Лопатний направляючий апарат осьового вентилятора

1 Лопаточный направляющий аппарат осево го вентилятора, содержащий установленные в обечайке за рабочим колесом лопатки, распреде ленные нера вномерно по окр ужности колеса за счет смещения по окружности относительно друг др уга, отл ича ющийс я тем , что лопа тки в чере дующемся порядке смещены по оси относительно др уг др уга , причем ве личина осе во го сме щения соответствует следующему соотношению l/lch= 0,4-0,7, Преимущественно l/lch =0,5, где I - величина смещения, l/lch - длина направляющей лопатки, а смещение по окружности составляет 5-15°, преимущественно 10°. 2 Лопаточный направляющий аппарат по п 1, от личающийся тем, что входные кромки соседних лопаток срезаны на разные расстояния с образо ванием смещенных в осевом направлении чере дующи хся лопаток 3 Лопаточный направляющий аппарат по п 2, от личающийся тем, что лопатки смещены по окруж ности относительно друг друга с постоянным сме щением, при этом расстояние по окружности меж ду соседними лопатками установлено в пределах двух заданных величин 4 Лопаточный направляющий аппарат по любому из пп 1-3, отличающийся тем, что обечайка сос тоит из двух колец, установленных по оси др уг за другом, при этом чередующиеся лопа тки закреп лены на разных кольцах 5 Лопаточный направляющий аппарат по п 4, от личающийся тем, что кольца смещены по окруж ности относительно друг друга 6 Лопа то чный н апра вляющий аппа ра т по лю бом у из пп 1-5 , о тли чающи йся тем , что вхо д ная кромка лопа тки по всей вы со те выполнен а , вогн утой , при этом длина лопатки в ее средней части меньше , чем длин а лопа тки на периферии или у корня 7 Лопаточный направляющий аппарат по любому из пп 1-6 , о тли чающийся тем, что количество направляющих лопаток составляет 0,5 - 2,1 числа лопаток рабочего колеса емО t CM Настоя щее изо бре тение о тно си тся к лопато чном у напра вляющем у аппа ра ту осе во го вен ти ля тора , предназн аченно го для прео бразования вра ща тельно й составляющей скоро сти газо во го по тока после про хождения е го через крыльча тк у, преим уществен но, в осевую скорость Обычно газовый поток с крыльчатки осевого вентилятора вращается Эта вращательная энергия может быть переведена в полезную энергию с помощью лопаточного направляющего аппарата на выходе с вентилятора Такое устройство преобразует враща тельную скорость потока в осевую составляющую скорости При этом растет давление газов и повышае тся коэффициент полезного действия вентилятора Однако в то же время повышается обычно уровень звука Звук от вентилятора содержит тональные составляющие, т е тоны с дискретными частотами, и широкополосный шум с непрерывным частотным спектром Были первоначально значительные усилия, чтобы понизить тональные составляющие, с помощью подходящих устройств и оснащения направляющих лопаток на выходе с вентилятора Соответственно, главный вывод состоит в том, что производимые шумы уменьшаются по мере увеличения расстояния между крыльчаткой и направляющими лопатками [1] Было установлено однако, что это не всегда применимо 27414 За прототип заявляемого изобретения принят лопаточный направляющий аппарат осевого вентилятора, содержащий установленные в обечайке за рабочим колесом лопатки, распределенные неравномерно по окружности колеса за счет смещения по окружности относительно друг друга [2] Установлено, что неравномерное распределение направляющих лопаток по обечайке может способствовать усовершенствованию определенных акустических параметров, хотя установлено также, что большие отклонения от равномерного распределения направляющих лопаток способствуют росту аэродинамических недостатков Известно, что определенные акустические характеристики могут быть усовершенствованы путем вырезания из чередующихся направляющих лопаток, в их передней части, некоторой доли В основу изобретения поставлена задача улучшения акустических характеристик лопаточного направляющего аппарата осевого вентилятора путем оптимального конструктивного сочетания осевого смещения и смещения по окружности его направляющих лопаток, что обеспечивает чередование расстояний между прилежащими направляющими лопатками, обуславливающее изменение траектории газового потока с ослаблением его звуковой тональности в широком спектре звуковых частот Поставленная задача достигается за счет того, что в лопаточном направляющем аппарате осевого вентилятора, содержащем установленные в обечайке за рабочим колесом лопатки, распределенные неравномерно по окружности колеса за счет смещения по окружности относительно друг друга, согласно изобретению, лопатки в чередующемся порядке сме щены по оси о тноси те льно друг др уга, причем величина осевого смещения соответствует следующему соотношению l/lch = 0,4 - 0,7, преимущественно l/lch = 0,5, где I - величина смещения, l/lch - длина направляющей лопатки, а смещение по окружности составляет 5-15°, преимущественно 10° При этом входные кромки соседних лопаток срезаны на разные расстояния с образованием смещенных в осевом направлении чередующи хся лопаток, а сами лопатки смещены по окружности относительно друг др уга с постоянным смещением, причем расстояние по окружности между соседними лопатками установлено в пределах двух заданных величин Обечайка состоит из двух колец, установленных по оси друг за другом, при этом чередующиеся лопатки закреплены на разных кольцах, а кольца смещены по окружности относительно друг друга Входная кромка лопатки по всей высоте выполнена вогнутой, при этом длина лопатки в ее средней части меньше, чем длина лопатки на периферии или у корня, а количество направляющих лопаток составляет 0,5 - 2,1 числа лопаток рабочего колеса На фиг 1 показано, как может быть уменьшена сила в о тдельном тоне звука путем смешения направляющих лопаток по окружному направ лению обечайки направленных лопаток Из этого чертежа видно также, что в то же самое время увеличивается шум на высокой частоте, примерно выше 500 Гц Измерения были проведены при частоте вра щения вентилятора п=970 об/мин и со смещением чередующи хся направляющи х лопаток при р =10° и р = 0° Согласно изобретению, чередующиеся направляющие лопатки находятся на первом осевом расстоянии от вентилятора, а остальные лопатки на втором расстоянии, одновременно с этим направляющие лопатки неравномерно распределены по окружности обечайки направляющих лопаток Предпочтительно, чтобы чередующиеся направляющие лопатки были расположены по окружности относительно остальных лопаток с постоянным смешением таким образом, чтобы расстояние по окружности между прилежащими направляющими лопатками чередовалось между двумя заданными значениями Такое размещение снижает как отдельные тоны, так и общий широкополосный шум от вентилятора В дополнение к этому сочетание осевого смещения и смещения по окружности направляющих лопаток способствует повышению коэффициента полезного действия венти лятора по сравнению с устройствами, использующими размещение направляющих лопаток только с одним осевым смещением направляющих лопаток или только с одним поворотом их по окружности При комбинации мер согласно этому усовершенствованному устройству, согласно настоящему изобретению, достигнуты весьма важные преимущества как в части акустики, так и в части коэффициента полезного действия, значительно превосходящие эффект, дости гаемый при отдельных мерах с осевым смещением и с круговым поворотом направляющих лопаток В соответствии с дальнейшим усовершенствованным исполнением устройства согласно настоящему изобретению обечайка направляющих лопаток разделена на два кольца, размещенных по оси один за другим, при этом чередующиеся направляющие лопатки удерживаются на одном кольце, а другие направляющие лопатки - на другом кольце, и кольца выполнены с осевым смещением один от другого или повернутыми радиально относительно друг друга вокруг общей оси Благодаря этому появляется возможность регулировать размещение направляющих лопаток простым образом, чтобы достигн уть оптимальных условий эксплуатации В соответствии с дальнейшим улучшенным исполнением изобретения, в части, обращенной к крыльчатке, направляющие лопатки выполнены в форме перемычки между радиальными наружной и внутренней частями направляющей лопатки, таким образом, что длина по дуге направляющей лопатки, изогнутой по единственной кривой, на уровне перемычки короче, чем упомянутые наружная и внутренняя части Осевое смещение направляющих лопаток, составляющее 0,4 - 0,7 l/lch в сочетании со смещением их ло окружности, соответствующим 5-15°, вызывает прохождение газового потока между лопатками по траектории, вызывающей ослабление его звуковой тональности, а, следовательно, и уровень шума при работе вентилятора 27414 Реализация размещений в соотве тствии с изображением, выбранных в качестве примеров, описана далее более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано. Фиг. 1 - эффект уровня звука от вентилятора, получаемый при чередующи хся направляющих лопатках, поставленных по окружности согласно известному уровню те хники Фиг 2 - осевой вентилятор с направляющими лопатками, расставленными по потоку вентилятора Фиг 3 - схематичный вид пяти разных размещений направляющих лопаток а) направляющие лопатки расставлены одинаково согласно известному уровню те хники, б) чередующиеся направляющие лопатки, смещенные по окружности обечайки для направляющих лопаток согласно известному уровню те хники, в) чередующиеся направляющие лопатки, смещенные по осевому направлению согласно настоящему изобретению, г) комбинация осевого смещения и смещения по углу поворота окружности обечайки для направляющих лопаток в соответствии с настоящим изобретением, д) комбинация смещения по окружности и наличия выреза в чередующи хся направляющих лопатках согласно изобретению. Фиг. 4 - звуковой эффект о т вентилятора, возникающий при осевом смещении чередующихся направляющих лопаток в соотве тствии с рабочими условиями в) на фиг. 3. Фиг. 5 - действие уровня звука вентилятора при сочетании осевого смещения и смещения направляющих лопаток по окружности обечайки направляющих лопаток согласно рабочим условиям г) на фиг. 3. Фиг. 6 - снижение тональной составляющей звука при часто те лопасти в функции угло вого смещения по окружности при заданном осевом смещении. Фиг. 7 - пример реализации расстановки , при которой используются кольца для направляющи х лопаток. Фиг. 8 - отдельная форма направляющей лопатки. На фиг. 2 показан осевой вентилятор, установленный в тракте 1 и имеющий обечайку 2 направляющих лопаток, размещенную с промежутком по отношению к нему, и установленную по потоку крыльчатку 3. Количество направляющих лопаток предпочтительно в 0 5 - 2,1 раза больше числа лопастей крыльчатки. На фиг. 1 показано, что звуковой эффект от вентилятора с направляющими лопатками, размещенными согласно принципам на фиг. За и Зв, соизмерим с условиями, оговоренными выше. Из фиг. 1 видно, что смещение чередующи хся исправляющих лопаток по углу поворота окружности обечайки направляющих лопаток согласно фиг. Зв приводят к разному понижению звуковой тональной составляющей при часто те лопасти 160 Гц, в то же время имеется повышение уровня шума на частота х, превышающи х 500 Гц Фиг. 4 сравнивает эффект уровня звука от размещения направляющих лопаток согласно фиг. За и Зс. Видно, что имеется значительное снижение тона при частоте лопасти 180 Гц на 3,5 дб, хо тя существует повышение широкополосного высокочастотного шума при значениях часто т несколько выше 500 Гц Усло вия работы те же, что для фиг. 1. На фиг 5 сравниваются уро вни звука для размещения направляющих лопаток согласно фиг. За и Зд Удивительный результат по этому чертежу показывает, что сочетание осевого смещения и смещения по углу поворота окружности обечайки направляющих лопаток приводит к понижению уровня звука всего часто тного промежутка по сравнению с обычным размещением направляющи х лопаток с равномерным распределением направляющих лопаток. Фиг 5 показывает, что и дискретные тоны на низких частота х и широкополосный шум на высоких частотах ослаблены в примере исполнения по фиг. Зд Осе вое смещение направляющих лопаток составляет І/и - 0,5, где I - означает величину смещения, a Ich - длину вдоль направляющей лопатки, т.е смещение оста вляет половину длины направляющей лопатки. Смещение по углу поворота окружности составляет 10° Кривые на чертеже получены для частоты вращения вентилятора при п = 370 об/мин. На фи г 6 представлено ослабление ALw звука на частоте лопасти в функции углово го поворота р чередующи хся направляющи х лопаток при таком размещении направляющи х лопаток, когда чэредующиеся направляющие лопатки смещены также на половину длины направляющей лопатки Графики приведены для двух различных скоростей вра щения: п = 970 об/мин и п = 1430 об/мин. Эти графики показывают, что значительное понижение тональных составляющи х звука достигается при значениях угла смещения в пределах 5-15° с одновременным осевым смещением направляющих лопаток, рассматриваемым в данном случае Измерения показали также, что улучшение аэродинамической эффективности вентилятора имеется в той же зоне, где дости гается наилучшее ослабление звука. Другое акустическое выгодное исполнение устройства согласно настоящему изобретению показано на фиг. Зе. По этому исполнению доли кромочной части обращенных к крыльчатке чередующи хся направляющих лопаток вырезаны таким образом, что передняя кромка этих направляющих лопаток находится на первом осевом расстоянии 01 крыльчатки, а остальная ее часть - на втором осевом расстоянии. К тому же, направляющие лопатки распределены неравномерно по окружности обечайки. На фиг. 7 показано дальнейшее выгодное исполнение обечайки 2 направляющих лопаток в устройстве согласно настоящему изобретению. Обечайка 2 выполнена из двух колец 4 и 5, установленных на общем валу Здесь чередующиеся направляющие лопатки удерживаются на одном из двух колец, а др угие - на др угом кольце. Два кольца с взаимным осевым смещением установлены с возможностью вращения на общем валу. Благодаря этому исполнению обечайки 2 для исправляющих лопаток появляется возможность простым способом обеспечить осевым смещение и смещение по углу поворота окружности направляющих лопаток относительно друг друга так, чтобы достичь желаемых результатов. 27414 На фиг 8 показан пример реализации направляющей лопатки 6, который обнаруживает преимущества при расположении, соответствующем настоящему изобретению Кромочная часть направляющей лопатки 7, которая предназначена для установки лицом к крыльчатке, имеет край 7 параболической формы, так что между внутренней и внешней продольными кромками 8 и 9 направляющей лопатки 6 имеет 80 125 200 3 15 500 ся перемычка с длиной L.2. которая по длине лопатки короче, чем кромки Li и 1.3, соответственно Направляющая лопатка имеет прямую заднюю кромку 10 Если высоту перемычки, измеренную от внутренней продольной кромки 8 обозначать Hi, а всю высоту направляющей лопатки - Нг, то положение перемычки определяется условием 0,4 < Н1/Н2 < 0,9, предпочтительно 0,5 < Ні/Нг