ЛОПАСТЬ ВЕНТИЛЯТОРА ГРАДИРНИ Российский патент 2010 года по МПК F04D29/38 F28F25/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора вентиляторной градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Известна конструкция лопасти, содержащая лонжерон, соединенные с ним нервюры и обшивку, при этом лопасть несущего винта на конце до одной трети ее длины выполнена серповидной в плане, выпуклой стороной вперед по движению, сужающейся к концу в 2,5-3,5 раза и с отклонением аэродинамической оси от прямолинейной оси основной части лопасти до 15° вперед и до 60° назад (см. авторское свидетельство SU №244895, кл. В64С 27/46, 15.01.1981).

Данная лопасть винта не может быть использована в качестве лопасти вентилятора градирни с точки зрения функционального назначения, что связано с тем, что лопасть работает как консольная балка и обладает неудовлетворительными жесткостью и аэродинамическими характеристиками, поскольку в элементах лопасти возникают повышенные напряжения от изгиба и кручения, причем требуется большая угловая скорость, которую трудно достичь в вентиляторах.

Наиболее близким техническим решением является лопасть вентилятора, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, переходную часть от комля к ее перу, которое профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду с максимальной длиной L, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля (см. патент RU №2145004 кл. F04D 29/38, 27.01.2000).

Однако данная конструкция лопасти в силу особенностей ее конструкции, связанных с использованием аэродинамического профиля и не в полной мере учитывающих работу вентилятора в условиях откачки паровоздушной смеси с переменными параметрами по составу и температуре, не позволяет в полной мере обеспечить стабильную работу вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками при работе в широком диапазоне меняющихся нагрузок, скоростей обтекания и углов атаки ее профильных сечений.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация аэродинамического профиля лопатки вентилятора для работы в градирне.

Технический результат заключается в повышении производительности и стабильности работы градирни

Технический результат достигается тем, что лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, в плане форма лопасти сужающаяся от комлевой части к середине пера лопасти и расширяющаяся от середины пера к концу лопасти, а передняя и задняя кромки выполнены вогнутыми к продольной оси лопасти, при этом переходная часть лопасти ступенчато сужается в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет в середине пера лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,15-0,16 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,37·L до 0,38·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,40 до 0,42 от длины лопасти S, при этом линия верхней части аэродинамического контура выполнена выпуклой по отношению к хорде, а линия нижней части аэродинамического контура по отношению к хорде выполнена выпуклой со стороны передней кромки, плавно сопряженной с вогнутой со стороны задней кромки, и пересекает хорду за сечением с максимальной толщиной профиля в направлении от передней кромки с плавным увеличением выпуклой части по мере перемещения сечения от конца лопасти к переходной части, где вся линия нижней части аэродинамического контура выполнена выпуклой, при этом максимальная толщина профиля плавно уменьшается от переходной части лопасти к концу лопасти от (0,22-0,24)L до (0,1-0,12)L, а угол установки сечения лопасти на конце лопасти выполнен по отношению к плоскости вращения лопасти в сторону, противоположную углу установки сечения лопасти в начале переходной части лопасти.

Предпочтительно на конце лопасти установлено концевое крылышко.

Предпочтительно крутка лопасти составляет угол γ от 28° до 30°.

Аэродинамическая компоновка лопасти вентилятора, под которой понимается форма поверхности лопасти, т.е. задаваемая численно координатами наружная поверхность лопасти, непосредственно обтекаемая потоком при ее вращении, включает:

Координаты аэродинамического профиля лопасти, т.е. координаты кривых, образованных в сечениях поверхности лопасти плоскостями, перпендикулярными к ее продольной оси (нормальное сечение лопасти к продольной оси лопасти).

Форму в плане, т.е. величину хорды лопасти по ее длине.

Геометрическую крутку лопасти, т.е. углы поворота хорд относительно комля лопасти вокруг ее продольной оси.

Характер изменения максимальных толщин аэродинамических профилей по длине лопасти.

В результате выполненных расчетных исследований, опытно-конструкторских и экспериментальных работ были определены оптимальные параметры геометрической крутки сечений лопасти относительно ее продольной оси, изменения толщины профиля по длине пера лопасти, формы лопасти в плане, которые являются оптимальными для лопастей вентиляторов, устанавливаемых в градирнях для достижения необходимых аэродинамических характеристик, в частности производительности и КПД, принимая во внимание ограничения, в частности конструктивные, весовые и прочностные ограничения, которые накладывают конкретные условия эксплуатации вентилятора в градирне.

В ходе проведенных исследований были выявлены наиболее оптимальные соотношения максимальных толщин аэродинамического профиля лопастей по длине лопасти в направлении от конца лопасти к ее переходной (прикомлевой) части.

Было выявлено, что выход за пределы вышеуказанного диапазона значений максимальных толщин аэродинамического профиля приводит к повышению значений местных возмущений скорости и давлений и, как следствие, к росту аэродинамического сопротивления профиля и снижению аэродинамических характеристик вентилятора.

На фиг.1 представлен общий вид лопасти, вид спереди.

На фиг.2 представлен общий вид лопасти, вид сверху.

На фиг.3 представлено сечение лопасти нормальное (перпендикулярное) к продольной оси (оси, являющейся продолжением оси комлевой части лопасти).

На фиг.4 представлен вид А по фиг.1.

На фиг.5 представлены наложенные друг на друга нормальные к продольной оси лопасти сечения лопасти на ее конце и в начале переходной части лопасти для определения крутки лопасти.

Лопасть вентилятора градирни, представленная на фиг.1 и 2 и выполненная в виде полой оболочки, включает в себя перо 1 лопасти, комлевую часть 2 и переходную часть 3 от пера 1 лопасти к комлевой части 2.

Комлевая часть 2 представляет собой круглый стержень, спрофилированный для непосредственного крепления лопасти к втулке рабочего колеса (не показаны) с возможностью установки требуемого рабочего угла путем вращения лопасти вокруг ее продольной оси 4.

Перо лопасти профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси 4 лопасти, скругленную переднюю кромку 5, заостренную или затупленную заднюю кромку 6, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней 7 и нижней 8 частей контура профиля.

В плане (на виде сверху) форма лопасти сужающаяся от конца лопасти и комлевой части 2 лопасти к середине пера 1 лопасти, а передняя 5 и задняя 6 кромки выполнены вогнутыми к продольной оси 4 лопасти. Переходная часть 3 лопасти ступенчато сужается в направлении к комлевой части 2 лопасти рабочего колеса вентилятора. Аэродинамический профиль в нормальном (перпендикулярном) сечении к продольной оси лопасти имеет в середине пера лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,15-0,16 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,37·L до 0,38·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,40 до 0,42 от длины лопасти S, при этом линия верхней части 7 аэродинамического контура выполнена выпуклой по отношению к хорде 9, а линия нижней части 8 аэродинамического контура по отношению к хорде 9 выполнена выпуклой со стороны передней кромки 5, плавно сопряженной с вогнутой со стороны задней кромки 6, и пересекает хорду за сечением с максимальной толщиной профиля в направлении от передней кромки 5 с плавным увеличением выпуклой части по мере перемещения сечения от конца лопасти к переходной части 3, где вся линия нижней части 8 аэродинамического контура выполнена выпуклой. Максимальная толщина профиля плавно уменьшается от переходной части 3 лопасти к концу лопасти от (0,22-0,24)L до (0,1-0,12)L, а угол α установки сечения лопасти на конце лопасти выполнен по отношению к плоскости вращения лопасти в сторону, противоположную углу β установки сечения лопасти в начале переходной части 3 лопасти.

На конце лопасти может быть установлено концевое крылышко 10. Добавление концевых крылышек 10 к лопастям вентилятора позволяет улучшить аэродинамику лопастей вентилятора и таким образом повысить эффективность вентилятора.

Крутка лопасти составляет угол γ от 28° до 30°.

Лопасть осевого вентилятора работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса вокруг своей оси лопасть, закрепленная на его втулке с возможностью установки требуемого рабочего угла, воздействуя на воздух, а затем на паровоздушный поток, сообщает ему энергию, что вызывает перемещение воздуха и создание в градирне потока воздуха, охлаждающего оборотную воду, например, системы теплоснабжения предприятия.

Настоящее изобретение может быть использовано в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды. Лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, в плане форма лопасти сужающаяся к середине пера лопасти и расширяющаяся от середины к концу лопасти, а передняя и задняя кромки выполнены вогнутыми к продольной оси лопасти, при этом переходная часть лопасти ступенчато сужается в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет в середине пера лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,15-0,16 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,37·L до 0,38·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,40 до 0,42 от длины лопасти S, при этом линия верхней части аэродинамического контура выполнена выпуклой по отношению к хорде, а линия нижней части аэродинамического контура по отношению к хорде выполнена выпуклой со стороны передней кромки, плавно сопряженной с вогнутой со стороны задней кромки, и пересекает хорду за сечением с максимальной толщиной профиля в направлении от передней кромки, при этом максимальная толщина профиля плавно уменьшается от переходной части лопасти к концу лопасти от (0,22-0,24)L до (0,1-0,12)L, a угол установки сечения лопасти на конце лопасти выполнен по отношению к плоскости вращения лопасти в сторону, противоположную углу установки сечения лопасти в начале переходной части лопасти. В результате достигается повышение производительности и стабильности работы градирни. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Лопасть вентилятора градирни, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличающаяся тем, что в плане форма лопасти сужающаяся от комлевой части к середине пера лопасти и расширяющаяся от середины пера к концу лопасти, а передняя и задняя кромки выполнены вогнутыми к продольной оси лопасти, при этом переходная часть лопасти ступенчато сужается в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет в середине пера лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,15-0,16 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,37·L до 0,38·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,40 до 0,42 от длины лопасти S, при этом линия верхней части аэродинамического контура выполнена выпуклой по отношению к хорде, а линия нижней части аэродинамического контура по отношению к хорде выполнена выпуклой со стороны передней кромки, плавно сопряженной с вогнутой со стороны задней кромки, и пересекает хорду за сечением с максимальной толщиной профиля в направлении от передней кромки с плавным увеличением выпуклой части по мере перемещения сечения от конца лопасти к переходной части, где вся линия нижней части аэродинамического контура выполнена выпуклой, при этом максимальная толщина профиля плавно уменьшается от переходной части лопасти к концу лопасти от (0,22-0,24)L до (0,1-0,12)L, а угол установки сечения лопасти на конце лопасти выполнен по отношению к плоскости вращения лопасти в сторону, противоположную углу установки сечения лопасти в начале переходной части лопасти.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что на конце лопасти установлено концевое крылышко.

3. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что крутка лопасти составляет угол γ от 28 до 30°.