ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР С РЕВЕРСИРОВАНИЕМ НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА Российский патент 2005 года по МПК F04D19/00 F04D29/56 

Изобретение относится к осевому вентилятору с реверсированием направления потока, содержащему рабочее колесо, приводимое от приводного электродвигателя с регулированием частоты вращения, которое снабжено поворотными вокруг оси вращения лопатками.

Современные осевые вентиляторы представляют собой регулируемые и оптимизированные по мощности рабочие машины, которые преобразуют механическую энергию в энергию потока. Возможность регулирования относится к возможности установки частоты вращения рабочего колеса и возможности изменения угла установки лопаток с целью согласования крутизны характеристики привода с фактической частотой вращения и мощностью.

Значения коэффициента полезного действия вентилятора около 90% обеспечивают снижение производственных затрат до минимума. Но с точки зрения расчета параметров важен не только коэффициент полезного действия, но и зачастую решающее значение имеет коэффициент полезного действия вентилятора при неполной нагрузке. Самый удобный способ регулирования вентилятора достигается путем изменения частоты вращения рабочего колеса.

Но регулирование частоты вращения целесообразно лишь в том случае, когда все параметры режима близки к энергетически оптимальной характеристике установки. Если в связи с характеристиками установки (например, подпором системы, параллельной работой с другими вентиляторами и т.п.) режим работы отклоняется от энергетической оптимальной характеристики, то целесообразно наряду с изменением частоты вращения изменять также угол установки лопаток с целью достижения высоких значений коэффициента полезного действия при частичной нагрузке. С этой целью лопатки рабочего колеса выполнены поворотными вокруг оси вращения. Рабочее колесо можно также объединить с выходным направляющим колесом, который преобразует кинетическую энергию имеющихся составляющих завихрения в статическое давление. Посредством выходного направляющего колеса, соответствующим образом подогнанного к рабочему колесу, существенно повышается аэродинамическая эффективность. Кроме того, в вентиляторе имеется также возможность установки входного направляющего колеса. Входное направляющее колесо вызывает изменение полезного повышения давления вентилятора. В соответствии с образованным завихрением (встречное или попутное завихрение) перед рабочим колесом характеристика вентилятора увеличивается или уменьшается.

Если осевые вентиляторы известного типа применяются, например, в вентиляции тоннелей, то одна из задач вентилятора заключается в том, чтобы по меньшей мере периодически изменять направление потока воздуха. Это относится к пожару, когда пожарные газы необходимо направить навстречу эксплуатационному направлению перемещения к близлежащему выходу из тоннеля. Для того чтобы изменить направление потока воздуха, известно, что можно вращать вращающиеся лопатки рабочего колеса настолько, чтобы наступило требуемое реверсирование потока. Но с этим связано то, что достигаемая эффективность в этой форме эксплуатации значительно снижается, так как возможно имеющееся выходное направляющее колесо после произведенного реверсирования потока будет значительно мешать условиям притока воздуха к рабочему колесу как неправильно установленное "входное направляющее колесо". Как аэродинамическая мощность, так и расход энергии в отношении к требуемому количеству воздуха имеют значительно меньшие значения по сравнению с нормальным режимом. Во избежание этой потери качества уже делались попытки поворачивать весь вентилятор механическим путем на 180° вокруг своей оси, когда необходимо реверсирование подачи. Но при целесообразном расходе это получается только с осевыми вентиляторами относительно малых размеров.

Реверсирование тяги, известное в винтомоторной группе самолета, исключается, так как в осевых вентиляторах невозможен энергетически целесообразный режим. Дополнительно сказывается то, что при этом к режиму с противотоком можно прибегать только кратковременно, а реверсирование в осевых вентиляторах должно осуществляться на более продолжительное время и с учетом энергетически благоприятных условий.

В основу изобретения положена задача выполнить осевой вентилятор указанного типа с реверсированием направления потока таким образом, чтобы при заданном объемном потоке была обеспечена такая же аэродинамическая мощность, а также высокий коэффициент давления и высокий коэффициент полезного действия в обоих направлениях.

Данная задача решается в осевом вентиляторе указанного типа согласно изобретению с помощью отличительных признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов.

Благодаря применению входного и выходного направляющих колес, а также форме и возможности поворота лопаток этих направляющих колес становится возможным при реверсировании потока заменять принцип действия входного и выходного направляющих колес один на другой. При этом лопатки, как и лопатки рабочего колеса, можно устанавливать так, что они могут приводиться в оптимальное положение в зависимости от текущих требований. После реверсирования потока воздуха путем изменения направления вращения рабочего колеса и/или лопаток эксплуатация осевого вентилятора возможна в обоих направлениях потока таким образом, что потребление энергии по одинаковым движениям воздуха в обоих направлениях потока одинаковое и почти близкое к потреблению энергии осевого вентилятора, работающего только в одном направлении без возможности реверсирования.

Для предусмотренного случая применения осевого вентилятора согласно изобретению важно применять регулируемое выходное направляющее колесо. По этой причине в данном осевом вентиляторе перед рабочим колесом установлено регулируемое входное направляющее колесо, которое при реверсировании потока может принять на себя функцию выходного направляющего колеса, хотя и нет необходимости в том, чтобы входное направляющее колесо имело способность изменять повышение давления.

Пример осуществления изобретения показан на чертежах и ниже поясняется более подробно. Показано:

фиг.1 - продольный разрез вентилятора и

фиг.2 - вид сверху рабочего колеса и двух направляющих колес.

Вентилятор состоит из корпуса 1 вентилятора, который на одной стороне соединен всасывающим патрубком 2 с всасывающим коробом 3 и на другой стороне соединен выпускным патрубком 4 с выпускным коробом 5. В корпусе 1 вентилятора на некотором расстоянии от стенки корпуса и с созданием проточного канала 6 установлен с опорой осевой вентилятор.

Осевой вентилятор содержит втулку 7 с обтекаемой передней частью 8, цилиндрическую среднюю часть 9 и обтекаемую заднюю часть 10. В цилиндрической средней части 9 втулки 7 установлено рабочее колесо 11. Рабочее колесо 11 состоит из втулки рабочего колеса 12, соосной с цилиндрической средней частью 9 втулки 7.

Рабочее колесо 11 имеет по своей периферии лопатки 13. Лопатки 13 могут поворачиваться вокруг оси вращения, проходящей радиально относительно рабочего колеса 11. Поворот лопаток 13 осуществляется во время работы или в нерабочем состоянии с помощью механического, электрического или гидравлического исполнительного привода.

Как видно на фиг.1, лопатки 13 выполнены зеркально-симметричными относительно оси вращения. С помощью исполнительного привода можно повернуть лопатки 13 настолько, что согласно полю характеристик достигаются оптимальные значения коэффициента полезного действия для всех значений расхода и рабочих режимов.

Вследствие зеркально-симметричного расположения лопатки 13 могут также поворачиваться настолько, что наступает реверсирование потока. В этом случае всасывающий патрубок 2 становится выпускным патрубком и выпускной патрубок 4 всасывающим патрубком. Такое реверсирование потока необходимо, например, при применении осевого вентилятора для вентиляции тоннеля, когда при пожаре необходимо транспортировать пожарные газы к определенному вентиляционному колодцу или к ближайшему вентиляционному колодцу или выходу из тоннеля.

Привод рабочего колеса 11 осуществляется от приводного двигателя 14, установленного как встроенный электродвигатель во втулке 7. Приводной электродвигатель выполнен в виде асинхронного двигателя и снабжен регулятором частоты вращения. Регулятор частоты вращения служит также для установки оптимальных значений коэффициента полезного действия на разных режимах работы. Путем простого переключения можно реверсировать направление вращения асинхронного двигателя. Одновременно с асинхронным двигателем изменяется направление вращения рабочего колеса 11, поэтому при повороте лопаток 13 таким же образом достигается реверсирование направления потока.

В корпусе 1 вентилятора перед рабочим колесом 11 установлено неподвижное входное направляющее колесо 15 и позади рабочего колеса установлено неподвижное выходное направляющее колесо 16. Оба направляющих колеса 15, 16 снабжены направляющими лопатками 17, 18, которые предпочтительно изогнуты. Изгиб может быть выполнен благодаря тому, что направляющие лопатки 17, 18 состоят из прямолинейных деталей, соприкасающихся под тупым углом друг к другу. Направляющие лопатки 17 выполнены зеркально-симметричными относительно направляющих лопаток 18 выходного направляющего колеса 16, причем радиальная срединная плоскость рабочего колеса образует плоскость симметрии.

Направляющие лопатки 17, 18 входного направляющего колеса 15 и выходного направляющего колеса 16 установлены с возможностью поворота вокруг оси вращения 19. Вследствие этого расположения они могут устанавливаться под углом к направлению потока. Установка направляющих лопаток 17, 18 осуществляется механическим или электрическим способом с преодолением усилия возвратной пружины 20 через переводный рычаг 21, который соединен с осью вращения 19. Переводный рычаг 21 опирается на корпус 1 вентилятора. Установка направляющих лопаток 17, 18 служит так же, как и поворот лопаток 13, для того чтобы установить оптимальные значения коэффициента полезного действия.

В особом варианте выполнения направляющие лопатки 17, 18 состоят из неподвижного участка 22 и поворотного участка 23. Плоскость раздела обоих участков 22, 23 направляющих лопаток 17, 18 расположена в плоскости направляющих лопаток 17, 18 вдоль оси вращения 19. Поворачиваемые участки 23 направляющих лопаток 17, 18 также обращены каждый к рабочему колесу 11.

В показанном на фиг.2 положении лопаток 13 осевой вентилятор с направлением вращения по стрелке 25 создает поток воздуха в направлении, показанном стрелкой 24. При этом направляющие лопатки 17, 18 занимают относительно входного направляющего колеса 15 и выходного направляющего колеса 16 положение, указанное сплошной ломаной линией. Если направление потока реверсируется путем переключения асинхронного двигателя и соответствующего поворота лопаток 13, то направляющие лопатки поворачиваются и занимают положение, указанное на фиг.2 штрихованной ломаной линией. В этом случае входное направляющее колесо 15 принимает функцию выходного направляющего колеса и выходное направляющее колесо 16 принимает функцию входного направляющего колеса. В обоих направлениях потока путем соответствующей установки направляющих лопаток 17, 18 возможна оптимальная работа осевого вентилятора.

Изобретение относится к осевым вентиляторам с реверсированием направления потока и обеспечивает при заданном объемном потоке достижение аэродинамической мощности, высокого коэффициента давления и КПД в обоих направлениях движения потока. В осевом вентиляторе с реверсированием направления потока, содержащем рабочее колесо, приводимое от приводного электродвигателя с регулированием частоты вращения, которое снабжено поворотными вокруг оси вращения лопатками, указанный технический результат достигается тем, что перед рабочим колесом установлено входное направляющее колесо и позади рабочего колеса установлено выходное направляющее колесо, а направляющие лопатки входного направляющего колеса и выходного направляющего колеса выполнены зеркально-симметричными относительно радиальной срединной плоскости рабочего колеса и могут устанавливаться под углом к направлению потока таким образом, что при реверсировании потока входное направляющее колесо принимает функцию выходного направляющего колеса и выходное направляющее колесо принимает функцию входного направляющего колеса. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Осевой вентилятор с реверсированием направления потока, содержащий рабочее колесо (11), приводимое от приводного электродвигателя (14) с регулированием частоты вращения, которое снабжено поворотными вокруг оси вращения лопатками (13), отличающийся тем, что перед рабочим колесом (11) установлено входное направляющее колесо (15) и позади рабочего колеса (11) установлено выходное направляющее колесо (16), которые снабжены направляющими лопатками (17, 18), при этом направляющие лопатки (17, 18) входного направляющего колеса (15) и выходного направляющего колеса (16) выполнены зеркально-симметричными относительно радиальной срединной плоскости рабочего колеса (11), и что направляющие лопатки (17, 18) выполнены с возможностью установки под углом к направлению потока таким образом, что при реверсировании потока входное направляющее колесо (15) принимает функцию выходного направляющего колеса и выходное направляющее колесо (16) принимает функцию входного направляющего колеса.2. Осевой вентилятор по п.1, отличающийся тем, что направляющие лопатки (17, 18) входного направляющего колеса (15) и выходного направляющего колеса (16) изогнуты.3. Осевой вентилятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющие лопатки (17, 18) входного направляющего колеса (15) и выходного направляющего колеса (16) состоят каждая из неподвижного участка (22) и поворотного вокруг оси вращения (19) участка (23), что поворотный участок (23) направляющих лопаток (17, 18) обращен к рабочему колесу (11) и что ось вращения (19) проходит в плоскости направляющих лопаток вдоль линии раздела между неподвижным и поворотным участками (22, 23) направляющих лопаток (17, 18).4. Осевой вентилятор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что направляющие лопатки (17, 18) входного направляющего колеса (15) и выходного направляющего колеса (16) способны устанавливаться под таким углом, что для обоих направлений потока достижимы оптимальные режимы работы.5. Осевой вентилятор по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что лопатки (13) рабочего колеса (11) выполнены зеркально-симметричными относительно своей оси вращения и способны поворачиваться на такой угол вращения, что могут достигаться оптимальные режимы работы и/или реверсирование потока.6. Осевой вентилятор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что приводной электродвигатель (14) рабочего колеса (11) представляет собой асинхронный двигатель с реверсированием направления вращения.