ОСЕВОЙ СТРУЙНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК F04D19/00 

Изобретение относится к вентиляторной технике, а именно к осевым струйным вентиляторам, предназначенным для вентиляции помещений.

В вентиляторной технике известны осевые струйные вентиляторы. В патенте Великобритании N 2124303, A1, МПК F 04 D 25/08, НПК F1C, опубликованном 15.02.84 [1], представлены вентиляторная установка, предназначенная для вентиляции помещений струей воздуха, содержащая корпус, входной коллектор и диффузор на выходе, двигатель, установленный на стойках, соединенных с корпусом, рабочее колесо. Недостатком изобретения [1] является отсутствие сведений о взаимосвязи геометрических параметров диффузора и рабочего колеса, что не позволяет без дополнительных исследований создать эффективный струйный вентилятор. Кроме того, недостатком изобретения является выполнение входного коллектора и диффузора на выходе с разными геометрическими параметрами, что усложняет производство, а следовательно, повышает стоимость вентилятора.

Наиболее близким аналогом является осевой струйный вентилятор, представленный в заявке Европейского патентного ведомства N 0221227, A1, МПК F 04 D 29/54, опубл. 13.05.87 [2] , который содержит корпус, входной коллектор, диффузор на выходе, двигатель стойки крепления двигателя к корпусу, рабочее колесо, причем входной коллектор и диффузор имеют обечайки с одинаковой образующей. Недостатком осевого вентилятора [2] является, как и в первом случае, отсутствие сведений о взаимосвязи геометрических параметров диффузора и лопаток рабочего колеса, что не позволяет без дополнительных исследований создать эффективный струйный вентилятор.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности струйного вентилятора, в частности уменьшение потребляемой мощности, при технологичности конструкции корпуса и вентилятора.

Сущность изобретения заключается в том, что, как и в наиболее близком аналоге [2], осевой струйный вентилятор содержит корпус, входной коллектор, диффузор на выходе, двигатель, стойки крепления двигателя к корпусу, рабочее колесо, соединенное с двигателем, но в отличие от наиболее близкого аналога, обечайки диффузора имеет образующую в виде дуги окружности, а лопатки рабочего колеса выполнены с относительным прогибом, величина которого изменяется вдоль длины r_д лопатки и определяется по формуле:

где
относительный прогиб профиля лопатки;
f - прогиб лопатки;
b - хорда профиля лопатки;
относительный радиус дуги обечайки;
r_д - радиус дуги обечайки;
D - диаметр рабочего колеса;
a_i, b_i - коэффициенты, характеризующие относительный прогиб профилей лопатки в сечениях по ее радиусу R;
i = 1 - корневое сечение лопатки;
i = 2 - среднее сечение лопатки,
i = 3 - концевое сечение лопатки;
a₁ = 0,07... 0,10; b₁ = -0,03;
a₂ = 0,02 ... 0,03; b₂ = -0,0058;
a₃ = 0,01... 0,02; b₃ = -0,0013;
Осевой струйный вентилятор характеризуется также тем, что обечайки входного коллектора имеет образующую, выполненную в виде дуги окружности, радиус которой равен радиусу образующей обечайки диффузора. Кроме того, предлагается углы дуги образующей обечайки входного коллектора и диффузора выполнять равными между собой.

Перечисленные признаки являются существенными для достижения технического результата и взаимосвязаны между собой.

Выполнение осевого вентилятора с корпусом, входным коллектором и диффузором на выходе, двигателем, соединенным с корпусом стойками, рабочим колесом обеспечивают возможность создания осевого струйного вентилятора с заданной дальнобойностью струи, как и в наиболее близком аналоге, но при выполнении образующей обечайки диффузора в виде дуги окружности радиуса r_д, в зависимости от отношения радиуса r_д и диаметра рабочего колеса D лопатки рабочего колеса выполняются с относительным прогибом изменяющимся по длине лопатки в пределах.

где
относительный прогиб профиля лопатки;
f - прогиб лопатки;
b - хорда профиля лопатки;
относительный радиус дуги обечайки;
r_д - радиус дуги обечайки;
D - диаметр рабочего колеса;
a_i, b_i - коэффициенты, характеризующие относительный прогиб профилей лопатки в сечениях по ее радиусу R;
i - 1 - корневое сечение лопатки;
i = 2 - среднее сечение лопатки,
i = 3 - концевое сечение лопатки;
a₁ = 0,07... 0,10; b₁ = -0,03;
a₂ = 0,02... 0,03; b₂ = -0,0058;
a₃ = 0,01... 0,02; b₃ = -0,0013.

Такое выполнение лопаток обеспечивает высокую эффективность струйного вентилятора и, в частности, уменьшение потребляемой мощности независимо от количества лопаток колеса.

Экспериментально-расчетные исследования показали, что технический результат в наибольшей степени достигается при выдерживании относительной вогнутости лопаток, соответствующей показанной на поясняющем графике (кривая может быть аппроксимирована полиномом, по меньшей мере, третьей степени), однако, при выполнении вогнутости лопаток в указанном диапазоне, также обеспечивается высокий технической результат при упрощении изготовления лопаток.

Уменьшение потребляемой мощности вызвано уменьшением аэродинамических потерь в колесе, а именно, тем, что лопатки с указанной относительной вогнутостью, зависящей от радиуса обечайки диффузора и диаметра рабочего колеса, при геометрической крутке лопаток, определяемой обычным образом, обеспечивают в конечном счете меньшее закручивание потока.

Выполнение образующей обечайки входного коллектора в виде дуги окружности такого же радиуса, как и обечайки диффузора, повышает технологичность изготовления, а при выполнении углов дуги образующих обечаек входного коллектора и диффузора одинаковыми позволяет использовать одинаковые обечайки на входе и на выходе, что также повышает технологичность и уменьшает стоимость осевого струйного вентилятора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен продольный разрез струйного вентилятора.

На фиг.1 показан пример выполнения лопатки рабочего колеса.

На фиг.3 дан разрез 1-1 на фиг.2.

На фиг.4 дан разрез 2-2 на фиг.2.

На фиг.5 дан разрез 3-3 на фиг.2.

На фиг. 6 дан график изменения величины относительного прогиба профилей лопатки в корневом, среднем и концевом сечениях в зависимости от параметров обечайки.

В предпочтительном варианте выполнения осевой струйный вентилятор устроен следующим образом.

Вентилятор содержит корпус 1 с входным коллектором 2 и диффузором 3, образованными обечайками 4, 5 в виде дуги окружности, электродвигатель 6, соединенный с корпусом 1 посредством стоек 7, и рабочее колесо 8 с лопатками 9, связанное с двигателем 6.

В предпочтительном варианте выполнения электродвигатель установлен в корпусе 1, а рабочее колесо 8 установлено на валу 10 электродвигателя 6, ось которого совпадает с продольной осью корпуса 1.

Лопатки 9 рабочего колеса 8 выполнены с относительным прогибом переменным вдоль длины лопатки 9 (фиг.3). Относительный прогиб профиля 11 в корневом сечении (фиг. 2) лопатки 9 имеет максимальную величину, в периферийном сечении (фиг.5) профиль 12 имеет относительный прогиб минимальной величины, а в среднем сечении (фиг.4) - относительный прогиб профиля 13 имеет величину, близкую к полусумме значений
Изменение относительного прогиба в зависимости от отношения дуги r_д образующей обечайки 5 диффузора 3 к диаметру D рабочего колеса 8, показанное на фиг. 6 для корневого, среднего и концевого сечений лопаток, описывается следующим математическим выражением:

где
относительный прогиб профиля лопатки;
f - прогиб лопатки;
b - хорда профиля лопатки;
радиус дуги обечайки;
D - диаметр рабочего колеса;
a_i, b_i - коэффициенты, характеризующие относительный прогиб профилей лопатки в сечениях по ее радиусу R;
i = 1 - корневое сечение лопатки;
i = 2 - среднее сечение лопатки,
i = 3 - концевое сечение лопатки;
a₁ = 0,07... 0,10; b₁ = -0,03;
a₂ = 0,02... 0,03; b₂ = -0,0058;
a₃ = 0,01... 0,02; b₃ = -0,0013;
Осевой вентилятор работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 8 входной коллектор 2, содержащий обечайку 4, обеспечивает подвод воздуха в вентилятор с минимальными потерями, а диффузор 3 на выходе, содержащий обечайку 5, формирует струю воздуха с минимальной закруткой потока, тем самым увеличивая дальнобойность струи. Выполнение лопаток 9 рабочего колеса 8 с указанным выше относительным прогибом и диффузором 3 с обечайкой 5 с образующей в виде дуги окружности обеспечивает наименьшие потери в колесе вентилятора, что обусловлено выполнением вентилятора с представленными параметрами. Это позволяет уменьшить потребляемую мощность вентилятора, либо повысить производительность вентилятора и дальнобойность струи струйного вентилятора. В то же время обеспечивается технологичность конструкции вентилятора.

Использование: в вентиляторостроении, а именно осевые струйные вентиляторы, предназначенные для вентиляции помещений. Сущность изобретения: осевой струйный вентилятор содержит корпус, входной коллектор и диффузор на выходе с обечайками, электродвигатель, соединенный с корпусом 1 посредством стоек, рабочее колесо с лопатками, установленное на валу электродвигателя, причем одна обечайка диффузора имеет образующую в виде дуги окружности радиусом r_д, относительный прогиб профилей лопаток рабочего колеса изменяется вдоль длины лопатки и определяется по математической формуле, устанавливающей зависимость с радиусом диффузора. Указанное профилирование элементов струйного вентилятора позволит повысить его эффективность, в частности уменьшить потребляемую мощность при технологичности конструкции вентилятора. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Осевой струйный вентилятор, содержащий корпус, входной коллектор и диффузор на выходе, содержащие обечайки, электродвигатель, стойки крепления электродвигателя к корпусу, рабочее колесо, соединенное с электродвигателем, отличающийся тем, что обечайка диффузора имеет образующую в виде дуги окружности, а профили лопатки рабочего колеса выполнены с переменным относительным прогибом вдоль длины лопатки, величина которого определяется по формуле

где относительный прогиб профиля лопатки;
f - прогиб лопатки;
b - хорда профиля лопатки;
относительный радиус дуги обечайки;
r_д - радиус дуги обечайки;
D - диаметр рабочего колеса;
a_i, b_i - коэффициенты, характеризующие относительный прогиб профилей лопатки в сечениях по ее радиусу R;
i = 1 - корневое сечение лопатки;
i = 2 - среднее сечение лопатки,
i = 3 - концевое сечение лопатки;
a₁ = 0,07 - 0,10; b₁ = -0,03;
a₂ = 0,02 - 0,03; b = -0,0058;
a₃ = 0,01 - 0,02; b₃ = -0,0013. 2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что обечайка входного коллектора имеет образующую, выполненную в виде дуги окружности, радиус которой равен радиусу образующей обечайки диффузора, установленного на выходе. 3. Вентилятор по п.2, отличающийся тем, что углы дуг образующих обечайки диффузора и входного коллектора равны между собой.