ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2000 года по МПК F04D29/40 

Изобретение относится к системам вентиляции и кондиционирования воздуха, в которых используются канальные центробежные вентиляторы, предназначенные для подключения к прямоугольным каналам и имеющие всасывающие и нагнетательные окна прямоугольной формы.

Известно устройство для выравнивания потока на входе в центробежный вентилятор по патенту США N 5088886 (МПК F 01 D 25/00, опубл. 18.02.92.), предназначенное для подключения к входному патрубку вентилятора, имеющему коническую форму, и представляющее собой сотовый выпрямитель, изготовленный из листовой стали и имеющий квадратные, прямоугольные или шестиугольные ячейки, площадь которых в свету составляет 1,6 - 6,4 см², а осевая длина - 1,3 - 2,5 см. Данное устройство хотя и обеспечивает снижение уровня шума и вибрации вентилятора, возникающих из-за неравномерного распределения скоростей, обусловленного закручиванием потока на входе в вентилятор при уменьшенных подачах, однако оно не обеспечивает возможность регулирования работы вентилятора, при отсутствии в последнем регулируемого направляющего аппарата, а также не сможет предотвратить удар потока воздуха о стенку, отделяющую полость всасывания от полости нагнетания вентилятора, предназначенного для подключения к прямоугольным каналам. Кроме того, данное устройство не обеспечивает достаточно эффективного глушения шума вентилятора в широких частотных пределах из-за отсутствия в его конструктивном выполнении звукопоглощающего материала.

Наиболее близким к заявляемому является входной модуль вентилятора по заявке Германии N4115919 (МПК F 04 D 29/40, опубл. 19.11.92), содержащий выполненный в виде параллелепипеда корпус, снабженный двумя расположенными в его смежных стенках входными отверстиями прямоугольной формы, выходным отверстием круглой формы, при этом внутри корпуса для снижения уровня шума установлено размещенное перед выходным отверстием средство для направления потока, преимущественно клинообразной формы, и имеющее вид двугранного угла, грани которого являются направляющими стенками для потока воздуха, проходящего через корпус модуля к всасывающей стороне вентилятора. Однако данный входной модуль обладает недостаточно высоким шумопоглощением ввиду отсутствия шумопоглощающего материала в конструктивном выполнении корпуса и средства для направления потока, кроме того, он не обеспечивает возможность регулирования работы вентилятора путем изменения расхода воздуха, а также вышеуказанное конструктивное выполнение модуля не обеспечивает возможность его подключения к канальным центробежным вентиляторам, имеющим всасывающие окна прямоугольной формы для подключения вентилятора к прямоугольным каналам; кроме того, данный входной модуль лишь частично предотвращает появление крупных вихрей в потоке воздуха и не обеспечивает за счет этого достаточно безударного входа воздуха в вентилятор.

Предлагаемым изобретением решается задача разработки входного модуля, обеспечивающего возможность его подключения к канальному центробежному вентилятору со всасывающим окном прямоугольной формы, предназначенного для подключения к прямоугольным каналам; обеспечение модулем безударного входа воздуха в упомянутый вентилятор, снижение уровня его шума и обеспечение возможности регулирования работы вентилятора путем изменения расхода воздуха.

Для достижения этого технического результата во входном модуле вентилятора, содержащем корпус, выполненный в форме параллелепипеда, снабженный входным и выходным отверстиями, первое из которых имеет прямоугольную форму, размещенное в корпусе средство для направления потока с направляющей стенкой, согласно изобретению, выходное отверстие выполнено прямоугольным, оба отверстия расположены на противоположных торцах корпуса, перпендикулярных его продольной оси, средство для направления потока установлено таким образом, что направляющая стенка примыкает по периметру к стенкам корпуса, причем одной поперечной кромкой к большей стороне входного, а другой - выходного отверстий, образуя со стенками корпуса сообщенный с входным и выходным отверстиями канал для прохода воздуха, причем упомянутая направляющая стенка сориентирована в направлении потока таким образом, что упомянутый канал имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с неизменной большей стороной по всей длине канала и уменьшающейся по ходу потока меньшей стороной по всей или большей части его длины, оставаясь, в последнем случае, неизменной на оставшейся ее части.

Для достижения указанного технического результата средство для направления потока выполнено в виде продольной перегородки, а направляющей стенкой служит ее обращенная к потоку поверхность.

Указанный технический результат достигается также тем, что перегородка выполнена из листового материала, по меньшей мере обращенная к потоку поверхность которого облицована звукопоглощающим материалом.

Усилению указанного технического результата способствует то, что перегородка выполнена из перфорированного листового материала, а отделенная ею от канала и ограниченная с остальных сторон стенками корпуса полость заполнена звукопоглощающим материалом.

Для достижения указанного технического результата средство для направления потока представляет собой продольную вставку, выполненную из сохраняющего форму звукопоглощающего материала, а направляющей стенкой служит обращенная к потоку одна из ограничивающих вставку поверхностей.

Усилению указанного технического результата способствует то, что вставка имеет вид фигуры, ограниченной с остальных сторон поверхностями, число, форма и размеры которых соответствуют числу, форме и размерам расположенных вне канала поверхностей стенок корпуса.

Для достижения указанного технического результата направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, имеет вид прямой, расположенной под острым углом к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса.

Для достижения указанного технического результата направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, представляет собой линию, образованную двумя сопряженными между собой отрезками прямых, первый из которых по ходу потока сориентирован под острым углом к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса, а второй - параллельно ей.

Для достижения указанного технического результата упомянутый острый угол составляет 10 - 30^o.

Для достижения более высокого технического результата направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, имеет вид дугообразной кривой, обращенной выпуклой стороной к потоку.

Указанный технический результат достигается также тем, что упомянутая дугообразная кривая со стороны выходного отверстия имеет участок, сориентированный параллельно продольной оси корпуса.

Для достижения более высокого технического результата ограничивающие канал поверхности стенок корпуса облицованы звукопоглощающим материалом.

Для достижения дополнительного технического результата модуль снабжен установленной с возможностью поворота по меньшей мере одной направляющей лопаткой, размещенной в канале перед выходным отверстием.

Выполнение выходного отверстия прямоугольной формы, соответствующее взаимное расположение входного и выходного отверстий, размещение в корпусе средства для направления потока таким образом, что сориентированная соответствующим образом направляющая стенка образует со стенками корпуса сообщенный с входным и выходным отверстиями канал для прохода воздуха, имеющий в поперечном сечении форму прямоугольника с неизменной большей стороной по всей длине канала и уменьшающейся по ходу потока меньшей стороной по всей или большей части его длины, оставаясь, в последнем случае, неизменной на оставшейся ее части, дает возможность подключения входного модуля к канальному центробежному вентилятору со всасывающим окном прямоугольной формы, способствуя при этом плавному подводу потока и за счет этого равномерному распределению его скоростей на входе в прямоугольное всасывающее окно вентилятора, что в конечном итоге обеспечивает безударный вход потока в указанный вентилятор. Кроме того, за счет предотвращения удара потока и уменьшения вихреобразования в воздухе перед вентилятором обеспечивается и некоторое снижение шума.

Предлагаемые вышеуказанные варианты выполнения средства для направления потока, одна из ограничивающих поверхностей которого, обращенная к потоку, служит направляющей стенкой, а также предлагаемые возможные формы выполнения последней, при вышеуказанном их расположении в корпусе входного модуля обеспечивают возможность образования канала для прохода воздуха указанной формы, а следовательно, и получения указанного технического результата.

Наличие звукопоглощающего материала в конструктивном выполнении предлагаемых вариантов средства для направления потока усиливает эффект снижения уровня шума. Однако более высокий результат в этом случае будет достигнут при выполнении средства для направления потока в виде продольной перегородки, выполненной из перфорированного листового материала и заполнении звукопоглощающим материалом полости, отделенной от канала этой перегородкой и ограниченной с остальных сторон расположенными вне канала стенками корпуса, или при выполнении средства для направления потока в виде продольной вставки из сохраняющего форму звукопоглощающего материала и имеющей указанную форму, благодаря которой, как и в предыдущем случае, все свободное пространство внутри корпуса за пределами канала будет полностью заполнено звукопоглощающим материалом, что и приводит к повышению шумопоглощения.

Все вышеуказанные формы выполнения направляющей стенки обеспечивают, как было указано выше, безударный вход воздуха в вентилятор, а также некоторое снижение его шума. Однако наиболее высокий результат будет достигнут в том случае, когда направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, имеет вид дугообразной кривой, обращенной выпуклой стороной к потоку, так как при этом будет обеспечен наиболее плавный безотрывный подвод воздуха к вентилятору.

Ограничение угла наклона направляющей стенки или соответствующего участка ее поверхности относительно указанной плоскости интервалом значений 10 - 30^o, в том случае, когда упомянутая стенка в продольном сечении указанной плоскостью имеет вид прямой или линии, состоящей из двух сопряженных между собой отрезков прямых, объясняется тем, что угол наклона меньше 10^o влечет за собой чрезмерное увеличение длины входного модуля, а увеличение этого угла больше 30^o нецелесообразно, так как в этом случае начинает интенсивно возрастать аэродинамическое сопротивление входного модуля.

Размещение в канале перед выходным отверстием модуля установленной с возможностью поворота по меньшей мере одной направляющей лопатки позволяет путем установки последней в требуемое положение изменять направление потока воздуха, подводимого к всасывающему отверстию вентилятора, закручивая при этом поток как в сторону вращения рабочего колеса вентилятора, так и против нее, обеспечивая тем самым возможность регулирования работы вентилятора путем уменьшения или увеличения расхода воздуха.

Предлагаемый входной модуль вентилятора иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг.1 - 3 показан продольный разрез модуля плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, с различными вариантами выполнения средства для направления потока и формы выполнения направляющей стенки, имеющей в продольном сечении этой же плоскостью вид:
на фиг. 1 - прямой, расположенной под острым углом к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса (средство для направления потока выполнено в виде продольной перегородки из листового материала, облицованного звукопоглощающим материалом);
на фиг. 2 - линии, образованной двумя сопряженными между собой отрезками прямых, первый из которых по ходу потока сориентирован под острым углом к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса (средство для направления потока выполнено в виде продольной перегородки из перфорированного листового материала, а отделенная ею от канала и ограниченная с остальных сторон стенками корпуса полость заполнена звукопоглощающим материалом);
на фиг. 3 - дугообразной кривой, обращенной выпуклой стороной к потоку (средство для направления потока выполнено в виде продольной вставки из сохраняющего форму звукопоглощающего материала).

На фиг.4 представлен вид предлагаемого модуля со стороны выходного отверстия.

Входной модуль вентилятора содержит выполненный в виде параллелепипеда, например, из оцинкованной стали корпус 1, снабженный расположенными на противоположных торцах, перпендикулярных продольной оси корпуса, имеющими прямоугольную форму входным 2 и выходным 3 отверстиями, которые выполнены, например, таким образом, что большие стороны "a" входного 2 и выходного 3 отверстий имеют одинаковые размеры с соответствующими сторонами упомянутых торцов корпуса 1. При этом размеры входного 2 и выходного 3 отверстий определяются соответственно размерами воздуховода прямоугольной формы и прямоугольного всасывающего окна центробежного вентилятора, к которым должен быть подсоединен модуль. Модуль снабжен установленным в корпусе 1 средством для направления потока с направляющей стенкой 4, которое установлено в корпусе 1 таким образом, что направляющая стенка 4 примыкает по периметру к стенкам корпуса 1, причем одной поперечной кромкой к большей стороне "a" входного 2, а другой - выходного 3 отверстий, образуя со стенками корпуса сообщенный с входным 2 и выходным 3 отверстиями канал 5 для прохода воздуха, причем упомянутая направляющая стенка 4 сориентирована в направлении потока таким образом, что упомянутый канал имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с неизменной большей стороной "a" по всей длине канала и уменьшающейся по ходу потока меньшей стороной, размер которой со стороны входа потока соответствует размеру меньшей стороны "b" входного, а со стороны выхода - "c" выходного отверстий. При этом канал 5 для достижения указанного технического результата может быть выполнен сужающимся (с уменьшением меньшей стороны) по ходу потока по всей его длине (фиг. 1; фиг. 3) или сужающимся на большей части, например, 2/3 длины канала, оставаясь, в этом случае, неизменным на оставшейся его части (фиг. 2).

Средство для направления потока может быть выполнено, например, в виде продольной перегородки 6 (фиг. 1), изготовленной из оцинкованной стали, направляющей стенкой 4 которого служит обращенная к потоку поверхность упомянутой перегородки, облицованная звукопоглощающим материалом, в качестве которого может быть использован, например, стекловолоконный лист 7, покрытый стекловойлоком. Упомянутая перегородка может быть прикреплена по периметру к стенкам корпуса, например, с помощью заклепок (на чертеже не показано) и для образования канала, сужающегося по всей длине, установлена в корпусе таким образом, что направляющая стенка 4 в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам "a" входного 2 и выходного 3 отверстий имеет вид, например, прямой (фиг. 1), расположенной, например, под углом 20^o к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса.

Для повышения шумопоглощения средство для направления потока может представлять собой выполненную также из оцинкованной стали продольную перфорированную перегородку 8 (фиг. 2) с размещенным в отделенной ею от канала и ограниченной с остальных сторон стенками корпуса полости звукопоглощающим материалом, в качестве которого может быть использовано, например, стекловолокно. Направляющей 4 стенкой в этом случае является обращенная к потоку поверхность перфорированной перегородки, которая так же, как и в предыдущем примере, может быть прикреплена к стенкам корпуса с помощью заклепок (на чертеже не показано). Для образования имеющего в поперечном сечении форму прямоугольника канала 5 для прохода воздуха, сужающегося путем уменьшения меньшей стороны от размера "b" на входе до "c" на участке, например, соответствующем 2/3 длины канала от входного отверстия и сохранения этого размера до выходного отверстия, данная перфорированная 8 перегородка установлена в корпусе 1 таким образом, что направляющая стенка в продольном сечении той же плоскостью, что и в предыдущем примере, представляет собой, например, линию (фиг. 2), образованную двумя сопряженными между собой отрезками прямых, первый из которых по ходу потока сориентирован, например, под углом 25^o к плоскости, проведенной через большую сторону "a" входного отверстия параллельно продольной оси корпуса, а второй - параллельно ей.

Для обеспечения повышенного шумопоглощения средство для направления потока может быть выполнено и в виде продольной вставки 9 (фиг. 3), изготовленной из сохраняющего форму звукопоглощающего материала, например стекловаты, имеющей достаточно высокую плотность, например 100 кг/м³, направляющей стенкой которой служит обращенная к потоку одна из ограничивающих ее поверхностей. Вставка 9 имеет вид фигуры, ограниченной с остальных сторон поверхностями, которые совпадают с расположенными вне канала поверхностями стенок корпуса, и, таким образом, все свободное, отделенное от канала внутреннее пространство корпуса будет заполнено звукопоглощающим материалом, что приведет к усилению эффекта звукопоглощения.

Для достижения максимального эффекта снижения шума вентилятора ограничивающие канал 5 поверхности стенок корпуса 1 облицованы звукопоглощающим материалом 10 (фиг. 1, фиг. 4), в качестве которого может быть использован, например, приклеенный к стенкам корпуса стекловолоконный листовой материал, покрытый со стороны, обращенной к потоку, стекловойлоком.

Для обеспечения возможности регулирования работы вентилятора путем изменения расхода воздуха в канале 5 перед входным 3 отверстием размещены, например, четыре направляющие лопатки 11 (фиг.2), каждая из которых закреплена на установленной с возможностью вращения цилиндрической оси 12, один конец которой во избежание осевого перемещения выполнен меньшего диаметра, чем вся остальная часть оси, и размещен в отверстии, выполненном в средстве для направления потока, например, в продольной перегородке 6 (фиг. 1), выполненной из оцинкованной стали, а другой конец - в отверстии, выполненном в расположенной напротив перегородки 6 ограничивающей канал 5 стенке корпуса 1, выступая наружу. Для обеспечения поворота закрепленных на осях 12 направляющих лопаток 11 на выступающих наружу концах осей 12 закреплены зубчатые колеса (на чертеже не показано), входящие в зацепление с зубчатой рейкой (на чертеже не показано), которая, в свою очередь, входит в зацепление и может приводиться в движение зубчатым колесом, закрепленным на оси электродвигателя (на чертеже не показано).

Входной модуль вентилятора работает следующим образом. Модуль с помощью фланцевого соединения (на чертеже не показано) со стороны входного 2 отверстия подключается к воздуховоду прямоугольного сечения или другому элементу системы вентиляции или кондиционирования воздуха, а со стороны выходного 3 отверстия - к всасывающей стороне вентилятора (на чертеже не показано), имеющего всасывающее окно прямоугольной формы. Воздух под действием разрежения, создаваемого вентилятором, поступает во входное 2 отверстие входного модуля и движется вдоль направляющей стенки 4 по образованному посредством средства для направления потока со стенками корпуса 1 канала 5 в сторону выходного 3 отверстия. При этом, благодаря сужающемуся по ходу потока каналу 5, имеющему в поперечном сечении форму прямоугольника, а также соответствующим вышеуказанным формам выполнения направляющей стенки, обеспечивается плавное движение воздуха по каналу 5 вдоль упомянутой стенки, исключается генерация крупных аэродинамических вихрей, которые неизбежно возникали бы при ударе потока о стенку, отделяющую полость всасывания в указанном типе вентиляторов от полости нагнетания, а следовательно, и обеспечивается безударный вход воздуха в вентилятор, а также некоторое снижение его шума. Наибольший эффект в этом случае достигается, когда направляющая стенка в продольном сечении вышеуказанной плоскости имеет вид дугообразной кривой (фиг. 3), обращенной выпуклой стороной к потоку, так как при этом обеспечивается наиболее плавный безотрывный подвод воздуха к всасывающему окну вентилятора. Кроме того, благодаря наличию звукопоглощающего материала в конструктивном выполнении входного модуля вентилятора, происходит поглощение излучаемого вентилятором и распространяющегося через проходящий канал 5 поток воздуха шума, а следовательно, происходит еще большее снижение его уровня. Наиболее высокий результат достигается в том случае, когда звукопоглощающий материал присутствует не только в конструкции средства 4 для направления потока, но и ограничивающие канал 5 поверхности стенок корпуса 1 будут облицованы звукопоглощающим материалом. Регулирование работы вентилятора путем изменения расхода воздуха осуществляется при необходимости за счет поворота закрепленных на осях 12 направляющих лопаток 11 на заданный угол. Поток воздуха перед входом во всасывающее окно вентилятора в зависимости от угла поворота лопаток 11 отклоняется на больший или меньший угол и, закручиваясь относительно всасывающего отверстия вентилятора, меняет угол своего входа в упомянутое отверстие, в результате чего изменяется расход воздуха, проходящего через вентилятор.

Входной модуль предназначен для центробежного канального вентилятора, подключаемого к прямоугольным каналам. Модуль обеспечивает безударный вход воздуха в вентилятор, снижение его шума и регулирование расхода. В корпусе в виде параллелепипеда с входным и выходным отверстиями прямоугольной формы, расположенными на противоположных торцах корпуса, перпендикулярно его продольной оси, установлено средство для направления потока с направляющей стенкой, выполненное в виде продольной вставки, изготовленной для снижения шума из стекловаты высокой плотности. Вставка установлена в корпусе с образованием сообщенного с входным и выходным отверстиями канала, имеющего в поперечном сечении форму прямоугольника. Направляющей стенкой служит обращенная к потоку ограничивающая вставку поверхность, которая примыкает по периметру к стенкам корпуса, причем одной поперечной кромкой к большей стороне входного, а другой - выходного отверстий. Для обеспечения безударного входа воздуха направляющая стенка имеет в продольном сечении вид дугообразной кривой, обращенной выпуклой стороной к потоку, и сориентирована так, что канал сужается по ходу потока. Для регулирования расхода предусмотрены размещенные перед выходным отверстием в канале установленные с возможностью поворота направляющие лопатки. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Входной модуль вентилятора, содержащий корпус, выполненный в виде параллелепипеда, снабженный входным и выходным отверстиями, первое из которых имеет прямоугольную форму, размещенное в корпусе средство для направления потока с направляющей стенкой, отличающийся тем, что выходное отверстие выполнено прямоугольным, оба отверстия расположены на противоположных торцах корпуса, перпендикулярных его продольной оси, средство для направления потока установлено так, что направляющая стенка примыкает по периметру к стенкам корпуса, причем одной поперечной кромкой к большей стороне входного, а другой - выходного отверстий, образуя со стенками корпуса сообщенный с входным и выходным отверстиями канал для прохода воздуха, причем упомянутая направляющая стенка сориентирована в направлении потока так, что упомянутый канал имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с неизменной большей стороной по всей длине канала и уменьшающейся по ходу потока меньшей стороной по всей или большей части его длины, оставаясь в последнем случае неизменной на оставшейся ее части. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что средство для направления потока выполнено в виде продольной перегородки, а направляющей стенкой служит ее обращенная к потоку поверхность. 3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что перегородка выполнена из листового материала, по меньшей мере обращенная к потоку поверхность которого облицована звукопоглощающим материалом. 4. Модуль по п.2, отличающийся тем, что перегородка выполнена из перфорированного листового материала, а отделенная ею от канала и ограниченная с остальных сторон стенками корпуса полость заполнена звукопоглощающим материалом. 5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что средство для направления потока представляет собой продольную вставку, выполненную из сохраняющего форму звукопоглощающего материала, а направляющей стенкой служит обращенная к потоку одна из ограничивающих вставку поверхностей. 6. Модуль по п.5, отличающийся тем, что вставка имеет вид фигуры, ограниченной с остальных сторон поверхностями, число, форма и размеры которых соответствуют числу, форме и размерам расположенных вне канала поверхностей стенок корпуса. 7. Модуль по пп.1 - 6, отличающийся тем, что направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, имеет вид прямой, расположенной под острым углом к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса. 8. Модуль по пп.1 - 6, отличающийся тем, что направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, представляет собой линию, образованную двумя сопряженными между собой отрезками прямых, первый из которых по ходу сориентирован под острым углом к плоскости, проведенной через большую сторону входного отверстия параллельно продольной оси корпуса, а второй - параллельно ей. 9. Модуль по п.7 или 8, отличающийся тем, что острый угол составляет 10 - 30^o. 10. Модуль по пп.1 - 6, отличающийся тем, что направляющая стенка в продольном сечении плоскостью, перпендикулярной большим сторонам входного и выходного отверстий, имеет вид дугообразной кривой, обращенной выпуклой стороной к потоку. 11. Модуль по п.10, отличающийся тем, что дугообразная кривая со стороны выходного отверстия имеет участок, сориентированный параллельно продольной оси корпуса. 12. Модуль по пп.1 - 11, отличающийся тем, что ограничивающие канал поверхности стенок корпуса облицованы звукопоглощающим материалом. 13. Модуль по пп.1 - 12, отличающийся тем, что он снабжен установленной с возможностью поворота по меньшей мере одной направляющей лопаткой, размещенной в канале перед выходным отверстием.