ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР
CENTRIFUGAL FAN

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к центробежным вентиляторам для газообильных угольных шахт, обеспечивающим аэродинамическую изоляцию очистной выработки от выработанного пространства при комбинированном проветривании угольных шахт.
Известен центробежный вентилятор [1], содержащий корпус, установленное нем рабочее колесо с несущим и покрывным дисками, между которыми закреплены профильные лопатки, каждая из которых имеет на выходе поворотный закрылок с механизмом его поворота.
Указанный центробежный вентилятор отличается сложностью конструктивного исполнения и соответственно недостаточной надежностью для достижения стабильной подачи воздуха, обеспечивающей аэрогазодинамическую изоляцию очистной выработки от выработанного пространства при комбинированном проветривании угольных шахт.
Наиболее близким к заявленному устройству является центробежный вентилятор [2], содержащий корпус, установленное в нем рабочее колесо, имеющее несущий и покрывной диски с закрепленными между ними профильными лопатками, каждая из которых имеет в области выходной кромки незамкнутую кольцевую полость со стороны рабочей поверхности лопатки, сообщающуюся через конические отверстия в несущем и покрывном дисках с расположенными на их внешней стороне малоканальными аппаратами, имеющими тангенциальные по отношению к отверстию конфузорные каналы.
Такое выполнение центробежного вентилятора позволяет обеспечить стабилизацию его подачи в некотором диапазоне колебаний сопротивления вентиляторной сети за счет увеличения (уменьшения) угла выхода потока из рабочего колеса путем увеличения (уменьшения) интенсивности «вихревого жгута» в кольцевой полости в зависимости от роста (снижения) сопротивления сети. Однако, поскольку увеличение угла выхода потока из рабочего колеса происходит только за счет энергии, сообщаемой ему при смешивании с вкрученным потоком в кольцевой полости лопатки, диапазон изменения давления, развиваемого вентилятором, недостаточен для обеспечения аэрогазодинамической изоляции, т.е. стабилизации подачи вентилятора при существенных колебаниях сопротивления вентиляционной сети.
Указанные недостатки устраняются тем, что в центробежном вентиляторе, содержащем корпус, установленное в нем рабочее колесо, содержащее несущий и покрывной диски с закрепленными между ними профильными лопатками, каждая из которых имеет в области выходной кромки незамкнутую кольцевую полость, образованную цилиндрической обечайкой со стороны рабочей поверхности лопатки, сообщающуюся через конические отверстия в несущем и покрывном дисках с расположенными на их внешней стороне малоканальными аппаратами, имеющими тангенциальные по отношению к отверстию конфузорные каналы, эквидистантно с зазором по отношению к цилиндрической обечайке кольцевой полости на несущем и покрывном дисках, консольно закреплена упругая незамкнутая кольцевая пластина.
Такое выполнение центробежного вентилятора позволит обеспечить стабилизацию подачи вентилятора и, как результат, аэродинамическую изоляцию очистной выработки от выработанного пространства путем большего увеличения угла выхода потока из рабочего колеса за счет изгиба упругой пластины в направлении вращения рабочего колеса при увеличении сопротивления вентиляционной сети. Рост статического давления в рабочем колесе, обусловленный увеличением сопротивления вентиляционной сети, на которую работает вентилятор, приводит к увеличению прироста давления между рабочей и тыльной поверхностями упругой кольцевой пластины вследствие увеличения интенсивности вихревого жгута в кольцевой полости. Поскольку пластина закреплена консольно на несущем и покрывном дисках, под действием перепада давления она отклоняется свободным концом в направлении к кольцевой полости лопатки, что приводит к увеличению ее угла выхода, тем самым, увеличивая фактический угол выхода лопатки из рабочего колеса. Это приводит к дополнительному росту давления, развиваемого вентилятором, противодействующему росту сопротивления сети и, как результат, к стабилизации подачи вентилятора.
На фиг.1 приведено продольное сечение центробежного вентилятора. На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.
Центробежный вентилятор содержит корпус 1, установленное в его полости 2 рабочее колесо 3, состоящее из несущего 4 и покрывного 5 дисков с закрепленными между ними профильными лопатками 6, каждая из которых имеет рабочую 7, тыльную 8 поверхности и незамкнутую кольцевую полость 9 на рабочей поверхности 7 в области выходной кромки 10. В несущем 4 и покрывном 5 дисках выполнены сквозные конические отверстия 11, оси которых параллельны цилиндрической обечайке 12, образующую кольцевую полость 9. С внешней стороны несущего 4 и покрывного 5 дисков установлены малоканальные аппараты 13 с тангенциальным входом каналов в отверстия 11. На периферии несущего 4 и покрывного 5 дисков консольно 14, эквидистантно, с зазором по отношению к цилиндрической обечайке 12 кольцевой полости 9 лопатки 6 закреплена упругая пластина 15, имеющая рабочую 16 и тыльную 17 поверхности.
В процессе работы центробежного вентилятора поток из полости 2 корпуса по тангенциальным каналам малоканальных аппаратов 13 с большой скоростью, закручиваясь, поступает через отверстие 11 в несущем 4 и покрывном 5 дисках рабочего колеса 3 в кольцевую полость 9, образованную цилиндрической поверхностью 12 в области выходной кромки 10 на рабочей поверхности 8 лопатки 6. При этом упругая пластина 15 под действием центробежных сил и перепада давления между рабочей 16 и тыльной 17 поверхностями лопаток 6 занимает равновесное положение с образованием определенного зазора между цилиндрической поверхностью 12 и тыльной поверхностью 17 упругой пластины 15. Поток межлопаточного канала рабочего колеса, движущегося по рабочей поверхности 7 лопатки 6, смешиваясь с закрученным в кольцевой полости, поворачивается в направлении вращения рабочего колеса 3 вдоль рабочей поверхности 16 упругой пластины 15. Поток межлопаточного канала рабочего колеса 3, движущийся по тыльной 8 поверхности лопатки 6, смешиваясь со струей, вытекающей через зазор между цилиндрической обечайкой 12 и тыльной поверхностью 17, также поворачивается в направлении рабочего колеса 3 вдоль тыльной поверхности 17 упругой пластины 15. Равновесное положение упругой пластины 15 определяет угол ее выхода из рабочего колеса 3, которому при заданном сопротивлении вентиляционной сети соответствует определенная подача и давление, развиваемое вентилятором. При увеличении сопротивления вентиляционной сети, вызванного снижением подачи вентилятора, в силу увеличения перепада давления между полостью 2 корпуса 1 и кольцевой полостью 9 возрастает интенсивность вихревого движения потока в полости 9, т.е. интенсивность вихревого жгута, что приводит к росту перепада давления между рабочей 16 и тыльной 17 поверхностями упругой пластины 15 и отклонению ее в направлении к цилиндрической обечайке 12, т.е. к увеличению угла выхода упругой пластины 15, а следовательно, и лопатки 6, поскольку они имеют аэрогазодинамическую связь через зазор между цилиндрической обечайкой 12 лопатки 6 и тыльной поверхностью 17 упругой пластины 15. В результате увеличения угла выхода лопатки 6 происходит дополнительный рост давления, что способствует восстановлению подачи вентилятора, компенсирующее ее снижение, обусловленное ростом сопротивления вентиляционной сети. В случае уменьшения сопротивления вентиляционной сети происходят аналогичные процессы в противоположном направлении, т.к. в этом случае угол выхода лопатки уменьшается.
Таким образом, данная конструкция вентилятора обеспечивает адаптивные, т.е. самонастраивающиеся изменения давления, развиваемого вентилятором при изменении сопротивления вентиляционной сети, позволяющие стабилизировать подачу вентилятора, тем самым обеспечить аэрогазодинамическую изоляцию очистной выработки от выработанного пространства при комбинированном проветривании угольных шахт.
Источники информации
1. Ковалевская В.И., Бабак Г.А., Пак В.В. Шахтные центробежные вентиляторы. - М.: Недра, 1976. 320 с.
2. Патент 2029136 (Россия), М. кл. F04D 17/08.