Осьовий вентилятор

Реферат: Осьовий вентилятор містить дифузор, спрямний і направляючий апарати, циліндричний роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами листових радіальних стійок, жорстко пов'язаних з циліндричним роз'ємним корпусом і стаканом. Листові радіальні стійки виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стійок з боку передньої кромки, при цьому встановлені листові радіальні стійки обернуті своєю вгнутістю назустріч потоку робочого середовища. UA 92302 U (54) ОСЬОВИЙ ВЕНТИЛЯТОР UA 92302 U UA 92302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування і може бути використаний в осьових вентиляторах, зокрема у вузлі кріплення ротора осьового вентилятора. Відомий осьовий вентилятор (Патент RU № 2150030, С1 від 23.12.1998р., МПК 7 F04D19/00, F04D29/40, опублікованому 27.05.2000р.), що містить дифузор, спрямний і направляючий апарати, циліндровий корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і радіальні стійки, жорстко пов'язані з корпусом і стаканом. На відміну від заявленої корисної моделі 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 стійок. Також відомий осьовий вентилятор (Патент RU № 2219376 С2 від 27.02.2002р., МПК 7 F04D29/36, опублікованому 20.12.2003р.), що містить дифузор, спрямний і направляючий апарати, циліндровий корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і радіальні стійки, жорстко пов'язані з корпусом і стаканом. На відміну від заявленої корисної моделі в приведеному винаході радіальні стійки виконані прямолінійними. Найближчим аналогом до заявленої корисної моделі за сукупністю ознак і технічному результату, що досягається, є осьова тягодуттьова машина АР-42/18 фірми Kunhle Kopp Kaush, що містить дифузор, спрямний і направляючий апарати, циліндровий роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами радіальних стійок жорстко пов'язаних з корпусом і стаканом, причому в ближньому до робочого колеса ряду стійки двох видів: профільні, для пропуску комунікацій, і плоскі листові, в ближньому до направляючого апарату ряду всі стійки 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). (Копія додається). На відміну від заявленої корисної моделі в приведеній осьовій тягодуттьовій машині радіальні листові стійки виконані плоскими прямолінійними і всі вони розміщені один щодо одного із зсувом не більше 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). (Копія додається). Ця нерівномірність утворюється за радіальними стійками, що підтримують ходову частину ротора, і одночасно створюючими перешкоди набігаючому на робоче колесо потоку. Ці перешкоди тим інтенсивніше, чим сильніше поворот потоку в направляючому апараті, тим більше, що по технічній характеристиці машини розрахункова крапка відповідає куту повороту лопаток вхідного направляючого апарату (ВНА) на кут θвна=30°. При цьому, згідно з виконаним дослідженням, за радіальними стійками перед робочим колесом утворюються вихрові зони, що охоплюють до 1/3 прохідного перетину, що відповідає центральному куту 12-15°. В той же час неспівпадання діагонально розташованих радіальних стійок 2 (кут 39,375° від горизонталі) і пара стійок 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 стійки прототипу створювали затінений ефект, завдяки чому безпосередньо перед і в зоні роботи робочого колеса вентилятора в потоці утворювалася могутня вихрова зона. Малий зсув протилежних стійок 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 корисної моделі поставлена задача удосконалити осьовий вентилятор шляхом зміни конструктивних особливостей радіальних стійок і їх взаємного розміщення, забезпечити 1 UA 92302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оптимальний режим для проходу набігаючого на робоче колесо потоку, при якому досягається велика 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. Задача вирішена тим, що в осьовому вентиляторі, який містить дифузор, спрямний і направляючий апарати, циліндровий роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами листових радіальних стійок, жорстко пов'язаних з роз'ємним корпусом і стаканом, згідно корисної моделі, листові радіальні стійки виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стійок з боку передньої кромки, при цьому встановлені листові радіальні стійки обернуті своєю угнутістю назустріч потоку робочого середовища. Згідно з корисною моделлю в осьовому вентиляторі вигин в листовій радіальній стійці виконаний на 1/3 її ширини. Згідно з корисною моделлю в осьовому вентиляторі радіальні стійки ряду, суміжного з робочим колесом, розміщені один щодо одного з кутовим зсувом по колу не менше 15° і листові стійки мають вигин під кутом (15-20)°. Згідно з корисною моделлю, в осьовому вентиляторі радіальні листові стійки ряду, суміжного з направляючим апаратом встановлені з кутовим зсувом по колу на (2-3)° по напряму обертання робочого колеса щодо радіальних стійок суміжного з робочим колесом ряду і мають вигин під кутом (25-30)°. Виконання листових радіальних стійок криволінійними, кривизна, яких утворена вигином уздовж ширини стійок з боку передньої ї кромки і розміщення згаданих радіальних стійок, обернутих своєю вгнутістю назустріч потоку робочого середовища з відповідними кутовими зсувами один щодо одного і радіальних стійок 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. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями, де на: фіг. 1 - конструктивна схема осьового вентилятора; фіг. 2 - осьовий вентилятор в перетині А-А на фіг. 1; фіг. 3 - осьовий вентилятор в перетині Б-Б на фіг. 1; фіг. 4 - розгортка В-В по зовнішній поверхні стакана з перетинами радіальних стійок на фіг. 2 і 3; фіг. 5 - вид Г на фіг. 4 з зазначенням параметрів вигину листових радіальних стійок і їх взаємного кутового розміщення. Осьовий вентилятор містить дифузор 1, спрямний 2 і направляючий 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 стійок 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 стійки 13, жорстко пов'язані із стаканом 6 і нижньою половиною роз'ємного корпусу 4, і листові радіальні стійки 14, жорстко пов'язані із стаканом 6 і верхньою половиною роз'ємного корпусу 4. Суміжний з направляючим апаратом 3 ряд 10 містить листові радіальні стійки 15 жорстко пов'язані із стаканом 6 і роз'ємним корпусом 4. Листові радіальні стійки 14 і 15 в обох рядах виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стійок 14 і 15 з боку передньої кромки 16. Листові радіальні стійки 14 і 15 встановлені обернутими своєю угнутістю 17 назустріч потоку робочого середовища. При цьому вигин в листових радіальних стійках 14 і 15 виконаний на 1/3 їх ширини. Листові радіальні стійки 14 ряду 9, суміжного з робочим колесом 8, розміщені один щодо одного з кутовим зсувом по колу не менше 15°. Листові радіальні стійки 14 мають вигин уздовж ширини під кутом (15-20)°. Радіальні листові стійки 15 ряду 10, суміжного з направляючим апаратом З, встановлені з кутовим зсувом по колу на (2-3)° по напряму обертання робочого колеса 8 щодо листових радіальних стійок 14 суміжного з робочим колесом 8 ряду 9 і мають вигин уздовж ширини під кутом (25-30)°. Відомості, підтверджуючі можливість здійснення корисної моделі. 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 направляючим апаратом, до 2 UA 92302 U 5 10 15 20 25 30 35 виходу потоку з випрямляючого апарату. Потік, що виходить з направляючого апарату під кутом -30°±5° (з невеликими коливаннями на вимогу виробництва), входячи в прохід між радіальними стійками поступово виположується (приймає все більш осьовий напрям). Тому оптимальний кут вигину вхідної кромки листових радіальних стійок 15 суміжного з направляючим апаратом 3 зменшується на 5° порівняно з (30°±5)° і складає (25-30)°. В суміжному до робочого колеса 8 ряду 9, де потік сильніше виположується, оптимальний кут вигину вхідної кромки листової радіальної стійки 14 зменшується на (10-15)° і складає (15-20)°. Кутовий зсув по колу листових радіальних стійок 15 ряду 10, суміжного з направляючим апаратом 3 на (2-3)° по напряму обертання робочого колеса щодо радіальних стійок 14 суміжного з робочим колесом ряду 9, дозволив малу, але достатню, частину потоку направити по опуклій (тильній) стороні стійки 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 радіальної стійки 14 починають зриватися невеликі вихори, що говорить про потовщення прикордонного шару і погіршення якості потоку. Вигин назустріч набігаючому потоку листових радіальних стійок в обох рядах 9 і 10, згідно з корисною моделлю, на кут (25-30)° у ряді 10 суміжному з направляючим апаратом 3 і на кут (1520)° у ряді 9 суміжному до робочого колеса 8, де потік вже виположений, при куті повороту лопаток направляючого апарату -30°, забезпечив безударний вхід потоку між радіальними стійками. Перерозподіл потоку, зменшення довжини прямолінійної ділянки листових радіальних стійок уздовж осі машини на 1/3 ширини кожної стійки, розрив потоку, напрямом частини його до робочого колеса 8 між радіальними стійками, здування поверхневих шарів, дозволили значно (приблизно удвічі) зменшити розміри і потужність вихору. Оптимальне розташовування радіальних стійок 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 корисною моделлю, 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 корисною моделлю, 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 КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Осьовий вентилятор, який містить дифузор, спрямний і направляючий апарати, циліндричний роз'ємний корпус, усередині якого концентрично встановлений колектор-обтічник, стакан з опорним підшипниковим вузлом і робочим колесом, і двома рядами листових радіальних стійок, жорстко пов'язаних з циліндричним роз'ємним корпусом і стаканом, який відрізняється тим, що листові радіальні стійки виконані криволінійними, кривизна яких утворена вигином уздовж ширини згаданих стійок з боку передньої кромки, при цьому встановлені листові радіальні стійки обернуті своєю вгнутістю назустріч потоку робочого середовища. 2. Осьовий вентилятор за п. 1, який відрізняється тим, що вигин в листовій радіальній стійці виконаний на 1/3 її ширини. 3. Осьовий вентилятор за п. 1, який відрізняється тим, що радіальні стійки ряду, суміжного з робочим колесом, розміщені один щодо одного з кутовим зсувом по колу не менше 15° і листові стійки мають вигин під кутом (15-20)°. 4. Осьовий вентилятор за п. 1, який відрізняється тим, що радіальні листові стійки ряду, суміжного з направляючим апаратом встановлені з кутовим зсувом по колу на (2-3)° по напряму обертання робочого колеса щодо радіальних стійок суміжного з робочим колесом ряду і мають вигин під кутом (25-30)°. 3 UA 92302 U 4 UA 92302 U 5 UA 92302 U 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