ПРОТИВОТОЧНЫЙ ДИАМЕТРАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2025 года по МПК F04D25/10 

Предлагаемое изобретение относится к области вентиляторостроения и, в частности, может использоваться в системах вентиляции, отопления и как генератор воздушного потока, например, в пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин.

Известен диаметральный вентилятор, состоящий из спирального корпуса с установленным в нем рабочим лопаточным колесом, входного отверстия и выходного патрубка, разделенных плоской стенкой, снабженной со стороны рабочего колеса решеткой, жалюзи которой направлены к рабочему колесу [А.с. №1314144, МКИ F04D 17/04. Диаметральный вентилятор / Н.П. Сычугов, А.Н. Бурков, Н.И. Грабельковский, Н.В. Жолобов, А.А. Гехтман, В.В. Антюхин (СССР). - №4002135/25-06; заявл. 27.11.85; опубл. 30.05.87, Бюл. №20].

В данном вентиляторе центр вращения вихря, расположенный в области радиального зазора, образованного рабочим колесом и плоской стенкой, стабилизируется жалюзийной решеткой. При этом стабилизация центра вращения вихря способствует снижению уровня шума и расширению диапазона устойчивой работы диаметрального вентилятора.

Однако такой вентилятор не имеет входной коробки, позволяющей забирать воздушный поток под требуемым углом 360 градусов, то есть когда всасывание и нагнетание происходит в одной плоскости, но в противоположном направлении. Это затрудняет применение вентилятора, например, в конкретных воздушных системах вентиляции, очистки и кондиционирования воздуха, или в пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин.

Известен противоточный диаметральный вентилятор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и разделяющей их плоской стенкой, снабженной жалюзийной решеткой, и установленное в корпус рабочее колесо, причем на входной кромке корпуса, выше входного отверстия закреплена прямолинейная стенка, параллельная разделяющей плоской стенке, образующая входной канал, при этом сопряжение прямолинейной стенки с входной кромкой корпуса выполнено, например, по логарифмической спирали [Пат. 2166671 Российская Федерация, МПК F04D 17/04. Противоточный диаметральный вентилятор / Сычугов Н.П., Саитов В.Е., Жолобов Н.В., Гатауллин Р.Г.; заявитель и патентообладатель Вятская государственная сельскохозяйственная академия. - №99127392/06; заявл. 21.12.1999; опубл. 10.05.2001, Бюл. №13].

Прямолинейная стенка, сопряженная с входной кромкой корпуса вентилятора, например, по логарифмической спирали и размещенная выше входного отверстия вентилятора, совместно с разделяющей плоской стенкой, снабженной жалюзийной решеткой, образуют входной канал, который позволяет осуществлять всасывание воздушного потока под углом 360 градусов относительно нагнетаемого потока, то есть, всасываемый воздушный поток движется к рабочему колесу встречно и параллельно нагнетаемому, совершая С-образную траекторию движения.

Данная конструкция вентилятора позволяет использовать его, например, в пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин, так как делает возможным установить вентилятор в колене, соединяющем воздухоподводящий канал с пневмосепарирующим каналом, расположенным параллельно и имеющим смежную стенку.

Прямолинейная стенка, сопряженная с входной кромкой корпуса вентилятора, например, по логарифмической спирали и размещенная выше входного отверстия вентилятора, совместно с разделяющей плоской стенкой, снабженной жалюзийной решеткой, образуют входной канал, который позволяет осуществлять всасывание воздушного потока под углом 360 градусов относительно нагнетаемого потока. При этом всасываемый воздушный поток движется к рабочему колесу встречно и параллельно нагнетаемому, то есть С-образно.

Данная конструкция вентилятора позволяет использовать его, например, в пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин, так как делает возможным разместить вентилятор в колене, соединяющем воздухоподводящий канал с пневмосепарирующим каналом, расположенным параллельно и имеющим смежную стенку.

Однако у такого вентилятора малый вихрь, находящийся у входной кромки корпуса, под воздействием всасываемого воздушного потока увеличивается в размере, образуя вихрь, который движется вдоль прямолинейной стенки входного капала навстречу всасываемому воздушному потоку, что уменьшает поток воздуха в вентилятор, обусловливая снижение его производительности. В связи с этим, для увеличения рабочей всасывающей зоны входного канала, возникает необходимость увеличения глубины входного канала вентилятора, что приводит к увеличению его габаритных размеров и, соответственно, металлоемкости.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому изобретению относится противоточный диаметральный вентилятор, содержащий корпус с входным отверстием и выходным патрубком и разделяющую их плоскую стенку, снабженную жалюзийной решеткой, установленное в корпус рабочее колесо, сопрягающуюся, например, по логарифмической спирали с входной кромкой корпуса вентилятора, выше входного отверстия, прямолинейную стенку, установленную параллельно разделяющей плоской стенке и образующую входной капал, между сопряжением входной кромки корпуса вентилятора и прямолинейной стенкой входного канала установлена соединительная вставка, выполненная, например, в виде усеченной вдоль лежащих на одной оси ребер астроиды, плоскость усечения которой конгруэнтна и лежит на одной прямой с прямолинейной стенкой, причем свободное ребро астроиды направлено к рабочему колесу вентилятора и составляет с ним зазор 0,01…0,04 наружного диаметра D₂ колеса, а расстояние от входной кромки корпуса вентилятора и свободным ребром астроиды соответствует (0,47…0,5)D₂ [Пат.2747597 Российская Федерация, МПК F04D 17/00. Противоточный диаметральный вентилятор / Саитов В.Е., Курбанов Р.Ф., Гатауллин Р.Г., Саитов А.В., Фарафонов В.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вятский государственный агротехнологический университет» (ФГБОУ ВО Вятский ГАТУ). - №2020114643; заявл. 14.04.2020; опубл. 11.05.2021, Бюл. №14] - прототип.

Установка между сопряжением входной кромки корпуса вентилятора и прямолинейной стенкой входного канала соединительной вставки, выполненной, например, в виде усеченной вдоль лежащих на одной оси ребер астроиды позволяет направлять малый вихрь от входной кромки корпуса вентилятора и встречный воздушный поток, сходящий по прямолинейной стенке входного канала, в корпус вентилятора вдоль обеих сторон свободного ребра астроиды, что способствует исключению взаимостолкновения встречных потоков воздуха, плавному их слиянию и направлению в воздушный основной поток в корпус вентилятора. В связи с этим уменьшается сопротивление воздушного тракта вентилятора, увеличивается его производительность и отпадает необходимость в перемещении прямолинейной стенки входного канала для увеличения рабочей всасывающей зоны (глубины) входного канала, так как устраняется вихревая зона во входном канале.

Ввиду того, что плоскость усечения, лежащих на одной оси от ребер астроиды, конгруэнтна и лежит на одной прямой с прямолинейной стенкой входного канала, то это позволяет легко установить соединительную вставку между сопряжением входной кромки корпуса вентилятора и прямолинейной стенкой входного канала без увеличения габаритных размеров вентилятора. Это обуславливает легкость монтажа соединительной вставки и эргономичность вентилятора.

Направление свободного ребра астроиды к рабочему колесу способствует плавному слиянию воздушных потоков из входного канала и из вихревой зоны (малого вихря) входной кромки корпуса вентилятора, и непосредственному направлению слившихся воздушных потоков внутрь рабочего колеса вентилятора для последующего слияния, в свою очередь, с основным воздушным потоком в корпусе вентилятора.

Имеющийся зазор между рабочим колесом вентилятора и свободным ребром астроиды в виде 0,01…0,04 наружного диаметра D₂ колеса способствует свободному вращению рабочего колеса.

Однако такой вентилятор не имеет регулируемого устройства во входном канале, позволяющего всасывать дополнительный объем воздуха из атмосферы во входной канал вентилятора, для увеличения производительности вентилятора при относительно большой длине прямолинейной стенки входного канала. Это объясняется тем, что большая длина прямолинейной стенки входного канала обусловливает повышенное сопротивление движению воздушного потока в протяженном входном канале и, соответственно, снижается расход воздуха через воздушный тракт вентилятора. Это обстоятельство значительно ограничивает функциональные возможности использования данного противоточного диаметрального вентилятора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что у известного противоточного диаметрального вентилятора, содержащего корпус с входным отверстием и выходным патрубком и разделяющую их плоскую стенку, снабженную жалюзийной решеткой, установленное в корпус рабочее колесо, сопрягающуюся, например, по логарифмической спирали с входной кромкой корпуса вентилятора, выше входного отверстия, прямолинейную стенку, установленную параллельно разделяющей плоской стенке и образующую входной канал, с установленной между сопряжением входной кромки корпуса вентилятора и прямолинейной стенкой входного канала соединительной вставкой, выполненной, например, в виде усеченной вдоль лежащих па одной оси ребер астроиды, плоскость усечения которой конгруэнтна и лежит на одной прямой с прямолинейной стенкой, со свободным ребром астроиды направленным к рабочему колесу вентилятора и составляющим с ним зазор 0,01…0,04 наружного диаметра D₂ колеса, а расстояние от входной кромки корпуса вентилятора и свободным ребром астроиды соответствует 0,47…0,5D₂, за ребром астероиды на прямолинейной стенке входного капала вентилятора выполнено всасывающее окно длиной 1,5…1,7 наружного диаметра D₂ рабочего колеса, в котором, относительно оси рабочего колеса, продольно расположены па равном расстоянии друг от друга закрепленные на подвижных осях прямолинейные синхронно поворачиваемые на угол α от 0 до 80 градусов плоскости.

В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемой разработки. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявленной совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.

Ввиду того, что, сразу за ребром астероиды на прямолинейной стенке входного канала вентилятора выполнено всасывающее окно длиной 1,5…1,7 наружного диаметра D₂ рабочего колеса, появилась возможность всасывания, через это окно, дополнительного количества воздуха из атмосферы, и, которое, сливаясь с воздушным потоком во входном канале, увеличивает общую производительность вентилятора.

В результате того, что рассматриваемое устройство увеличивает общую производительность вентилятора, то устранилась необходимость повышения производительности вентилятора за счет увеличения оборотов рабочего колеса вентилятора и (или) глубины входного канала посредством перемещения прямолинейной стенки входного канала, что обусловливает снижение энергоемкости и металлоемкости вентилятора.

Так же, из-за того, что на прямолинейной стенке входного канала вентилятора выполнено всасывающее окно длиной 1,5…1,7 наружного диаметра D₂ рабочего колеса, в котором относительно оси рабочего колеса, продольно расположены на равном расстоянии друг от друга закрепленные на подвижных осях прямолинейные синхронно поворачиваемые плоскости, то это позволяет обеспечивать работу вентилятора на двух режимах.

Первый режим - это тогда, когда свободные концы синхронно поворачиваемых плоскостей повернуты в противоположную от входной кромки корпуса вентилятора сторону вплоть до соприкосновения свободных концов плоскостей с образующей прямолинейной стенки входного канала вентилятора (α=0 градусов). При этом обеспечивается закрытое положение всасывающего окна в прямолинейной стенке входного канала. В этом режиме вентилятор не имеет возможности всасывания, через это всасывающее окно, дополнительного количества воздуха из атмосферы и работать на увеличенной производительности, то есть вентилятор работает в обычном режиме.

Второй режим работы вентилятора обеспечивается тогда, когда свободные концы синхронно поворачиваемых плоскостей повернуты в сторону входной кромки корпуса вентилятора под углом свыше 0 до 80 градусов относительно образующей прямолинейной стенки входного канала вентилятора. Это обусловливает возможность всасывания вращающимся рабочим колесом вентилятора, через всасывающее окно в прямолинейной стенке входного канала, дополнительного количества потока воздуха из атмосферы, который, в свою очередь, сливаясь с основным воздушным потоком, движущимся к рабочему колесу вентилятора по входному каналу, увеличивает общую производительность вентилятора.

Виду того, что свободные концы синхронно поворачиваемых плоскостей могут поворачиваться в сторону входной кромки корпуса вентилятора под углом свыше 0 до 80 градусов относительно образующей прямолинейной стенки входного канала вентилятора, то этим обеспечивается возможность плавного регулирования поступления дополнительного количества потока воздуха через всасывающее окно из атмосферы во входной канал, то есть возможность регулирования общей производительности вентилятора.

Приведенные обстоятельства обуславливают относительно низкую металлоемкость, эргономичность и меньшую трудоемкость обслуживания устройства в целом.

В итоге, при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, превосходящий эффект прототипа. Новая совокупность заявляемого устройства, обеспечивающая получение положительного эффекта обладает существенными отличиями.

На фигуре представлена аэродинамическая схема противоточного диаметрального вентилятора.

Противоточный диаметральный вентилятор содержит корпус 1 с входным отверстием 2 и выходным патрубком 3 и разделяющую их плоскую стенку 4 с жалюзийной решеткой 5, а также установленное в корпус 1 рабочее колесо 6. Выше входного отверстия 2 параллельно разделяющей плоской стенке 4 установлена прямолинейная стенка 7 (участок DB), которые совместно образуют входной канал 8. На входной кромке 9 корпуса 1 установлена соединительная криволинейная плоскость 10 (участок OA) в виде логарифмической спирали. Между криволинейной плоскостью 10 и прямолинейной стенкой 7 входного канала 8 установлена соединительная вставка 11, выполненная, например, в виде усеченной вдоль лежащих на одной оси ребер астроиды, плоскость усечения которой конгруэнтна и лежит на одной прямой (участок AD) с прямолинейной стенкой 7. Свободное ребро астроиды направлено к рабочему колесу 6 вентилятора и составляет с ним зазор 0,01…0,04 наружного диаметра D₂ колеса 6, а расстояние от входной кромки 9 корпуса 1 вентилятора и свободным ребром астроиды соответствует 0,47…0,5D₂. За ребром астроиды 11, на прямолинейной стенке 7 входного канала 8 вентилятора выполнено всасывающее окно 12 (участок DE) длиной 1,5…1,7 наружного диаметра D₂ рабочего колеса 6, в котором, относительно оси рабочего колеса 6, продольно расположены на равном расстоянии друг от друга закрепленные на подвижных осях прямолинейные синхронно поворачиваемые плоскости 13.

Противоточный диаметральный вентилятор работает на двух режимах следующим образом.

Первый режим (обычный). Для работы вентилятора на первом режиме, прямолинейные синхронно поворачиваемые плоскости 13, располагающиеся в выполненном за ребром астроиды 11 на прямолинейной стенке 7 входного канала 8 вентилятора всасывающем окне 12, должны быть закрыты, то есть, свободные концы синхронно поворачиваемых плоскостей 13 повернуты в противоположную от входной кромки 9 корпуса вентилятора сторону вплоть до соприкосновения свободных концов плоскостей 13 с образующей прямолинейной стенки 7 входного канала 8 вентилятора. Этим обеспечивается закрытое положение всасывающего окна 12.

В этом режиме, при вращении рабочего колеса 6 воздух всасывается во входной канал 8 и через входное отверстие 2 подводится к рабочему колесу 6, проходит его внутреннее пространство, выходит из колеса 6 и нагнетается в выходной патрубок 3. Корпус 1 формирует и направляет воздушный поток, выходящий из рабочего колеса 6, а стенка 4 разделяет всасываемый и нагнетаемый воздушные потоки. При этом образуется вращающийся в одну сторону с колесом 6 большой вихрь, центр которого стабилизируется жалюзийной решеткой 5. Стабилизация центра большого вихря способствует снижению уровня шума и устойчивой работе диаметрального вентилятора.

Кроме этого, находящийся у входной кромки 9 корпуса 1 вентилятора малый воздушный вихрь, под воздействием выходящего из рабочего колеса 6 воздушного потока, перемещается от кромки 9 вдоль криволинейной плоскости 10 (вдоль участка ОАС) к свободному ребру (точка С) соединительной вставки 11. В то же время, движущийся во входном канале 8 вдоль прямолинейной стенки 7 (вдоль участка BEDC) всасываемый воздушный поток перемещается до свободного ребра (точка С) соединительной вставки 11, где плавно сливается с потоком воздуха малого вихря и, далее, проходя через рабочее колесо 6, в виде единого потока направляется в основной воздушный поток в корпус 1 вентилятора. В связи с тем, что воздушный поток из входного канала 8 движется по отношению к выходному патрубку под углом 360 градусов, то есть С-образно, то характер его движения является противоточным.

Второй режим (увеличивающий производительность). Для работы вентилятора на втором режиме, прямолинейные синхронно поворачиваемые плоскости 13, располагающиеся в выполненном за ребром астроиды 11 на прямолинейной стенке 7 входного канала 8 вентилятора всасывающем окне 12, должны быть открыты, то есть, свободные концы синхронно поворачиваемых плоскостей 13 повернуты под требуемым углом α свыше 0 до 80 градусов в сторону входной кромки 9 корпуса вентилятора. Этим обеспечивается открытое положение всасывающего окна 12. В этом режиме, находящийся у входной кромки 9 корпуса 1 вентилятора малый воздушный вихрь, под воздействием выходящего из рабочего колеса 6 воздушного потока, перемещается от кромки 9 вдоль криволинейной плоскости 10 (вдоль участка ОАС) к свободному ребру (точка С) соединительной вставки 11. В то же время, движущийся во входном канале 8 вдоль прямолинейной стенки 7 (вдоль участка BEDC) всасываемый воздушный поток соединяется с дополнительным всасываемым потоком воздуха поступающим через всасывающее окно 12 с расположенными в нем плоскостями 13, синхронно повернутых под требуемым углом α свыше 0 до 80 градусов в сторону входной кромки 9 корпуса вентилятора (участок ED), и перемещается до свободного ребра (точка С) соединительной вставки 11, где плавно сливается с потоком воздуха малого вихря и, далее, проходя через рабочее колесо 6, в виде единого потока направляется в основной воздушный поток в корпус 1 вентилятора. В виду того, что воздушный поток из входного канала 8 движется по отношению к выходному патрубку под углом 360 градусов, то есть С-образно, то характер его движения также является противоточным, как и при первом режиме работы вентилятора.

Поворот свободных концов синхронно поворачиваемых плоскостей 13 в сторону входной кромки 9 корпуса вентилятора под углом α свыше 0 до 80 градусов относительно образующей прямолинейной стенки 7 входного канала 8 вентилятора обеспечивает возможность плавного регулирования поступления из атмосферы дополнительного количества потока воздуха во входной канал 8 через всасывающее окно 12, то есть возможность плавного регулирования общей производительности вентилятора.

Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является то, что она позволяет использовать ее в двух режимах функционирования, применение которых обуславливается различными по назначению видами технологического процесса, например, зерно- и семяочистительных машин, что значительно расширяет функциональные возможности использования вентилятора.

Изобретение относится к области вентиляторостроения и, в частности, может использоваться в системах вентиляции, отопления и как генератор воздушного потока, например, в пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин. Противоточный диаметральный вентилятор содержит корпус с входным отверстием и выходным патрубком и разделяющую их плоскую стенку, снабженную жалюзийной решеткой, установленное в корпус рабочее колесо, сопрягающуюся, например, по логарифмической спирали с входной кромкой корпуса вентилятора выше входного отверстия прямолинейную стенку, установленную параллельно разделяющей плоской стенке и образующую входной канал. Между сопряжением входной кромки корпуса вентилятора и прямолинейной стенкой входного канала установлена соединительная вставка, выполненная, например, в виде усеченной вдоль лежащих на одной оси ребер астроиды, плоскость усечения которой конгруэнтна и лежит на одной прямой с прямолинейной стенкой. Свободное ребро астроиды направленно к рабочему колесу вентилятора и составляет с ним зазор 0,01…0,04 наружного диаметра D₂ колеса, а расстояние от входной кромки корпуса вентилятора и свободным ребром астроиды соответствует (0,47…0,5)D₂. За ребром астроиды на прямолинейной стенке входного канала вентилятора выполнено всасывающее окно длиной 1,5…1,7 наружного диаметра D₂ рабочего колеса, в котором относительно оси рабочего колеса продольно расположены на равном расстоянии друг от друга закрепленные на подвижных осях прямолинейные синхронно поворачиваемые на угол α от 0 до 80 градусов плоскости. Технический результат - использование противоточного диаметрального вентилятора в двух режимах функционирования, применение которых обуславливается различными по назначению видами технологического процесса, например зерно- и семяочистительных машин, что значительно расширяет функциональные возможности его применения. 1 ил.

Противоточный диаметральный вентилятор, содержащий корпус с входным отверстием и выходным патрубком и разделяющую их плоскую стенку, снабженную жалюзийной решеткой, установленное в корпус рабочее колесо, сопрягающуюся, например, по логарифмической спирали с входной кромкой корпуса вентилятора выше входного отверстия прямолинейную стенку, установленную параллельно разделяющей плоской стенке и образующую входной канал, с установленной между сопряжением входной кромки корпуса вентилятора и прямолинейной стенкой входного канала соединительной вставкой, выполненной, например, в виде усеченной вдоль лежащих на одной оси ребер астроиды, плоскость усечения которой конгруэнтна и лежит на одной прямой с прямолинейной стенкой, со свободным ребром астроиды, направленным к рабочему колесу вентилятора и составляющим с ним зазор 0,01…0,04 наружного диаметра D₂ колеса, а расстояние от входной кромки корпуса вентилятора и свободным ребром астроиды соответствует (0,47…0,5)D₂, отличающийся тем, что за ребром астроиды на прямолинейной стенке входного канала вентилятора выполнено всасывающее окно длиной 1,5…1,7 наружного диаметра D₂ рабочего колеса, в котором относительно оси рабочего колеса продольно расположены на равном расстоянии друг от друга закрепленные на подвижных осях прямолинейные синхронно поворачиваемые на угол α от 0 до 80 градусов плоскости.