Робоче колесо радіального вентилятора

Реферат: Робоче колесо радіального вентилятора містить диски, профільні лопатки, спіральний корпус вентилятора. Випуклі лопатки виконані з урахуванням коефіцієнта профілю лопаток по відповідному співвідношенню. UA 75772 U (54) РОБОЧЕ КОЛЕСО РАДІАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА UA 75772 U UA 75772 U 5 10 15 Корисна модель належить до вентиляторобудування односторонніх і двосторонніх робочих коліс радіальних вентиляторів гірничодобувної промисловості, які використовуються для провітрювання гірничих виробок і може бути застосована в потужних дуттьових установках, вентиляторах і димососах промислової енергетики. В шахтних вентиляторних установках проектують і встановлюють два вентилятори, один з яких за Правилами безпеки знаходиться в резерві. Радіальний вентилятор, як засіб провітрювання промислового об'єкту, характеризується показниками подачі повітря, повного або для провітрювання шахт і рудників статичного тиску, споживаною потужністю і коефіцієнтом корисної дії (к.к.д). Кожний відсоток к.к.д. має істотне економічне значення для комплексу вентилятора шахти, оскільки вентиляційна мережа шахти змінюється в широких межах залежно від проходження шахтних виробок і кількості вугілля, що здобувається. Одним з основних критеріїв, що впливає на ефективність роботи вентилятора, є форма профілю лопаток радіального робочого колеса, розміщеного в спіральному корпусі вентилятора. В таблиці, що наведена, відображені підприємства-розробники аеродинамічних схем вентиляторів. Як видно з таблиці величина повного коефіцієнта корисної дії к.к.д. вентилятора залежить від коефіцієнта профілю лопатки. № п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 25 30 35 40 Підприємства-розробники аеродинамічної схеми вентилятора 2 НДІГМ ім. М.М. Федорова НДІГМ ім. М.М. Федорова Mo ЦКТІ НДІГМ ім. М.М. Федорова Mo ЦКТІ ЦКТІ ЦАГІ ім. Н.Е. Жуковского ЦАГІ ім. Н.Е. Жуковского ЦКТІ НДІГМ ім. М.М. Федорова Назва аеродинамічної схеми вентилятора 3 Ц 38-23 Ц 35-20 0,68-161 Ц 36-15 0,7-160-ІІ Ц 59-15,1-302 Ц 4-76 Ц 4-52 0,7-160 Ц 31-16 Максимальний повний к.к.д. вентилятора 4 0,86 0,89 0,86 0,87 0,85 0,88 0,84 0,84 0,85 0,86 Коефіцієнт профілю лопаток Кл 5 2,50 1,30 3,40 2,70 1,05 1,10 0,90 3,35 4,50 4,80 Найближчим аналогом по технічній суті і економічному ефекту, що досягається, є модель радіального вентилятора по аеродинамічній схемі Ц 4-76 Центрального аерогідродинамічного інституту імені професора Н.Е. Жуковського (м. Москва) [1]. Робоче коло радіального вентилятора, між дисками якого встановлені загнуті назад профільні лопатки, розміщено у спіральному корпусі. Значення максимального повного к.к.д. цього найближчого аналогу моделі вентилятора складає 0,84, коефіцієнт профілю лопаток його робочого колеса Кд=0,9. Ефективність даного вентилятора є меншою з приведених, що підтверджене в таблиці даними, отриманими експериментально на аеродинамічних стендах по ідентичних методиках випробувань. Промислові випробування шахтних вентиляторів різних типів на аеродинамічних стендах і в шахтних умовах показали, що випробування на моделях в лабораторних умовах і в натурних зразках на шахтах виконані методично правильно. Діаметри моделей робочих коліс були 0,5 м., а найбільший діаметр колеса шахтного радіального вентилятора складає 4,75 м (вентилятор ВЦД-47,5УМ). Таким чином, відношення розміру натурного колеса до моделі склав приблизно 10. Показник максимальної економічності - повного к.к.д. натурного колеса не змінився в порівнянні з результатами випробувань моделей вентиляторів на стендах в лабораторії. Аеродинамічні характеристики моделей вентиляторів НДІГМ імені М.М. Федорова визначені на аеродинамічних стендах і на шахті, а також в ЦАП імені професора Н.Е. Жуковського. В лабораторних умовах інститут ЦАП проводив випробування моделі вентилятора Ц 35-20 (колесо № 39). Методика випробувань моделей вентиляторів Ц 35-20 і Ц 4-76 була одна і та ж, тому достовірність результатів експериментальних моделей вентиляторів доведена. Різниця економічних показників моделей вентилятора Ц 35-20 - НДІГМ імені М.М. Федорова і економічних показників моделі вентилятора Ц 4-76 - ЦАП імені Н.Е. Жуковського показує перевагу першої моделі по максимальному к.к.д. через досконалішу форму і розташування профільних лопаток між дисками робочих коліс. Присутні і інші аеродинамічні чинники. 1 UA 75772 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу корисної моделі поставлена задача досягнення максимальної економічності роботи розташованого в спіральному корпусі робочого колеса радіального вентилятора із загнутими назад лопатками, профілі яких були підібрані емпіричним шляхом. Поставлена задача вирішується за допомогою розрахункового коефіцієнта профілю лопаток робочого колеса радіального вентилятора. Робоче коло радіального вентилятора, між дисками якого встановлені загнуті назад профільні лопатки, розміщено у спіральному корпусі. У запропонованій корисній моделі з метою збільшення максимально повного коефіцієнта корисної дії вентилятора, робочі колеса з плоско-випуклими лопатками виконані з урахуванням коефіцієнта профілю лопаток по співвідношенню  h Л   , r2  r2  2 1 де: КЛ - коефіцієнт профілю лопаток; r2 - зовнішній радіус колеса; r1 - вхідний радіус розташування лопаток колеса; В - довжина хорди профілю лопаток колеса; h - максимальна висота профілю від неробочої плоскої поверхні до робочої криволінійної поверхні лопатки. Лопатки колеса радіального вентилятора виконані з коефіцієнтом профілю лопаток К Л=1,04,0, які забезпечують роботу вентилятора з максимальним повним коефіцієнтом корисної дії. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: - на фіг.1 - робоче колесо радіального вентилятора з плоско-опуклим профілем лопаток. - на фіг.2 - експериментальна залежність максимальних повних к.к.д. десяти найбільш економічних радіальних вентиляторів різних підприємств. На фіг.1 показана аеродинамічна схема робочого колеса з плоско-опуклими лопатками, які мають місце в радіальних вентиляторах загальнопромислової вентиляції. Показаний розріз по осі колеса, що має конічний покривний диск 1 і розріз по лопатках з плоско-опуклим профілем. Між покривним диском 1 і корінним 2 розташовані лопатки 3. Робочі лопатки колеса мають робочу поверхню 4 і неробочу 5, коло входу на лопатки робочого колеса 6. Довжина хорди профілю лопаток колеса позначена В, r1 - вхідний радіус розташування лопаток колеса, r2 - зовнішній радіус колеса, h - максимальна висота профілю від неробочої плоскої поверхні до робочої криволінійної поверхні лопатки. Представлені на фіг. 2 експериментальні модельні результати по максимальному к.к.д. vmax десяти радіальних односторонніх і двосторонніх вентиляторів, різних аеродинамічних схем залежно від коефіцієнтів профілів Кл з профільними заломленими назад лопатками робочих коліс. Крива А характеризує усереднену залежність vmaх - максимальних к.к.д. вентиляторів від К л - коефіцієнта профілю лопаток коліс. На фіг. 2 крапки, розташовані на кривій А, відповідають приведеним в таблиці значенням vmaх відповідних аеродинамічних схем вентиляторів, точка 1модель вентилятора Ц 38-23, точка 2 - модель вентилятора Ц 35-20, точка 3 - модель вентилятора 0,68-161, точка 4 - модель вентилятора Ц 36-15, точка 5 - модель вентилятора 0,7160-11, точка 6 - модель вентилятора Ц 59-15,1-302, точка 7 - модель вентилятора Ц 4-76, точка 8 - модель вентилятора Ц 4-52, точка 9 - модель вентилятора 0,7-160, точка 10 - модель вентилятора Ц 31-16. При обертанні робочого колеса (фиг.1), яке має плоско-опуклий профіль лопаток, максимальний к.к.д. забезпечується при умові, коли коефіцієнт профілю лопаток  h Л   , 2 2  r2  r1 розраховується відповідно до формули: який при правильному підборі величин лопаток знаходиться в інтервалі КЛ =1,0-4,0. Робота колеса при його обертанні, (вказано стрілкою), характеризується створенням тиску повітря робочою стороною 4 лопаток в каналах між лопатками колеса. Істотним чинником, що впливає на максимальний к.к.д. вентилятора, є форма плоско-опуклої лопатки, в якій слід враховувати відношення максимальної висоти профілю h від плоскої (неробочої) поверхні до криволінійної (робочої) до хорди В, що є істотним чинником, що впливає на максимальний к.к.д. вентилятора. Перераховані геометричні параметри колеса визначаються емпіричним методом і є оптимальними, для реалізації vmax. Максимальні повні к.к.д. вентиляторів були визначені експериментально на великій кількості моделей шляхом аеродинамічного моделювання. Кращі з аеродинамічних схем були вибрані 2 UA 75772 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 для подальшого проектування і виготовлення на заводах різних галузей промисловості. Узагальнена середня крива А, яка представлена на фіг.2, показує залежність максимальних повних к.к.д. вентиляторів від коефіцієнтів профілів лопаток в інтервалах К Л =1,0-4,0. Варіанти схем в точках 2, 4, 6 мають в цьому діапазоні найбільшу економічну ефективність. Пропоноване як корисна модель нове технічне рішення для робочих коліс односторонніх і двосторонніх радіальних вентиляторів, представлених в таблиці, базується на реальних експериментальних результатах випробувань моделей цих вентиляторів на аеродинамічних стендах по ідентичним методикам випробувань, тому встановлений діапазон коефіцієнтів профілів лопаток обґрунтований і є новою пропозицією для радіальних вентиляторів. Слід зазначити, що кращими по економічності з приведених в таблиці аеродинамічних схем вентиляторів є три схеми вентиляторів НДІГМ імені М.М. Федорова Ц 35-20, Ц 36-15 [2] і Центрального котлотурбінного інституту (Росія) Ц 59-15,1-30 × 2 [3], у яких максимальні повні к.к.д. складали 0,89; 0,87 і 0,88 відповідно. Профілі лопаток робочих коліс цих моделей вентиляторів були розроблені таким чином, що розрахункові коефіцієнти Кд=1,0…3,0, при яких на моделях і аеродинамічних стендах з діаметрами камер всмоктування 1,5 і 2,0 м, а пізніше в натуральних зразках шахтних вентиляторів, в димососах теплових електростанцій, досягнуті максимальні значення економічності, по повному к.к.д. Ці три найефективніші вентилятори позначені крапками 2, 4 і 6 на фіг.2. Характерною відмінністю аеродинамічних схем НДІГМ ім. М.М.Федорова Ц 35-20 і Ц 36-15 [4] є наявність в робочому колесі першої схеми (Ц 35-20) восьми профільних загнутих назад лопаток і конічного переднього диска, як показано на фіг. 1, а в схемі Ц 36-15 запропонований плоский покривний диск і шість профільних загнутих назад лопаток робочого колеса. Така істотна зміна аеродинамічних схем цих вентиляторів не вплинула на показники максимальних повних к.к.д., але значно спростило технологію виготовлення робочих коліс в заводських умовах. Завод-виготовлювач шахтних радіальних вентиляторів головного провітрювання "Донецькгірмаш" в даний час серійно по замовленнях вугільних шахт виготовляє вентилятори за діючим стандартом “Вентилятори шахтні головного провітрювання” з плоскими передніми дисками наступних типорозмірів ВЦ-31.5 М2, ВЦД-31.5М2 і ВЦД-47.5УМ, діаметри робочих коліс, що мають 3,2 м і 4,75 м відповідно. Перший вентилятор є одностороннім, а два інших мають двостороннє підведення повітря до робочого колеса вентилятора двостороннього всмоктування. Слід підкреслити, що вентилятори заводу "Донецькгірмаш" типорозміру ВЦД-1 47.5УМ мають масу ротора близько 50 тонн, основну частоту обертання 500 хв , потужність 3 -1 приводного електродвигуна 4000 кВт, номінальну подачу 400 м с , номінальний повний тиск 760 даПа, максимальний повний к.к.д. 0,87. Виділена область коефіцієнтів профілю лопаток десяти модельних і натурних радіальних вентиляторів в межах 1,0-4,0, а найефективніших (точки 2, 4, 6) доводить необхідність проектування найбільш економічних радіальних вентиляторів по аеродинамічних схемах Ц 3520, Ц 36-15 і Ц 59-15.1-30-2. Аеродинаміка проточних частин цих вентиляторів (вхідних елементів перед колесами, спіральні корпуси, дифузори для шахтних вентиляторів, робочих коліс) розроблена з мінімальними коефіцієнтами опорів, внаслідок чого максимальні повні к.к.д. цих вентиляторів перевищують к.к.д. решти приведених в таблиці вентиляторів. При цьому коефіцієнти профілів лопаток робочих коліс по пропонованому співвідношенню К Л=1,0-4,0 забезпечують найбільш економічну роботу радіальних вентиляторів із загнутими назад профільними лопатками. В таблиці приводяться аеродинамічні схеми радіальних вентиляторів (Ц 35-20; 07-160-11 і Ц4-76), які мають плоско-опуклі профільовані лопатки (плоска сторона - неробоча, криволінійна - робоча сторона лопатки) [5]. Побудова усереднених максимальних значень повних к.к.д. радіальних вентиляторів, розроблених в провідних підприємствах для мети провітрювання різних технологічних комплексів, наприклад вугільних шахт, котлотурбінних об'єктів, станцій загальнопромислового призначення, систем кондиціонування, цементних заводів і різних підприємств хімічних галузей, що відображено в таблиці і в розробках десяти найпрогресивніших аеродинамічних схем вентиляторів. Це дозволило об'єднати, проаналізувати і встановити межі по запропонованих в корисній моделі коефіцієнтах профілів лопаток максимально економічних радіальних вентиляторів, які необхідно застосувати для проектів натурних зразків. Дана корисна модель обґрунтовано дозволяє проектувати моделі рудникових вентиляторів для подальшого їх виготовлення, випробування на аеродинамічних стендах і отримання максимального к.к.д. при заданих технічних параметрах подачі і тиску натурних вентиляторів. Наприклад, в НДІГМ імені М.М. Федорова в різні роки було розроблено моделі 176 робочих коліс радіальних вентиляторів, з яких для проектів шахтних вентиляторів було відібрано тільки 5 3 UA 75772 U 5 10 15 20 25 моделей. Надалі по більш економічних схемах радіальних вентиляторів були спроектовані, виготовлені і запущені в промислове виробництво понад 10 типорозмірів шахтних односторонніх і двосторонніх вентиляторів і установок вентиляторів для головного провітрювання шахт і рудників. Формула корисної моделі охоплює односторонні і двосторонні робочі колеса радіальних вентиляторів, розташовані між корінними і покривними конічними і плоскими дисками загнуті назад профільні лопатки, у яких максимальні повні коефіцієнти корисної дії vmaх вентиляторів досягаються з урахуванням коефіцієнтів профілю плоско-опуклих лопаток робочих коліс в межах КЛ=1,0-4,0. Приходимо до висновку, що ефективність моделі радіального вентилятора Ц 35-20, який в одних експлуатаційних умовах, на одному і тому ж аеродинамічному стенді, по одній методиці вимірювань і підрахунків результатів к.к.д., подачі повітря, тиску, потужності вентилятора, показав гранично допустиме значення к.к.д., рівне 0,89. Ця величина економічності не була перевищена жодним з існуючих радіальних вентиляторів за останні роки. Дана перевага має місце в межах коефіцієнтів форми лопаток в інтервалі К Л=1,0-4,0, що доведено експериментально на шахті і на аеродинамічних стендах по ідентичній методиці випробувань. Джерела інформації: 1. Брук А.Д., Матикашвили Т.И., Невельсон М.И., Раер Г.А., Соломахова Т.С., Юдин Е.Я. Центробежные вентиляторы. / Под. ред. Соломаховой Т.С. - М.: Машиностроение. 1975, 416.с. 2. Пак B.C., Бабак Г.А. Центробежные вентиляторы ИГД АН УССР с профилированными лопатками. "Вопросы горной механики". – Киев: Изд. АН УССР, 1961. - №7. - С. 10…24. 3. Лившиц С.П. Высоконапорные дутьевые машины центробежного типа. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1976.-296 с. 4. Соломахова Т.С, Чебышева К.В., Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики. Справочник. - М.: Машиностроение, 1980.-176 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 1. Робоче колесо радіального вентилятора, на якому між дисками розміщені заломлені назад профільні лопатки, що розташоване у спіральному корпусі вентилятора, яке відрізняється тим, що плоско-випуклі лопатки виконані з урахуванням коефіцієнта профілю лопаток по співвідношенню Л  35 40  r22  r12  h ,  де: КЛ - коефіцієнт профілю лопаток; r2 - зовнішній радіус колеса; r1 - вхідний радіус розташування лопаток колеса; В - довжина хорди профілю лопаток колеса; h - максимальна висота профілю від неробочої плоскої поверхні до робочої криволінійної поверхні лопатки. 2. Робоче колесо радіального вентилятора за п. 1, яке відрізняється тим, що лопатки колеса радіального вентилятора виконані з коефіцієнтом профілю лопаток К Л=1,0-4,0, який забезпечує роботу вентилятора з максимальним повним коефіцієнтом корисної дії. 4 UA 75772 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5