на входе в радиальные межлопаточные каналы рабочего колеса, закручен и вращается со скоростью, близкой к скорости вращения колеса. Это обеспечивает безударный вход в каналы и минимальные входные потери давления потока, которые в обычных центробежных вентиляторах составляют значительную часть общей потери давления нагнетаемого потока. В результате оказывается возможным существенно увеличить степень сжатия воздуха в вентиляторе и повысить эффективность его работы. Высокая жесткость рабочего колеса и возможность в связи с этим работать с высокой частотой его вращения дополнительно позволяют увеличить давление сжатия воздуха. При этом удается сократить радиальные размеры вентилятора, заметно улучшив компоновочные свойства.
Межлопаточные радиальные каналы рабочего колеса являются суживающимися по направлению движения воздуха. Скорость потока на выходе из каналов высока. За счет высокой скорости выхода минимизируются внутренние перетечки сжимаемой среды.
Все это вместе взятое, безусловно, повысит технико-экономическую эффективность вентилятора.
Источники информации
1. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 1977, с.194-200.
2. Авт. св. СССР 659788, кл. F04D 17/08, 30.04.79.
3. Авт. св. СССР 1147855, кл. F04D 17/08, 30.03.85.