Осьовий вентилятор

Реферат: Осьовий вентилятор містить дифузор, спрямний і напрямний апарати, циліндричний роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами листових радіальних стояків, жорстко пов'язаних з циліндричним роз'ємним корпусом і стаканом. Для підвищення надійності вентилятора та виключення його аварійного руйнування листові радіальні стояки виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стояків з боку передньої кромки, при цьому встановлені листові радіальні стояків обернені своєю вгнутістю назустріч потоку робочого середовища. UA 107548 C2 (12) UA 107548 C2 UA 107548 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується машинобудування і може бути використаний в осьових вентиляторах, зокрема у вузлі кріплення ротора осьового вентилятора. Відомий осьовий вентилятор по патенту на винахід RU 2150030 С1, 27.05.2000, що містить дифузор, спрямний і напрямний апарати, циліндровий корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і радіальні стояки, жорстко пов'язані з корпусом і стаканом. На відміну від заявленого винаходу в приведеному осьовому вентиляторі у внутрішньому стакані встановлений електродвигун з робочим колесом, корпус забезпечений фланцем для кріплення вентилятора. Між фланцем і внутрішнім стаканом на патрубках виконані пази для проходу радіальних прямолінійних стояків. Також відомий осьовий вентилятор по патенту на винахід RU 2219376 С2, 20.12.2003, що містить дифузор, спрямний і напрямний апарати, циліндровий корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і радіальні стояки, жорстко пов'язані з корпусом і стаканом. На відміну від заявленого винаходу в приведеному винаході радіальні стояки виконані прямолінійними. Найближчим аналогом до заявленого винаходу за сукупністю ознак і технічним результатом, що досягається, є осьова тягодуттьова машина АР-42/18 фірми Kunhle Kopp Kaush, що містить дифузор, спрямний і напрямний апарати, циліндровий роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами радіальних стояків, жорстко пов'язаних з корпусом і стаканом, причому в ближньому до робочого колеса ряду стояки двох видів: профільні, для пропуску комунікацій, і плоскі листові, в ближньому до напрямного апарату ряду всі стояки плоскі листові (див. конструктивна схема осьової тягодуттьової машини АР-42/18 фірми Kunhle Kopp Kaush на рис.2 в статті "Некоторые особенности регулирования осевых вентиляторов на фабриках окомкования ГОКОв" Просницкий В.Г., Просницкий А.В. Сборник трудов НИГРИ. 1998 год. Кривой Рог. Стор. 101-110). На відміну від заявленого винаходу в приведеній осьовій тягодуттьовій машині радіальні листові стояки виконані плоскими прямолінійними і всі вони розміщені один щодо одного із зсувом, не перевищуючим 5°40'. Загальним недоліком приведених тягодуттьових машин є недостатня надійність через обрив лопаток робочого колеса, пов'язана з руйнуванням елементів кріплення лопаток до робочого колеса і самих лопаток. Причиною руйнування є значна регулярна нерівномірність набігаючого на робоче колесо потоку. (Див.: Исследование характеристик аэродинамических потоков в модели осевой тягодутьевой машины. Просницкий В.Г. Сборник научных трудов НИГРИ. 1995 год. Кривой Рог.: Научно-технические аспекты стабилизации горнодобывающего производства. - Стор. 178-184). Ця нерівномірність утворюється за радіальними стояками, що підтримують ходову частину ротора, і одночасно створюючими перешкоди набігаючому на робоче колесо потоку. Ці перешкоди тим інтенсивніше, чим сильніше поворот потоку в напрямному апараті, тим більше, що по технічній характеристиці машини розрахункова крапка відповідає куту повороту лопаток вхідного напрямного апарата (ВНА) на кут θвна=-30°. При цьому, згідно з виконаним дослідженням, за радіальними стояками перед робочим колесом утворюються вихрові зони, що охоплюють до 1/3 прохідного перетину, що відповідає центральному куту 1215°. В той же час неспівпадання діагонально розташованих радіальних стояків 2 (кут 39,375° від горизонталі) і пара стояків 3, 4 (кут 45° від горизонталі) в прототипі по центральному куту складає всього 5,625°, що сприяє виникненню вимушених коливань лопаток робочого колеса з подвоєною частотою обертання ротора, при якій і відбувається руйнування апарату лопатки машини. Крім того в результаті досліджень було встановлено, що довгі, стабілізуючі потік, плоскі стояки прототипу створювали затінений ефект, завдяки чому безпосередньо перед і в зоні роботи робочого колеса вентилятора в потоці утворювалася могутня вихрова зона. Малий зсув протилежних стояків на 5,625° проти 12-15°, які захоплював вихор в потоці, сприяли виникненню в потоці подвоєної до частоти обертання машини частоти вимушених коливань, близької до власної частоти коливань робочих лопаток. Утворена нерівномірність полів тиску, швидкостей, кутів скосу потоку приводили до виникнення значних динамічних навантажень в лопатках машини і вузлах їх кріплення до ротора, що приводило до частих аварій машини. В основу винаходу поставлена задача удосконалити осьовий вентилятор шляхом зміни конструктивних особливостей радіальних стояків і їх взаємного розміщення, забезпечити оптимальний режим для проходу набігаючого на робоче колесо потоку, при якому досягається велика рівномірність набігаючого на робоче колесо потоку, безударний прохід потоку до 1 UA 107548 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 робочого колеса, і за рахунок цього підвищити надійність осьового вентилятора і виключити його аварійне руйнування. Задача вирішена тим, що в осьовому вентиляторі, який містить дифузор, спрямний і напрямний апарати, циліндровий роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами листових радіальних стояків, жорстко пов'язаних з роз'ємним корпусом і стаканом, згідно з винаходом, листові радіальні стояки виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стояків з боку передньої кромки, при цьому встановлені листові радіальні стояки обернені своєю угнутістю назустріч потоку робочого середовища. Згідно з винаходом в осьовому вентиляторі вигин в листовому радіальному стояку виконаний на 1/3 її ширини. Згідно з винаходом в осьовому вентиляторі радіальні стояки ряду, суміжного з робочим колесом, розміщені один щодо одного з кутовим зсувом по колу не менше 15° і листові стояки мають вигин під кутом 15-20°. Згідно з винаходом, в осьовому вентиляторі радіальні листові стояки ряду, суміжного з напрямним апаратом встановлені з кутовим зсувом по колу на 2-3° по напряму обертання робочого колеса щодо радіальних стояків суміжного з робочим колесом ряду і мають вигин під кутом 25-30°. Виконання листових радіальних стояків криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини стояків з боку передньої кромки і розміщення згаданих радіальних стояків, обернених своєю вгнутістю назустріч потоку робочого середовища з відповідними кутовими зсувами один щодо одного і радіальних стояків в суміжному ряду, дозволило досягти оптимальний режим для проходу набігаючого на робоче колесо потоку, при якому забезпечується рівномірність набігаючого на робоче колесо потоку, безударний прохід потоку до робочого колеса, і за рахунок цього підвищити надійність осьового вентилятора і виключити його аварійне руйнування. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на: фіг. 1 - конструктивна схема осьового вентилятора; фіг. 2 - осьовий вентилятор в перерізі А-А на фіг. 1; фіг. 3 - осьовий вентилятор в перерізі Б-Б на фіг. 1; фіг. 4 - розгортка В-В по зовнішній поверхні стакана з перерізами радіальних стояків на фіг. 2 і 3; фіг. 5 - вигляд Г на фіг. 4 з зазначенням параметрів вигину листових радіальних стояків і їх взаємного кутового розміщення. Осьовий вентилятор містить дифузор 1, спрямний 2 і напрямний 3 апарати, циліндровий роз'ємний корпус 4, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник 5, стакан 6 з опорним підшипниковим вузлом 7, робочим колесом 8 і двома рядами 9, 10 листових радіальних стояків жорстко пов'язаних з роз'ємним корпусом 4 і стаканом 6. Опорний підшипниковий вузол 7 проміжним валом 11 пов'язаний з привідним електродвигуном 12. Суміжний до робочого колеса 8 ряд 9 містить профільні порожнисті радіальні стояки 13, жорстко пов'язані із стаканом 6 і нижньою половиною роз'ємного корпусу 4, і листові радіальні стояки 14, жорстко пов'язані із стаканом 6 і верхньою половиною роз'ємного корпусу 4. Суміжний з напрямним апаратом 3 ряд 10 містить листові радіальні стояки 15 жорстко пов'язані із стаканом 6 і роз'ємним корпусом 4. Листові радіальні стояки 14 і 15 в обох рядах виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стояків 14 і 15 з боку передньої кромки 16. Листові радіальні стояки 14 і 15 встановлені оберненими своєю угнутістю 17 назустріч потоку робочого середовища. При цьому вигин в листових радіальних стояках 14 і 15 виконаний на 1/3 їх ширини. Листові радіальні стояки 14 ряду 9, суміжного з робочим колесом 8, розміщені один щодо одного з кутовим зсувом по колу не менше 15°. Листові радіальні стояки 14 мають вигин уздовж ширини під кутом 15-20°. Радіальні листові стояки 15 ряду 10, суміжного з напрямним апаратом 3, встановлені з кутовим зсувом по колу на 2-3° у напряму обертання робочого колеса 8 щодо листових радіальних стояків 14 суміжного з робочим колесом 8 ряду 9 і мають вигин уздовж ширини під кутом 25-30°. Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу. Заздалегідь були виконані експериментальні дослідження аеродинамічного потоку всередині моделі осьового вентилятора АР 42/18. Досліджені поля тиску, швидкостей і кутів скосу потоку всередині машини від вхідного перетину, перед напрямним апаратом, до виходу потоку зі спрямного апарата. Потік, що виходить з напрямного апарата під кутом -30°±5° (з невеликими коливаннями на вимогу виробництва), входячи в прохід між радіальними стояками поступово приймає все більш осьовий напрям. Тому оптимальний кут вигину вхідної кромки 2 UA 107548 C2 5 10 15 20 25 30 листових радіальних стояків 15, суміжного з напрямним апаратом 3, зменшується на 5° порівняно з 30°±5° і складає 25-30°. В суміжному до робочого колеса 8 ряду 9, де потік має найбільш осьовий напрямок, оптимальний кут вигину вхідної кромки листового радіального стояка 14 зменшується на 10-15° і складає 15-20°. Кутовий зсув по колу листових радіальних стояків 15 ряду 10, суміжного з напрямним апаратом 3 на (2-3)° по напряму обертання робочого колеса щодо радіальних стояків 14 суміжного з робочим колесом ряду 9, дозволив малу, але достатню, частину потоку направити по опуклій (тильній) стороні стояка 14 і цим здути з неї поверхневий шар і відірвати від лопатки вихор. Проте при збільшенні кута зсуву вище ніж на 3° з тильної сторони радіального стояка 14 починають зриватися невеликі вихори, що говорить про потовщення прикордонного шару і погіршення якості потоку. Вигин назустріч набігаючому потоку листових радіальних стояків в обох рядах 9 і 10, згідно з винаходом, на кут 25-30° у ряді 10, суміжному з напрямним апаратом 3, і на кут 15-20° у ряді 9, суміжному до робочого колеса 8, де потік вже спрямлений, при куті повороту лопаток напрямного апарата -30°, забезпечив безударний вхід потоку між радіальними стояками. Перерозподіл потоку, зменшення довжини прямолінійної ділянки листових радіальних стояків уздовж осі машини на 1/3 ширини кожного стояка, розрив потоку, напрямом частини його до робочого колеса 8 між радіальними стояками, здування поверхневих шарів, дозволили значно (приблизно удвічі) зменшити розміри і потужність вихору. Оптимальне розташовування радіальних стояків 14 в суміжному до робочого колеса 8 ряду 9 із зсувом не меншим 15°, дозволило звести до мінімуму несприятливий вплив нерівномірності потоку і прибрати з потоку небезпечну частоту збурення рівну подвоєній частоті обертання ротора (другій гармоніці). У результаті було одержано істотне підвищення довговічності машини. Згідно з винаходу, було виготовлено і випробувано в промислових умовах два осьові вентилятори із зовнішнім діаметром по лопатках робочого колеса 4,2 м. Результат експлуатації, виготовлених згідно з винаходом, осьових вентиляторів протягом двох років підтвердив можливість досягнення технічного результату, що полягає в підвищенні надійності і виключенні аварійних ситуацій. В порівнянні з осьовим вентилятором типу АР-42/18 фірми Kunhle Kopp Kaush, в яких обрив лопаток відбувався приблизно 2-3 рази на рік з аварійними руйнуваннями, вартість відновлення яких складає більш 50000€, в пропонованому осьовому вентиляторі за період експлуатації більше двох років аварійних ситуацій не спостерігалося. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 1. Осьовий вентилятор, який містить дифузор, спрямний і напрямний апарати, циліндричний роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами листових радіальних стояків, жорстко пов'язаних з циліндричним роз'ємним корпусом і стаканом, який відрізняється тим, що листові радіальні стояки виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стояків з боку передньої кромки, при цьому встановлені листові радіальні стояки обернені своєю вгнутістю назустріч потоку робочого середовища. 2. Осьовий вентилятор за п. 1, який відрізняється тим, що вигин в листовому радіальному стояку виконаний на 1/3 її ширини. 3. Осьовий вентилятор за п. 1, який відрізняється тим, що радіальні стояки ряду, суміжного з робочим колесом, розміщені один щодо одного з кутовим зсувом по колу не менше 15° і листові стояки мають вигин під кутом 15-20°. 4. Осьовий вентилятор за п. 1, який відрізняється тим, що радіальні листові стояки ряду, суміжного з направляючим апаратом, встановлені з кутовим зсувом по колу на 2-3° у напряму обертання робочого колеса щодо радіальних стояків суміжного з робочим колесом ряду і мають вигин під кутом 25-30°. 3 UA 107548 C2 4 UA 107548 C2 5 UA 107548 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 6