ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК F04D17/08 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к центробежным вентиляторам.

Известен центробежный вентилятор, содержащий корпус, установленное в нем рабочее колесо, входной патрубок и устройство регулирования подачи вентилятора, выполненное в виде камеры, связанной с полостью высокого давления и сообщенной кольцевым каналом с входным патрубком.

Указанный центробежный вентилятор характеризуется малой областью экономичной работы вследствие того, что по мере увеличения подачи потока через камеру за кольцевым каналом в направлении движения потока на поверхности входного патрубка увеличивается застойная вихревая зона, с чем связан рост потерь энергии.

Наиболее близким к заявленному устройству является центробежный вентилятор, содержащий корпус, установленное в нем рабочее колесо, входной патрубок и устройство регулирования подачи вентилятора, выполненное в виде спиральной камеры, связанной с полостью высокого давления, и сообщенное с входным патрубком через кольцевой канал, заглушенный с одной стороны.

Такое выполнение центробежного вентилятора позволяет увеличить область его экономичной работы за счет устранения застойной вихревой зоны за кольцевым каналом вследствие поступления управляющего потока из камеры по касательной к основному потоку во входном патрубке. Однако такой характер движения не обеспечивает интенсивного смешивания управляющего потока с основным в направлении к оси входного патрубка, что приводит к существенной неравномерности циркуляции на входе в рабочее колесо, не позволяя достичь требуемой глубины экономичного регулирования центробежного вентилятора.

Целью изобретения является увеличение области экономичной работы центробежного вентилятора.

Указанная цель достигается тем, что в центробежном вентиляторе, содержащем корпус с установленным в нем рабочим колесом, входной патрубок и устройство регулирования подачи вентилятора в виде безлопаточного направляющего аппарата, расположенного на обечайке входного патрубка, последний выполнен в виде входного коллектора, установленного непосредственно на входе в рабочее колесо, и обечайки, имеющей внутренний диаметр, больший внутреннего диаметра входного коллектора и установленной с возможностью осевого перемещения. Наибольший положительный эффект достигается при соотношениях параметров: наружный диаметр входного коллектора 0,75-0,95 диаметра рабочего колеса, а внутренний диаметр обечайки 0,85-0,92 наружного диаметра коллектора. Для усиления эффективности устройства в области выходного сечения обечайка снаружи снабжена обтекателем, который образует с ней конфузорный кольцевой канал, а внутри входного коллектора и обечайки направляющий аппарат снабжен цилиндрическим патрубком.

Такое выполнение центробежного вентилятора обеспечивает большую область его экономичной работы благодаря полному эффективному использованию энергии вращения потока в полости корпуса вентилятора для закрутки основного потока на входе в рабочее колесо и регулированию расхода управляющего потока без потерь на дросселирование. На участке от обечайки до внутреннего диаметра входного коллектора происходит интенсивное смешивание управляющего потока с основным и его закрутка с плавным поворотом смещенного потока по коллектору на вход в рабочее колесо.

Выполнение наружного диаметра входного коллектора более 0,95 диаметра рабочего колеса приводит к нарушению поперечного циркуляционного течения в корпусе. Обечайка направляющего аппарата диаметром более 0,92 наружного диаметра коллектора и наружный диаметр входного коллектора менее 0,75 диаметра рабочего колеса не позволяют сформироваться управляющему потоку на входе в направляющий аппарат. Обечайка направляющего аппарата диаметром менее 0,85 наружного диаметра коллектора приводит к существенному увеличению потерь энергии на трение потока о коллектор при его вращении в корпусе.

Часть управляющего потока, тангенциально основному потоку поступающего за счет перепада давления через кольцевой конфузорный канал, образованный обтекателем и обечайкой, способствует предварительной закрутке поверхностного слоя основного потока, что уменьшает потери энергии от соударения потоков в зоне смешения.

Цилиндрический патрубок, которым снабжен направляющий аппарат, способствует дополнительной закрутке смешанного потока на режимах малых подач вентилятора за счет косого обтекания цилиндра струей управляющего потока и возникновения при этом эффекта Коанда.

На фиг. 1 показано продольное сечение центробежного вентилятора; на фиг. 2 - продольное сечение направляющего аппарата.

Центробежный вентилятор содержит корпус 1, установленное в его полости 2 рабочее колесо 3, входного патрубок 4 и направляющий аппарат 5, выполненный в виде входного коллектора 6 и обечайки 7. Обечайка 7 имеет диаметр D_о больше внутреннего диаметра D_в.к коллектора и по направляющим 8 на входном патрубке 4 может перемещаться в осевом направлении.

Для изменения режима работы центробежного вентилятора открывают вход направляющего аппарата 5 смещением обечайки 7 по направляющим 8. Вращающийся в полости 2 корпуса 1 управляющий поток, сформировавшись в осевом направлении на части входного коллектора 6, выступающей над обечайкой 7 диаметром D_о, поступает в направляющий аппарат, где взаимодействует с основным потоком, поступающим через входной патрубок 4. На участке входного коллектора 6 от диаметра D_о обечайки до внутреннего диаметра D_в.к коллектора происходит эффективная закрутка основного потока управляющим за счет постоянного поджатия его к криволинейной поверхности коллектора 6 при повороте из радиального направления в тангенциальное. Закрутка потока происходит без образования застойных вихревых зон также в силу поджатия потока к коллектору 6.

Поскольку управляющий поток формируется на начальном участке коллектора 6, то в зазоре между обечайкой 7 и коллектором 6 не возникают дополнительные потери его энергии на дросселирование, а происходит плавное "безударное" обтекание коллектора 6 и обечайки 7.

Эффективная закрутка основного потока управляющим на входе в рабочее колесо позволяет в широком диапазоне изменять режим работы вентилятора без существенных потерь энергии, т.е. при сохранении высокой экономичности.

Наибольший положительный эффект достигается при геометрических параметрах направляющего аппарата в интервалах:
D_н.к = (0,75-0,95)D_к;
D_о = (0,85-0,92)D_н.к
В этом случае имеют место минимальные потери энергии управляющего потока при его формировании на входе в направляющий аппарат без нарушения поперечного циркуляционного течения в полости 2 корпуса 1 и достигается эффективная закрутка основного потока. При D_н.к > 0,95D_кпроисходит нарушение поперечной циркуляции в полости 2 корпуса 1, что приводит к дополнительным потерям энергии. При D_o > 0,92D_н.к и D_н.к < 0,75D_к возрастают потери на входе в направляющий аппарат, поскольку управляющий поток не успевает сформировать свое течение в аксиальном направлении. При D_o < 0,85D_н.к возрастают потери на трение управляющего потока на номинальном режиме.

Для усиления положительного эффекта в конструкцию предлагаемого вентилятора введены следующие дополнительные элементы: в области выходного сечения 9 обечайка 7 снаружи снабжены обтекателем 10, который образует с ней конфузорный кольцевой канал 11, а внутри входного коллектора 6 и обечайки 7 направляющий аппарат 5 снабжен цилиндрическим патрубком 12.

Часть управляющего потока благодаря наличию обтекателя 10 за счет перепада давления по конфузорному кольцевому каналу 11 поступает в тангенциальном направлении на вход в направляющий аппарат 5, обеспечивая тем самым предварительную закрутку части основного потока, премыкающего к обечайке 7. Предварительная закрутка поверхностного слоя основного потока уменьшает потери энергии от соударения его с управляющим потоком за счет более плавного распределения градиента скоростей вращательного движения.

Закрученная кольцевая струя управляющего потока, обтекая под острым углом к направляющей цилиндрическую поверхность патрубка 12, испытывает действие эффекта Коанда, заключающегося в поджатии потока к криволинейной поверхности и, следовательно, в увеличении его скорости закрутки за счет избыточного статического давления. При этом часть основного потока, проходящая через торцы 13 патрубка 12, на выходе из него за счет смешения с управляющим потоком приобретает дополнительную закрутку. Данный эффект наиболее ощутим при работе вентилятора в режиме малых подач и больших давлений (режим дросселирования), когда велика доля избыточного статического давления управляющего потока в общем балансе его энергии.

Таким образом, вся совокупность положительных явлений, возникающих в процессе работы вентилятора предложенной конструкции, способствует увеличению эффективности закрутки потока на входе в рабочее колесо, т.е. увеличению глубины регулирования и, следовательно, расширению области экономичной работы центробежного вентилятора. Увеличение области экономичной работы по давлению в сравнении с известными вентиляторами, реализующими принцип закрутки потока на входе в рабочее колесо, составляет 22%.

Область применения: вентиляторостроение. Сущность изобретения: вентилятор содержит корпус, установленное в его полости рабочее колесо, входной патрубок и направляющий аппарат, при этом при расположении направляющего аппарата в полости корпуса он выполнен в виде входного коллектора и обечайки, имеющей диаметр выхода больше внутреннего диаметра коллектора и возможность осевого перемещения по направляющим на входном патрубке. Дополнительный положительный эффект достигается за счет установки снаружи обечайки обтекателя, внутри входного коллектора и обечайки цилиндрического патрубка. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР, содержащий корпус с входным патрубком, установленное в корпусе рабочее колесо, область нагнетания которого сообщена с его входом посредством безлопаточного направляющего аппарата, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен в виде входного коллектора, установленного непосредственно на входе в рабочее колесо, и обечайки, имеющей внутренний диаметр, больший внутреннего диаметра входного коллектора, установленной между входным коллектором и входным патрубком с возможностью осевого перемещения. 2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр входного коллектора на входе составляет 0,75-0,95 диаметра рабочего колеса, а обечайка имеет внутренний диаметр, составляющий 0,85-0,92 наружного диаметра коллектора на входе. 3. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что обечайка в области выходного сечения снабжена обтекателем, установленным снаружи ее с образованием конфузорного кольцевого канала. 4. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат снабжен цилиндрическим патрубком, установленным внутри обечайки и коллектора концентрично им.