ВЕНТИЛЯТОР

Полезная модель относится к конструкциям вентиляторов, используемым в системах газоочистки и аспирации для транспортировки воздуха, аэрозолей и газов в различных химико-технологических процессах.
Из уровня техники известны конструкции промышленных вентиляторов, в том числе работающих при повышенных температурах перемещаемой газовоздушной среды и в агрессивных средах.
Известна конструкция вентилятора по патенту на полезную модель РФ № 114736, МПК F04D 17/08, F04D 25/06, опубл. 10.04.2012.
Вентилятор содержит корпус улиточного типа с полыми боковыми частями, размещенный на опоре, рабочее колесо с лопатками, выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим и покрывным дисками колеса, насаженного при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре с внешней стороны корпуса, диффузор. Корпус состоит из съемных средней и полых боковых частей, в кромках средней части равномерно выполнены Т-образные выступы, а в кромках полых боковых частей выполнены фигурные пазы, в нижнюю часть которых заведены вертикальные составляющие Т-образных выступов, а в оставшейся части пазов размещены вставные элементы Т-образной формы, установленные вертикально горизонтальной составляющей вниз, образуя замковое соединение. Лопатки выполнены плоскими с профилированной входной кромкой выпукло-вогнутой формы и выходной кромкой прямоугольной формы. Верхняя и нижняя кромки лопаток выполнены с удлиненными выступами, входящими в соответствующие выступам сквозные отверстия, имеющиеся в основном рабочем и покрывном дисках рабочего колеса, при этом удлиненные выступы лопаток завальцованы с внешней стороны дисков. Лопатки размещены на рабочем колесе под углом к радиусу, обеспечивающим эффект лопаток, загнутых назад, причем количество лопаток не менее 12. Корпус, диффузор, рабочее колесо, вставные элементы Т-образный формы выполнены из полимера, а в качестве полимера использован ударопрочный полипропилен.
Недостатками известной конструкции вентилятора является то, что во время работы вентилятора в лопатках возникает большая продольная деформация, а также то, что развальцованные с внешней стороны выступы лопаток создают дополнительное сопротивление, вибрацию и шум при вращении рабочего колеса.
Возникновение продольной деформации лопаток обусловлено тем, что при повышенных температурах перемещаемой газовоздушной среды её плотность увеличивается, что увеличивает нагрузку на лопатки, при этом начинает действовать температурное расширение и удлинение полимера, из которого изготовлены лопатки. Кроме того, возникающая деформация расшатывает завальцовку лопаток, что увеличивает вибрацию и в конечном итоге, приводит к разрушению всей конструкции.
Так же известна конструкция вентилятора по патенту на полезную модель РФ № 201830 МПК F24F 7/00, опубл. 14.01.2021, выбранная в качестве прототипа.
В соответствии с патентом вентилятор состоит из корпуса вентилятора (улиты), электродвигателя, установленного на раме, рабочего колеса, установленного на валу электродвигателя, патрубка для слива конденсата, причем корпус вентилятора и рабочее колесо изготавливается из листовых термопластов толщиной от 3 до 20 мм. В качестве листовых термопластов может быть использован полипропилен (гомополимер и его сополимеры), полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный поливинилхлорид (ПВХ-Х), поливинилденфторид (ПВДФ, PVDF), этиленхлортрифторэтилен, фторопласт и другие листовые термопласты, удовлетворяющие критерию толщины листов от 3 до 20 мм.
Недостатком известной конструкции является то, что в ней используют плоские загнутые лопатки. При этом при изготовлении загнутой лопатки из листового материала, плоскую заготовку нужно согнуть так, чтобы придать ей необходимый радиус, т.е. деформировать материал, а это вносит дополнительные напряжения в конструкцию. Срок службы, напряженной таким образом лопатки будет меньше чем срок службы лопатки, изготовленной из трубы, в которой такие напряжения отсутствуют. При этом использование плоских лопаток, изготовленных из листов толщиной 5 мм и более, отрицательно влияет на аэродинамические и акустические характеристики вентилятора, поэтому при использовании толстых листов, заготовки подлежат дополнительной механической обработке с целью придания им нужного профиля, что требует больших затрат.
Проблема, решаемая с помощью заявляемой полезной модели - возникновение продольной деформации полимерных лопаток рабочего колеса при работе вентилятора.
Технический результат, достигаемый с помощью заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении продольной деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках.
Указанный технический результат достигается за счёт конструкции вентилятора, включающей корпус улиточного типа, размещенный на опоре, рабочее колесо с лопатками, выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим и покрывным дисками рабочего колеса, насаженных при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре с внешней стороны корпуса, при этом лопатки изготовлены из полимерной трубы диаметром от 18 до 2300 мм и толщиной стенки от 2 до 90 мм, причём диаметр полимерной трубы максимально приближен к диаметру изгиба лопаток.
При этом диаметр изгиба лопаток соотносится с диаметром рабочего колеса вентилятора и зависит от аэродинамической схемы вентилятора.
Л1
Л2
Л1
Л2
Л2
Л2
Аэродинамические характеристики радиального рабочего колеса определяются углами установки лопаток на входе β и на выходе β. Углы установки β и β измеряются между средней линией лопатки на соответствующем диаметре и касательной к окружности с этим диаметром. За положительное направление касательной к окружности принято направление против вращения рабочего колеса. Если угол установки лопатки на выходе β < 90 градусов, то эти лопатки считаются загнутыми назад. Если угол установки лопатки на выходе β > 90 градусов, то эти лопатки считаются загнутыми вперед.
При изготовлении лопаток, загнутых вперёд диаметр их изгиба D1 соотносится с диаметром рабочего колеса Dвых, измеренным на выходе из лопаточной зоны, по формуле:
Dвых/D1 = 5,555 (1)
При изготовлении лопаток, загнутых назад, диаметр их изгиба D1 соотносится с диаметром рабочего колеса Dвых, измеренным на выходе из лопаточной зоны, по формуле:
Dвых/D1 = 1,087 (2)
При этом толщины стенок лопаток соответствуют стандартным толщинам стенок полимерных труб, используемых для их изготовления, и находятся в диапазоне от 2 до 90 мм.
Поскольку при изготовлении полимерных труб экструзионным способом в них не возникают внутренние напряжения, обусловленные их изгибом, то соответственно лопатки, изготовленные из таких труб, которые изначально имеют необходимый радиус, также лишены внутренних напряжений.
Изготовление лопаток из трубы диаметром максимально приближенным к диаметру изгиба лопаток позволяет также минимизировать их механическую обработку, при этом такая механическая обработка не вносит в материал лопаток дополнительных внутренних напряжений.
Во время эксплуатации материал таких лопаток в результате их нагрева расширяется в соответствии с физико-химической структурой полимерных труб, из которых они были изготовлены, например, для полипропилена температурное расширение составляет 1 см на 1 метр при изменении температуры на 70°С, при этом это температурное расширение материала лопаток не приводит к возникновению изгибов и выкручиванию лопаток.
Тогда как при нагреве лопаток, изготовленных из листа и затем загнутых по требуемому радиусу, внутренние напряжения, появившиеся в лопатках в результате их изгиба, при повышении температуры, высвобождаются по экспоненте, в результате чего происходит не только удлинение таких лопаток, но и возникает обратное направлению изгиба выкручивание материала, что приводит к недопустимому изменению всей геометрии лопатки.
Таким образом, за счёт изготовления лопаток из полимерной трубы диаметром от 18 до 2300 мм и толщиной стенки от 2 до 90 мм обеспечивается уменьшение деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках, а также в этом случае требуется меньше механической обработки при их изготовлении.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 изображен вентилятор, включающий корпус (1) улиточного типа, размещенный на опоре (2), рабочее колесо (3) с лопатками (4), выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим диском (5) и покрывным диском (6) рабочего колеса, насаженных при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре (2) с внешней стороны корпуса (1), при этом лопатки (4) изготовлены из полимерной трубы диаметром от 18 до 2300 мм и толщиной стенки от 2 до 90 мм.
На фиг. 2 показан диаметр изгиба лопатки D1 и диаметр рабочего колеса, измеренный на выходе из лопаточной зоны Dвых.
На фиг. 3 показано рабочее колесо с установленными лопатками в разрезе.
Л1
Л2
Аэродинамические характеристики рабочего колеса (3) определяются углами установки лопаток на входе β и на выходе β, которые измеряются между касательными к средней линии (7) лопатки (4) на диаметре входа в лопаточную зону Dвх и на диаметре выхода из лопаточной зоны Dвых.
В Таблице 1 показаны примеры результатов расчётов соотношений диаметра изгиба D1 лопаток, загнутых вперёд с диаметром рабочего колеса Dвых, выполненных по формуле (1).
В Таблице 2 показаны примеры результатов расчётов соотношений диаметра изгиба D1 лопаток, загнутых назад с диаметром рабочего колеса Dвых, выполненных по формуле (2).
Таким образом, за счёт изготовления лопаток рабочего колеса вентилятора из полимерной трубы, диаметр которой максимально приближен к требуемому диаметру изгиба лопаток, обеспечивается уменьшение продольной деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках.
Вентилятор
Таблица 1
Диаметр трубы, используемой для изготовления лопаток (D1), мм
Диаметр рабочего колеса вентилятора (Dвых),мм
18
100
90
500
180
1000
270
1500
360
2000
450
2500
Таблица 2
Диаметр трубы, используемой для изготовления лопаток (D1), мм
Диаметр рабочего колеса вентилятора (Dвых),мм
90
100
450
500
900
1000
1400
1500
1900
2000
2300
2500