РОТОР И ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР, СОДЕРЖАЩИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОСЕВОЕ КРЫЛЬЧАТОЕ КОЛЕСО Российский патент 2024 года по МПК F04D29/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к области осевых вентиляторов, в частности к осевым вентиляторам большого диаметра промышленного назначения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, в промышленном секторе осевые вентиляторы используют для создания необходимого воздушного потока вокруг специальных излучающих поверхностей в установках, требующих отвода значительного количества тепла.

Осевые вентиляторы, например, промышленного назначения, содержат центральную ступицу, на которой установлены лопасти. Ступица определяет ось, вокруг которой вращаются лопасти. Каждая лопасть, как правило, имеет корневую часть и часть, называемую аэродинамической, то есть часть, выполненную в виде аэродинамического профиля. Корневая часть выполняет исключительно конструктивную функцию неподвижного прикрепления лопасти к ступице, а аэродинамическая часть взаимодействует с воздухом. Как ясно специалистам в данной области техники, тангенциальные скорости различны для разных секций лопасти. Фактически тангенциальная скорость каждой секции лопасти представляет собой произведение угловой скорости (которая одинакова для всех секций) и радиального расстояния относительно оси вращения (которое увеличивается по мере удаления от оси вращения).

По этой причине, как ясно специалистам в данной области техники, лопасти осевого вентилятора не работают одинаково эффективно по всей своей радиальной протяженности. Тангенциальная скорость секций лопасти, расположенных в радиальном направлении наиболее близко к оси вращения, часто считается слишком низкой для обеспечения эффективного относительного перемещения воздушного потока. Из этого следует, что реальная работа вентилятора зависит в основном от радиально наружных секций, которые обеспечивают формирование практически всего потока воздуха, создаваемого осевым вентилятором.

Линии потока, попадающего на одну лопасть, теоретически представляют собой дуги окружностей, центр которых совпадает с осью вращения. Тем не менее, такая теоретическая тенденция развития линий потока находит свое отражение в реальности только для центральных секций лопасти. Напротив, на радиально внутреннем и радиально наружном концах лопасти линии потока изменены под действием так называемых концевых эффектов, которые кратко описаны ниже.

На промежуточных участках лопасти зона воздуха высокого давления и зона воздуха низкого давления физически отделены друг от друга наличием самой лопасти. На концах лопастей такое разделение перестает существовать, поэтому самопроизвольно возникает поток воздуха, который стремится перейти из зоны высокого давления в зону низкого давления. Таким образом, образуются концевые вихри, которые существенно снижают КПД (коэффициент полезного действия) вентилятора. Кроме того, концевые вихри, всасывая окружающий воздух, вносят изменения в линии потока. Такие изменения распространяются как от наружных, так и от внутренних концов к центральным секциям лопасти, затрагивая значительную часть всей радиальной протяженности лопасти. По этой причине во многих известных осевых вентиляторах значительная часть лопастей работает в стороне от оптимальной рабочей точки, представленной теоретическими линиями потока.

Проблему концевых эффектов часто рассматривают для радиально наружного конца, поскольку он примыкает к той области лопасти, которая, как уже говорилось выше, вносит наибольший вклад в общую аэродинамическую работу лопасти.

Первоначальное решение, предложенное для борьбы с вихрем на наружном конце, заключалось в интубации вентилятора, с размещением его внутри трубы, диаметр которой был немного больше наружного диаметра самого вентилятора. Такая труба далее называется каналом.

При добавлении канала размер вихрей на наружном конце значительно уменьшается, и, следовательно, уменьшается количество воздуха, перемещаемого такими вихрями, и, соответственно, индуцированное сопротивление. Тем не менее не только невозможно устранить расстояние между наружными концами лопастей и внутренним диаметром канала, но и уменьшить его сверх определенного предела.

Другое решение, заимствованное из аэронавтики, заключается в том, что на наружном конце каждой лопасти устанавливают дополнительную поверхность, называемую винглетом (законцовкой аэродинамической поверхности). Основная функция винглета - образование стенки, противостоящей перемещению воздуха, противодействующей образованию концевого вихря. Кроме того, в зависимости от принятой формы, винглет может влиять на остаточный концевой вихрь, оптимизируя его и тем самым ограничивая образование шума.

Другое решение описано в международной патентной заявке WO 2020/245674 за авторством того же заявителя. Такое решение, здесь и далее для краткости именуемое «кольцевым гнездом», кратко описано ниже, а за более подробным описанием можно обратиться к той же публикации WO 2020/245674. Согласно такому решению, на внутренней стенке канала выполнено кольцевое гнездо, которое проходит по окружности вокруг ротора вентилятора и частично вмещает наружные концы лопастей. В частности, кольцевое гнездо открыто в осевом направлении и в нем проходит осевая перегородка, образованная винглетом, установленным на конце каждой лопасти. Такая конфигурация образует своеобразный лабиринт, эффективно противодействующий перемещению воздуха вокруг наружного конца лопасти. Поэтому кольцевое гнездо обеспечивает значительные преимущества в отношении полного КПД вентилятора.

Что касается радиально внутреннего конца лопастей, для выполнения препятствия, физически препятствующего рециркуляции воздуха, предлагалось использование плоского диска, расположенного в зоне ступицы.

В патентном документе WO 2014/117288 описан ротор для осевого вентилятора, содержащий вспомогательное центробежное крыльчатое колесо. Вспомогательное центробежное крыльчатое колесо установлено в центре ротора соосно с ним. В таком случае вспомогательное центробежное крыльчатое колесо создает направленный радиально наружу поток воздуха, который ударяет в радиально внутренние концы лопастей ротора для обеспечения противодействия рециркуляции вследствие концевого эффекта.

Несмотря на широкую известность, описанные выше известные решения не лишены недостатков. Действительно, по сравнению с описанными выше различными решениями проблемы вихреобразования на радиально наружном конце лопасти, на сегодняшний день не существует известных предложений по решению проблемы вихреобразования на радиально внутреннем конце. Вероятно, низкий признанный аэродинамический вклад радиально внутренней области лопасти всегда заставлял конструкторов думать, что любое вмешательство в данную область не может дать заметного влияния на общую характеристику вентилятора.

Кроме того, экспериментальные исследования показали, что добавление плоского диска в зоне ступицы не дает реального преимущества с точки зрения КПД вентилятора.

Таким образом, существует потребность в промышленном осевом вентиляторе, в котором были бы улучшены характеристики радиально внутренней зоны ротора с точки зрения вихреобразования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом задачей данного изобретения является преодоление недостатков, отмеченных выше в связи с известным уровнем техники.

В частности, задачей данного изобретения является создание осевого вентилятора, обладающего повышенным КПД.

Кроме того, задачей данного изобретения является создание осевого вентилятора, который, по сравнению с известными типами вентиляторов, может развивать более высокий напор при той же скорости.

Кроме того, задачей данного изобретения является создание осевого вентилятора, который в большей степени ограничивает образование концевых вихрей по сравнению с известными типами вентиляторов.

Кроме того, задачей данного изобретения является создание осевого вентилятора, позволяющего упорядочивать линии потока, обеспечивая их максимальную схожесть с теоретически предсказанными.

Наконец, задачей данного изобретения является создание канального осевого вентилятора, который не только обладает дополнительными преимуществами, но и сохраняет преимущества, уже имеющиеся в известных типах вентиляторов.

Эти и другие задачи данного изобретения решены с помощью ротора по п. 1 и вентилятора по п. 10 формулы изобретения. Дополнительные признаки определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Все прилагаемые пункты формулы изобретения являются неотъемлемой частью данного описания.

Согласно первому аспекту изобретение относится к ротору осевого вентилятора большого диаметра промышленного назначения. Ротор содержит ступицу и n лопастей, причем каждая лопасть ротора имеет корневую часть для конструктивного соединения со ступицей и аэродинамическую часть. Кроме того, ротор содержит вспомогательное осевое крыльчатое колесо, которое содержит n крыльев, проходящих в радиальном направлении, и которое, в осевой проекции, по существу расположено в зоне Р, ограниченной n радиально внутренними концами аэродинамических частей лопастей ротора.

Наличие вспомогательного осевого крыльчатого колеса обеспечивает стабилизированный диапазон скоростей и давлений в радиально внутренней зоне ротора, благодаря чему последний работает лучше, повышая полный КПД вентилятора.

Предпочтительно, в осевой проекции, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 вписано в зону Р. Такая особенность обеспечивает наилучшее использование протяженности зоны Р, без создания помех между вспомогательным осевым крыльчатым колесом и основным ротором.

В некоторых вариантах выполнения вспомогательное осевое крыльчатое колесо содержит центральную часть, от которой проходят в радиальном направлении указанные n крыльев. В других вариантах выполнения вспомогательное осевое крыльчатое колесо получено путем крепления n крыльев непосредственно к ступице ротора.

В некоторых вариантах выполнения вспомогательное осевое крыльчатое колесо выполнено в виде единой монолитной детали. В некоторых вариантах выполнения крылья вспомогательного осевого крыльчатого колеса имеют корневую часть для конструктивного соединения со ступицей и аэродинамическую часть.

Эти различные варианты выполнения вспомогательного осевого крыльчатого колеса и соответствующих крыльев позволяют оптимальным образом приспособить вспомогательное осевое крыльчатое колесо к различным требованиям.

Предпочтительно радиальная протяженность крыльев вспомогательного осевого крыльчатого колеса составляет от 60% до 75% радиуса вспомогательного осевого крыльчатого колеса, еще более предпочтительно - от 65% до 70%) радиуса вспомогательного осевого крыльчатого колеса.

Предпочтительно осевая протяженность крыльев вспомогательного осевого крыльчатого колеса составляет не более 20% диаметра вспомогательного осевого крыльчатого колеса, еще более предпочтительно - от 5% до 15% диаметра вспомогательного осевого крыльчатого колеса.

Предпочтительно, толщина каждого крыла вспомогательного осевого крыльчатого колеса является по существу равномерной по всей протяженности крыла. Предпочтительно толщина крыльев вспомогательного осевого крыльчатого колеса составляет от 10% до 20% осевой протяженности крыльев вспомогательного осевого крыльчатого колеса.

Судя по проведенным экспериментам, такие пропорции вспомогательного осевого крыльчатого колеса дают особенно положительные результаты с точки зрения повышения полного КПД ротора.

В некоторых вариантах выполнения ротора по меньшей мере одна лопасть содержит винглет на радиально наружном конце, причем указанный винглет содержит перегородку, проходящую в осевом и окружном направлениях.

Согласно второму аспекту изобретение относится к промышленному вентилятору, содержащему ротор согласно вышеприведенному описанию и двигатель.

В некоторых вариантах выполнения вентилятор также содержит канал, окружающий ротор. Предпочтительно канал содержит кольцевое гнездо, проходящее по окружности вокруг ротора и частично вмещающее наружные концы лопастей ротора. Предпочтительно кольцевое гнездо проходит по меньшей мере частично в осевом направлении и частично вмещает перегородку, образованную винглетом лопасти.

Такая конфигурация вентилятора стабилизирует диапазон скоростей и давлений как в радиально внутренней зоне ротора, благодаря вспомогательному осевому крыльчатому колесу, так и в радиально наружной зоне ротора, благодаря кольцевому гнезду, в котором расположена перегородка. Таким образом, вентилятор работает с максимальной отдачей, что повышает его полный КПД.

Другие признаки и преимущества данного изобретения станут более очевидны из описания прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение описано со ссылкой на некоторые примеры, представленные в качестве неограничительного примера и проиллюстрированные на сопутствующих чертежах. Данные чертежи иллюстрируют разные аспекты и варианты выполнения данного изобретения, и ссылочные позиции, иллюстрирующие конструкции, компоненты, материалы и/или схожие элементы на разных чертежах, в соответствующих случаях обозначены схожим образом. Кроме того, для наглядности некоторые ссылочные позиции могут не повторяться на всех чертежах. На приложенных чертежах:

Фиг. 1 изображает вид в аксонометрии осевого вентилятора промышленного назначения согласно известному уровню техники;

Фиг. 2 схематично изображает поперечный разрез, выполненный по линии II-II, показанной на Фиг. 1;

Фиг. 3 изображает вид в аксонометрии осевого вентилятора промышленного назначения согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 4 схематично изображает поперечный разрез, выполненный по линии IV-IV, показанной на Фиг. 3;

Фиг. 3 изображает вид в аксонометрии трехлопастного ротора вентилятора согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 6 изображает вид в аксонометрии трехлопастного ротора вентилятора согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 7 изображает вид в аксонометрии четырехлопастного ротора вентилятора согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 8 изображает вид сверху трехкрылого вспомогательного осевого крыльчатого колеса, предназначенного для использования на роторе согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 9 изображает вид в аксонометрии вспомогательного осевого крыльчатого колеса, показанного на Фиг. 8;

Фиг.10 изображает горизонтальную проекцию четырехкрылого вспомогательного осевого крыльчатого колеса, предназначенного для использования на роторе согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 11 изображает вид в аксонометрии вспомогательного осевого крыльчатого колеса, показанного на Фиг. 10;

Фиг. 12 изображает вид сверху центральной части ротора, схожего с ротором, показанным на Фиг. 3;

Фиг. 13 изображает вид в аксонометрии с пространственным разделением компонентов узла, содержащего ступицу и вспомогательное осевое крыльчатое колесо, схожее с крыльчатым колесом ротора, показанного на Фиг. 7;

Фиг. 14 изображает вид сверху узла, показанного на Фиг. 13;

Фиг. 15 изображает вид в аксонометрии пятилопастного ротора вентилятора согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 16 изображает вид в увеличенном масштабе части, обозначенной XVI на Фиг. 15;

Фиг. 17 изображает вид сверху пятилопастного ротора вентилятора согласно другому варианту выполнения изобретения;

Фиг. 18 изображает вид в увеличенном масштабе части, обозначенной XVIII на Фиг. 17;

Фиг. 19 изображает вид в аксонометрии четырехкрылого вспомогательного осевого крыльчатого колеса, предназначенного для использования на роторе согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 20 изображает вид в аксонометрии другого четырехкрылого вспомогательного осевого крыльчатого колеса, предназначенного для использования на роторе согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг. 21 изображает вид сверху центральной части ротора, схожего с ротором, показанным на Фиг. 7;

Фиг. 22.а и 22.b изображают виды сверху варианта выполнения крыла вспомогательного осевого крыльчатого колеса согласно варианту выполнения изобретения, которое показано отдельно и установленным на лопасти ротора, соответственно;

Фиг. 23 изображает вид сверху центральной части ротора согласно варианту выполнения изобретения, на котором схематично указаны теоретические и фактические линии потока;

Фиг. 24 изображает диаграмму «расход - давление», на которой схематично показаны характеристические кривые вентилятора согласно известному уровню техники и вентилятора согласно данному изобретению; и

Фиг. 25 изображает диаграмму «расход - КПД», на которой схематично показаны характеристические кривые вентилятора согласно известному уровню техники и вентилятора согласно данному изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Несмотря на то, что изобретение может иметь различные модификации и альтернативные конструкции, некоторые предпочтительные варианты выполнения показаны на чертежах и подробно описаны ниже. В любом случае следует понимать, что изобретение не ограничено конкретным вариантом выполнения, а, напротив, охватывает все модификации, альтернативные и эквивалентные конструкции, которые входят в объем изобретения, определенный в формуле изобретения.

В описании подробно рассмотрены характерные технические аспекты и признаки данного изобретения, в то время как известные аспекты и технические признаки как таковые могут быть лишь упомянуты. Соответственно то, что изложено выше со ссылкой на известный уровень техники, действительно.

Использование выражений «например», «и т.д.», «или» указывает на неисключительные неограничительные варианты, если не указано иное. Использование слов «содержит» и «включает» означает «содержит или включает, но не ограничивается этим», если не указано иное.

Осевой вентилятор согласно изобретению образует ось вращения, относительно которой однозначно определены термины «осевой», «радиальный», «окружной» и «тангенциальный». Кроме того, осевой вентилятора согласно изобретению выполнен с возможностью создания воздушного потока, относительно которого однозначно определены термины «выше по потоку», «перед» и как противоположные по смыслу терминам «ниже по потоку», «после» и т.п.

Один из аспектов изобретения относится к малогабаритному вспомогательному осевому крыльчатому колесу, предназначенному для установки на ротор крупного вентилятора, который сам по себе является известным. Для предотвращения двусмысленности крыльчатое колесо согласно данному изобретению далее будет называться «крыльчатым колесом», а известный крупный вентилятор далее будет называться «вентилятором».

Согласно первому аспекту изобретение относится к ротору 20 для осевого вентилятора большого диаметра промышленного назначения. Ротор 20 согласно изобретению содержит ступицу 24 и n лопастей 26, причем каждая лопасть 26 ротора 20 имеет корневую часть 28 для конструктивного соединения со ступицу 24 и аэродинамическую часть 30, при этом ротор 20 согласно изобретению также содержит соосное вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32, содержащее n крыльев 34, проходящих в радиальном направлении, которые в осевой проекции расположены в зоне Р, ограниченной n радиально внутренними концами аэродинамических частей 30 лопастей 26 ротора 20.

Согласно вариантам выполнения, показанным на сопутствующих чертежах, на горизонтальной проекции, выполненной в направлении по оси, радиально внутренние концы аэродинамических частей 30 лопастей 26 являются прямыми и ориентированы тангенциально. Поэтому в таких вариантах выполнения зона Р, ограниченная n радиально внутренними концами аэродинамических частей 30, является многоугольной областью с n сторонами, каждая из которых образована с помощью хорды С, ее частью или протяженностью. Таким образом, в таких вариантах выполнения зона Р имеет форму правильного многоугольника с n сторонами. См. также Фиг. 12, 15-18 и 21. Согласно другим вариантам выполнения изобретения, в которых радиально внутренние концы аэродинамических частей 30 лопастей 26 имеют другую форму, зона Р, в свою очередь, имеет другую форму. В общем случае зона Р имеет правильную форму с центральной симметрией и может быть вписана в окружность.

Здесь и далее под вентилятором 22 большого диаметра понимают вентилятор 22 с диаметром более 80 см, предпочтительно более 150 см. В части, касающейся некоторых технических признаков, которые описаны далее, следует упомянуть о различии в контексте вентилятора 22 большого диаметра, к которому относится изобретение, между так называемыми малыми вентиляторами, то есть вентиляторами с диаметром менее чем примерно 5 м, и так называемым большим вентиляторами, то есть вентиляторами с диаметром более чем примерно 5 м.

Лопасти 26 ротора 20 имеют известную конструкцию и содержат корневую часть 28, выполняющую исключительно конструктивную функцию, и аэродинамическую часть 30, выполняющую аэродинамическую функцию взаимодействия с воздушным потоком. Корневая часть 28 обеспечивает соединение лопасти 26 со ступицей 24 и имеет такие размеры, чтобы эффективно передавать напряжения от ступицы 24 к аэродинамической части 30 и наоборот. Аэродинамическую функцию лопасти 26 выполняет исключительно аэродинамическая часть 30, имеющая аэродинамический профиль. Аэродинамическая часть 30 имеет радиально внутренний конец и радиально наружный конец, предпочтительно имеющий винглет 36, описанный далее.

Аэродинамическая часть 30 лопасти 26 может быть выполнена из металлического материала (как правило, алюминия) или композитного материала (как правило, стекловолокна в эпоксидной матрице), в зависимости от конкретных требований. Предпочтительно аэродинамическая часть 30 выполнена из одного или более полуфабрикатов постоянного сечения, полученных, например, с помощью экструзии (в случае, когда аэродинамическая часть выполнена из металлического материала) или с помощью пултрузии (в случае, когда аэродинамическая часть выполнена из композиционного материала).

Согласно некоторым вариантами выполнения аэродинамическая часть 30 имеет постоянную хорду вдоль всей радиальной расходимости, от радиально внутреннего конца до радиально наружного конца. Тем не менее, в других вариантах выполнения лопасть 26 имеет коническую форму, начиная с заданного положения наружу (см. Фиг. 1-6). В этом случае хорда профиля радиально внутреннего конца больше хорды профиля радиально наружного конца. В дальнейшем, если не указано иное, под термином «хорда», относящемся к лопасти 26, следует понимать хорду С на радиально внутреннем конце (см. Фиг. 12). В зависимости от варианта выполнения, С может находиться в диапазоне от 100 до 1000 мм, предпочтительно от 150 до 800 мм.

Ступица 24 (см., в частности, Фиг. 13), как правило, содержит центральную часть 38, предпочтительно цилиндрическую, на которой расположены n креплений 40, выполненные с возможностью соединения корневых частей 28 лопастей 26. В некоторых вариантах выполнения крепления 40 проходят в радиальном направлении от центральной части 38 ступицы 24 (см. Фиг. 13 и 14), в других вариантах выполнения крепления 40 являются неотъемлемой частью ступицы 24 (см. Фиг. 19 и 20).

Предпочтительно взаимодействие между каждым креплением 40 и соответствующей корневой частью 28 обеспечивает возможность регулирования шагового угла Ф (или угла установки) лопасти 26, т.е. обеспечивает возможность изменения ориентации каждой лопасти 26 вокруг соответствующей радиальной оси изменения шага. Тем не менее следует отметить, что практически во всех случаях (в частности, в случаях, показанных на сопутствующих чертежах) ротор 20 согласно изобретению не обеспечивает возможности эффективного изменения шага во время работы вентилятора 22. Здесь и далее под изменением шага понимают изменение конфигурации лопастей 26, которое может быть выполнено только при остановленном вентиляторе 22 в порядке технического обслуживания, выполняемого специалистом.

Ротор 20 определяет ось R вращения. На сопутствующих чертежах 1, 3 и 5-7 ось R вращения ориентирована так, что она показывает общее направление осевого воздушного потока, создаваемого вентилятором 22. Как уже отмечалось, выражения «перед», «выше по потоку» и т.п. однозначно определены в зависимости от направления воздушного потока как противоположные по смыслу выражениям «после», «ниже по потоку» и т.п.

Как уже было указано выше, ротор 20 согласно изобретению содержит соосное вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32, т.е. колесо, установленное так, что его геометрическая ось совпадает с осью R вращения ступицы 24 ротора 20.

Вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 содержит число n крыльев 34, равное числу n лопастей 26 ротора 20. Например, если ротор 20 имеет три лопасти 26, то вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 имеет три крыла 34 (см. пример на Фиг. 3-6); если ротор 20 имеет четыре лопасти 26, то вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 имеет четыре крыла 34 (см. пример на Фиг. 7 и 21); если ротор 20 имеет пять лопастей 26, то вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 имеет пять крыльев 34 (см. пример на Фиг. 15-18); и т.д.

Как указано выше, на осевой или горизонтальной проекции ротора 20 согласно изобретению вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 по существу расположено в зоне Р, ограниченную n радиально внутренними концами аэродинамических частей 30 лопастей 26 ротора 20. Предпочтительно, в той же осевой или горизонтальной проекции вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 полностью расположено в указанной зоне Р. В частности, в соответствии с Фиг. 12 и 15-18, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 вписано в зону Р, то есть радиально наружные концы вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 расположены по периметру зоны Р.

Тем не менее в контексте данного обсуждения термин «по существу содержит» приобретает более широкое значение, которое подробнее раскрыто ниже со ссылкой, в частности, на Фиг. 21. Выражение «в основном содержит» означает, что радиально наружные концы вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 могут выступать из зоны Р на величину ƒ, причем ƒ составляет менее 5% от диаметра d самого вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32.

Согласно некоторым вариантами выполнения изобретения, в которых вентилятор 22 относится к так называемому малому типу (т.е. имеет диаметр менее 5 м), в осевой проекции крылья 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 имеют форму кругового сектора с угловой расходимостью β (см., например, Фиг. 3-14). Сумма угловой расходимости β каждого из крыльев 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 и углового расстояния γ между двумя соседними крыльями 34 зависит от количества крыльев 34 согласно простому правилу:

Согласно некоторым вариантами выполнения угловая расходимость β крыла 34 равна угловому расстоянию γ между двумя соседними крыльями 34:

Из двух приведенных выше соотношений следует, что угловая расходимость каждого из крыльев 34 крыльчатого колеса зависит от количества крыльев 34 согласно простому правилу:

Например, для случая с тремя крыльями 34 угол β расходимости составляет 60°, что обеспечивает равный угол γ между двумя следующими крыльями 34. В случае с четырьмя крыльями 34 угол β расходимости составляет 45°.

Согласно некоторым вариантам выполнения вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 содержит центральную часть 42, предпочтительно цилиндрическую, от которой в радиальном направлении проходят n крыльев 34. Предпочтительно, в осевой проекции характерный размер центральной части 42 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 равен соответствующему характерному размеру центральной части 38 ступицы 24 ротора 20. В вариантах выполнения, показанных на сопутствующих чертежах, в которых обе центральные части 38 и 42 являются цилиндрическими, характерными размерами в осевой проекции могут быть соответствующие радиусы или диаметры. В частности, диаметр центральной части 42 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 равен диаметру центральной части 38 ступицы 24 ротора 20 (см. Фиг. 13 и 14).

Согласно другому варианту выполнения вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 получено путем прикладывания n крыльев 34 непосредственно к ротору 20. Например (см. Фиг. 19 и 20), вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 может быть выполнено путем крепления крыльев 34 непосредственно к ступице 24 ротора 20. В качестве варианта (см. Фиг. 22.а и 22.b) каждое крыло 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 может быть приложено к радиально внутреннему концу аэродинамической части 30 лопасти 26. Например, каждое крыло 34 может быть приложено к крышке 29, которую, как правило, используют для закрытия радиально внутреннего конца аэродинамической части 30. Согласно таким вариантам выполнения, крылья 34 могут быть выполнены в виде отдельных деталей, которые затем собирают для образования вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 непосредственно на роторе 20.

Как было указано выше, крылья 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 проходят в радиальном направлении; другими словами, крылья 34 по меньшей мере частично проходят в радиальном направлении наружу от центральной части 42 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 или от центральной части 38 ступице 24.

Предпочтительно радиальная протяженность В крыльев 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 (т.е. половина разницы между диаметром d вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 и диаметром центральной части 38 ступицы 24 или, если она имеется, центральной части 42 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32; см. Фиг. 12) составляет от 60% до 75% радиуса d/2 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32, еще более предпочтительно В составляет от 65% до 70% радиуса d/2 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32.

Согласно некоторым вариантам выполнения, например, представленным на Фиг. 8-11, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 может быть выполнено в виде единой монолитной детали. Такой вариант выполнения, как правило, предпочтителен для роторов 20, имеющих относительно небольшие размеры согласно объему изобретения, например, для роторов 20 диаметром до 5 м. В этих случаях диаметр d вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 сопоставим с диаметром других небольших вентиляторов известного типа, например, настольных вентиляторов для бытового использования или вентиляторов, используемых в контурах охлаждения тепловых двигателей в автомобильном секторе или в наружных блоках кондиционеров. Другими словами, в этих случаях диаметр d вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 достаточно мал, чтобы его можно было выполнить как единое целое, используя знания, уже полученные специалистами в данной области; монолитный вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 может быть выполнено, например, путем формования листового металла, литья под давлением или 3D-печати из подходящих полимеров.

Согласно некоторым вариантам выполнения, например, показанным на Фиг. 15-18, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 может быть выполнено по технологии, аналогичной используемой для основного ротора 20. Другими словами, крылья 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 могут содержать корневую часть 54, предназначенную для конструктивного соединения со ступицей 24 или центральной частью 42, и аэродинамическую часть 56. Такой вариант выполнения, как правило, предпочтителен для вспомогательных осевых крыльчатых колес 32, предназначенных для относительно больших роторов 20, например, для роторов 20 диаметром более 5 м. В данных случаях диаметр d вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 достаточно велик, чтобы можно было использовать преимущества технологии изготовления самих основных роторов 20.

Что касается вентиляторов 22 с диаметром в пределах около 5 м, то во вспомогательном осевом крыльчатом колесе 32 угловая расходимость β каждого крыла 34 предпочтительно равна угловому расстоянию γ относительно соседнего крыла 34. Такая конфигурация предполагает, что в горизонтальной проекции, без учета центральной части 42, отношение количества сплошных участков к количеству пустых участков составляет примерно 1. Другими словами, площадь, занимаемая крыльями 34, равна площади, занимаемой воздухом между крыльями 34, независимо от числа n крыльев 34. Такой признак особенно хорошо показан на Фиг. 8 и 10.

В контексте промышленных вентиляторов отношение количества сплошных участков к количеству пустых участков, как правило, оценивают параметром, называемым сплошностью θ. Традиционно сплошность θ вентилятора 22 определяют следующим образом:

где n - количество лопастей 26 или крыльев 34,

с - хорда на радиально наружном конце, и

D - диаметр вентилятора 22 (включая ступицу 24).

Для вспомогательных осевых крыльчатых колес 32 согласно данному изобретению, предназначенных для вентилятора 22 диаметром до 5 м, используя классическую формулу, приведенную выше, можно получить, что сплошность предпочтительно составляет от 1 до 2,5, то есть:

1 ≤ θ ≤ 2,5.

Конкретнее, для вспомогательных осевых крыльчатых колес 32, показанных на прилагаемых Фиг. 8 и 10, имеем:

θ = 1,4

Предпочтительно, осевая протяженность а крыльев 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 составляет не более 20% диаметра d самого вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32, еще более предпочтительно осевая протяженность а составляет от 5% до 15%) диаметра d, см. Фиг. 13 и 20. Под осевой протяженностью а здесь и далее понимают расстояние между двумя плоскостями, перпендикулярными оси R вращения, причем первая плоскость содержит самую верхнюю по потоку точку крыла 34, а вторая - самую нижнюю по потоку точку крыла 34. В варианте выполнения, показанном на Фиг. 13, осевая протяженность а крыльев 34 совпадает с осевой протяженностью центральной части 42 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32.

Предпочтительно, толщина t крыла 34 меньше других размеров самого крыла 34, как показано на Фиг. 9,11 и 13. Предпочтительно, толщина t каждого крыла 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 по существу равномерна по всей протяженности крыла 34. Толщина t может быть уменьшена вблизи периметра крыла 34, т.е. вблизи передней кромки и/или задней кромки и/или радиально наружного конца крыла 34. В частности, толщина t крыльев 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 предпочтительно составляет от 10% до 20% осевой протяженности а вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32. Эти особенности толщины t предотвращают образование вихрей на задней кромке крыльев 34. В результате каждое крыло 34 обеспечивает подачу воздуха в направлении, предпочтительном для следующего крыла 34, и предотвращено возникновение помех из-за отрыва вихрей.

Исследования, проведенные заявителем, показали важность правильного расположения вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 относительно ротора 20. Ниже приведено краткое описание некоторых предпочтительных соотношений между величинами, указанными на Фиг. 12:

- проекция хорды аэродинамической части 30 лопасти 26, в частности, радиально внутреннего конца, на плоскость вращения; она зависит от размера аэродинамической части 30 и от шагового угла 9.

- радиальная протяженность крыла 34 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32, т.е. разница между радиусом d/2 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 и наибольшим радиусом одной из частей, а именно центральной части 38 ступицы 24 или центральной части 42 вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 (при наличии);

- минимальное расстояние между аэродинамической частью 30 лопасти 26 и центральной частью 38 ступицы 24, или сумма радиальной протяженности корневой части 28 и крепления 40 ступицы 24;

- угол между радиусом, по которому измеряют А, и передней кромкой крыла 34, следующего за лопастью 26, для которой измерено А;

- расстояние по хорде С между передней кромкой лопасти 26 и точкой, в которой измерено значение А;

- расстояние вдоль хорды С между задней кромкой лопасти 26 и точкой, в которой крыло 34 достигает аэродинамической части 30 лопасти 26.

Предпочтительно, положение вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 относительно ротора 20 определяют следующим уравнением:

Что, после деления на величину хорды С, дает:

где

При увеличении шагового угла & положение вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 должно быть отрегулировано для предотвращения перекрытия радиально внутреннего конца аэродинамической части 30 лопасти 26. В силу этого геометрическое отношение, о котором идет речь, можно определить следующим образом:

Здесь В - длина крыла 34 в радиальном направлении, С - хорда профиля, а Х - расстояние от задней кромки.

Из приведенного уравнения в двух неизвестных можно найти X в зависимости от α. Таким образом, получим α как arccos и, подставив его в приведенное выше уравнение, сможем найти для каждого шагового угла ϑ положение вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32.

Еще одной степенью свободы при позиционировании вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 относительно ротора 20 является осевое положение. Фактически, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 может быть расположено рядом с осевой поверхностью ступицы 24, либо сразу ниже по потоку относительно нее (как, например, показано на Фиг. 3), либо сразу выше по потоку относительно нее (как, например, показано на Фиг. 6), либо может быть перемещено в осевом направлении вдоль оси R вращения на расстояние h.

Например, расстояние h может быть определено так, что радиально наружный конец вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 проходит в направлении по оси рядом с радиально внутренним концом аэродинамической части 30 лопасти 26.

Например, можем получить:

Предпочтительно, по меньшей мере одна лопасть 26 ротора 20 согласно данному изобретению содержит на своем радиально наружном конце винглет 36. Как известно, винглет 36 представляет собой фигурное средство, установленное на конце лопасти 26 для повышения ее аэродинамической эффективности путем уменьшения индуцированного сопротивления, вызванного концевыми вихрями. Винглет 36, известный как таковой, предпочтительно имеет перегородку 44, проходящую в осевом и окружном направлениях.

Согласно некоторым вариантам выполнения изобретения, ротор 20 содержит n лопастей 26, имеющих V-образную геометрическую форму в горизонтальной проекции. Такое решение (не показанное на сопутствующих чертежах) подробно описано в патентном документе WO 2017/085134 от имени настоящего заявителя. В частности, такая V-образная геометрическая форма лопастей 26, при которой передняя кромка лопастей 26 вогнута в горизонтальной проекции, обеспечивает значительное снижение уровня шума, создаваемого вентилятором 22.

Согласно второму аспекту, предложенное изобретение относится к осевому вентилятору 22 промышленного назначения, содержащему описанный выше ротор 20 и двигатель 46. Вентилятор 22 согласно изобретению предпочтительно содержит электродвигатель 46.

Согласно некоторым вариантам выполнения, предложенный вентилятор 22 представляет собой канальный вентилятор, т.е. он содержит канал 48, известный сам по себе, окружающий ротор 20 (см. Фиг. 3 и 4).

Предпочтительно, канал 48 содержит кольцевое гнездо 50, как описано в патентном документе WO 2020/245674. В частности, согласно такому решению, внутренняя стенка канала 48 содержит кольцевое гнездо 50, проходящее по окружности вокруг ротора 20 вентилятора 22 и частично вмещающее наружные концы лопастей 26 ротора 20. Предпочтительно, кольцевое гнездо 50 проходит по меньшей мере частично в направлении по оси и частично вмещает перегородку 44, образованную винглетом 36.

Согласно некоторым вариантам выполнения изобретения вентилятор 22 имеет каркас 52, выполненный с возможностью поддержания вентилятора 22 при любых условиях эксплуатации. В частности, каркас 52 обеспечивает надежную опору вентилятора 22 при любых скоростях вращения, как в переходных, так и в стационарных режимах, без возникновения при этом неконтролируемых вибраций.

Согласно некоторым вариантам выполнения, предложенный вентилятор 22 ориентирован так, что ось R вращения расположена вертикально и направлена вверх. В таком случае каркас 52 и двигатель 46 предпочтительно расположены выше по потоку относительно ротора 20 (т.е. под ротором 20), а каркас 52 прочно закреплен на установке и, таким образом, как правило, прикреплен к земле.

Согласно некоторым вариантам выполнения, предложенный вентилятор 22 является частью системы теплоотвода, содержащей охлаждающий модуль, который расположен непосредственно ниже по потоку относительно вентилятора 22 и в котором циркулирует охлаждающая жидкость. Согласно другим вариантам выполнения предложенный вентилятор 22 является частью системы вентиляции или системы перемещения воздуха. В таком случае ниже по потоку относительно вентилятора, как правило, располагают коллектор, от которого отходят один или более каналов для подачи в распределительную сеть воздушного потока, создаваемого вентилятором 22.

Экспериментальные испытания, проведенные заявителем, показали значительное повышение КПД после внедрения вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32, независимо от типа вентилятора 22.

В ходе каждого экспериментального испытания вычисляли полный КПД, представляющий собой соотношение между измерением (ниже по потоку) расхода и давления и измерением (выше по потоку) электрической мощности, потребляемой двигателем 46, перед преобразователем мощности. Следовательно, такой полный КПД, в дополнение к аэродинамическому КПД ротора 20, представляющий наибольший интерес для данного обсуждения, включает также вклад электрического КПД инвертора, электромеханического КПД двигателя 46 и механического КПД соединений и передачи. Поэтому следует отметить, что полный КПД, измеренный таким образом, значительно ухудшается даже от одного неэффективного элемента, например, от плохой работы ременной передачи или инвертора.

Экспериментальные испытания, проведенные заявителем, включали несколько различных конфигураций вентилятора 22. Различные конфигурации вентилятора 22 отличались количеством лопастей 26, формой лопастей 26, шаговым углом 3 лопастей 26, типом крепления 40 лопастей 26 к ступице 24, наличием/отсутствием канала 48, наличием/отсутствием винглетов 36, наличием/отсутствием в канале 48 кольцевого гнезда 50, частично вмещающего радиально наружные концы лопастей 26. Для каждой конкретной конфигурации вентилятора 22 полный КПД, описанный выше, рассчитывали дважды: сначала при отсутствии вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32, а затем при наличии вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32. КПД вентилятора 22 в различных известных конфигурациях составляла от 41% до 46%, в среднем около 44%. Во всех рассмотренных конфигурациях добавление вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 обеспечило заметное повышение КПД. Увеличение КПД, измеренное после добавления вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32, составило от 1,9% до 6,5%, в среднем 3,46%). Такое повышение КПД является значительным, но, как ясно специалистам в данной области техники, если отнести его только к аэродинамической составляющей (т.е. не учитывать в полном КПД все неаэродинамические составляющие), то вклад вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 еще больше увеличится.

Заявитель также провел экспериментальные испытания по определению характеристических кривых «расход - давление» вентиляторов 22 согласно изобретению, т.е. содержащих вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32. Затем для каждого из таких вентиляторов 22 характеристическую кривую сравнивали с характеристической кривой полностью идентичного вентилятора 22, но без вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32. На Фиг.24 в качественном отношении показана общая тенденция, наблюдаемая для этих характеристических кривых. В частности, вентилятор 22 известного типа содержит общий канал 48, к которому добавлено соответствующее вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 для получения соответствующего вентилятора 22 согласно изобретению. На Фиг. 24 видно, что расположение вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 согласно изобретению обеспечивает два преимущества, каждое из которых является существенным. Во-первых, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 согласно изобретению обеспечивает сдвиг характеристической кривой вверх, что в вентиляторах 22 известных типов обеспечивают благодаря увеличению шагового угла. Во-вторых, благодаря тому, что указанное крыльчатое колесо позволяет уменьшить шаг при той же скорости потока, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 согласно изобретению обеспечивает уменьшение или, в некоторых случаях, устранение зоны застоя, наблюдаемой в левой части характеристической кривой в соответствии с известным уровнем техники. Уменьшая или устраняя застой, вентилятор 22, содержащий вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32, может работать с большим КПД.

По результатам собственных исследований и проведенных испытаний заявитель считает, что вклад вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 не связан с перемещением воздуха в зоне ступицы 24, т.е. с добавлением еще одной доли воздушного потока в дополнение к тому, который образован основным ротором 20. Напротив, заявитель считает, что вклад вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 заключается в стабилизации поля скоростей и давления в радиально внутренней области основного ротора 20 (т.е. в области корневых частей 28 лопастей 26), так что обеспечена лучшая работа ротора 20, благодаря повышению полного КПД. Другими словами, наличие вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 существенно ограничивает радиальную протяженность возмущений, обусловленных (внутренним) концевым эффектом, удлиняя в радиальном направлении ту часть лопасти 26, которая работает вблизи оптимальной точки, представленной теоретическими линиями потока. Влияние вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 на поток в радиально внутренней зоне ротора 20 схематично изображено на Фиг. 23, где пунктирными линиями обозначены дуги окружности, центрированные на оси R вращения, а стрелками - линии потока. Как видно из схематического изображения на Фиг. 23, вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 не предназначено для противодействия рециркуляции воздуха в радиально внутренней зоне ротора 20, а обеспечивает возможность использования тенденции такой рециркуляции для стабилизации потока.

Эффект, аналогичный тому, который обеспечен вспомогательным осевым крыльчатым колесом 32 в роторе 20 согласно данному изобретению, был также получен с помощью кольцевого гнезда 50, описанного в патентном документе WO 2020/245674. Действительно, было отмечено, что в свою очередь кольцевое гнездо 50, которое по меньшей мере частично вмещает конец лопастей 26 ротора 20, значительно ограничивает возмущения, связанные с (наружным) концевым эффектом, выдвигая часть лопастей 26 в радиальном направлении, которое работает близко к оптимальной точке, представленной теоретическими линиями потока.

Что касается взаимодействия между вспомогательным осевым крыльчатым колесом 32 согласно данному изобретению и кольцевым гнездом 50, описанным в патентном документе WO 2020/245674, заявитель провел различные экспериментальные испытания для определения тенденции изменения КПД в зависимости от расхода воздуха при изменении конфигурации вентилятора 22. На Фиг. 25 качественно показаны значимые кривые, которые в схематичной и ясной форме обобщают результат всех экспериментальных исследований, что кратко описано ниже.

На предварительных этапах экспериментальных исследований был выявлен ряд известных типов вентиляторов 22, отличающихся друг от друга одним или более конструктивными параметрами, например, количеством лопастей, диаметром, типом профиля, шаговым углом и т.д. Все вентиляторы 22, рассмотренные в ходе экспериментальных исследований, объединяло использование винглетов 36 и канала 48 традиционного типа. В дальнейшем для каждого типа вентиляторов 22 были подготовлены и использовались:

- вспомогательное осевое крыльчатое колесо 32 согласно данному изобретению; и

- кольцевое гнездо 50, описанное в патентном документе WO 2020/245674, т.е. открытое в осевом направлении и приспособленное для частичного размещения перегородки 44 винглета 36.

На рабочих этапах экспериментальных исследований для каждого типа вентиляторов 22 в четырех различных конфигурациях одного и того же вентилятора 22 была экспериментально построена кривая, показывающая изменение КПД в зависимости от расхода:

Базовая конфигурация согласно уровню техники. В такой базовой конфигурации вентилятор 22 содержит только винглеты 36 и канал 48.

Первая улучшенная конфигурация согласно уровню техники. Такая конфигурация получена из базовой конфигурации путем добавления кольцевого гнезда 50, описанного в патентном документе WO 2020/245674.

Вторая улучшенная конфигурация согласно данному изобретению. Такая конфигурация получена из базовой конфигурации путем добавления вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 согласно данному изобретению.

Третья улучшенная конфигурация согласно данному изобретению. Такая конфигурация получена из базовой конфигурации путем добавления кольцевого гнезда 50, описанного в патентном документе WO 2020/245674, и вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 согласно данному изобретению.

На Фиг. 25 схематично показаны четыре различные кривые, полученные для каждой из конфигураций, указанных выше, причем:

кривая, относящаяся к базовой конфигурации (часть известного уровня техники), показана пунктирной линией с длинными штрихами;

кривая, относящаяся к первой улучшенной конфигурации (часть известного уровня техники), показана пунктирной линией с короткими штрихами;

кривая, относящаяся ко второй улучшенной конфигурации (часть данного изобретения), показана непрерывной одинарной линией;

кривая, относящаяся к третьей улучшенной конфигурации (часть данного изобретения), показана непрерывной двойной линией.

Как видно, все улучшенные конфигурации имеют кривую, смещенную вверх относительно базовой конфигурации. Это означает, что внедрение каждого из усовершенствований, как правило, приводит к повышению КПД вентилятора 22 при одинаковом расходе воздуха. Можно наблюдать и другое явление - смещение точки максимального КПД, хотя в рамках данного обсуждения оно не представляет интереса.

Гораздо более интересное наблюдение касается величины сдвига вверх различных кривых. В частности, можно отметить, что добавление только кольцевого гнезда 50 (первая улучшенная конфигурация) приводит к заметному улучшению, сравнимому с тем, которое обеспечивается при добавлении только вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 (вторая улучшенная конфигурация).

Что действительно неожиданно, так это совокупный эффект от этих двух улучшений. Как видно из Фиг. 25, увеличение КПД, полученное в результате применения обоих усовершенствований (третья улучшенная конфигурация), явно больше, чем сумма увеличений, зарегистрированных при раздельном применении тех же усовершенствований, т.е. сначала только кольцевого гнезда 50, а затем только вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32. На основании результатов проведенных исследований заявитель считает, что в третьей улучшенной конфигурации наличие одновременно кольцевого гнезда 50 и вспомогательного осевого крыльчатого колеса 32 обеспечивает стабилизацию диапазона скоростей и давлений как в радиально внутренней области ротора 20 благодаря вспомогательному осевому крыльчатому колесу 32, так и в радиально наружной области ротора 20 благодаря кольцевому гнезду 50, в котором размещена перегородка 44 винглетов 36. Таким образом, весь вентилятор 22 работает с максимальной отдачей, что повышает его полный КПД.

В свете вышесказанного специалисту в данной области техники ясно, как наличие обоих решений в одном вентиляторе 22 приводит к особенно предпочтительному варианту выполнения, в котором радиальная протяженность части лопасти 26, работающей вблизи оптимальной точки, представленной теоретическими линиями потока, имеет максимальное значение. Следует отметить, что описанное выше общее улучшение характеристик может позволить в некоторых случаях использовать вентилятор 22 согласно изобретению, имеющему на одну лопасть меньше по сравнению с вентилятором 22 известного типа, в которой это было бы необходимо; например, в некоторых случаях трехлопастной вентилятор 22 согласно изобретению может обеспечить производительность четырехлопастного вентилятора 22, известного из уровня техники.

Кроме того, повышение полного КПД позволяет в некоторых случаях использовать в вентиляторе 22 согласно изобретению менее мощный двигатель, чем требуется для приведения в действие известного вентилятора 22 с такими же рабочими параметрами.

Как ясно специалистам в данной области техники, данные результаты позволяют ограничить капитальные и эксплуатационные затраты на вентилятор 22.

Как ясно специалистам в данной области техники, данное изобретение обеспечивает устранение недостатков, отмеченных выше в отношении известного уровня техники.

В частности, согласно изобретению, предложен осевой вентилятор 22, обладающий повышенным КПД.

Кроме того, согласно изобретению, предложен осевой вентилятор 22, способный развивать более высокое давление при той же скорости по сравнению с вентиляторами известного типа.

Кроме того, согласно изобретению, предложен осевой вентилятор 22, который в большей степени ограничивает образование концевых вихрей по сравнению с известными типами вентиляторов.

Кроме того, согласно изобретению, предложен осевой вентилятор 22, который обеспечивает упорядочивание линий потока, обеспечивая их максимальное приближение к теоретическим.

Наконец, согласно изобретению, предложен канальный осевой вентилятор 22, который не только обладает дополнительными преимуществами, но и сохраняет преимущества, имеющиеся в известных типах вентиляторов.

В заключение следует отметить, что все детали могут быть заменены другими технически эквивалентными элементами; признаки, описанные в связи с конкретным вариантом выполнения, могут быть использованы и в других вариантах выполнения; используемые материалы, а также условные формы и размеры могут быть любыми согласно конкретными требованиями к выполнению, не выходя тем самым за рамки объема охраны следующих пунктов формулы изобретения.

Изобретение относится к ротору (20) для осевого вентилятора (22) большого диаметра промышленного назначения. Ротор согласно изобретению содержит ступицу (24) и n лопастей (26), причем каждая лопасть ротора имеет корневую часть (28) для конструктивного соединения со ступицей и аэродинамическую часть (30), при этом ротор согласно изобретению также содержит соосное вспомогательное осевое крыльчатое колесо (32), которое содержит n крыльев (34), проходящих в радиальном направлении, и которое, в осевой проекции, по существу расположено в зоне Р, ограниченной n радиально внутренними концами аэродинамических частей лопастей (26) ротора. Изобретение также относится к ротору для осевого вентилятора (22) большого диаметра промышленного назначения, содержащего такой ротор. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Ротор (20) для осевого вентилятора (22) большого диаметра промышленного назначения, содержащий ступицу (24) и n лопастей (26), причем каждая лопасть (26) ротора (20) содержит корневую часть (28) для конструктивного соединения со ступицей (24) и аэродинамическую часть (30),

при этом ротор содержит вспомогательное осевое крыльчатое колесо (32), которое содержит n крыльев (34), проходящих в радиальном направлении, и которое, в осевой проекции, по существу расположено в зоне Р, ограниченной n радиально внутренними концами аэродинамических частей (30) лопастей (26) ротора (20).

2. Ротор (20) по п. 1, в котором вспомогательное осевое крыльчатое колесо (32) в осевой проекции вписано в зону Р.

3. Ротор (20) по п. 1 или 2, в котором вспомогательное осевое крыльчатое колесо (32) содержит центральную часть (42), от которой проходят в радиальном направлении указанные n крыльев (34).

4. Ротор (20) по п. 1 или 2, в котором вспомогательное осевое крыльчатое колесо (32) получено путем наложения n независимых крыльев (34) непосредственно на ротор (20).

5. Ротор (20) по любому из предыдущих пунктов, в котором радиальная протяженность В крыльев (34) вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32) составляет от 60% до 75% радиуса d/2 вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32), предпочтительно от 65% до 70% радиуса d/2 вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32).

6. Ротор (20) по любому из предыдущих пунктов, в котором осевая протяженность а крыльев (34) вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32) составляет не более 20%) диаметра d вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32), предпочтительно в пределах от 5% до 15% диаметра d вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32).

7. Ротор (20) по любому из предыдущих пунктов, в котором крылья (34) вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32) имеют корневую часть (54) для конструктивного соединения со ступицей (24) и аэродинамическую часть (56).

8. Ротор (20) по любому из пп. 1-6, в котором вспомогательное осевое крыльчатое колесо (32) выполнено в виде цельной монолитной детали.

9. Ротор (20) по любому из предыдущих пунктов, в котором толщина t каждого крыла (34) вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32) является по существу равномерной по всей протяженности крыла (34).

10. Ротор (20) по любому из предыдущих пунктов, в котором толщина t крыльев (34) вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32) составляет от 10% до 20%) осевой протяженности а крыльев (34) вспомогательного осевого крыльчатого колеса (32).

11. Ротор (20) по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере одна лопасть (26) содержит винглет (36) на радиально наружном конце, причем указанный винглет (36) содержит перегородку (44), проходящую в осевом и окружном направлениях.

12. Промышленный вентилятор (22), содержащий ротор (20) по любому из предыдущих пунктов и двигатель (46).

13. Промышленный вентилятор (22) по п. 12, дополнительно содержащий канал (48), окружающий ротор (20).

14. Промышленный вентилятор (22) по п. 13, в котором канал (48) содержит кольцевое гнездо (50), проходящее по окружности вокруг ротора (20) и частично вмещающее наружные концы лопастей (26) ротора (20).

15. Промышленный вентилятор (22) по п. 14, в котором ротор (20) выполнен по п. 11 и в котором кольцевое гнездо (50) проходит по меньшей мере частично в осевом направлении и частично вмещает перегородку (44), образованную винглетом (36).