Робоче колесо радіального вентилятора

Реферат: Робоче колесо радіального вентилятора містить розташовані між провідним і переднім дисками загнуті назад профільні лопатки. Передній диск виготовлений плоским. Розміри ширини лопаток на виході колеса із плоским переднім диском стосовно розміру ширини лопаток на виході колеса з конічним переднім диском установлюють із урахуванням коефіцієнта: Kb2  b 2 лn , b 2 лк де b2лn - ширина лопатки на виході колеса із плоским переднім диском; b2лк - ширина лопатки на виході колеса з конічним переднім диском. UA 81319 U (12) UA 81319 U UA 81319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до вентиляторобудування та може бути застосована при виробництві радіальних вентиляторів головного провітрювання шахт і рудників в умовах заводувиробника. Пропоноване робоче колесо радіального вентилятора може бути застосоване в інших галузях промисловості, наприклад, для загальнопромислової вентиляції, в установках кондиціювання повітря, у хімічних технологіях, де необхідне провітрювання при виготовленні спеціальних видів продукції. При виробництві вентиляторів радіального типу, наприклад, для умов провітрювання вугільних шахт, коли ці машини мають значні габаритні розміри (колесо самого потужного радіального вентилятора досягає приблизно 5 м), для зменшення вартості виготовлення, наприклад такого робочого колеса, потрібно застосувати найбільш просту й мінімальну за вартістю технологічну операцію при виготовленні його елементів, таких як дисків і лопаток. Найбільш близьким по технічній суті й функціональному призначенню, який може бути отриманий, є прототип колеса радіального типу шахтного вентилятора головного провітрювання ВЦД-47У [1]. Робоче колесо радіального вентилятора містить розташовані між провідним і переднім дисками загнуті назад профільні лопатки. Відоме робоче колесо радіального вентилятора має конусний передній диск і циліндричний основний диск, між якими розташовані профільні, загнуті назад лопатки. 3 -1 Вентилятор ВЦД-47У має в номінальному режимі подачу повітря 400 м ·с , статичний тиск 620 даПа й статичний ККД 0,85. По аеродинамічних параметрах і потужності електропривода до 4000 кВт цей вентилятор призначений для глибоких і найбільш складно провітрюваних шахт із глибинами вуглевидобутку понад 1000 м. Аеродинамічна схема вентилятора з конусним переднім диском робочого колеса була розроблена НДІГМ імені М.М. Федорова, де модельні аеродинамічні випробування на 1 аеродинамічному стенді з діаметром камери 1500 мм і частотою обертання ротора 1500 хв.довели її високі переваги в порівнянні з іншими аеродинамічними схемами [4]. Так, максимальне значення повного ККД модельного, а пізніше й натурного зразка вентилятора ВЦД-47У в шахтних умовах склало 0,9 і 0,85 (по статичному тиску), що було й залишається вищим досягненням світового вентиляторобудування. Аеродинамічна схема вентилятора під шифром Ц 36-15 з колесом, що мають опукло-вгнуті профільні лопатки, була опублікована на стор.100 у довіднику [4] та в монографії [5]. Пізніше була спроектована й виготовлена вентиляторна установка ВЦД-47У для головного провітрювання шахт [1]. Недоліком прототипу є конструктивна особливість робочого колеса, виготовлення якого є складним технологічним процесом. Задачею корисної моделі, яка заявляється, є спрощення технології виготовлення робочого колеса вентилятора без зниження аеродинамічних показників подачі, тиску й ККД. Поставлена задача вирішується тим, що робоче колесо радіального вентилятора, у якому між провідним і переднім дисками розташовані загнуті назад профільні лопатки, відповідно до корисної моделі, передній диск виготовлений плоским, при цьому розміри ширини лопаток на виході колеса із плоским переднім диском стосовно розміру ширини лопаток на виході колеса з конічним переднім диском встановлено із урахуванням коефіцієнта: Kb2  b 2 лn b 2 лк , де b2лn - ширина лопаток на виході колеса із переднім плоским диском; 45 50 55 b2лк - ширина лопаток на виході колеса з переднім конічним диском. , , Коефіцієнт ширини лопаток K b 2 колеса знаходиться в межах Kb 2  110...130 . Пропонована конструкція робочого колеса радіального вентилятора забезпечує значне спрощення технології виготовлення плоского переднього диска в порівнянні з конічним, що для різних геометричних розмірів коліс (діаметра А - основного параметра колеса, лопаток колеса) вентилятора створює також економічний ефект, що входить у вартість колеса й вентилятора в цілому. Цей ефект для одного вентилятора подвоюється, тому що вентиляторна установка головного провітрювання вугільних і рудних шахт складається із двох вентиляторів (один у роботі, другий - резервний). Крім спрощення технології при виготовленні самого переднього диска колеса більш технологічним з меншою трудомісткістю виконується складна робота з регулювання й монтажу лопаток колеса в місцях їх розташування в переднього плоского диска в порівнянні з конічним з наступними зварювальними роботами, що забезпечують єдину зварену жорстку конструкцію: передній диск, робоча загнута назад профільна лопатка, основний диск. Отримане таким чином робоче колесо радіального вентилятора із плоским переднім диском 1 UA 81319 U 5 має економічні й технологічні переваги в порівнянні з колесом з конічним переднім диском, що в умовах виробництва вентиляторів у машинобудуванні має вирішальне значення. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: фіг. 1 - розріз колеса радіального вентилятора із конусним переднім та циліндричним провідним диском; фіг. 2 - розріз колеса радіального вентилятора із плоским переднім диском та циліндричним провідним диском; фіг. 3 - залежність величин коефіцієнтів ширини лопаток K b на виході робочих коліс від номінальних значень подач вентиляторів. На фіг. 1 представлений розріз по осі колеса радіального вентилятора, який має передній конічний диск 1, ведучий диск 2, між покривним конічним диском і циліндричним провідним диском розташовані профільні загнуті назад опукло-вгнуті лопатки 4, ведучий диск з'єднується з головним валом за допомогою ступиці 3. На фіг. 2 показаний розріз по осі колеса радіального вентилятора, який має плоский передній диск 1, ведучий диск 2 і розташовані між ними профільні загнуті назад опукло-вгнуті лопатки 4. Основний диск за допомогою ступиці 3 кріпиться болтами, а сама ступиця на шпонці по пресовій посадці монтується на головному валу вентилятора. 2 10 15 20 25 30 35 40 Розташовані на фіг. 3 точки кривої відповідають наведеним у таблиці значенням Kb2 відповідних вентиляторів: 1 - ВЦП-16 - прохідницький радіальний вентилятор, виготовлений за аеродинамічною схемою Ц38-12 ІГМ і ТК ім. М.М. Федорова; 2 - ВЦ-25- радіальний вентилятор головного провітрювання шахт, розроблений за аеродинамічною схемою Ц35-15 ІГД АН УРСР ім. М.М. Федорова й призначений для провітрювання вугільних шахт; 3 - ВЦ-31,5М2 - радіальний вентилятор для провітрювання вугільних шахт, розроблений за аеродинамічною схемою Ц36-15 ВНДІГМ ім. М.М. Федорова; 4 - ВЦ-45 радіальний вентилятор для провітрювання вугільних шахт, розроблений за аеродинамічною схемою Ц40-10 інституту "Донгіпровуглемаш"; 5 - ВЦД-31,5М2 радіальний вентилятор для провітрювання вугільних шахт, розроблений за аеродинамічною схемою Ц36-15 ВНДІГМ ім. М.М. Федорова; 6 - ВРЦД-4,5 - рудничний вентилятор для провітрювання рудників чорної металургії й вугільних шахт, розроблений за аеродинамічною схемою Ц40-10×2 інституту "Донгіпровуглемаш"; 7 - ВЦД-47,5 УМ - радіальний вентилятор для провітрювання глибоких вугільних шахт - один із самих потужних вентиляторів головного провітрювання, розроблений за аеродинамічною схемою Ц36-15 × 2 ВНДІГМ ім. М.М. Федорова й інституту "Донгіпровуглемаш"; 8 - ВЦД-47М "Північ" – радіальний вентилятор для провітрювання потужних рудників кольорової металургії, розташованих у Заполяр'ї (Росія), виготовлений за аеродинамічною схемою Ц36-15 ВНДІГМ ім. М.М. Федорова. Крива А - відображує залежність коефіцієнтів ширини лопаток Кк на виході робочого колеса від номінальних значень подач відповідних радіальних вентиляторів. Слід зазначити, що точки на кривій А були отримані на відповідних моделях і натурних шахтних зразках вентиляторів, збіг значень яких можна вважати цілком задовільним. Таблиця Радіальні вентилятори № головного крапки провітрювання шахт 1 ВЦП-16 2 ОЦ-25М 3 ОЦ-31,5М2 4 ОЦ-45 5 ВЦД-1,5М2 6 ВРЦД-4,5 7 ВЦД-47,5 УМ 8 ВЦД-47М "Північ» Частота обертання 1 ротора, хв.1470 750 600 500 600 500 500 490 Діаметр Номінальна 3 -1 колеса, м подача, м .с 1,6 2,5 3,2 4,6 3,2 4,6 4,75 4,7 2 25 32 125 200 250 360 450 510 Статичний ККД K b 0,86 0,86 0,85 0,83 0,85 0,85 0,85 0,84 2 1,11 1,16 1,25 1,29 1,27 1,19 1,13 1,1 UA 81319 U Коефіцієнти ширини лопаток K b на виході робочих коліс, представлених у таблиці і на кривій А вентиляторів, відповідають максимальним статичним ККД 0,84-0,85 у межах 2 , , коефіцієнтів Kb  110...130 , що забезпечує максимальну енергоефективність вентиляторів і вентиляторних установок, у яких згідно із Правилами безпеки у вугільних шахтах повинні бути змонтовані два вентилятори, один робочий, другий резервний [6]. Після виготовлення моделей коліс (фіг. 2) з діаметрами 0,5 м і проведення відповідних експериментальних досліджень радіального вентилятора по визначенню аеродинамічних характеристик варіантів цих моделей вентиляторів на аеродинамічному стенді з діаметром 2 5 10 15 камери 1,5 м з різними розмірами ширини лопаток b 2 на виході коліс були встановлені безрозмірні коефіцієнти подачі, тиску та ККД модельних вентиляторів. На підставі отриманих таким чином безрозмірних характеристик моделей вентиляторів із плоскими передніми дисками 1 робочих коліс за законами подібних процесів були зроблені розрахунки натурних аеродинамічних характеристик нового вентилятора ВДД-47,5УМ з діаметром колеса 4,75 м і 1 частотою обертання ротора 500 хв.- [2]. За результатами експериментальних досліджень моделей і відповідних розрахунків характеристик натурних вентиляторів з вище наведеними в таблиці діаметрами робочих коліс і частотами обертання роторів встановлений діапазон , , коефіцієнтів Kb  110...130 , при якому зберігаються вихідні аеродинамічні параметри й досягається ефект по технологічності виготовлення пропонованого робочого колеса із плоским переднім диском робочого колеса радіального вентилятора (фіг. 2). Найменш трудомісткими за технологією виготовлення й кріплення лопаток колеса 4 до плоского переднього диска 1 є технологічні операції на робочих колесах найбільш потужних шахтних вентиляторів, наприклад, 2 20 25 ВЦД-47,5УМ і ВЦД-47А "Північ" для шахт і рудників, що мають діаметри робочих коліс D 2 приблизно 5,0 м і потужність привідних електродвигунів близько 5000 кВт. З монографії [5] відомо, що подача Q вентилятора радіального типу визначається співвідношенням: Q    D2  b2  2  Q  C2m , де Q - подача повітря вентилятора, м3·с-1; D 2 - діаметр робочого колеса, м; 30 b 2 - ширина лопатки на виході колеса;  2 - коефіцієнт заповнення активним потоком вихідного перерізу колеса; Q - об'ємний ККД вентилятора; C 2m - видаткова складова швидкості повітряного потоку на виході з колеса, м.з-1 [5]. 35 40 45 50 При цьому заміна конічного (фіг. 1) на плоский передній диск колеса (фіг. 2) змінює аеродинамічну схему колеса, що створює можливість виникнення зони завихрення потоку з внутрішньої сторони переднього диска. Для одержання однакового номінального режиму або близького до нього по ВДД-47,5УМ аеродинамічним параметрам подачі, статичного тиску й статичного ККД вентилятора при заміні переднього конічного диска на плоский (фіг. 2), слід збільшити ширину лопатки робочого колеса на виході b 2 , щоб виконати вимоги стандарту на випуск заводом-виробником вентиляторів [3], що обґрунтовані експериментально на моделях вентиляторів при їхніх випробуваннях на аеродинамічних стендах у лабораторних умовах. Отримані безрозмірні коефіцієнти подач, статичних тисків і статичних ККД модельних вентиляторів є науково-технічною базою для визначення аеродинамічної можливості зміни конструкції колеса, при якій необхідні умови стандарту [3] виконуються. Поставлена задача вирішується за допомогою аеродинамічного моделювання вентиляторів на аеродинамічних стендах у лабораторних умовах НДІГМ імені М.М. Федорова по стандарту й вибору кращих варіантів. Спроектовані моделі коліс по одній аеродинамічній схемі Ц36-15 були виготовлені з конічними й плоскими передніми дисками та різною шириною лопаток b 2 на виході коліс 1 моделей, які мали діаметри 0,5 м і частоту обертання роторів 1500 хв.- . Розрахунками й експериментальними даними моделей визначені коефіцієнти K b (фіг. 3) для восьми вентиляторів, які виготовляються ПАТ "Донецькгормаш" (м. Донецьк, Україна) і Артемівським машзаводом Свердловської області в Росії (ВЦП-16 ІВЦ-25М). 2 3 UA 81319 U 5 10 15 Вентилятори по стандарту, [3], ВЦ-31,5М2, ВЦД-31,5М2 і ВЦД-47,5УМ виготовляються із плоскими передніми дисками, а ВЦД-47А "Північ" - з конічними передніми дисками за аеродинамічною схемою Ц36-15 НДІГМ ім. М.М. Федорова. Вентилятори ВЦП-16 і ВЦ-25М мають конічні передні диски й розроблені по схемах ІГМ і ТК ім. М.М. Федорова Ц38-12 И Ц3515 відповідно. Вентилятори ВЦ-45 і ВРЦД-4,5 розроблені за аеродинамічною схемою однобічного усмоктування Ц40-10 і Ц40-10×2 двостороннього усмоктування інституту "Донгіпровуглемаш", у яких передні диски були розроблені плоскими. Для підвищення аеродинамічних параметрів вентиляторів Артемівського заводу ВЦП-16 і ВЦ-25, а також спрощення конструкцій їх робочих коліс (виготовлення плоских передніх дисків і зменшення числа лопаток коліс із 8 до 6) пропонується застосувати для досягнення економічного ефекту нову аеродинамічну схему Ц36-15 із плоскими передніми дисками робочих коліс, що доведене при експериментальних дослідженнях моделі Ц36-15 і натурних зразків вентиляторів. На фіг. 3 представлені експериментальні величини, отримані перерахунком з модельних параметрів, після чого побудована експериментальна усереднена крива А залежності коефіцієнтів ширини лопаток K b від номінальних значень восьми радіальних вентиляторів (див. таблицю). При цьому вентилятори ВЦ-45, ВРЦД-4,5, виготовлені раніше і зняті з виробництва, а в цей час випускаються на замовлення шахт і рудників вентилятори ВЦ-31,5М2, ВЦД-31,5М2, ВЦД-47,УМ. Вентилятори ВЦД-47М "Північ" експлуатуються в Заполяр'ї для провітрювання рудників Норильского гірничо-металургійного комбінату. Корисна модель обґрунтовано доказана на моделях і в шахтних умовах за результатами випробувань шахтних вентиляторів і апробована протягом тривалої їхньої експлуатації, понад їх нормативних строків експлуатації 14 і 20 років відповідно. 2 20 25 30 35 40 45 Позначення межі коефіцієнтів K b (фіг. 3) дає можливість оцінити переваги аеродинамічної схеми Ц 36-15 у порівнянні з іншими схемами радіальних вентиляторів при виконанні переднього диска робочого колеса плоским, що більш ефективно за технологією виготовлення колеса й по аеродинамічним параметрам подачі, статичного ККД вентилятора й підвищення його енергоефективності (без зниження номінальних показників цих параметрів). Поставлена задача вирішена зміною форми переднього диска з конічного на плоский. Джерела інформації: 1. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: Справочник. Бабак Г.А., Бочаров К.П., Волохов А.Т., Горбатенко Н.М., Давлюд И.М., Кузнецов А.В., Раскин И.А. М., Недра, -1982,-296 с. 2. Носирев Б.А., Белов СВ. Вентиляторні установки шахт і метрополітенів. Навчальний посібник. Єкатеринбург. Видавництво Уральської державної гірничо-геологічної академії, -2000,278 с. 3. Вентиляторы шахтные главного проветривания. Технические условия. ГОСТ 11004-84, с дополнениями с 01.01.1992 г. 4. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики. Справочник. М., Машиностроение, -1980,-176 с., ил. 5. Ковалевская В.И., Бабак Г.А., Пак В.В. Шахтные центробежные вентиляторы. М., - Недра, -1976.-320 с. Там же «§3". Синтез аэродинамической схемы вентилятора, с. 79-82. 6. Правила безопасности в угольных шахтах. НПАОП 10.0-1.01-10. Харьков. - Издательство "Форт".-2010.-255 с. 2 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 1. Робоче колесо радіального вентилятора, що містить розташовані між провідним і переднім дисками загнуті назад профільні лопатки, яке відрізняється тим, що передній диск виготовлений плоским, при цьому розміри ширини лопаток на виході колеса із плоским переднім диском стосовно розміру ширини лопаток на виході колеса з конічним переднім диском установлюють із урахуванням коефіцієнта: Kb2  55 b 2 лn , b 2 лк де b2лn - ширина лопатки на виході колеса із плоским переднім диском; b2лк - ширина лопатки на виході колеса з конічним переднім диском. 4 UA 81319 U 2. Робоче колесо за п. 1, яке відрізняється тим, що коефіцієнт ширини лопаток Kb2 колеса знаходиться в межах Kb2  110...130 . , , 5 UA 81319 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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