ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1999 года по МПК F04D17/08 F04D29/44 F04D29/66 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к центробежным вентиляторам и их входным устройствам.

Из уровня техники известны центробежные вентиляторы с направляющим аппаратом на входе в рабочее колесо.

В авторском свидетельстве СССР 1610084 МПК F 04 D 17/00; 29/66, опубл. 30.11.90, (1), представлен центробежный вентилятор, содержащий спиральный корпус, установленное в нем на валу рабочее колесо с конусным покровным диском, всасывающий патрубок с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, направляющий аппарат, размещенный внутри рабочего колеса и с внутренней стороны всасывающего патрубка. Размещение консольно соединенной с всасывающим парубком пластины направляющего аппарата внутри рабочего колеса, а также выполнение пластины со сложной поверхностью усложняет технологию изготовления направляющего аппарата в связи с необходимостью обеспечения достаточной жесткости пластины и придания пластине сложной формы, что является недостатком изобретения. Кроме того, при этом практически отсутствует воздействие на внутреннюю поверхность покрывного диска, в связи с чем уменьшается эффект по повышению КПД вентилятора.

В авторском свидетельстве СССР 1601416, МПК F 04 D 17/08, опубл. 23.10.90 (2), представлен центробежный вентилятор, содержащий спиральный корпус, установленное в нем на валу рабочее колесо с конусным покрывным диском, всасывающий патрубок с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого на выходе образует с внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо циркуляционный зазор, направляющий аппарат, размещенный с внешней стороны всасывающего патрубка перед циркуляционным зазором. Недостатком известного изобретения (2) вентилятора, является выполнение направляющего аппарата в виде кольца, размещенного с внешней стороны входного патрубка и соединенного с ним посредством изогнутых пластин, что усложняет конструкцию и увеличивает массу вентилятора.

Из заявки WO 91/16544 A1, F 04 D 29/44, 31.10.91 известен центробежный вентилятор, содержащий спиральный корпус, установленное в нем на валу рабочее колесо с конусным покрывным диском, всасывающий патрубок с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо циркуляционный зазор, направляющий аппарат, размещенный с внешней стороны всасывающего патрубка перед циркуляционным зазором, причем направляющий аппарат выполнен в виде плоской пластины. Недостатком известного изобретения, принятого за наиболее близкий аналог, является изогнутая форма пластины и отсутствие оптимальных геометрических соотношений расположения элементов вентилятора и пластины, что приводит к снижению КПД вентилятора, усложняет конструкцию и увеличивает массу.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Центробежный вентилятор, как и в наиболее близком аналоге, содержит спиральный корпус, установленное в нем на валу рабочее колесо с конусным покровным диском, всасывающий патрубок с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо циркуляционный зазор, направляющий аппарат, размещенный с внешней стороны всасывающего патрубка перед циркуляционным зазором и выполненный в виде плоской пластины, но в отличие от наиболее близкого аналога пластина установлена в зоне языка. Угол γ в диаметральном сечении между образующими конусной части внутренней поверхности покрывного диска и наружной поверхности всасывающего патрубка на входе в рабочее колесо центробежного вентилятора предлагается выполнять равным γ = 0...10^o. В диаметральном сечении пластина расположена под углом α = 0...45^o к всасывающему патрубку и под углом β = ± 10^o к оси вращения рабочего колеса с отсчетом навстречу направлению его вращения, при этом внешняя кромка пластины соприкасается с входным патрубком.

Действительно, выполнение центробежного вентилятора содержащим спиральный корпус с установленным в нем на валу рабочим колесом с конусным покрывным диском, с всасывающим патрубком с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, с образованием между внешней поверхностью входного патрубка и внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо циркуляционного зазора, перед которым с внешней стороны входного патрубка в зоне наименьшего зазора между рабочим колесом и корпусом установлен направляющий аппарат, выполненный в виде плоской пластины, обеспечивает разворот и поступление по касательной к внутренней поверхности покрывного диска воздуха, закрученного в тороидальное вихревое течение перетоками воздуха через зазоры между лопатками рабочего колеса и корпусом, а также внешней поверхностью покрывного диска. Это приводит, по сравнению с наиболее близким аналогам, к повышению давления и КПД вентилятора при одновременном уменьшении массы вентилятора, упрощении технологии изготовления и монтажа направляющего аппарата в связи с его местом размещения в зоне "языка", где формируется вихревое течение на внутренней поверхности покрывного диска. Размещение пластины именно в этом месте обеспечивает торможение потока и местное повышение давления, увеличивающего импульс струи, формируемой в циркуляционном зазоре, что создает дополнительное разрежение на внутренней поверхности покрывного диска, предотвращающее формирование вихря, и, следовательно, снижающего аэродинамические потери не только на входе в рабочее колесо, но и вентилятора в целом. Выполнение пластины с внешней кромкой, соприкасающейся с входным патрубком в связи с ее размещением в диаметральном сечении также упрощает технологию изготовления пластины и направляющего аппарата, поскольку кромка пластины, сопрягающейся с внешней поверхностью входного патрубка, выполнена по лекале образующей патрубка. Кроме того, при этом предотвращается перетекание воздуха между пластиной и входным патрубком, что способствует снижению аэродинамических потерь вентилятора в целом. Установка пластины направляющего аппарата относительно диаметрального сечения под углом α = 0...45^o к всасывающему патрубку и под углом β = ± 10^o к оси вращения рабочего колеса с отсчетом навстречу направлению его вращения, как показали исследования, оптимальны для снижения потерь во входном патрубке, и снижает требования к точности установки пластины. Выполнение циркуляционного зазора с углом в диаметральном сечении между образующими внутренней поверхности конусной части покрывного диска м внешней поверхностью входного патрубка со стороны входа в рабочее колесо равным γ = 0...10^o обеспечивает формирование и прижатие струи, выходящей из области повышенного давления с внешней стороны покрывного диска к внутренней поверхности покрывного диска, что также способствует снижению аэродинамических потерь и повышению КПД вентилятора вследствие уменьшения зоны отрыва потока от покрывного диска.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез вентилятора; на фиг. 2 показан разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 показан вид А на фиг. 1; на фиг. 4 дан разрез 2-2 на фиг. 3.

Центробежный вентилятор устроен следующим образом.

Центробежный вентилятор содержит спиральный корпус 1 (фиг. 1,2), установленное в нем на валу 2 энергопривода, например электродвигателя (не показано), рабочее колесо 3, включающее лопатки 4 и покрывной диск 5, всасывающий патрубок 6 с криволинейным профилем в диаметральном сечении. Между внешней поверхностью 7 всасывающего патрубка 6, покрывного диска 5 и стенками корпуса 1 образуется циркуляционная камера 8.

Выход всасывающего патрубка 6 образует с покрывным диском 5 на входе в рабочее колесо 3 циркуляционный зазор 9, формируемый внешней поверхностью 7 покрывного диска 5 и внутренней поверхностью 10 всасывающего патрубка 6. В зоне 11 наименьшего зазора между рабочим колесом 4 и корпусом 1 (фиг. 2), совпадающем, с местом размещения языка 12, с внешней стороны всасывающего патрубка 7 и перед циркуляционным зазором 9 размещен направляющий аппарат, выполненный в виде плоской пластины 13, внутренняя кромка которого соединена с всасывающим патрубком 6. Пластина 13 в диаметральном сечении может устанавливаться под углом α = 0...45^o к всасывающему патрубку 6 с отсчетом навстречу направлению вращения рабочего колеса 3 (фиг. 4) и под углом β ± 10^o относительно оси вращения рабочего колеса 3 (фиг.3), а внешняя кромка пластины 13 может выполняться как прямолинейной, так и криволинейной. Внешняя кромка пластины 13 выполнена прямолинейной и соприкасается с внешней поверхностью всасывающего патрубка 6, пластина 13 установлена под углами α и β, равными соответственно 45^o и 0^o, а угол γ в диаметральном сечении между образующими конусной части внутренней поверхности 10 покрывного диска 5 и внешней поверхности 7 всасывающего патрубка 6 со стороны входа в рабочее колесо 3 равен γ = 0...10^o.

Центробежный вентилятор функционирует следующим образом.

При вращении рабочего колеса 3 за счет зазоров между лопатками 4 и стенками корпуса 1, а также с внешней поверхности 7 покрывного диска 5 и всасывающего патрубка 6 в циркуляционной камере 8 возникает закрученное тороидальное течение, которое повышает аэродинамические потери, что снижает КПД вентилятора. Установка пластины 13 обеспечивает торможение тороидального течения, что сопровождается повышением давления в циркуляционной камере 8. В результате разности давления в циркуляционной камере 8 и на входе в рабочее колесо 3 через циркуляционный зазор 9 на внутреннюю поверхность 10 покрывного диска 5 выдувается кольцевая струя, приводящая к уменьшению зоны отрыва потока от внутренней поверхности 10 покрывного диска 5.

Размещение пластины 13 в зоне 11 языка 12, где скорость тороидального течения в циркуляционной камере 8 максимальна, обеспечивает наиболее эффективное торможение тороидального потока и местное повышение давления в циркуляционной камере 8. В результате увеличивается импульс струи, формируемой в циркуляционном зазоре 9, что создает дополнительное разрежение на внутренней поверхности 10 покрывного диска 5, предотвращающее формирование вихря, и, следовательно, снижающего аэродинамические потери не только на входе в рабочее колесо, но и вентилятора в целом. Выполнение пластины 13 с внешней кромкой, соприкасающейся с внешней поверхностью 7 всасывающего патрубка 6 и расположение пластины 13 вдоль образующей в диаметральном сечении всасывающего патрубка 6 под углом α навстречу направлению вращения рабочего колеса 3 обеспечивает технологичность изготовления направляющего аппарата и вентилятора в целом. При этом величина угла α зависит от характеристик вентилятора и изменяется в диапазоне α = 0..45^o, а также контур внешней кромки задаются в зависимости от параметров вентилятора. Размещение пластины 13 под углом β = ± 10^o обусловлено снижением требований к технологии выполнения соединения пластины 13 с внешней поверхностью 7 всасывающего патрубка 6 и практически мало влияет на технический результат.

При формировании циркуляционного зазора 9 с углом γ в диаметральном сечении между образующими конусной части внутренней поверхности 10 покрывного диска 5 и внешней поверхности 7 всасывающего патрубка 6 со стороны входа в рабочее колесо 3, равным γ = 0...10^o, создаются условия для создания высокоскоростной струи, увеличивающая площадь внутренней поверхности 10 покрывного диска 5 с безотрывным обтеканием, что позволяет увеличить ширину лопаток 4 рабочего колеса 3.

Представленный в описании изобретения центробежный вентилятор может быть изготовлен на любом специализированном предприятии. Реализация изобретения обеспечивает достижение заявленного технического результата. Параметры направляющего аппарата, выполненного в виде пластины 13, и размеры циркуляционного зазора 9 могут быть оптимизированы в зависимости от условий эксплуатации и характеристик вентилятора.

Вентилятор содержит спиральный корпус, рабочее колесо с лопатками и покрывным диском. Всасывающий патрубок с криволинейной образующей образует циркуляционный зазор, формируемый между внешней поверхностью патрубка и внутренней поверхностью диска. Направляющий аппарат выполнен в виде плоской пластины, соединенной с внешней поверхностью патрубка в зоне. Даны оптимальные угловые параметры пластины и зазора. Препятствуя возникновению тороидального течения в циркуляционной камере, пластина способствует формированию струи в зазоре, направленной вдоль внутренней поверхности диска, увеличивающей зону его безотрывного обтекания, что приводит к повышению КПД. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Центробежный вентилятор, содержащий спиральный корпус, установленное в нем на валу рабочее колесо с конусным покрывным диском, всасывающий патрубок с участками криволинейного профиля в диаметральном сечении, внешняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью покрывного диска на входе в рабочее колесо циркуляционный зазор, направляющий аппарат, размещенный с внешней стороны всасывающего патрубка перед циркуляционным зазором и выполненный в виде плоской пластины, отличающийся тем, что пластина установлена в зоне языка, угол в диаметральном сечении между образующими конусной части внутренней поверхности покрывного диска и наружной поверхности всасывающего патрубка со стороны входа в рабочее колесо равен 0...10^o, пластина расположена в диаметральном сечении под углом 0...45^o к всасывающему патрубку с отсчетом навстречу направлению вращения рабочего колеса и под углом ±10^o к оси вращения рабочего колеса. 2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что внешняя кромка пластины соприкасается с входным патрубком.