УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОВ Российский патент 2021 года по МПК F04D29/38 

Родственные заявки

[001] Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет австралийской предварительной патентной заявки №2017900608, поданной 23 февраля 2017 г., содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники

[002] Изобретение относится к вентиляторному устройству, в частности, изобретение относится к импульсному лопаточному осевому вентилятору и рабочему колесу для такого вентилятора.

Уровень техники

[003] Канальные осевые вентиляторы используют в различных вариантах применения, включающих вентиляцию туннелей, таких как стволы шахт и дороги. Потребность в большем количестве воздуха и более высоких давлениях привела к тому, что существующие осевые вентиляторы стали более крупными, более тяжелыми и более шумными, так что вопросы охраны труда и техники безопасности (ОТ и ТБ) становятся все более актуальными.

[004] Такие канальные вентиляторы включают в себя вентилятор, содержащий лопатки, которые выполнены с возможностью вращения внутри корпуса, который соответствует каналу. Лопатки имеют определенную форму и аэродинамический профиль для обеспечения перепада давления на лопатках, вращающихся в корпусе, и, следовательно, для обеспечения давления для подачи воздуха через канал. Общая длина канала в некоторых случаях может быть относительно большой, и для поддержания требуемого давления и результирующей скорости потока может быть использовано множество канальных вентиляторов. В некоторых примерах канальные осевые вентиляторы установлены ступенчато (один за другим) для достижения требуемого давления.

[005] Проблема, связанная с этими канальными вентиляторами, относится к КПД вентиляторов, производимому шуму, особенно для многоступенчатых вентиляторов, и ухудшению рабочих характеристик вентиляторов из-за износа лопаток в абразивной среде.

[006] Задачей изобретения, раскрытого в настоящей заявке, является устранение одной или более из вышеуказанных проблем или по меньшей мере обеспечение полезной альтернативы.

Раскрытие сущности изобретения

[007] Согласно первому широкому аспекту изобретения предложено вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы, причем множество лопаток имеет форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием.

[008] Согласно одному аспекту изобретения, множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55. Коэффициент сплошности концов измеряют на концах или в направлении концов множества лопаток. Кроме того, каждая из множества лопаток может иметь угол закручивания между соответствующим корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину. По существу постоянная толщина может быть профилем между передней кромкой и задней кромкой и/или по существу постоянной толщиной для всей лопатки.

[009] Согласно еще одному аспекту изобретения, коэффициент сплошности концов находится в диапазоне от 0,8 до 1,2.

[0010] Согласно еще одному аспекту изобретения, коэффициент сплошности концов находится в диапазоне от 1,25 до 1,55.

[0011] Согласно еще одному аспекту изобретения, каждая из множества лопаток выполнена из металлической пластины, закрученной таким образом, чтобы обеспечивать угол закручивания.

[0012] Согласно еще одному аспекту изобретения, ступица сужается наружу в направлении между впускным отверстием и выпускным отверстием.

[0013] Согласно еще одному аспекту изобретения, корпус содержит внутренний корпус, поддерживающий рабочее колесо, и наружный корпус, причем внутренний и наружный корпусы образуют проход между ними, через который проходит воздух.

[0014] Согласно еще одному аспекту изобретения, участок прохода, расположенный после вентилятора, имеет площадь поперечного сечения, относительно меньшую по сравнению с площадью поперечного сечения участка прохода, расположенного перед вентилятором.

[0015] Согласно еще одному аспекту изобретения, ступица имеет форму, обеспечивающую конический переход между участками прохода, расположенными перед вентилятором и после вентилятора.

[0016] Согласно другому аспекту изобретения, внутренний корпус содержит носовой участок и хвостовой участок, между которыми расположена ступица, причем диаметр хвостового участка больше, чем диаметр носового участка.

[0017] Согласно другому аспекту изобретения, внутренний корпус содержит хвостовой конус, выступающий из хвостового участка и сужающийся внутрь.

[0018] Согласно другому аспекту изобретения, передний конец носового участка имеет обтекаемую форму.

[0019] Согласно другому аспекту изобретения, хвостовой участок содержит выпрямитель потока.

[0020] Согласно другому аспекту изобретения, выпрямитель потока изготовлен в виде множества поворотных пластин, выполненных с возможностью обеспечения по существу осевого потока.

[0021] Согласно другому аспекту изобретения, носовой участок содержит стабилизатор потока, выполненный с возможностью направления воздуха к лопаткам.

[0022] Согласно другому аспекту изобретения, стабилизатор потока выполнен в виде по меньшей мере одной из неподвижных и регулируемых лопаток, расположенных перед вращателем.

[0023] Согласно другому аспекту изобретения, наружный корпус содержит впускной конус, расположенный перед стабилизатором потока, для направления потока воздуха в проход, и выпускной диффузор, расположенный после выпрямителя потока, причем впускной конус и выпускной диффузор соединены с каналом.

[0024] Согласно другому аспекту изобретения, каждый из внутреннего и наружного корпусов в целом имеет цилиндрическую форму и концентрически расположен вокруг оси вращения ступицы.

[0025] Согласно другому аспекту изобретения, внутренний корпус содержит двигатель, выполненный с возможностью приведения ступицы в движение.

[0026] Согласно другому аспекту изобретения, в каждой из множества лопаток хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

[0027] Согласно другому аспекту изобретения, угол атаки у корня каждой из множества лопаток меньше угла атаки у конца каждой из множества лопаток.

[0028] Согласно другому аспекту изобретения, если смотреть спереди сверху, передние кромки и задние кромки соседних из множества лопаток оказываются по существу параллельными.

[0029] Согласно еще одному аспекту изобретения, по меньшей мере одна из передней и задней кромок каждой из множества лопаток закруглена.

[0030] Согласно второму широкому аспекту изобретения предложена лопатка для вентиляторного устройства, описанного выше и в настоящей заявке в любом из предыдущих пунктов формулы изобретения.

[0031] Согласно третьему широкому аспекту изобретения предложено рабочее колесо для вентиляторного устройства, описанного выше и в настоящей заявке.

[0032] Согласно четвертому широкому аспекту изобретения предложена вентиляционная система, содержащая одно или более вентиляторных устройств, описанных выше и в настоящей заявке, размещенных в канале для приведения воздуха в движение между впускным отверстием и выпускным отверстием указанного канала.

[0033] Согласно пятому широкому аспекту изобретения предложен способ перемещения воздуха при помощи вентиляторного устройства, описанного выше и в настоящей заявке, включающий размещение вентиляторного устройства в канале и управление вентиляторным устройством для приведения воздуха в движение между впускным отверстием и выпускным отверстием канала.

[0034] Согласно шестому широкому аспекту изобретения предложено вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы и имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,2, и при этом каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину, причем длина хорды у конца лопатки больше, чем длина хорды у корня лопатки.

[0035] Согласно седьмому широкому аспекту изобретения предложено вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы и имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,2, и при этом каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и профиль по существу постоянной толщины, причем хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

[0036] Согласно восьмому широкому аспекту изобретения предложено рабочее колесо для канального вентиляторного устройства, содержащего впускное отверстие и выпускное отверстие, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы и имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,2, и каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину.

[0037] Согласно одному аспекту изобретения, ступица имеет такую форму, чтобы сжимать поток при его прохождении через множество лопаток.

[0038] Согласно другому аспекту изобретения, ступица имеет коническую форму.

[0039] Согласно еще одному аспекту изобретения, каждая из множества лопаток выполнена из металлической пластины, закрученной таким образом, чтобы обеспечивать угол закручивания.

[0040] Согласно другому аспекту изобретения, в каждой из множества лопаток хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

[0041] Согласно еще одному аспекту изобретения, угол атаки у корня каждой из множества лопаток меньше угла атаки у конца каждой из множества лопаток.

[0042] Согласно другому аспекту изобретения, если смотреть спереди сверху, передние кромки и задние кромки соседних из множества лопаток являются по существу параллельными.

[0043] Согласно еще одному аспекту изобретения, по меньшей мере одна из передней и задней кромок каждой из множества лопаток закруглена.

[0044] Согласно девятому широкому аспекту изобретения предложен способ создания вентиляторного устройства для канала, включающий следующие этапы: образование корпуса, содержащего наружный корпус и внутренний корпус, между которыми образован проход, причем внутренний корпус поддерживает рабочее колесо, расположенное с возможностью вращения вокруг оси, и корпус имеет такую форму, что участок прохода, расположенный перед рабочим колесом, в поперечном сечении относительно больше по сравнению с участком прохода, расположенным после рабочего колеса; образование рабочего колеса таким образом, чтобы оно имело коническую ступицу между участками, расположенными до и после рабочего колеса, причем коническая ступица несет множество лопаток, которые по существу проходят в радиальном направлении между ступицей и внутренней поверхностью наружного корпуса и имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса; и образование множества лопаток таким образом, чтобы множество лопаток имело коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, и каждая из множества лопаток имела угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину.

[0045] Согласно десятому широкому аспекту изобретения предложен способ создания рабочего колеса для канального вентиляторного устройства, имеющего впускное отверстие и выпускное отверстие, включающий следующие этапы: образование ступицы таким образом, чтобы она сходила на конус наружу в направлении между впускным отверстием и выпускным отверстием; образование множества лопаток для соединения со ступицей из материала, имеющего по существу постоянную толщину, таким образом, чтобы угол закручивания между корнем и концом лопатки находился в диапазоне от 15 до 30 градусов; образование рабочего колеса посредством соединения множества лопаток со ступицей таким образом, чтобы множество лопаток проходило в радиальном направлении наружу от ступицы для продвижения воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием и имело коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55.

Краткое описание фигур чертежей

[0046] Далее приведено описание изобретения исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

[0047] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в разрезе, изображающий вентиляторное устройство;

[0048] Фиг. 2 представляет собой перспективный вид сбоку, изображающий вентиляторное устройство;

[0049] Фиг. 3 представляет собой перспективный вид сбоку с пространственным разделением деталей, изображающий вентиляторное устройство;

[0050] Фиг. 4а представляет собой перспективный вид спереди сбоку, изображающий рабочее колесо вентиляторного устройства;

[0051] Фиг. 4b представляет собой перспективный вид сверху сбоку, изображающий рабочее колесо вентиляторного устройства;

[0052] Фиг. 4 с представляет собой вид спереди, изображающий рабочее колесо;

[0053] Фиг. 4d представляет собой вид сбоку, изображающий лопатку рабочего колеса;

[0054] Фиг. 5 представляет собой вид спереди, изображающий лопатка рабочего колеса, на котором показано сечение А-А у конца и сечение D-D у корня лопатки;

[0055] Фиг. 6 представляет собой вид сбоку, изображающий сечение А-А, указанное на Фиг. 5;

[0056] Фиг. 7 представляет собой вид сбоку, изображающий сечение D-D, указанное на Фиг. 5;

[0057] Фиг. 8 изображает пример сравнительного графика зависимости мощности от объема указанного вентиляторного устройства и двухступенчатого осевого вентилятора сопоставимой производительности; и

[0058] Фиг. 9 изображает пример сравнительного графика зависимости шума от объема указанного вентиляторного устройства и двухступенчатого осевого вентилятора сопоставимой производительности.

Осуществление изобретения

[0059] На Фиг. 1-5 показано вентиляторное устройство 10 для канала или системы вентиляционных каналов (не показаны) для перемещения или транспортировки воздуха. Вентиляторное устройство 10 содержит корпусное устройство 12, имеющее наружный корпус 14 и внутренний корпус 16, расположенный внутри наружного корпуса 14 таким образом, чтобы образовывать проход 17 между ними. Внутренний и наружный корпусы 14, 16 могут быть выполнены из одного или более сегментов, соединенных друг с другом.

[0060] Внутренний корпус 16 содержит носовой участок 18, хвостовой участок 20 и рабочее колесо или вентилятор 22 между носовым участком 18 и хвостовым участком 20. К хвостовому участку 20, который сходит на конус вовнутрь к продольной оси корпусного устройства 12, присоединен хвостовой конус 19.

[0061] Рабочее колесо 22 содержит вращающуюся ступицу 21, которая несет множество аналогичным образом вращающихся лопаток 23, которые проходят в радиальном направлении по существу от ступицы 21 к наружному корпусу 14. Каждая из вращающихся лопаток 23 имеет по существу плоский профиль, так что устройство 10 можно рассматривать как импульсный лопаточный осевой вентилятор, в котором рабочее колесо 22 приводит в движение поток воздуха за счет механического момента, передаваемого воздуху, в отличие от перепада давления, используемого типичными канальными осевыми вентиляторами с профилированными лопатками.

[0062] Наружный корпус 14 содержит впускное отверстие 24, имеющее впускной конус 26, выполненный с возможностью обеспечения сообщения или соединения по текучей среде с каналом, и выпускное отверстие 27 для обеспечения обратного сообщения или соединения по текучей среде с каналом. Впускной конус 26 может быть оснащен решеткой 25. Наружный корпус 14 и внутренний корпус 16 по меньшей мере частично в целом имеют цилиндрическую удлиненную форму. Наружный корпус 14 и внутренний корпус 16 расположены концентрически вокруг оси вращения рабочего колеса 22. Носовой участок 18 содержит обтекаемый конец 30, который в этом примере имеет заостренную или куполообразную форму. Рабочее колесо 22 приводят в движение при помощи двигательного устройства 44, содержащего двигатель 46, такой как, но без ограничения, электродвигатель, выполненный с возможностью вращения рабочего колеса 22. Двигатель 46 может представлять собой четырехполюсный электродвигатель для работы при частоте 50-60 Гц, и по существу в некоторых примерах рабочее колесо 22 может вращаться с фиксированной скоростью около 1500 об/мин. В других примерах двигатель 46 может иметь другое количество полюсов и вращаться с другими подходящими скоростями. Корпусное устройство 12 может быть в целом выполнено из металла, такого как малоуглеродистая сталь.

[0063] Между носовым участком 18 и наружным корпусом 14 образован участок 32 прохода 17, расположенный перед вентилятором. Таким образом, участок 32, расположенный перед вентилятором, имеет в целом поперечное сечение кольцевой формы, через которое воздух проходит от впускного отверстия 24 к рабочему колесу 22. Между внутренним корпусом 16 и наружным корпусом 14 образован участок 34 прохода 17, расположенный после вентилятора на хвостовом участке 20. Таким образом, участок 34 прохода, расположенный после вентилятора, также имеет в целом поперечное сечение кольцевой формы, через которое воздух проходит от рабочего колеса 22 к выпускному отверстию 27. Участок 32, расположенный перед вентилятором, имеет площадь поперечного сечения, относительно большую по сравнению с участком 34, расположенным после вентилятора. Хвостовой участок 20 может содержать диффузор 28 (расширяющийся наружу конический участок) или оканчиваться им перед расширительным участком 29, который расположен между хвостовым конусом 19 и наружным корпусом 14.

[0064] В частности, в этом примере наружный корпус 14 имеет относительно постоянный диаметр по всей его длине. Однако носовой участок 18 имеет относительно меньший или более узкий диаметр по сравнению с участком 34, расположенным после вентилятора, таким образом участок 32, расположенный перед вентилятором, имеет большую площадь поперечного сечения по сравнению с площадью поперечного сечения участка 34, расположенного после вентилятора. Ступица 21 имеет форму, обеспечивающую переход между носовым участком 18 и хвостовым участком 20. В этом примере ступица 21 в целом имеет форму усеченного конуса для обеспечения в целом прямой конической поверхности 36 в боковом профиле между носовым участком 18 и хвостовым участком 20. Лопатки 23 проходят в радиальном направлении от конической поверхности 36 ступицы 21. Коническая поверхность 36 ступицы 21 обеспечивает сжатие потока воздуха при его прохождении через лопатки 23 в выпускной участок 34. Носовой участок 18 может содержать дополнительный аналогичным образом сходящий на конус участок 37 непосредственно перед конической поверхностью 36 ступицы 21.

[0065] Участок 32, расположенный перед вентилятором, содержит стабилизатор 35 потока, выполненный в виде по меньшей мере одной из неподвижных и регулируемых лопаток 38, расположенных перед вращателем, которые проходят радиально от носового участка 18 к наружному корпусу 14. В примерах, в которых лопатки 38, расположенные перед вращателем, выполнены с возможностью регулировки, они могут быть использованы для управления характеристиками вентилятора, такими как объемный расход на выходе. При использовании выполненных с возможностью управления лопаток 38, расположенных перед вращателем, рабочее колесо 22 может работать с фиксированной скоростью вращения, и расположенные перед вращателем лопатки 38 могут быть использованы для управления объемным расходом при поддержании фиксированной скорости рабочего колеса 22.

[0066] Лопатки 38, расположенные перед вращателем или вентилятором, направляют воздух к устройству 22 рабочего колеса. Участок 34, расположенный после вентилятора, содержит один или более выпрямителей 40 потока, выполненных в виде поворотных пластин 42, проходящих в радиальном направлении от хвостового участка 20 к наружному корпусу 14. Одна или обе из расположенных перед вращателем лопаток 38 и поворотных пластин 42 поддерживают внутренний корпус 16 внутри наружного корпуса 14.

[0067] Что касается показанного на Фиг. 4а-7 рабочего колеса 22, в частности, лопаток 23, то каждая лопатка содержит закрученное тело 50 лопатки, корень 52, конец 54, переднюю кромку 56 и заднюю кромку 58. В этом примере каждая из лопаток 23 имеет угол закручивания между корнем лопатки и концом лопатки в диапазоне примерно от 15 до 30 градусов.

[0068] Тело 50 лопатки имеет по существу постоянную толщину по хорде и длине. Для обеспечения постоянной толщины каждая из лопаток 23 может быть выполнена из металлической пластины, которая закручена для обеспечения угла закручивания. Пластина постоянной толщины, являющаяся предпочтительно симметричной в профиль и не имеющая профилированной формы, устойчива к износу, и, следовательно, рабочие характеристики вентиляторного устройства можно поддерживать в течение долгого времени. Лопатки 23 постоянной толщины или плоские лопатки обеспечивают увеличение скорости, сообщаемой потоку воздуха, проходящего через рабочее колесо 22, без существенного увеличения давления. Таким образом, функционирование лопаток 23 постоянной толщины или плоских лопаток, отличается от функционирования профилированных лопаток, которые приводят поток воздуха в движение главным образом за счет перепада давления. Передняя кромка 56, задняя кромка 58 и конец 54 могут быть закруглены или изогнуты по радиусу для уменьшения турбулентности. Кроме того, лопатки 23 постоянной толщины или плоские лопатки препятствуют возникновению помпажа, особенно при использовании с лопатками 38, расположенными перед вращателем, которые перемещаются под относительно большими углами, например, от +40 градусов до - 40 градусов.

[0069] Рабочее колесо 22 может быть в целом выполнено из металла, такого как малоуглеродистая сталь. Следует отметить, что, как показано на Фиг. 4с, лопатки 23 занимают большую часть пространства, через которое проходит воздух, проходящий через рабочее колесо 22. Кроме того, как показано на виде спереди сверху на Фиг. 4с, следует отметить, что передние кромки 56 и задние кромки 58 смежных лопаток 23 по существу параллельны. Угол закручивания лопатки лучше всего показан на Фиг. 4d и измеряется между корнем 52 лопатки и концом 54 лопатки. Диапазон составляет примерно от 15 до 30 градусов. Однако предпочтительно угол закручивания лопатки может составлять примерно от 19 до 23 градусов, а наиболее предпочтительно - около 21 градуса.

[0070] В этом примере хорда "CAt" на конце 54 лопаток 23 значительно длиннее хорды "CDr" у основания или корня 52 лопаток 23 (лучше всего видно при сравнении Фиг. 6 и 7). По существу, коэффициент "SRt" сплошности на конце в сечении "А-А" может находиться в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, в некоторых примерах в диапазоне от 0,8 до 1,2, в других примерах в диапазоне от 1,25 до 1,55, а коэффициент "SRr" сплошности в сечении "D-D" может находиться в диапазоне от 1,1 до 1,5, в некоторых примерах в диапазоне от 1,1 до 1,4, в других примерах - в диапазоне от 1,2 до 1,5. Что касается другой единицы измерения, следует отметить, что соотношение сторон (являющееся отношением радиуса или длины лопатки к ее средней хорде) лопаток является довольно низким из-за относительно длинной хорды. Основание или корень 52 лопаток 23 может иметь форму или конусность в соответствии с конусностью ступицы 21.

[0071] Коэффициент "SRt" сплошности концов лопаток определен в настоящей заявке как сумма длин хорд "CAt" концов всех лопаток 23 на их концах 54 (т.е. измерение хорды в сечении А-А лопаток 23, как показано на Фиг. 5), разделенная на длину окружности при диаметре "D" лопаток 23. Только в качестве примера ширина хорды "CAt" лопатки 23 на конце 54 может составлять, например, 350 мм. Может быть 11 лопаток, так что 350 мм × 11 равно 3850 мм. Диаметр "D" может составлять, например, 1320 мм. Соответственно, длина окружности равна π × D, что составляет 4147 мм. Коэффициент "SRt" в этом примере равен 3850/4147 = 0,93. Могут быть использованы другие варианты "CAt" и "D". Следует отметить, что "D" предпочтительно находится в диапазоне примерно от 0,8 до 2,1 м.

[0072] Аналогичным образом, коэффициент "SRr" сплошности корней лопаток определен в настоящей заявке как сумма длин хорд "CDr" корней всех лопаток на наружном диаметре ступицы 21 (т.е. измеренных у корня 52 в сечении D-D лопаток 23), разделенная на длину "Hp" наружной окружности ступицы 21 (в этом примере длину окружности измеряют на большем диаметре конической ступицы 21 при 0,7*D, где "D" - диаметр лопаток 23).

[0073] В этом примере ступица 21 имеет относительно большой диаметр и длину окружности, что приводит к относительно низкому коэффициенту сплошности по сравнению, например, с обычным канальным осевым вентилятором. Коническая форма ступицы 21 может варьироваться, помимо прочего, примерно от 0,55×D до 0,7×D.

[0074] Как показано на Фиг. 6 и 7, следует понимать, что угол "AD" атаки лопатки 23 у корня 52 меньше угла "АА" атаки на конце 54. В этом примере угол закручивания между сечениями А-А и D-D составляет 19-23 градуса, подходящий диаметр "D" вентилятора может составлять примерно 800-2000 мм, а радиус участка лопатки составляет 200-500 мм. Однако, как указано выше, подходящие углы закручивания могут находиться в диапазоне примерно от 15 до 30 градусов. Следует отметить, что сечения А-А и D-D в целом имеют форму "дуги" вследствие примененного закручивания, и профиль лопаток 23 является по существу постоянным. "Дуга" в корневом сечении D-D больше, чем "дуга" в концевом сечении А-А.

[0075] Кроме того, следует отметить, что длина хорды лопаток 23 намного больше, чем обычно используемая в импульсном лопаточном рабочем колесе, и это приводит к снижению потребления мощности в пределах полезного диапазона рабочего колеса 22, как показано на Фиг. 8. Кроме того, более длинная хорда обеспечивает аналогичную кривую зависимости давления от объема (PV) по сравнению с примерным осевым вентилятором, который может быть двухступенчатым осевым вентилятором, подходящим для канала диаметром около 1400 мм. Соответственно, вентиляторное устройство 10, раскрытое в настоящей заявке, в частности подходит для рынка вентиляции каналов. Кроме того, как показано на Фиг. 9, шум также снижен по сравнению с двухступенчатым осевым вентилятором. Следует отметить, что вентиляторное устройство 10 выполнено с возможностью обеспечения производительности около 40 м³/с при давлении более 5,7 кПа. Традиционный двухступенчатый осевой вентилятор аналогичного диаметра помпажирует, по меньшей мере, при давлении более 5 кПа и выполнен только с возможностью обеспечения производительности около 40 м³/с при давлении примерно до 3,9 кПа.

[0076] В предпочтительном варианте осуществления изобретения предложено вентиляторное устройство, содержащее рабочее колесо, которое имеет увеличенную длину хорды, увеличенное количество лопаток, относительно высокий угол атаки лопаток и сжатие потока, обусловленное конической ступицей рабочего колеса. Это обеспечивает предпочтительное вентиляторное устройство, имеющее аналогичные характеристики давления в полезном диапазоне вентилятора. Кроме того, кривая зависимости давления от объема (PV) является предпочтительной и подходящей для рынка вентиляции каналов.

[0077] Более того, рабочие характеристики вентилятора имитируют функции двухступенчатого осевого вентилятора, но в пределах меньшего установочного кожуха, что делает вентилятор легче и меньше, чем сопоставимые осевые вентиляторы на рынке, а установку - проще и быстрее. Потребность в меньшем количестве установок вентиляторов также является преимуществом и приводит к меньшему количеству монтажных работ при использовании существующей проводки. Нижний конец кривой зависимости давления от объема поднимается выше, чем у сопоставимых осевых вентиляторов на рынке, что снижает потребность в дополнительном вентиляторе при увеличении длины канала. Новое рабочее колесо меньше по размеру и отличается пониженными характеристиками шума, следовательно, образование шума значительно меньше, чем у эквивалентной одиночной осевой вентиляторной установки для заданной производительности.

[0078] Лопатки рабочего колеса могут быть выполнены из пластины, а не иметь профилированную форму, и, таким образом, не быть подверженными износу. Усовершенствования конструкции лопатки рабочего колеса изменяют ее характеристики с кривой PV (зависимости давления от объема) с обычно высоким значением объема на более крутую кривую PV с более низким значением объема, но с кривой с более низким потреблением мощности в широком диапазоне объемного расхода. Диапазон давления на нижнем конце значительно выше, чем у сопоставимых вентиляторов на рынке, что откладывает необходимость установки дополнительного вентилятора. По большому счету, вентиляторное устройство обеспечивает более компактный, более легкий, более тихий и более надежный вентилятор для того же диапазона вентиляции и давления с меньшим сопротивлением, что означает меньше перемещений и ремонтов и обеспечивает безопасность.

[0079] Отличительные характеристики, которые могут способствовать преодолению существующих проблем, перечислены ниже:

- Более высокие давления для сопоставимых потоков: комбинация конструктивных особенностей лопаток и эффективной конструкции поворотной пластины приводит к лучшей характеристике повышения давления, чем у сопоставимых осевых вентиляторов, доступных на рынке;

- Вес: поскольку рабочее колесо меньше по размеру для заданной производительности, то вес рабочего колеса меньше, чем у сопоставимого осевого вентилятора, представленного на рынке в настоящее время;

- Шум: поскольку рабочее колесо меньше, то скорость на конце лопатки меньше, и, следовательно, меньше создаваемый шум;

- Затраты на установку: поскольку необходимо установить только один вентилятор по сравнению с двумя стандартными осевыми вентиляторами для заданной производительности, то время установки уменьшается вдвое;

- Экономия на техническом обслуживании: Поскольку рабочее колесо является более прочным и менее зависимым от формы лопатки для обеспечения рабочих характеристик рабочего колеса, то интервалы между необходимым техническим обслуживанием, вероятно, будут более длинными;

- Вопросы ОТ и ТБ: поскольку износ на стандартном осевом вентиляторе значительно снижает рабочие характеристики, то вероятность выхода из строя рабочего колеса увеличивается из-за помпажа для заданной длины канала. Кроме того, увеличивается риск травмы из-за выхода из строя рабочего колеса. Объем подаваемого к концу канала воздуха уменьшится до значения, которое будет недостаточным для выполнения работы. Поскольку создаваемый шум меньше, то воздействие источников сильного шума будет меньше;

- Более низкие характеристики мощности: новый импульсный лопаточный вентилятор использует мощность имеющегося двигателя по сравнению со стандартным осевым вентилятором для обеспечения большего давления на конце кривой с меньшим объемом и немного больших объемов при более низких требованиях к давлению. Риск перегрузки двигателя уменьшается без необходимости использования других систем управления.

[0080] Наконец, следует отметить, что эта новая конструкция рабочего колеса делает вентилятор более компактным, чем существующие вентиляторы той же производительности, и может уменьшать их вес до 25%. Улучшенные рабочие характеристики могут отложить необходимость в дополнительных вентиляторах для более длинных каналов. Кроме того, эти отличительные характеристики могут упростить установку и улучшить условия ОТ и ТБ, а также возможность использования существующей проводки. Характеристика мощности в значительной степени ниже для практического диапазона производительности, на который рассчитан вентилятор, что обеспечивает уменьшение перегрузки двигателя вентилятора.

[0081] Во всем данном описании и в нижеследующей формуле изобретения, если контекстом не определено иное, термин "содержать" и его вариации, такие как "содержит" и "содержащий", следует понимать как подразумевающие включение указанного составляющего или этапа, или группы составляющих или этапов, но не исключение какого-либо другого составляющего или этапа, или группы составляющих или этапов.

[0082] Ссылка в настоящем описании на любой известный объект или любую предшествующую публикацию не является и не должна рассматриваться как подтверждение, допущение или предположение о том, что известный объект или публикация известного уровня техники являются частью общих известных знаний в области, к которой относится настоящее описание.

[0083] Несмотря на то, что описаны конкретные примеры изобретения, следует понимать, что изобретение распространяется на альтернативные комбинации отличительных признаков, раскрытых или очевидных из раскрытия, представленного в настоящей заявке.

[0084] Специалисту в данной области техники понятны многие различные модификации в пределах объема раскрытого изобретения или очевидны из раскрытия, представленного в настоящей заявке.

Согласно аспекту изобретения предлагается вентиляторное устройство (10) для канала, содержащее корпус (12), имеющий впускное отверстие (24) и выпускное отверстие (27), выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо (22), приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса (12) между впускным отверстием (24) и выпускным отверстием (27). Рабочее колесо (22) содержит ступицу (21), несущую множество лопаток (23), которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы (21), причем множество лопаток имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием (24) и выпускным отверстием (27). Множество лопаток (23) может иметь коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,2, и каждая из множества лопаток (23) может иметь угол закручивания между корнем (52) и концом (54) лопатки в диапазоне примерно от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину. Кроме того, предлагается рабочее колесо (22), лопатка (23), система вентиляции и соответствующие способы. 11 н. и 29 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы, при этом множество лопаток имеет форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием,

и множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, а

каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину по ее хорде.

2. Вентиляторное устройство по п. 1, в котором коэффициент сплошности концов находится в диапазоне примерно от 0,8 до 1,2.

3. Вентиляторное устройство по п. 1, в котором коэффициент сплошности концов находится в диапазоне примерно от 1,25 до 1,55.

4. Вентиляторное устройство по п. 1, в котором каждая из множества лопаток имеет по существу постоянную толщину по своей длине между корнем и концом.

5. Вентиляторное устройство по п. 1, в котором передняя и задняя кромка каждой из множества лопаток закруглены.

6. Вентиляторное устройство по п. 1, в котором каждая из множества лопаток выполнена из металлической пластины, закрученной таким образом, чтобы обеспечивать угол закручивания.

7. Вентиляторное устройство по п. 1, в котором ступица сужается наружу в направлении между впускным отверстием и выпускным отверстием.

8. Вентиляторное устройство по любому из пп. 1-7, в котором корпус содержит внутренний корпус, поддерживающий рабочее колесо, и наружный корпус, причем внутренний и наружный корпусы образуют проход между ними, через который проходит воздух.

9. Вентиляторное устройство по п. 8, в котором участок прохода, расположенный после вентилятора, имеет площадь поперечного сечения, относительно меньшую по сравнению с площадью поперечного сечения участка прохода, расположенного перед вентилятором.

10. Вентиляторное устройство по п. 9, в котором ступица имеет форму, обеспечивающую конический переход между участками прохода, расположенными перед вентилятором и после вентилятора.

11. Вентиляторное устройство по п. 10, в котором внутренний корпус содержит носовой участок и хвостовой участок, между которыми расположена ступица, причем диаметр хвостового участка больше, чем диаметр носового участка.

12. Вентиляторное устройство по п. 11, в котором внутренний корпус содержит хвостовой конус, выступающий из хвостового участка и сужающийся внутрь.

13. Вентиляторное устройство по п. 11, в котором передний конец носового участка имеет обтекаемую форму.

14. Вентиляторное устройство по п. 11, в котором хвостовой участок содержит выпрямитель потока.

15. Вентиляторное устройство по п. 14, в котором выпрямитель потока изготовлен в виде множества поворотных пластин, выполненных с возможностью обеспечения по существу осевого потока.

16. Вентиляторное устройство по п. 11, в котором носовой участок содержит стабилизатор потока, выполненный с возможностью направления воздуха к лопаткам.

17. Вентиляторное устройство по п. 16, в котором стабилизатор потока выполнен в виде по меньшей мере одной из неподвижных и регулируемых лопаток, расположенных перед вращателем.

18. Вентиляторное устройство по п. 17, в котором наружный корпус содержит впускной конус, расположенный перед стабилизатором потока, для направления потока воздуха в проход, и выпускной диффузор, расположенный после выпрямителя потока, причем впускной конус и выпускной диффузор соединены с каналом.

19. Вентиляторное устройство по любому из пп. 8-18, в котором каждый из внутреннего и наружного корпусов в целом имеет цилиндрическую форму и концентрически расположен вокруг оси вращения ступицы.

20. Вентиляторное устройство по любому из пп. 8-19, в котором внутренний корпус содержит двигатель, выполненный с возможностью приведения ступицы в движение.

21. Вентиляторное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором в каждой из множества лопаток хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

22. Вентиляторное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором угол атаки у корня каждой из множества лопаток меньше угла атаки у конца каждой из множества лопаток.

23. Вентиляторное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором, если смотреть спереди сверху, передние кромки и задние кромки соседних из множества лопаток оказываются по существу параллельными.

24. Лопатка для вентиляторного устройства, определенного по любому из предшествующих пунктов.

25. Рабочее колесо для вентиляторного устройства, определенного по любому из пп. 1-23.

26. Вентиляционная система, содержащая одно или более вентиляторных устройств, определенных по любому из пп. 1-20, размещенных в канале для приведения воздуха в движение между впускным отверстием и выпускным отверстием канала.

27. Способ перемещения воздуха при помощи вентиляторного устройства, определенного по любому из пп. 1-23, включающий размещение вентиляторного устройства в канале и управление вентиляторным устройством для приведения воздуха в движение между впускным отверстием и выпускным отверстием канала.

28. Вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы, при этом множество лопаток имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием, и множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, и

при этом каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину по ее хорде, причем хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

29. Вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы и имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием,

причем множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, и

при этом каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и профиль по существу постоянной толщины по ее хорде, причем хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

30. Рабочее колесо для канального вентиляторного устройства, содержащего впускное отверстие и выпускное отверстие, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы и имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, и

каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину по ее хорде.

31. Рабочее колесо по п. 30, в котором ступица имеет такую форму, чтобы сжимать поток при его прохождении через множество лопаток.

32. Рабочее колесо по п. 31, в котором ступица имеет коническую форму.

33. Рабочее колесо по п. 30, в котором каждая из множества лопаток выполнена из металлической пластины, закрученной таким образом, чтобы обеспечивать угол закручивания.

34. Рабочее колесо по п. 30, в котором в каждой из множества лопаток хорда у конца лопатки длиннее, чем хорда у корня лопатки.

35. Рабочее колесо по п. 30, в котором угол атаки у корня каждой из множества лопаток меньше угла атаки у конца каждой из множества лопаток.

36. Рабочее колесо по п. 30, в котором, если смотреть спереди сверху, передние кромки и задние кромки соседних из множества лопаток являются по существу параллельными.

37. Рабочее колесо по п. 30, в котором по меньшей мере одна из передней и задней кромок каждой из множества лопаток закруглена.

38. Способ создания вентиляторного устройства для канала, включающий следующие этапы:

образование корпуса, содержащего наружный корпус и внутренний корпус, между которыми образован проход, причем внутренний корпус поддерживает рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси, а корпус имеет такую форму, что участок прохода, расположенный перед рабочим колесом, в поперечном сечении относительно больше участка прохода, расположенного после рабочего колеса;

образование рабочего колеса таким образом, чтобы оно имело коническую ступицу между участками, расположенными до и после рабочего колеса, причем коническая ступица несет множество лопаток, которые по существу проходят в радиальном направлении между ступицей и внутренней поверхностью наружного корпуса, причем множество лопаток имеет форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса; и

образование множества лопаток таким образом, чтобы множество лопаток имело коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, и каждая из множества лопаток имела угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину по ее хорде.

39. Способ создания рабочего колеса для канального вентиляторного устройства, имеющего впускное отверстие и выпускное отверстие, включающий следующие этапы:

образование ступицы таким образом, чтобы она сходила на конус наружу в направлении между впускным отверстием и выпускным отверстием;

образование множества лопаток для соединения со ступицей из материала, имеющего по существу постоянную толщину по ее хорде и имеющего угол закручивания между корнем и концом лопатки в диапазоне от 15 до 30 градусов;

образование рабочего колеса посредством соединения множества лопаток со ступицей таким образом, чтобы множество лопаток проходило в радиальном направлении наружу от ступицы для продвижения воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием и имело коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55.

40. Вентиляторное устройство для канала, содержащее корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечения взаимодействия воздуха с каналом, и рабочее колесо, приводимое во вращение вокруг оси и поддерживаемое внутри корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, причем рабочее колесо содержит ступицу, несущую множество лопаток, которые проходят в радиальном направлении наружу от ступицы, при этом множество лопаток имеют форму, обеспечивающую продвижение воздуха между впускным отверстием и выпускным отверстием,

причем множество лопаток имеет коэффициент сплошности концов в диапазоне примерно от 0,8 до 1,55, и

каждая из множества лопаток имеет угол закручивания между корнем и концом лопасти в диапазоне от 15 до 30 градусов и по существу постоянную толщину, будучи таким образом непрофилированной.