ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2004 года по МПК F04D19/00 

Изобретение относится к технике осевых вентиляторов и может быть использовано для систем охлаждения как узлов и деталей машин, а также и приборов; для нагнетания или отвода воздуха или газа в машины или приборы, а также в жилые, производственные и специализированные помещения; для бескалориферных сушилок макаронных изделий; для создания пневмотранспорта; для обеспечения систем пылеулавливания; для транспортных средств на воздушной подушке и для боевого морского транспорта – экранопланов.

Известны осевые вентиляторы, выполненные из осевого лопаточного рабочего колеса, размещенного осесимметрично и подвижно для вращения вокруг оси во внутренней полости сквозного, цилиндрического, направляющего кожуха, имеющего входной патрубок и выходной патрубок. Рабочее колесо осевого вентилятора состоит из втулки и прикрепленных к ней лопаток, установленных под некоторым углом к плоскости вращения. Лопатки рабочего колеса могут быть плоскими, вогнутыми или профилированными. Число лопаток рабочего колеса может быть от двух до сорока и более (см., например, Виноградов В.И. Вентиляторы электрических машин. - Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1980, с. 4-7).

В таких известных устройствах за счет механического воздействия плоских в сечении, вогнутых или профильных лопаток рабочего осевого колеса, а более конкретно за счет наклонных под одним и тем же углом рабочих поверхностей каждой лопатки, воздух или газ в виде направленного потока перемещается в осевом направлении от входного патрубка к выходному, обеспечивая ему требуемую скорость и расход.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является осевой вентилятор, выполненный из осевого лопаточного рабочего колеса, размещенного с торцевым зазором во внутренней сквозной полости направляющего кожуха, имеющего входной и выходной патрубки, при этом рабочее колесо состоит из втулки и прикрепленных к ней лопаток с передними и задними кромками (см., например, Сычугов Н.П. Вентиляторы. - Киров: ГИС полиграфическое предприятие “Вятка”, 2000, с. 13-18).

Недостатком известного вентилятора является невысокий КПД и увеличенное энергопотребление.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении потребляемых энергозатрат и повышении тем самым КПД осевого вентилятора.

Это достигается тем, что в осевом вентиляторе, выполненном из осевого лопаточного рабочего колеса, размещенного осесимметрично с кольцевым зазором во внутренней сквозной цилиндрической полости направляющего кожуха, имеющего входной и выходной патрубки, при этом рабочее колесо состоит из втулки и прикрепленных к ней лопаток с передними и задними кромками, согласно изобретению рабочие плоскости лопаток установлены под острым углом к плоскости вращения. При этом торцевые законцовки всех лопаток загнуты в сторону рабочих поверхностей на угол 90° с сохранением величины кольцевого зазора между внутренней цилиндрической поверхностью направляющего кожуха и периметрами торцов каждой лопатки, которые в сечении выполнены вогнутыми или плоскими, их кромки – прямолинейными или не прямолинейными, а радиус загиба каждый торцевой законцовки может быть в 1-5 раз больше толщины лопатки в месте изгиба.

Кроме того, проекция точки максимальной кривизны загнутой законцовки каждой лопатки на продолжение плоскости ее рабочей поверхности может быть удалена от ее задней кромки на величину от 1 до 75% от ширины лопатки под проекцией кромки, а высота загнутых торцевых законцовок всех лопаток может составлять 1-10% от диаметра рабочего колеса. Рабочее колесо может изготовляться, например, литьем или штамповкой из полимерных материалов или металла.

На фиг.1 изображен общий вид осевого шестилопастного вентилятора, предназначенного, например, для охлаждения приборных электронных блоков персонального компьютера. На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1, выполненное вдоль продольных осей двух противолежащих лопаток. На фиг.3 изображено сечение Б-Б одной из лопаток, где показана возможная форма загнутой торцевой законцовки. На фиг.4 показана вторая возможная форма загнутой торцевой законцовки лопатки. На фиг.5 изображен вид по стрелке В фиг.4 со стороны задней кромки лопатки, показывающий угол загиба торцевой законцовки и радиус ее загиба.

Осевой вентилятор состоит из осевого лопаточного рабочего колеса 1, которое размещено с зазором 2 осесимметрично и подвижно для вращения вокруг оси 3 во внутренней полости сквозного цилиндрического направляющего кожуха 4, имеющего входной патрубок 5 и выходной патрубок 6. Рабочее колесо 1 имеет втулку 7 и лопатки 8, которые, в свою очередь, имеют передние кромки 9 и задние кромки 10. При этом все лопатки 8 имеют рабочую поверхность 11. Каждая лопатка 8 снабжена торцевой законцовкой 12, которая загнута на угол 90° по отношению к рабочей поверхности 11, а высота загнутой законцовки 12 составляет величину Н.

Устройство работает следующим образом.

При включении вентилятора, т.е. подаче электрического напряжения к электродвигателю 13, начинает вращаться рабочее колесо 1, каждая лопатка которого своей рабочей поверхностью 11 как наклонной поверхностью начинает подгребать под себя воздух, который от передней кромки 9 перемещается поверхностью 11 к задней кромке 10. От аналогичного действия всех лопаток 8 создается закрученный вокруг оси 3 поток воздуха, который также перемещается и вдоль оси 3, от входного патрубка 5 к выходному патрубку 6. Однако закрученный поток воздуха в объеме кожуха 4 имеет и радиальное перемещение от действия центробежной силы. Такой радиально смещаемый поток воздуха из-под каждой лопатки 8, в динамическом режиме, уже без останова у неподвижной стенки кожуха 4, доходит до загнутых на 90°, торцевых законцовок 12 и с помощью их изменяет направление своего движения на этот угол 90°, не преодолевая зазор 6, и далее суммируется с основным потоком воздуха, движущимся вдоль оси 3. Такой режим движения воздуха позволяет положительно использовать действие центробежной силы и плавно благодаря радиусу R присоединить ее воздействие к основному потоку, что и позволяет исключить действие тормозящего эффекта, который имеет место во всех известных аналогах и у прототипа, и тем самым обеспечить снижение энергозатрат, решая поставленную техническую задачу.

Экспериментальная проверка, проведенная с вентилятором ВН-2, питаемым от переменного напряжения 220 В, показала снижение энергозатрат на 1,25%, даже при наличии очевидного увеличения местных гидравлических сопротивлений каждой из пяти лопаток по причине приклеенных к ним и загнутых торцевых металлических законцовок.

Изобретение относится к технике осевых вентиляторов и может быть использовано для систем охлаждения как узлов и деталей машин, а также и приборов, для нагнетания или отвода воздуха или газа в машины или приборы, а также в жилые, производственные и специализированные помещения; для создания пневмотранспорта; для систем пылеулавливания, для транспортных средств на воздушной подушке и для экранопланов. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении потребляемых энергозатрат и повышении тем самым КПД осевого вентилятора. Это достигается тем, что в осевом вентиляторе лопатки в сечении выполнены вогнутыми или плоскими, их кромки – прямолинейными или не прямолинейными, а рабочие плоскости лопаток установлены под острым углом к плоскости вращения, причем торцевые законцовки всех лопаток загнуты в сторону рабочих поверхностей на угол 90° с сохранением величины кольцевого зазора между внутренней цилиндрической поверхностью направляющего кожуха и периметрами торцов каждой лопатки, а радиус загиба каждый торцевой законцовки может быть в 1-5 раз больше толщины лопатки в месте изгиба. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Осевой вентилятор, выполненный из осевого лопаточного рабочего колеса, размещенного с кольцевым зазором во внутренней сквозной полости направляющего кожуха, имеющего входной и выходной патрубки, при этом рабочее колесо состоит из втулки и прикрепленных к ней лопаток с передними и задними кромками, отличающийся тем, что лопатки в сечении выполнены вогнутыми или плоскими, их кромки – прямолинейными или не прямолинейными, а рабочие плоскости лопаток установлены под острым углом к плоскости вращения, причем торцевые законцовки всех лопаток загнуты в сторону рабочих поверхностей на угол 90° с сохранением кольцевого зазора между внутренней поверхностью направляющего кожуха и периметрами торцов каждой лопатки, а радиус загиба каждой торцевой законцовки может быть в 1-5 раз больше толщины лопатки в месте изгиба.2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что высота загнутых торцевых законцовок всех лопаток может составлять 1-10% от диаметра рабочего колеса.3. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что проекция точки кривизны загнутой законцовки каждой лопатки на продолжение плоскости ее рабочей поверхности может быть удалена от ее задней кромки на величину 1-75% от ширины лопатки.4. Осевой вентилятор по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо может изготовляться, например, литьем или штамповкой из полимерных материалов или металла.