Канальний вентилятор

Корисна модель відноситься до вентиляційної техніки, а саме, до канальних вентиляторів з радіальним робочим колесом. З рівня техніки відомі канальні вентилятори з радіальним робочим колесом. Так, з опису винаходу до патенту США №5810557, МПК F04D 17/08, НПК 415/206, дата публікації 22.09.98, [1], відомий канальний вентилятор, який містить циліндричний корпус, вхідний колектор, задній обтічник, робоче колесо, кінематично пов'язане з двигуном, яке утворене основним і покривним дисками і розташованими між дисками загнутими назад лопатками, симетричний відносно осі вхідний колектор, розташований на одному з торців корпуса, виконаний з криволінійним профілем в діаметральному перерізі з утворенням конфузорного зазору між поверхнями покривного диска і вхідного колектора, при цьому вісь обертання робочого колеса виконано співвісно осі симетрії вхідного колектора, між вхідним колектором і покривним диском утворено вихрову порожнину, а між стінками корпуса - канал. Недолік винаходу [1], який прийнято за найбільш близький аналог винаходу, полягає у великих розмірах поперечного перерізу каналу, що ускладнює використання вентилятора в системах із повітропроводами з великою величиною співвідношення сторін і при обмежених розмірах по висоті. Технічна задача, що вирішується, полягає у створенні канального вентилятора з малою величиною співвідношення діаметрів каналу і робочого колеса. Технічний результат полягає у підвищенні коефіцієнта повного тиску в канальному вентиляторі при однаковій величині коефіцієнта продуктивності. Канальний вентилятор, як і найбільш близький аналог [1], містить циліндричний корпус, вхідний колектор, задній обтічник, робоче колесо, кінематично пов'язане з двигуном, яке утворене основним і покривним дисками і розташованими між дисками загнутими назад лопатками, симетричний відносно осі вхідний колектор, розташований на одному з торців корпуса, виконаний з криволінійним профілем в діаметральному перерізі з утворенням конфузорного зазору між поверхнями покривного диска і вхідного колектора, при цьому вісь обертання робочого колеса виконано співвісно осі симетрії вхідного колектора, між вхідним колектором і покривним диском утворено вихрову порожнину, а між стінками корпуса - канал, але на відміну від найбільш близького аналога [1], вентилятор має лопатковий випрямляючий апарат, який розташовано позаду основного диска робочого колеса, площ, і поперечного перерізу каналу складає не менш 2,4 площі кола, яке описують кінці лопаток робочого колеса, задній обтічник виконано з ділянкою конічної форми і поєднано її стінками каналу лопатками випрямляючого апарата. Канальний вентилятор характеризується тим, що у ви хровій порожнині встановлено вихорогасники. При цьому вихорогасники виконано у вигляді випрямляючого апарата, який містить принаймні одну пластину, розташовану у вихровій порожнині. Крім того принаймні одну пластину вихорогасника поєднано зі стінкою каналу і вхідним колектором. Канальний вентилятор характеризується тим, що двигун розташовано в задньому обтічнику і поєднано з робочим колесом засобом маточини, яку розташовано на основному диску. При цьому обтічник устаткований передньою стінкою, в якій виконано принаймні один отвір для охолодження двигуна, ділянку обтічника, в якому розташовано двигун, виконано циліндричної форми, а конічна ділянка примикає до циліндричної, задній торець конічної ділянки може бути уста ткований заглушкою. Крім того, вентилятор устаткований трубою для вентиляції двигуна, яку пневматично поєднано із обтічником, а задній торець конічної ділянки устаткований заглушкою. Канальний вентилятор характеризується тим, що лопатки випрямляючого апарата виконано довжиною 0,4-0,5 діаметра робочого колеса. При цьому передню кромку лопаток випрямляючого апарата розташовано попереду кромки основного диска на відстані 0,1-0,3 ширини лопаток робочого колеса. Крім того, передню ділянку лопатки спрямовуючого апарата виконано у вигляді дуги, вільну кромку якої розташовано під кутом не більш 45° до осі обертання робочого колеса назустріч напрямку його обертання. Канальний вентилятор характеризується тим, що лопатки робочого колеса виконано пласкими. При цьому твірну криволінійного покривного диска на ділянці кріплення лопаток робочого колеса виконано відповідно до рівнянь: у=(0,29±0,01)х+0,37 z=(-0,39±0,01)x-0,27, r2=x2+y2 де: z=Z/D - відносна координата, спрямована вздовж осі обертання робочого колеса в напрямку від основного диска до входу в робоче колесо; x=X/D - відносна координата, перпендикулярна осі обертання робочого колеса; y=Y/D - відносна координата, перпендикулярна осі z та осі х; r= R/D - відносний радіус робочого колеса, R - поточний радіус робочого колеса; X, Y, Z - поточні координати; D - діаметр робочого колеса. Канальний вентилятор характеризується тим, що в каналі корпуса встановлено екран, який поєднано із корпусом з утворенням порожнини між екраном, корпусом і всмоктувальним патрубком, при цьому кромку екрана розташовано на відстані 0,01-0,10 ширини лопаток робочого колеса від покривного диска в сторону основного диска і відстоїть від зазначених лопаток не ближче, ніж на 0,01 діаметра робочого колеса. Канальний вентилятор характеризується тим, що корпус включає поєднані між собою передню і задню частини, при цьому в передній частині встановлено вхідний колектор і поєднане із двигуном робоче колесо, а в задній частині розташовано обтічник, поєднаний зі стінками корпуса засобом лопаток випрямляючого апарата. Канальний вентилятор характеризується тим, що основний диск робочого колеса виконано із вентиляційними отворами. Корисна модель пояснюється кресленнями. На Фіг.1 показано повздовжній розріз канального вентилятора. На Фіг.2 показано повздовжній розріз канального вентилятора з екраном. На Фіг.3 показано повздовжній розріз канального вентилятора з охолодженням двигуна. На Фіг.4 показано розріз А-А на Фіг.1, 2. На Фіг.5 показано розріз Б-Б на Фіг.3. На Фіг.6 показано виносний елемент В на Фіг.1, 3. На Фіг.7 показано виносний елемент Г на Фіг.3. На Фіг.8 показано виносний елемент Д на Фіг.2. На Фіг.9 представлено залежність коефіцієнта статичного тиску y від відносної площі S/SpK при постійних величинах коефіцієнта продуктивності j. На Фіг.10 представлено залежність коефіцієнта статичного тиску y від коефіцієнта продуктивності j при різних варіантах виконання пластин вихорогасника. На Фіг.11 представлено залежність коефіцієнта статичного тиску y від коефіцієнта продуктивності j запропонованого вентилятора і найбільш близького аналога. Канальний вентилятор містить корпус 1, двигун 2, робоче колесо 3, вхідний колектор 4, випрямляючий апарат 5 і задній обтічник 6 (Фіг.1, 2, 3). Корпус 1 виконано із вихровою порожниною 7, яку розташовано між вхідним колектором 4, робочим колесом 3, і каналом 8, який має циліндричну форму з основою у вигляді кола. Для поєднання із повітропроводами і вентиляційним обладнанням (на Фіг. не показано) на торцях корпуса 1 закріплено поєднувальні фланці 9 (Фіг.1, 3, 7). На стінках корпуса 1 можуть бути встановлені панелі (на Фіг. не показано), які містять теплоізоляційний і/або звукопоглинальний матеріал. Робоче колесо 3 містить покривний (або передній) 10 і основний (або задній) 11 диски, розташовані між ними лопатки 12 (Фіг.1, 2, 3), загнуті назад в напрямку обертання колеса 3 (Фіг.4), і кінематично пов'язано з двигуном 2, наприклад, засобом маточини 13, яку закріплено на основному диску 11 і поєднано з валом 14 двигуна 2 (Фіг.7) ремінною і т. ін. передачею (на Фіг. не показано). Вісь 15 обертання робочого колеса 3 розташовано вздовж каналу 8 і, як правило, співпадає з віссю симетрії вхідного колектора 4 або паралельна до неї. Корпус 1 виконано таким чином, що в площині, яка перпендикулярна осі симетрії вхідного колектора 4 в місці встановлення робочого колеса 3 (Фіг.1-4) відношення площі S поперечного перерізу каналу 8 (між стінками корпуса 1) до площі SPK=rD2/4 робочого колеса 3 (що відповідає площі, яку обмежено колом максимального діаметра D, яке описують кінці лопаток 12) складає не менше 2,4: S/SPK³2,4. Вхідний колектор 4, який розташовано в торці корпуса 1, виконаний симетричним відносно осі і має криволінійний профіль в діаметральному перерізі з утворенням конфузорного зазору 16 між поверхнями покривного диска 10 і вхідного колектора 4 (Фіг.6). Випрямляючий апарат 5 має лопатки 17, передня кромка яких може бути розташована між основним 11 і покривним 10 дисками з вхідною частиною, яку виконано у вигляді дуги, що розташовано під кутом 40°45° до осі обертання 15 робочого колеса 3 (Фіг.7). Задній обтічник 6 включає циліндричну 18 і/або конічну 19 ділянки. Задній обтічник 6 може бути поєднаний з корпусом 1 засобом лопаток 17 випрямляючого апарата 5 (Фіг.4, 5), або іншими елементами (на Фіг. не показано). В передньому торці заднього обтічника 6 може бути встановлено стінку 20, в задньому торці - заглушку 21 (Фіг.1, 3). Стінку 20 виконано з отворами 22 для охолодження двигуна повітрям, яке проходить через вентилятор (Фіг.5). Порожнину заднього обтічника 6 може бути поєднано з атмосферою засобом повітропровода (труби) 23, який проходить через корпус 1(Фіг.3, 5). Робоче колесо 3 може бути виконане з пласкими лопатками 12. Для забезпечення перетину пласких лопаток 12 з поверхнею покривного диска 10 по прямій, твірну покривного диска 10 на ділянці кріплення лопаток 12 робочого колеса 3 виконано відповідно до рівнянь: у=(0,29±0,01)х+0,3 7; z=(-0,39±0,01)x-0,27; r2=x2+y2 , де: z=Z/D - відносна координата, спрямована вздовж осі обертання робочого колеса в напрямку від основного диска до входу в робоче колесо; x=X/D - відносна координата, перпендикулярна осі обертання робочого колеса; y=Y/D - відносна координата, перпендикулярна осі z і осі х; r=R/D - відносний радіус робочого колеса, R, X, У, Z - поточний радіус і поточні координати робочого колеса; D - діаметр робочого колеса. Крім того, в каналі 8 канального вентилятора може бути встановлено екран 24, який поєднано зі стінками корпуса 1 (Фіг.2), кромку 25 якого спрямовано до лопаток 12 і віддалено від покривного диска 10 в сторону основного диска 11 на відстань L, яка дорівнює 0,01-0,10 ширини Н лопаток 12 на зовнішньому діаметрі D робочого колеса 3, а від кінців лопаток 12 на відстань С не менш 0,01 діаметра D робочого колеса 3: L=(0,01-0,10)H; C³0,01D, (Фіг.2, 8). Канальний вентилятор устаткований вихорогасником, який розташовано у вихровій порожнині 7 (Фіг.1, 2, 3). Вихорогасник може бути виконаний у вигляді спрямовуючого апарата, виконаного у ви гляді принаймні однієї пластини 26, яку встановлено у ви хровій порожнині 7 корпуса 1 перед конфузорним зазором 16 (Фіг.1). При виконанні канального вентилятора з екраном 24 спрямовуючий апарат містить принаймні дві пластини 27, які поєднано зі стінками корпуса 1 і/або екраном 24 (Фіг.2). В переважному варіанті виконання робоче колесо 3 канального вентилятора містить не менш 9 загнутих назад пласких лопаток 12, що мають ширину H>0,3D, і ділянку твірної покривного диска 10, виконану за рівняннями: у=(0,29±0,01)х+0,37, z=(-0,39±0,01)х-0,27, r2=x2+y2, що забезпечує перетин кромки лопатки 12 з поверхнею покривного диска 10 по прямій (технологічні похибки при виготовленні покривного диска 10 і знос оснастки, що використовується при його виготовленні можуть складати: ±0,01х), між покривним диском 10 і всмоктувальним патрубком 4 є конфузорний зазор 16. Співвідношення площі поперечного перерізу каналу 8 до площі робочого колеса 3 складає S/SPK=2,4-3,0. Вихорогасник виконано у вигляді спрямовуючого апарата принаймні з однією пластиною 26, яку встановлено у вихровій порожнині 7 перед конфузорним зазором 16. При виконанні канального вентилятора з екраном 24 спрямовуючий апарат містить принаймні дві пластини 27, які поєднано зі стінками корпуса 1 і/або екраном 24. Двигун 2 розташовано в задньому обтічнику 6, який поєднано з корпусом 1 засобом 8-10 лопаток 17 (Фіг.4, 5). Лопатки 17 випрямляючого апарата 5 виконано довжиною (0,4-0,5)D діаметра робочого колеса 3, передня кромка лопаток 17 відстоїть на відстань (0,1-0,3)H від основного диска 11 в сторону до покривного диска 10, вхідну ділянку лопаток 17 виконано по дузі, яку нахилено до осі 15 і назустріч напрямку обертання робочого колеса 3 приблизно на 45° (Фіг.7). Корпус 1 містить встановлені на торцях корпуса фланці 9, і виконаний складеним із передньої 28 і задньої 29 частин, поєднаних між собою. В передній частині 28 корпуса 1 встановлено вхідний колектор 4, робоче колесо 3 і поєднаний із ним засобом маточини двигун 2. В задній частині 29 корпуса 1 встановлено задній обтічник 6, який поєднано зі стінками корпуса 1 засобом лопаток 17 випрямляючого апарата 5. Для підвищення ефективності охолодження вентилятора задній обтічник устаткований заглушкою 21, його порожнину поєднано з атмосферою засобом повітропровода 23, а в передній стінці 20 виконано отвори 22 (Фіг.3, 5), при цьому при використанні вентилятора для переміщення гарячого повітря і газів основний диск 11 виконаний перфорованим (з отворами) для охолодження лопаток 12 і покривного диска 10 робочого колеса 3 (Фіг.4). Канальний вентилятор працює наступним чином. Покривний диск 10, що обертається, створює кільцевий вихровий рух повітря у ви хровій порожнині 7. Потік на виході з робочого колеса 3, що обертається, має кінетичну енергію обертання і утворює динамічний тиск ru2/2, де r - густота повітря, u - колова швидкість кінців лопаток 12 на зовнішньому діаметрі робочого колеса 3. Частина потоку, що виходить з робочого колеса 3, підсмоктується у вихрову порожнину 7, і у взаємодії із кільцевим вихором утворює в ній тороподібний вихор. Введення у ви хрову порожнину 7 вихорогасника дозволяє зруйнувати тороподібний вихор і перетворити його повний тиск у статичний тиск. Внаслідок різності статичного тиску у ви хровій порожнині 7 і на внутрішній поверхні покривного диска 10 формується кільцевий струмінь повітря, який витікає з конфузорного кільцевого зазору 16 на внутрішню поверхню покривного диска 10. При цьому затягується відрив пограничного шару (потоку) на внутрішній поверхні покривного диска 10, що дозволяє збільшити ширину лопаток 12 робочого колеса 3, аж до 0,38 діаметра D робочого колеса 3: H=0,38D - без погіршення його аеродинамічних характеристик. При співвідношенні площі S поперечного перерізу каналу 8 (між стінками корпуса 1) до площі SPK робочого колеса, що відповідає S/SPK³2,4 в площині, перпендикулярній осі симетрії вхідного колектора 4 в місці встановлення робочого колеса 3, потік за робочим колесом 3 розширюється, швидкість потоку знижується, а лопатки 17 випрямляючого апарата 5 зменшують завихренність потоку ("розкручують" потік), і тим самим зменшують швидкість повітря, що сприяє підвищенню статичного тиску. В результаті, як показано на графіку на Фіг.9, підвищується коефіцієнт статичного тиску (який дорівнює співвідношенню статичного тиску Psv до добутку густини повітря на квадрат окружної швидкості лопатки робочого колеса y=2Psv/ru 2) при постійній величині коефіцієнта продуктивності y=Q/u×SPK, де Q - продуктивність вентилятора. При цьому, як показали дослідження, форма поперечного перерізу каналу 8 слабо впливає на відновлення тиску. При виконанні поверхні каналу 8 циліндричною (з контуром основи у вигляді кола) знижуються втрати на аеродинамічний опір і підвищується ефективність вентилятора. Експериментально встановлено, що при руйнуванні тороподібного вихору ви хорогасником втрати статичного тиску Psv знижуються, що дозволяє зменшити діаметр каналу 8. Так, при виконанні вихорогасника у вигляді спрямовуючого апарата з пластинами 26, які розташовано перед конфузорним зазором 16, як показано на Фіг.10, коефіцієнт статичного тиску вентилятора збільшується до рівня вільного робочого колеса 3. При цьому у вихрову порожнину 7 надходить частина повітря, що відкидається лопатками 12 робочого колеса 3, що дозволяє сформувати кільцевий струмінь, який витікає через конфузорний зазор 16 на поверхню покривного диска 10. В результаті, як показано на Фіг.11, аеродинамічні характеристики канального вентилятора (графік 1) помітно покращені у порівнянні із вентилятором, прийнятим за найбільш близький аналог (графік 2). Наявність на торцях корпуса 1 поєднувальних фланців 9 підвищує те хнологічність поєднання канального вентилятора до повітропроводів та інши х агрегатів вентиляційних установок (калориферів, фільтрів, глушників і т. ін.) і знижує втрати напору внаслідок можливості поєднання з агрегатами без зміни площі поперечного перерізу. Виконання стінок б корпуса 1 з панелями, які містять теплоізоляційний і/або звукопоглинальний матеріал (на Фіг. не показано) знижує шум і підвищує споживчі властивості вентилятора. Виконання робочого колеса 3 з пласкими лопатками 12 підвищує технологічність виготовлення вентилятора. При виконанні поверхні покривного диска 10 на ділянці кріплення пласких лопаток 12 з твірною, яку виконано відповідно до рівнянь: у=(0,29±0,01)х+0,37, z=(-0,39±0,01)x-0,27, r2=x2+y2 , (дані рівняння можуть бути отримані простими лінійними перетвореннями системи координат, величина ±0,01 враховує можливі технологічні похибки виготовлення робочого колеса 3) забезпечується поєднання лопаток 12 з поверхнею покривного диска 10 по прямій, що підвищує технологічність виготовлення робочого колеса 3 при збереженні у нього високих аеродинамічних характеристик. Устаткування вентилятора екраном 24, який поєднано зі стінками корпуса 1 (Фіг.2, 8) з кромками 25, які спрямовано до лопаток 12 і зовнішньої поверхні покривного диска 10 робочого колеса 3 і розташованими на відстані L=(0,01-0,10)H від покривного диска 10 в сторону основного диска 11 і від лопаток 12 на відстані С³0,01D, запобігає відсмоктуванню повітря у ви хрову порожнину 7 тороподібним вихором, що призводить до підвищення тиску в порожнині 7, внаслідок чого збільшується інтенсивність струменю, який видувається із конфузорного кільцевого зазору 16. Наявність у ви хровій порожнині 7 вихорогасника, виконаного, наприклад, у вигляді спрямовуючого апарата, який містить принаймні дві пластини 27, які поєднано зі стінками корпуса 1 і/або вхідного колектора 4 і/або екраном 24, додатково гальмує потік, що підвищує статичний тиск у ви хровій порожнині 7 і збільшує інтенсивність струменю, який формується в конфузорному зазорі 16 і видувається на поверхню покривного диска 10. Корисна модель може бути втілена на будь-якому спеціалізованому підприємстві. Представлена в описі сукупність ознак є достатньою для створення канальних вентиляторів в корпусі з циліндричним каналом без додаткової винахідницької творчості.