Низкоскоростной охлаждающий вентилятор
Низкоскоростной охлаждающий вентилятор, сконструированный для охлаждения людей, размещающихся в больших индустриальных зданиях. Вентилятор диаметром от 4,5 до 12,0 метров, состоящий из множества лопастей, каждая из которых имеет скошенный аэродинамический профиль, приводится в движение электродвигателем, производя очень большой медленно движущийся столб воздуха. Этот движущийся столб воздуха создает равномерно мягкий, циркуляционный воздушный поток в интерьере здания, помогая тем самым естественному процессу охлаждения тела человека за счет испарения во всех местах внутри здания. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.
Существующий уровень техники
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к охлаждающим устройствам в больших зданиях и, в частности, касается низкоскоростного вентилятора большого диаметра, который может использоваться для медленной равномерной циркуляции большого объема воздуха в здании для упрощения охлаждения находящихся в здании людей или животных.
Описание аналогов
Люди, работающие в больших строениях, таких как склады и производственные предприятия, обычно подвергаются влиянию условий работы, варьирующихся от некомфортабельных до опасных. В жаркий день температура воздуха в помещении может достигнуть значения, при котором человек не способен поддерживать нормальную температуру тела. Кроме того, многие происходящие в таких помещениях действия, такие как сварка или работа двигателей внутреннего сгорания, создают летучие загрязнения, которые могут быть вредны для тех, кто подвергается их воздействию. Действие летучих загрязнений увеличивается, если помещение не вентилируется правильно.
Задача охлаждения больших помещений не всегда может решаться при помощи традиционных способов кондиционирования воздуха. В частности, большой объем воздуха, заключенный в большом помещении, потребовал бы мощных устройств кондиционирования воздуха, чтобы они были эффективны. При использовании таких устройств расходы были бы значительными. Стоимость работы больших устройств кондиционирования воздуха была бы еще больше, если бы ворота помещения оставлялись бы открытыми или если бы требовалась вентиляция воздухом снаружи.
В общем случае, вентиляторы широко используются для обеспечения некоторого охлаждения, если неприемлемо кондиционирование воздуха. Обычный вентилятор состоит из множества наклонных лопастей, радиально расположенных на вращающейся втулке. Диаметр таких вентиляторов обычно лежит в пределах от 0,9 до 1,5 метров.
Когда обычный вентилятор вращается под воздействием двигателя с высокими скоростями вращения, создается разность давлений между воздухом около лопастей вентилятора и окружающим воздухом, вызывая в целом конический поток воздуха, направленный вдоль оси вращения вентилятора. Коническая форма в сочетании с силами притяжения, действующими на границе движущейся массы воздуха, заставляют поток воздуха диффузно уходить вниз. Вследствие этого способность этих типов вентиляторов обеспечивать эффективное охлаждение может быть ограничено для людей, находящихся на расстоянии от вентилятора.
В частности, эффективность вентилятора основана на принципе испарения. Когда температура человеческого тела увеличивается сверх предельного уровня, тело реагирует на это выделением пота. Посредством испарения более энергетические молекулы, содержащие пот, высвобождаются в окружающий воздух, приводя, таким образом, к общему снижению тепловой энергии внешней поверхности человеческого тела. Снижение тепловой энергии за счет испарения служит для компенсации положительных источников тепловой энергии в теле человека, в том числе метаболической активности и теплопроводности, с помощью окружающего высокотемпературного воздуха.
Скорость потери тепла за счет испарения сильно зависит от относительной влажности окружающего воздуха. Если окружающий воздух неподвижен, то обычно формируется слой насыщенного воздуха у поверхности кожи человека, который сильно уменьшает степень потери тепла за счет испарения, поскольку препятствует испарению с тела человека. В этот момент начинается потоотделение, заставляющее тело потеть. Отсутствие эффективного механизма потери тепла приводит к тому, что температура тела поднимается выше желательного уровня.
Поток воздуха, создаваемый вентилятором, помогает рассеять насыщенный воздух у поверхности кожи человека и заменить его ненасыщенным воздухом. Это позволяет процессу испарения эффективно продолжаться длительное время. Желательный результат заключается в том, что температура тела остается на комфортабельном уровне.
В больших зданиях общепринятая стратегия охлаждения людей заключается в использовании множества общедоступных небольших вентиляторов для применения в помещениях. Вентиляторы малого диаметра предпочитают вентиляторам большого диаметра прежде всего из-за физических ограничений. В частности, вентиляторы большого диаметра требуют специально сконструированных высокопрочных легких лопастей, которые способны сопротивляться большим нагрузкам, вызванным значительными гравитационными моментами, увеличивающимся с увеличением соотношения между длиной и шириной лопасти. Вдобавок, тот факт, что вращательная инерция вентилятора увеличивается пропорционально квадрату диаметра, требует использования производящих большой вращающий момент редукционных механизмов. Кроме того, приводные механизмы чрезвычайно подвержены механическим сбоям из-за очень больших вращающих моментов, производимых традиционными электродвигателями на фазе их запуска.
Недостаток использования общепринятых вентиляторов малого диаметра для создания непрерывного потока воздуха заключается в том, что получающийся поток воздуха сильно ослабляется внизу. Это происходит из-за конической природы потока воздуха в сочетании с относительно малой массой воздуха, содержащегося в этом потоке воздуха, по сравнению с силами лобового сопротивления на краю конуса. Для достижения достаточного потока воздуха в большом неизолированном здании потребовалось бы очень большое количество вентиляторов малого диаметра. Однако требуемое большое количество электроэнергии при одновременном использовании этих устройств в больших количествах сводит на нет их преимущество в качестве недорогой системы охлаждения. Кроме того, использование множества вентиляторов в закрытом пространстве может также приводить к увеличению турбулентности воздуха, что может уменьшить поток воздуха в здании, тем самым уменьшая охлаждающее действие вентилятора.
Для достижения достаточного потока воздуха в больших зданиях без применения непрактично большого количества вентиляторов малого диаметра обычно небольшое количество вентиляторов малого диаметра работает на очень высоких скоростях. Однако несмотря на то, что вентиляторы такого типа способны перемещать большое количество воздуха за относительно небольшое время, они делают это нежелательным образом. В частности, малый высокоскоростной вентилятор действует путем перемещения относительно небольшого количества воздуха с относительно высокой скоростью. Следовательно, и скорость потока воздуха рядом с вентилятором, и уровень производимого шума очень высоки. Более того, объекты небольшого веса, такие как бумаги, могут перемещаться высокоскоростным потоком воздуха, вызывая нарушения рабочей среды.
Еще одна проблема, связанная с высокоскоростными вентиляторами, состоит в том, что они неэффективны при переносе большого замкнутого объема воздуха с устойчиво непрерывной структурой воздушного потока.
В частности, при наилучшем сценарии с ламинарным потоком энергопотребление вентилятора пропорционально кубу скорости воздуха, создаваемой вентилятором. Следовательно, электрический высокоскоростной вентилятор, имеющий соответствующий высокоскоростной воздушный поток, потребляет относительно большое количество электроэнергии. Более того, эффекты турбулентности, становящиеся более выраженными при увеличении скорости воздушного потока, заставляют рассеиваться поступательную кинетическую энергию, связанную с воздушным потоком высокоскоростного вентилятора, в относительно небольшом объеме воздуха. Следовательно, хотя высокоскоростной вентилятор и потребляет относительно много электроэнергии, на расстоянии от вентилятора создаются незначительные потоки воздуха.
Для преодоления проблем недостаточного воздушного потока, иногда используется большее количество высокоскоростных вентиляторов. Однако это решение еще более увеличивает окружающий шум и рабочие затраты. Вдобавок, расширяются зоны быстро движущегося воздуха, увеличивая риск нанесения вреда здоровью для попадающих в эти зоны людей. В частности, если воздух движется достаточно быстро, посторонние предметы могут взлетать, вызывая, таким образом, опасную ситуацию. Бумаги и прочие легкие объекты также могут попасть под действие воздуха. Более того, если температура воздуха выше температуры кожи человека, то воздух, перемещающийся быстрее, чем необходимо, чтобы нарушить пограничный слой, уменьшает охлаждающий эффект за счет увеличенной скорости потока тепла от имеющего более высокую температуру воздуха к имеющей меньшую температуру коже человека.
В дополнение к охлаждению вентиляторы являются основой систем вентиляции, которые служат для удаления таких летучих загрязнений, как выхлоп или дым. Типичные вентиляционные системы состоят из набора высокоскоростных вентиляторов, расположенных по периметру помещения. Однако вышеописанные проблемы высокоскоростных вентиляторов справедливы и для высокоскоростных вентиляционных вентиляторов. Наиболее серьезной проблемой является то, что некоторые участки помещения не вентилируются должным образом.
Для улучшения вентиляции иногда используются высокоскоростные вентиляторы для распределения загрязнений по всему объему помещения. Тем не менее, те же самые описанные выше ограничения высокоскоростных вентиляторных систем внутреннего использования справедливы и для проблемы вентиляции. В частности, высокоскоростные вентиляторы для внутреннего использования являются шумными, неэффективными, обеспечивают недостаточный поток воздуха в некоторых местах и нежелательно большой поток воздуха в других.
Из вышесказанного ясно, что существует потребность в экономичном охлаждающем устройстве, которое может эффективно работать в больших зданиях. Далее, есть потребность в таком устройстве, которое является очень эффективным и не нарушает рабочую обстановку чрезмерным шумом или высокоскоростными потоками воздуха. Далее, существует потребность в таком устройстве, которое будет более равномерно растворять концентрированные порции загрязненного воздуха, имеющиеся в помещении, обеспечивая тем самым оптимальную вентиляцию помещения при использовании в сочетании с традиционной системой вентиляции.
Задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в создании технического решения, свободного от упомянутых выше недостатков, присущих изобретениям, представляющим известный уровень техники. Т.е. создать решение, позволяющее производить мягкий, но устойчивый воздушный поток, обеспечивающий не только оптимальное охлаждение людей в больших неизолированных помещениях, но и поддерживать в них пригодный для дыхания воздух с минимальными затратами механической энергии.
Поставленная задача, с достижением упомянутого выше технического результата в процессе реализации настоящего изобретения, решается за счет того, что в способе охлаждения людей в индустриальном здании, включающим в себя: установку вентилятора, имеющего множество лопастей длиной по меньшей мере 3,0-3,6 м, на потолке индустриального здания и осуществляют вращение этого вентилятора так, чтобы он производил движущийся столб воздуха от 6,0 до 7,2 м в диаметре в смежном с вентилятором положении, причем вращение вентилятора придает упомянутому столбу воздуха скорость от 4,8 до 8,0 км/час на расстоянии 3,0 м от вентилятора, так что вентилятор вовлекает объем воздуха в поток, идущий по индустриальному зданию, при этом вовлеченный воздух разрушает пограничный слой воздуха, смежный с людьми, для упрощения испарения пота с людей;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку множества вентиляторов, каждый из которых имеет множество лопастей длиной 3,0 м, на потолке индустриального здания, причем плотность размещения таких вентиляторов составляет 1 вентилятор на 929 квадратных метров;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку множества вентиляторов, каждый из которых имеет десять лопастей;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, произведенных по технологии экструдирования алюминия;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, выполненных с одинаковым поперечным сечением;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, каждая из которых имеет первую поверхность и вторую поверхность;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, каждая их которых имеет первую поверхность и вторую поверхность, которые совместно формируют аэродинамический профиль так, чтобы обеспечивать столбообразные свойства производимого вентилятором воздушного потока;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку множества закрылков, каждый из которых имеет третью и четвертую поверхности, на множестве лопастей, так, чтобы удлинить поверхность первой и второй поверхности каждой лопасти так, чтобы образовывалась конструкция с улучшенным аэродинамическим профилем;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку множества закрылков, каждый из которых имеет скошенный профиль, дающий конструкцию с аэродинамическим профилем, более оптимальную в положениях, более близких к оси вращения вентилятора, чтобы компенсировать уменьшенную скорость лопасти в положениях, более близких к оси вращения вентилятора, чтобы улучшить равномерность воздушного потока, производимого вентилятором;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, которые отходят от оси вращения вентилятора перпендикулярно, с углом атаки, равным восьми градусам;
а также тем, что в нем шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей с помощью вторичного крепежного средства, которое должно удерживать множество лопастей в случае неполадки первичного крепежного средства;
а также тем, что в нем шаг вращения вентилятора для вовлечения объема воздуха в поток содержит вовлечение воздуха в поток в виде столба, направленного в целом вниз в сторону пола здания, а затем вовлечение в движение вбок наружу от этого столба;
а также тем, что в нем шаг вращения вентилятора для вовлечения объема воздуха в поток содержит вовлечение воздуха в поток в виде столба, направленного в целом вниз в сторону пола здания, а затем вовлечение в движение вбок наружу от этого столба в сторону множества стен, а затем в движение вверх в сторону потолка, а затем в движение вбок внутрь в сторону вентилятора;
а также тем, что нем шаг вращения вентилятора для вовлечения объема воздуха в поток содержит вращение вентилятора таким образом, чтобы отношение скорости воздуха в метрах в минуту на расстоянии трех метров от лопастей к скорости вращения вентилятора в оборотах в минуту находилось в диапазоне от 5 к 1 до 9 к 1, чтобы движущийся объем воздуха вовлекался в циркуляционный поток по индустриальному зданию, чтобы тем самым разрушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми, чтобы упростить испарение пота у людей.
Поставленная задача решается также тем, что в вентиляторном узле для охлаждения людей в индустриальном здании, содержащем:
опору, приспособленную для установки вентиляторного узла на крыше индустриального здания;
двигатель, соединенный с этой опорой, причем двигатель сцеплен с вращающимся валом, вызывая вращение вала;
имеется множество вентиляторных лопастей, прикрепленных к вращающемуся валу, причем каждая из множества вентиляторных лопастей имеет длину, по меньшей мере, 2,25 м и имеет сечение в виде аэродинамического профиля, а двигатель приспособлен для вращения вентиляторных лопастей со скоростью 50 оборотов в минуту, так что множество вентиляторных лопастей производят столб движущегося воздуха диаметром 6,0 м в положении, непосредственно смежном с вентиляторными лопастями, при этом воздух имеет скорость 4,8-8,0 км в час на расстоянии 3,0 м от лопасти, так что движущийся объем воздуха вовлекается в циркуляционный поток по индустриальному зданию, чтобы тем самым разрушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми и облегчить испарение пота у людей;
а также тем, что в нем множество вентиляторных лопастей соединены со втулкой, которая соединена с валом;
а также тем, что втулка содержит множество фиксаторов безопасности, которые сконструированы для того, чтобы поддерживать вес втулки и вес множества вентиляторных лопастей в том случае, если втулка отсоединится от вала;
а также тем, что множество фиксаторов безопасности состоит из четырех фиксаторов безопасности;
а также тем, что множество вентиляторных лопастей состоит из десяти лопастей;
а также тем, что каждая из множества вентиляторных лопастей выполняется посредством технологии экструдирования алюминия;
а также тем, что каждая из множества вентиляторных лопастей выполняется с одинаковым поперечным сечением;
а также тем, что множество закрылков устанавливается на множестве лопастей, чтобы улучшить аэродинамический профиль каждой лопасти;
а также тем, что множество закрылков скошены так, что аэродинамический профиль становится более оптимальным в местах, которые находятся ближе к оси вращения вентилятора, чтобы компенсировать уменьшенную скорость лопасти в местах, которые находятся ближе к оси вращения вентилятора, чтобы улучшить равномерность воздушного потока, производимого вентилятором;
а также тем, что каждая из множества вентиляторных лопастей устанавливается с углом атаки, равным восьми градусам;
а также тем, что множество вентиляторных лопастей приспособлены для вращения таким образом, чтобы отношение скорости воздуха в метрах в минуту на расстоянии 3 м от лопастей к скорости вращения вентилятора в оборотах в минуту находилось в диапазоне от 5 к 1 до 9 к 1, чтобы движущийся объем воздуха вовлекался в циркуляционный поток по индустриальному зданию, чтобы тем самым разрушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми, чтобы обеспечить испарение пота у людей.
Сущность изобретения
Вышеупомянутые потребности удовлетворяются с помощью способа по настоящему изобретению, причем этот способ в одном из выполнений включает в себя установку вентилятора, имеющего множество лопастей длиной по меньшей мере от 3,0 до 3,6 м, на потолке индустриального здания и вращение вентилятора так, чтобы он производил движущийся столб воздуха диаметром от 6,0 до 7,2 м рядом с вентилятором.
В одном из выполнений вращение вентилятора придает скорость от 4,8 до 8,0 км в час на расстоянии 3,0 м от вентилятора, так что вентилятор заставляет объем воздуха течь по индустриальному зданию в такой конфигурации, что перемещаемый воздух разрушает пограничный слой воздуха, смежный с людьми, чтобы упростить испарение пота с человека.
В одном из выполнений шаг установки вентилятора включает в себя установку множества вентиляторов, имеющих множество лопастей длиной 3,0 м, на потолке индустриального здания, причем с плотностью 1 вентилятор на 929 квадратных метров. В еще одном выполнении шаг вращения вентилятора такой, что вентилятор вовлекает объем воздуха в лоток, содержит вовлечение воздуха в поток в форме столба, направленного вниз в сторону пола здания, а затем перемещение в стороны от столба.
В еще одном аспекте изобретения вышеупомянутые потребности удовлетворяются вентиляторным узлом по настоящему изобретению, которой содержит опору, двигатель, втулку и множество вентиляторных лопастей. Опора приспособлена для установки вентиляторного узла на потолке индустриального здания. Двигатель соединен с опорой и сцеплен с вращающимся валом так, чтобы вызывать вращение вала. Множество вентиляторных лопастей прикреплены к вращающемуся валу, и их длина составляет 3,0 м, а поперечное сечение имеет аэродинамический профиль.
Двигатель приспособлен для вращения вентиляторных лопастей со скоростью 50 оборотов в минуту, так что множество вентиляторных лопастей создает столб движущегося воздуха диаметром 6,0 метров непосредственно рядом с вентиляторными лопастями. В одном из выполнений 3-метровые лопасти вращаются со скоростью один оборот в минуту, так что отношение скорости воздуха в метрах в минуту на расстоянии трех метров от лопастей к числу оборотов в минуту находится в диапазоне от 5 к 1 до 9 к 1, так что движущийся объем воздуха вовлекается в циркулирующий поток, распространяющийся по индустриальному зданию, чтобы тем самым нарушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми, для упрощения испарения пота с человека.
Из вышесказанного должно быть очевидно, что вентиляторный узел по настоящему изобретению обеспечивает тихий и эффективный с точки зрения стоимости способ охлаждения людей в больших неизолированных помещениях. Эффективность вентиляторного узла по настоящему изобретению основана на его способности обеспечивать мягкий, но устойчивый воздушный поток через внутреннюю часть помещения с минимальными затратами механической энергии. Вследствие этого вентиляторный узел по настоящему изобретению растворяет концентрированные порции загрязнений воздуха, что помогает поддерживать пригодный для дыхания воздух по всему интерьеру помещения. Эти и прочие цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего описания в сочетании с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является видом в перспективе низкоскоростного охлаждающего вентилятора по настоящему изобретению, иллюстрирующим расположение вентилятора у потолка большого коммерческого здания;
Фиг.2 является видом в перспективе, который иллюстрирует конфигурацию воздушного потока, создаваемую низкоскоростным охлаждающим вентилятором по фиг.1.
Фиг.3А является видом сбоку в разобранном состоянии низкоскоростного охлаждающего вентилятора по фиг.1.
Фиг.3Б является увеличенным видом сбоку в разобранном состоянии нижней части низкоскоростного охлаждающего вентилятора по фиг.1.
Фиг.4А является видом сверху первой опорной пластины, иллюстрирующим некоторые структурные компоненты опорной рамы электродвигателя низкоскоростного охлаждающего вентилятора по фиг.1.
Фиг.4Б является изолированным видом сбоку опорной рамы электродвигателя низкоскоростного охлаждающего вентилятора по фиг.1.
Фиг.4В является видом сверху второй опорной пластины, иллюстрирующим некоторые структурные компоненты опорной рамы электродвигателя низкоскоростного охлаждающего вентилятора по фиг.1.
Фиг.5А является видом сбоку электродвигателя низкоскоростного охлаждающего вентилятора по фиг.1.
Фиг.5Б является осевым видом при наблюдении непосредственно вниз вдоль оси вала корпуса электродвигателя низкоскоростного охлаждающего вентилятора по п.1.
Фиг.6 является осевым видом при наблюдении непосредственно вверх в сторону низкоскоростного охлаждающего вентилятора по п.1.
Фиг.7 является видом сверху отдельной лопасти низкоскоростного охлаждающего вентилятора по п.1.
Фиг.8 является видом сверху втулки низкоскоростного охлаждающего вентилятора по п.1.
Фиг.9 является поперечным сечением держателя одной лопасти низкоскоростного охлаждающего вентилятора по п.1.
Фиг.10 является поперечным сечением отдельной лопасти, иллюстрирующим форму поперечного разреза одной вентиляторной лопасти низкоскоростного охлаждающего вентилятора по п.1.
Фиг.11 является поперечным сечением одной вентиляторной лопасти, иллюстрирующим аэродинамические силы, создаваемые низкоскоростным охлаждающим вентилятором по фиг.1.
Подробное описание предпочтительного выполнения
Ссылки будут делаться на чертежи, на которых везде одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым частям. Фиг.1 показывает низкоскоростной вентиляторный узел 100 по предпочтительному выполнению в обычном складе или индустриальном здании. Этот низкоскоростной вентиляторный узел 100 может прикрепляться непосредственно к любой уже существующей поддерживающей конструкции или к любому подходящему прикрепленному к ней удлинению так, чтобы ось вращения низкоскоростного вентиляторного узла 100 проходила в вертикальном направлении. Фиг.1 показывает низкоскоростной вентиляторный узел 100 прикрепленным к удлинителю 101, который прикреплен к месту 104 установки на потолке 110 склада с помощью общепринятого крепежа, такого как гайки, болты и сварка, известного из уровня техники.
Управляющая коробка 102 соединена с низкоскоростным вентиляторным узлом 100 посредством стандартной линии электропередачи. Назначением управляющей коробки 102 является подача электроэнергии к низкоскоростному вентиляторному узлу 100 способом, который будет описан ниже в следующем разделе. Как показано на фиг.1, низкоскоростной вентиляторный узел 100 устанавливается высоко над полом 105 индустриального здания, так что вентилятор 100 может охлаждать находящихся в здании. Как будет более подробно описано ниже, низкоскоростной вентиляторный узел 100 имеет очень большой размер и способен вырабатывать большую массу движущегося воздуха так, что большой столб относительно медленно движущегося воздуха вовлекается в перемещение по зданию для охлаждения находящихся в здании людей.
В частности, как показано на фиг.2, когда пользователь переводит низкоскоростной вентиляторный узел 100 в действие посредством соответствующего ввода в управляющую коробку 102, в интерьере 106 здания формируется равномерный мягкий циркулирующий воздушный поток 200 (фиг.2). В общем смысле циркуляционный воздушный поток 200 начинается в виде большого относительно медленно движущегося нисходящего воздушного потока 202. Этот воздушный поток 202 способен перемещаться через обширные открытые пространства за счет своей большой внутренней массы и поскольку он движется от вентилятора 100 в виде столба, как будет более подробно описано в следующей части. Следовательно, воздушный поток 202 в значительной мере беспрепятственно достигает области 212 пола, расположенной под вентиляторным узлом 100, с помощью большого объема инертной массы.
Достигнув области 212 пола, воздушный поток 202 вслед за этим становится движущимся наружу нижним горизонтальным воздушным потоком 204. Нижний горизонтальный воздушный поток 204 направляется стенами 214 склада в восходящий воздушный поток 206, который затем направляется потолком 110 склада в верхний движущийся внутрь горизонтальный воздушный поток 210. При достижении участка 216 над вентиляторным узлом 100 возвращающийся воздух в воздушном потоке 210 снова направляется вниз посредством действия вентилятора 100, тем самым повторяя цикл.
Непрерывно циркулирующий воздушный поток 200, созданный вентиляторным узлом 100, обеспечивает более приятную рабочую среду для людей, работающих внутри 106 склада. Как обсуждалось выше, в жарких средах люди начинают потеть, создавая насыщенный влагой пограничный слой у кожи человека. В отсутствие воздушного потока этот пограничный слой не нарушается, что подавляет дальнейшее испарение пота человека. Воздушный поток 200 обеспечивает человеку облегчение путем замены насыщенного влагой воздуха у кожи людей ненасыщенным воздухом, тем самым обеспечивая дополнительное охлаждение за счет испарения. Далее циркуляционный воздушный поток 200, созданный вентиляторным узлом 100, значительно уменьшает отрицательное воздействие летучих загрязнений путем равномерного распределения загрязнений по внутренности склада. Кроме того, вентиляторный узел 100 производит очень мало шума, а связанный с ним циркуляционный воздушный поток 200 наносит рабочей среде минимальные нарушения. Из последующего обсуждения будет ясно, что вентиляторный узел 100 способен обеспечивать эти преимущества очень экономичным способом.
Низкоскоростной вентиляторный узел 100 теперь будет описан более подробно со ссылкой на фиг.3-11. Фиг.3А показывает подробный вид сбоку низкоскоростного вентиляторного узла 100. Фиг.3Б является увеличенным боковым видом вентиляторного узла 100, который показывает более подробно нижнюю часть.
Вентиляторный узел 100 механически поддерживается опорной рамой 302. Эта опорная рама 302 содержит верхнюю стальную горизонтальную пластину 322, которая приспособлена для прикрепления к соответствующей горизонтальной опорной конструкции, смежной с потолком здания, чтобы образовывался контакт между этой опорной конструкцией и первой поверхностью 366 пластины 322, чтобы тем самым обеспечить крепление вентиляторного узла 100 рядом с потолком. В одном из выполнений пластина 322 крепится болтами к поддерживающей потолок балке так, что вентиляторный узел 100 выступает вниз от потолка здания подобно тому, как показано на фиг.1.
Первый конец 325 каждой пары поддерживающих брусьев 326а, 326б приварен ко второй поверхности 370 пластины 322 так, чтобы выступать перпендикулярно плоскости пластины 322. Нижняя стальная горизонтальная пластина 324 приварена ко второму концу 335 поддерживающих брусьев 326а, 326б по первой поверхности 372 пластины 324 так, чтобы плоскость второй горизонтальной пластины 324 была перпендикулярна оси поддерживающих брусьев 326а, 326б. Вторая горизонтальная пластина 324 содержит отверстие 327, которое позволяет электродвигателю 304, имеющему корпус 376, монтироваться внутри рамы 302 у поверхности 372 пластины 324. Это позволяет валу 306 электродвигателя 304, выходящему из корпуса 376 двигателя, проходить через отверстие 327 так, чтобы быть смежным со второй поверхностью 374 пластины 324.
Электроэнергия передается из управляющей коробки 102 к электродвигателю 304 по стандартной линии электропередачи через соединительную коробку 360, расположенную на верхнем периметре корпуса 376 электродвигателя 304. Узел двигателя также содержит установочную пластину 330, являющуюся круглой кольцевой стальной пластиной, которая неразъемно прикреплена к корпусу 376 рядом с валом 306 и находится в плоскости, перпендикулярной валу 306. Установочная пластина 330 расположена между корпусом 376 двигателя и второй опорной пластиной 324 опорной рамы, как показано на фиг.3А и 3Б.
В предпочтительном выполнении электродвигатель 304 приспособлен для работы с источником переменного тока с изменяющейся частотой, что позволяет электродвигателю 304 вырабатывать переменный момент вращения. С помощью устройства переменного тока избегается использование проблемных щеток переключения полюсов, имеющихся в двигателях постоянного тока. Электродвигатель 304 дополнительно содержит встроенный редукторный механизм, который обеспечивает необходимое механическое преимущество для приведения в действие большого вентилятора 100. Электродвигатель 304, используемый в предпочтительном выполнении, изготовлен компанией Sumitomo Machinery Corporation of America, номер модели CNVM-8-4097YA35. Максимальное потребление энергии электродвигателя 304 в предпочтительном выполнении равно 370 Вт.
В предпочтительном выполнении управляющая коробка 102 реализована в виде источника переменного тока с управлением переменной частотой, производимая компанией Sumitomo Machinery Corporation of America, модель номер NT2012-A75. Цифровой интерфейс оператора позволяет пользователю выбирать различные условия работы. Например, пользователь может выбрать начальный запуск посредством указания управляющей коробке выработать напряжение переменного тока с постепенным увеличением частоты, чтобы предотвратить разрушение вентиляторного узла 100 электродвигателем 304. В еще одном примере пользователь может выбрать максимальную непрерывную скорость, указав управляющей коробке 102 вырабатывать напряжение переменного тока с фиксированной частотой 60 Гц. В еще одном примере пользователь может выбрать уменьшенную непрерывную скорость, указав управляющей коробке 102 вырабатывать напряжение переменного тока с фиксированной частотой менее 60 Гц.
Управляющая коробка 102, использованная в предпочтительном выполнении, обеспечивает также и другие преимущества. Например, управляющая коробка 102 может управляться дистанционно центральной управляющей станцией. Стандартные аналоговые входы позволяют также устройству легко принимать управляющий сигнал от термометров, устройств измерения относительной влажности и мониторов скорости воздуха.
Как показано на фиг.3А, электродвигатель 304 монтируется непосредственно на опорной раме 302 так, чтобы обеспечивать вентиляторный узел 100 приводящим в движение вращающим моментом. В частности, первая поверхность 502 (см. фиг.5А и 5Б) установочной пластины 330 электродвигателя 304 расположена рядом с первой поверхностью 372 второй опорной пластины 324 опорной рамы 302, так что вал 306 двигателя проходит через отверстие 327 пластины 324. Далее ось вращения электродвигателя 304, определяемая длинной осью вала 306 двигателя, ориентирована так, чтобы быть перпендикулярной к плоскости пластины 324. Вдобавок, втулочный элемент 504, который полностью выступает из первой поверхности 502 установочной пластины 330 (фиг.5А и 5Б), расположен заподлицо в отверстии 327 пластины 324. Как будет более подробно описано ниже, установочная пластина 330, расположенная вышеописанным образом, крепится к пластине 324 множеством крепежных элементов для закрепления электродвигателя 304 на опорной раме 302.
Вал 306 двигателя передает вращающий момент от электромотора 304 втулке 312, установленной на валу 306. Втулка 312 в данном выполнении является цельнолитой алюминиевой деталью дискообразной формы, приспособленной для закрепления множества вентиляторных лопастей 316. Как будет более подробно описано ниже, втулка 312 приспособлена для установки на валу 306 двигателя и обеспечивает установочное место для множества вентиляторных лопастей 316 (см. фиг.6), чтобы вращение вала 306 двигателя превращалось в движение вентиляторных лопастей 316. Втулка 312 содержит круглую плоскую центральную часть 346, которая в целом расходится радиально от вала 306 так, чтобы определять плоскость, и содержит внутреннюю поверхность 352 и параллельную внешнюю поверхность 356 (фиг.3Б).
Как показано на фиг.3Б, цилиндрически симметричная фланцевая часть 342 выступает внутрь от центра центральной части 346 в направлении, перпендикулярном плоскости центральной части 346. Эта фланцевая часть 342 определяет цилиндрически симметричное отверстие 344, приспособленное для приема вала 306 двигателя и фиксирующей оправы 310. В одном из выполнений оправа 310 производится компанией Fenner Trantorque, модель номер 62002280. Во внешней области 354 центральной части 346 симметричный прямоугольный бортик 350 выступает вверх из внутренней поверхности 352 центральной части 346 в направлении, перпендикулярном плоскости центральной части 346.
Множество узких структурных ребер 362 формируются зацело в радиальном направлении на внутренней поверхности 352 центральной части 346 и соединяют внутреннюю поверхность 352 как с фланцевой частью 342, так и с бортиком 350 центральной части 346. В данном выполнении высота втулки 312, измеренная от поверхности 356 в направлении, перпендикулярном этой поверхности 356, приблизительно равна высоте втулки 312 в части бортика 350, во фланцевой части 342 и вдоль любого из структурных ребер 362.
Множество держателей 314 лопастей выходят из внешней поверхности 380 из части 350 бортика так, чтобы выступать радиально наружу от оси вращения, определяемой валом 306 двигателя, на расстояние 4,5 метров. Держатели 314 лопастей имеют веслообразную форму и приспособлены для насаживания на концы множества вентиляторных лопастей 316 для обеспечения средства для установки вентиляторных лопастей 316 на втулке 312. Ниже дается более полное обсуждение вентиляторных лопастей, в том числе процедуры их установки.
Втулка 312 располагается в установочном положении путем ориентирования втулки 312 в плоскости, перпендикулярной валу 306, чтобы внутренняя поверхности 352 была обращена в направлении электродвигателя 304. Затем втулка 312 располагается так, чтобы вал 306 проходил сквозь отверстие 327 во фланцевой части 342 до тех пор, пока первый конец 364 вала 306 не окажется приблизительно в одной плоскости с внешней поверхностью 356 центральной части 346 втулки 312. Когда втулка 312 находится в этом положении, эта втулка 312 закрепляется на валу 306 с помощью оправы 310 способом, известным из уровня техники, так что между втулкой 312 и валом 306 двигателя не возникает скольжения.
Множество фиксаторов 320 безопасности используются для удержания веса втулки 312 и множества вентиляторных лопастей 316 в случае аварии. В данном выполнении каждый фиксатор 320 безопасности является u-образной деталью из высокопрочного алюминия шириной приблизительно один дюйм. Каждый фиксатор 320 безопасности состоит из прямой первой части 332, прямой второй части 334, которая перпендикулярно выходит из первой части 332, и прямой третьей части 336, которая перпендикулярно выходит из второй части, завершая u-образную форму фиксатора 320 безопасности.
Каждый фиксатор 320 безопасности устанавливается на втулке 312 путем размещения первой части 332 на внутренней поверхности 352 центральной части 346 так, что вторая часть 334 плотно располагается смежно с частью 350 бортика центральной части 346. При радиальном расположении первой части 332 на внутренней поверхности 352 эта первая часть 332 прикрепляется к центральной части 346 с помощью множества болтов 340, закрепляя тем самым фиксатор 320 безопасности на втулке 312.
В закрепленном состоянии каждый фиксатор 320 безопасности приспособлен так, что третья часть 336 выступает над второй опорной пластиной 324 опорной рамы 302 настолько, чтобы позволять множеству фиксаторов 320 безопасности независимо удерживать втулку 312 в случае, если втулка 312 отсоединяется от вентилятора 100. В частности, третьи части 336 фиксаторов 320 безопасности удержатся на первой поверхности 372 второй опорной пластины 324 в случае, если втулка 312 отсоединяется от вала 306 электродвигателя 34, например, при поломке оправы 310 или в случае поломки вала 306. Таким образом, фиксаторы 320 безопасности предотвратят падение втулки 312 и прикрепленных к ней вентиляторных лопастей 316 на пол. Кроме того, каждый фиксатор 320 безопасности приспособлен также таким образом, что препятствует третьей части 336 входить в контакт с поддерживающими брусьями 326а, 326б, и обычно располагается над первой поверхностью 372 второй опорной пластины 324, когда вентилятор 100 работает должным образом.
В предпочтительном выполнении четыре фиксатора 320 безопасности располагаются с интервалами в девяносто градусов друг от друга. Если втулка 312 отсоединяется от вала 306 при установленном в вертикальном положении вентиляторном узле 100, как показано на фиг.1, фиксаторы 320 безопасности будут обеспечивать средство поддерживания втулки 312, предотвращая таким образом падение втулки 312 на землю.
На фиг.4А, 4Б и 4В показаны три отдельных вида опорной рамы 302, которые дополнительно иллюстрируют компоненты этой опорной рамы 302. Как показано на виде сверху первой опорной пластины 322 на фиг.4А, эта пластина 322 содержит множество монтажных отверстий 400, используемых для крепления вентиляторного узла 100 к подходящей висящей выше конструкции. В данном выполнении монтажные отверстия 400 равномерно распределены по пластине 322 так, чтобы каждое отверстие располагалось проксимально посередине между центром и краем этой пластины 322.
Пластина 322 далее содержит пару прямоугольных участков 402, которая определяет место сварки пластины 322 и первого конца 325 каждого из пары поддерживающих брусьев 326а, 326б (фиг.4Б). Как показано на фиг.4А, два прямоугольных участка 402 совмещены друг с другом и расположены дистально от центра пластины 322, при этом центр служит серединой между этой парой прямоугольных участков 402.
Как показано на виде сверху второй опорной пластины 324 на фиг.4В, эта пластина 324 содержит множество монтажных отверстий 416, которые равномерно распределены так, чтобы в данном выполнении каждое из отверстий 416 находилось на расстоянии приблизительно 67 мм от центра пластины 324. Монтажные отверстия используются для прикрепления электродвигателя 304 к пластине 324. Отверстие 327 пластины 324 является отцентрированным круглым отверстием, имеющим радиус приблизительно 55 мм, которое, как обсуждалось выше, приспособлено для приема втулочного элемента 504 электродвигателя 504.
Пластина 324 дополнительно содержит пару прямоугольных участков 404, которая определяет конфигурацию сварки пластины 324 и второго конца 335 каждого из пары поддерживающих брусьев 326а, 326б (фиг.4Б). Два прямоугольных участка 404 совмещены друг с другом и расположены дистально от центра пластины 324, при этом центр служит серединой между этой парой прямоугольных участков 404.
Теперь будет сделана ссылка на фиг.5А и 5Б, которые содержат вид сбоку электродвигателя 304 (фиг.5А) и торцевой вид электродвигателя 304 со стороны наблюдателя, смотрящего в сторону вала 306 двигателя (фиг.5Б). В частности, и фиг.5А, и фиг.5Б иллюстрируют втулочный элемент 504, который выступает из поверхности 502 установочной пластины 330 так, что плоскость этого втулочного элемента 504 параллельна плоскости установочной пластины 330. Как упомянуто ранее, втулочный элемент 504 приспособлен для плотного размещения в отверстии 327 второй опорной пластины 324 опорной рамы 302.
Как показано на фиг.5Б, установочная пластина 330 электродвигателя 304 снабжена множеством монтажных отверстий 500 (фиг.5Б), которые равномерно распределены у края монтажной пластины 330. В частности, монтажные отверстия 500 приспособлены для совмещения с монтажными отверстиями 416 пластины 324, когда электродвигатель 304 расположен в опорной раме 302, как показано на фиг, 3А. Следовательно, электродвигатель 304 может быть прикреплен к опорной раме 302 в конфигурации по фиг.3А путем закрепления стандартных крепежных элементов через отверстия 500 и 416 известным из уровня техники способом.
Фиг.6 является видом вентиляторного узла 100 снизу и показывает соотношение между втулкой 312, множеством держателей 314 лопастей, выступающих из втулки 312, и множеством лопастей 316, выступающих из держателей 314 лопастей. Каждая вентиляторная лопасть 316 выступает перпендикулярно оси вращения вентиляторного узла 100, определяемой валом 306 двигателя, так что вентиляторные лопасти 316 распределены равномерно. В данном выполнении множество вентиляторных лопастей 316 накрывает множество держателей 314 лопастей, таким образом закрывая вид множества держателей 314 лопастей.
В предпочтительном выполнении диаметр вентиляторного узла 100 может варьироваться от 4,5 метров до 12,0 метров, а более предпочтительно - от 6,0 до 12,0 метров. Вентиляторные лопасти 110 имеют длину по меньшей мере 2,25 м, а более предпочтительно, по меньшей мере, 3,0 м. В результате каждая вентиляторная лопасть 316 имеет пропорции в диапазоне от 15:1 до 40:1, а более предпочтительно от 20:1 до 40:1. Когда вентиляторный узел 100 действует в нормальных условиях, скорость электродвигателя устанавливается так, чтобы скорость конца лопасти равнялась 15,0 метрам в секунду.
Фиг.7 показывает увеличенный вид одной вентиляторной лопасти 316 снизу. В данном выполнении каждая вентиляторная лопасть 316 имеет форму длинной узкой детали из алюминия, пустой внутри. Каждая вентиляторная лопасть дополнительно содержит первое отверстие 710, смежное с внутренним краем 714 лопасти 316, и второе отверстие 712, смежное с внешним краем 716 лопасти 316. Множество монтажных отверстий 700, обеспечивающих прикрепление вентиляторных лопастей 316 к держателям 314 лопастей втулки 312, как описано в следующем разделе, расположено проксимально по отношению к первому отверстию 710.
В данном выполнении вентиляторные лопасти изготавливаются с помощью способа принудительной экструзии алюминия. Это позволяет производить недорогим образом легкие лопасти со значительной структурной целостностью. Это также позволяет недорого производить вентиляторные лопасти в форме аэродинамического профиля. В данном выполнении каждая вентиляторная лопасть 316 производится с одинаковым сечением по всей длине. Однако дополнительные выполнения могут содержать экструдированные алюминиевые вентиляторные лопасти с неодинаковым поперечным сечением.
Аэродинамические качества вентиляторной лопасти 316 улучшаются путем установки скошенного закрылка 704 на вентиляторной лопасти 316 с помощью стандартных крепежных элементов. Этот закрылок 704 дает более равномерный воздушный поток от вентиляторного узла 100, как обсуждается более подробно в следующем разделе.
С помощью стандартных крепежных элементов крышка 702 монтируется внутри второго отверстия 712, расположенного у второго края 716 вентиляторной лопасти 316, обеспечивая тем самым непрерывную внешнюю поверхность проксимально по отношению ко второму краю 716. В одном из выполнений крышка содержит минимальную структуру, которая практически совпадает с площадью поперечного сечения вентиляторной лопасти 316. В других выполнениях крышка содержит дополнительные аэродинамические структуры, такие как водосливная пластина. В прочих выполнениях крышка приспособлена для крепления таких дополнительных структурных поддерживающих элементов, как кольцо по периметру вентиляторного узла 100.
Увеличенный вид внутренней стороны втулки 312 вдоль линии, параллельной валу 306, показан на фиг.8. Множество ребер 362 показаны отходящими от фланцевой части 342 к части многоугольного бортика 350. Каждое ребро 362 показано также соединяющимся с частью 350 бортика у средней линии держателя 314 лопасти. Каждое ребро 362 подавляет большую силу, прилагаемую соответствующей вентиляторной лопастью 316 к втулке 312, действующую против структурной целостности втулки 312. Как показано на фиг.8, количество плоских поверхностей, составляющих внешнюю поверхность 380 многоугольной части 350 бортика, равно количеству держателей 314 лопасти, радиально выступающих наружу из внешней поверхности 380 части 350 бортика втулки 312. Эта конструкция обеспечивает перпендикулярную связь между каждым держателем 314 лопасти и каждой смежной внешней поверхностью 380, позволяя тем самым плотно устанавливать лопасти 316 на внешней поверхности 380 втулки 312 описанным более подробно ниже способом. В данном выполнении втулка 312 содержит всего десять держателей лопасти, десять внешних поверхностей 340 и десять ребер 362.
Втулка 312 дополнительно содержит первое множество монтажных отверстий 800, расположенных вдоль средней линии каждого из держателей 314 лопасти. Множество отверстий 800 используется в сочетании со стандартными крепежными элементами для прикрепления множества вентиляторных лопастей ко множеству держателей 314 лопастей. Каждая вентиляторная лопасть 316 крепится к втулке 312 путем совмещения внутреннего отверстия 710 вентиляторной лопасти 316 с соответствующим держателем 314 лопасти так, чтобы внутренний край 714 вентиляторной лопасти 316 плотно прилегал к внешней поверхности 380 части 350 бортика втулки 312. Каждая вентиляторная лопасть 316 прикрепляется к держателю 314 лопасти с помощью монтажных отверстий 700 в сочетании с множеством монтажных отверстий 800 держателя 314 лопасти и множеством стандартных крепежных элементов известным из уровня техники способом.
Втулка 312 далее содержит второе множество монтажных отверстий 802. Это второе множество монтажных отверстий 802 симметрично распределено радиальным образом по центральной части 346 втулки 312. Отверстия 802 используются в сочетании с болтами 340 фиксатора безопасности для прикрепления фиксаторов 320 безопасности к втулке 312 известным из уровня техники способом.
Увеличенный вид в разрезе одного держателя 314 лопасти при рассмотрении вдоль плоскости центральной части 346 втулки 312 в направлении центра втулки 312 показан на фиг.9 с удаленными лопастями. Каждый держатель 314 лопасти является в целом веслообразной структурой, которая перпендикулярно выступает из внешней поверхности 380 многоугольной части 350 бортика. Далее, каждый держатель 314 лопасти наклонен по отношению к плоскости втулки нижеописанным образом.
Каждый держатель 314 лопасти, состоящий из широкой центральной части 900, расположенной между приподнятой скошенной частью 902 и нижней скошенной частью 904, которая наклонена по отношению к плоскости центральной части 346 втулки 312 на угол тета. В этом случае угол тета определяется как угол между пересечением верхней поверхности 906 центральной части 900 и смежной поверхности 380 многоугольной части 350 бортика, и линией, параллельной как плоскости центральной части 346 втулки 312, так и смежной поверхности 380. Это позволяет устанавливать вентиляторные лопасти 316 с соответствующим углом атаки, равным тета. В одном из выполнении угол тета равен восьми градусам для всех держателей 314 лопасти. Когда вентиляторный узел 100 вращается, держатель 314 лопасти, показанный на фиг.9, будет перемещаться приподнятой частью 902 вперед.
Центральная часть 900 каждого держателя 314 лопасти имеет практически прямоугольную форму и тем самым ограничена нижней поверхностью 906 и параллельной верхней поверхностью 910. Прямоугольная форма центральной части 900 обеспечивает эффективную установочную конструкцию для вентиляторных лопастей 316, как более подробно описано ниже.
Фиг.10 показывает вид вентиляторной лопасти 316 в разрезе, сделанном в произвольном месте вдоль ее длины при взгляде в сторону второго отверстия 712. Эта вентиляторная лопасть 316 состоит из первой искривленной стенки 1024, второй искривленной стенки 1026 и полого участка 1022 между ними. Две стенки 1024 и 1026 соединены друг с другом в точке ведущего соединения 1031 и в точке замыкающего соединения 1032. В точке замыкающего соединения 1032 две стенки 1024 и 1026 соединяются непрерывным образом, образуя третью стенку 1030. Третья стенка 1030 продолжается до замыкающего края 1014. Первая поверхность 1006 формируется у внешней части стенки 1024 и продолжается бесшовным образом до внешней части стенки 1030 вплоть до замыкающего края 1014. Вторая поверхность 1010 формируется у внешней части стенки 1026 и продолжается бесшовным образом до внешней части стенки 1030 вплоть до замыкающего края. Две поверхности 1006 и 1010 встречаются у ведущего края 1012. Полый участок 1022 состоит главным образом из широкой центральной части 1000 прямоугольной формы. Плоская третья поверхность 1016 формируется у внутренней части стенки 1024 в области части 1000, а плоская четвертая поверхность 1020 формируется у внутренней части стенки 1020 в области части 1000. Следовательно, обе плоские внутренние поверхности 1016 и 1020 параллельны друг другу.
Каждая вентиляторная лопасть 316 приспособлена таким образом, чтобы форма центральной широкой части 1000 внутри вентиляторной лопасти 316 соответствовала форме соответствующей центральной части держателя 314 лопасти. Следовательно, когда вентиляторная лопасть 316 размещается на соответствующем держателе 314 лопасти и закрепляется множеством крепежных элементов, реализуется надежное совмещение. Кроме того, поскольку плоские поверхности изготавливать проще, чем искривленные поверхности, этот способ крепления эффективен с точки зрения стоимости.
Две внешние поверхности 1006 и 1010 формируют аэродинамический профиль. В одном из выполнений этот аэродинамический профиль основан на форме немецкого планерного крыла с номером модели FX 62-K-131. Из-за структурных ограничений, связанных с процессом производства с помощью экструзии, сложно точно придать вентиляторной лопасти 316 форму аэродинамического профиля. В частности, сложно сделать так, чтобы третья стенка 1030 соответствовала предпочтительной форме аэродинамического профиля. Когда на третьей стенке 1030 вдоль замыкающего края 1014 точно и непрерывно устанавливается закрылок 704, он обязательно действует в качестве продолжения третьей стенки 1030, таким образом более точно повторяя форму аэродинамического профиля.
Если закрылок 704 (фиг.7) скошен так, что он шире у внутреннего края 714 и уже у внешнего края 716, то может быть реализована усовершенствованная конструкция. Путем скашивания закрылка 704 форма лопасти становится более оптимальной при уменьшенных радиусах. Вышеупомянутая зависимость компенсирует уменьшенную скорость лопасти при уменьшенных радиусах, таким образом приводя к более равномерному воздушному потоку по всему вентиляторному узлу 100.
Когда вентиляторный узел 100 находится в рабочем режиме, вентиляторная лопасть 316, разрез которой показан на фиг.11, наклоненная на соответствующий угол атаки по часовой стрелке, будет перемещаться вперед ведущим краем 1012. Для наблюдателя, неподвижного относительно отдельной вентиляторной лопасти 316, движение вентиляторной лопасти 316 создает воздушные потоки 1100 и 1102 вдоль поверхностей 1006 и 1010 этой вентиляторной лопасти 316 соответственно. Форма аэродинамического профиля каждой из вентиляторных лопастей 316 приводит к тому, что скорость верхнего воздушного потока 1034 больше скорости нижнего воздушного потока 1036. Следовательно, давление воздуха у нижней поверхности 1010 больше давления воздуха у верхней поверхности 1006.
Очевидно асимметричные воздушные потоки, производимые за счет вращения вентиляторных лопастей 316, дают в результате направленную вверх подъемную силу Flift, которая действует на каждую вентиляторную лопасть 316. Поэтому реактивная сила Fvertical, направленная вниз, приложена к окружающему каждую вентиляторную лопасть 316 воздуху. Более того, форма аэродинамического профиля вентиляторной лопасти 316 минимизирует горизонтальную тянущую силу Fdrag, действующую на каждую вентиляторную лопасть, поэтому к воздуху, окружающему каждую вентиляторную лопасть 316, приложена минимальная результирующая горизонтальная сила Fhorizontal. Следовательно, воздушный поток, создаваемый вентиляторным узлом 100, напоминает воздушный поток в виде столба вдоль оси вращения вентиляторного узла 100.
В предпочтительном выполнении вентиляторный узел 100 способен производить мягкий столбообразный воздушный поток диаметром 6,0 метров. Столбообразная природа этого воздушного потока в сочетании с большой внутренней массой позволяет этому воздушному потоку перекрывать большие пространства. Поэтому вентиляторный узел 100 способен обеспечивать широкие мягкие циркуляционные воздушные потоки, которые служат для охлаждения людей в больших складских помещениях. В предпочтительном выполнении вышеупомянутые способности достигаются при заметно низком потреблении энергии величиной 370 Вт на 929 квадратных метрах площади здания.
Во время многократных экспериментов, использовавших прототипный вариант вентиляторного узла 100, заявителем были проведены измерения скорости воздуха. Прототипный вариант вентиляторного узла 100 имел внешний диаметр от внешнего края 716 до внешнего края 716 каждой пары противолежащих вентиляторных лопастей 316, равный 6,0 метрам, и содержал 10 вентиляторных лопастей. Средние значения множества серий отдельных измерений скорости воздуха, полученные в 3,0 метрах внизу от вентиляторных лопастей 316, колебались от 4,8 до 8,0 км в час. Максимальная скорость воздуха, измеренная в двух метрах под вентиляторными лопастями 316, была не более 9,6 км в час.
В ходе испытаний, выполненных заявителем, скорость внешнего края 716 вентиляторных лопастей поддерживалась равной 4,8 км в час, в то время как электродвигатель 304 потреблял только 370 Вт мощности. Вырабатывался столбообразный воздушный поток диаметром 6,0 метров, которого было достаточно для обеспечения охлаждения на 929 квадратных метрах склада, содержавшего вентиляторный узел 100.
Технические сложности, возникающие при разработке вентиляторного узла 100, были преодолены путем введения новаторских конструктивных характеристик. В частности, большие вентиляторные лопасти 316 производились с помощью технологии экструдирования алюминия. Этот способ позволяет производить крепкие, легкие и недорогие вентиляторные лопасти 316. Этот способ позволяет также производить вентиляторные лопасти 316 в форме аэродинамического профиля, которая позволяет вырабатывать столбообразный воздушный поток. Далее электродвигатель 304, используемый в вентиляторном узле 100, является компактным устройством, содержащим встроенный редукционный механизм, который позволяет электродвигателю 304 вырабатывать большой вращающий момент, требующийся для большого вентиляторного узла 100. Электродвигатель 304 является также управляемым устройством, способным производить при запуске несильный вращающий момент, тем самым уменьшая механическую нагрузку в вентиляторном узле 100. В дополнение электродвигатель 304 также обеспечивает уменьшенный постоянный вращающий момент для действия с уменьшенной скоростью. Кроме того, аспекты безопасности вентиляторного узла 100 были усовершенствованы путем введения множества фиксаторов 320 безопасности, которые разработаны для удержания втулки 312 с множеством вентиляторных лопастей 316 в случае, если втулка 312 отсоединяется от вентилятора 100.
Хотя предпочтительное выполнение настоящего изобретения показало, описало и подчеркнуло фундаментальные новаторские характеристики изобретения в применении к данному выполнению, следует понимать, что различные исключения, замены и изменения в форме деталей проиллюстрированного устройства могут быть сделаны специалистами без отхода от сущности настоящего изобретения. Следовательно, объем изобретения не должен ограничиваться предшествующим описанием, но должен определяться прилагаемой формулой изобретения.
1. Способ охлаждения людей в индустриальном здании, включающий в себя установку вентилятора, имеющего множество лопастей длиной по меньшей мере 3,0-3,6 м, на потолке индустриального здания и вращение этого вентилятора так, чтобы он производил движущийся столб воздуха от 6,0 до 7,2 мм в диаметре в смежном с вентилятором положении, причем вращение вентилятора придает упомянутому столбу воздуха скорость от 4,8 до 8,0 км/ч на расстоянии 3,0 м от вентилятора, так что вентилятор вовлекает объем воздуха в поток, идущий по индустриальному зданию, при этом вовлеченный воздух разрушает пограничный слой воздуха, смежный с людьми, для упрощения испарения пота с людей.
2. Способ по п.1, в котором шаг установки вентилятора содержит установку множества вентиляторов, каждый из которых имеет множество лопастей длиной 3,0 м, на потолке индустриального здания, причем плотность размещения таких вентиляторов составляет 1 вентилятор на 929 м2.
3. Способ по п.2, в котором шаг установки вентилятора содержит установку множества вентиляторов, каждый из которых имеет десять лопастей.
4. Способ по п.1, в котором шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, произведенных по технологии экструдирования алюминия.
5. Способ по п.4, в котором шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, выполненных с одинаковым поперечным сечением.
6. Способ по п.1, в котором шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, каждая из которых имеет первую поверхность и вторую поверхность.
7. Способ по п.6, в котором шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, каждая из которых имеет первую поверхность и вторую поверхность, которые совместно формируют аэродинамический профиль так, чтобы обеспечивать столбообразные свойства производимого вентилятором воздушного потока.
8. Способ по п.8, в котором шаг установки вентилятора содержит установку множества закрылков, каждый из которых имеет третью и четвертую поверхности на множестве лопастей так, чтобы удлинить поверхность первой и второй поверхности каждой лопасти так, чтобы образовывалась конструкция с улучшенным аэродинамическим профилем.
9. Способ по п.8, в котором шаг установки вентилятора содержит установку множества закрылков, каждый из которых имеет скошенный профиль, дающий конструкцию с аэродинамическим профилем, более оптимальную в положениях, более близких к оси вращения вентилятора, чтобы компенсировать уменьшенную скорость лопасти в положениях, более близких к оси вращения вентилятора, чтобы улучшить равномерность воздушного потока, производимого вентилятором.
10. Способ по п.1, в котором шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей, которые отходят от оси вращения вентилятора перпендикулярно, с углом атаки, равным 8°.
11. Способ по п.1, в котором шаг установки вентилятора содержит установку вентилятора со множеством лопастей с помощью вторичного крепежного средства, которое должно удерживать множество лопастей в случае неполадки первичного крепежного средства.
12. Способ по п.1, в котором шаг вращения вентилятора для вовлечения объема воздуха в поток содержит вовлечение воздуха в поток в виде столба, направленного в целом вниз в сторону пола здания, а затем вовлечение в движение вбок наружу от этого столба.
13. Способ по п.1, в котором шаг вращения вентилятора для вовлечения объема воздуха в поток содержит вовлечение воздуха в поток в виде столба, направленного в целом вниз в сторону пола здания, а затем вовлечение в движение вбок наружу от этого столба в сторону множества стен, а затем в движение вверх в сторону потолка, а затем в движение вбок внутрь в сторону вентилятора.
14. Способ по п.1, в котором шаг вращения вентилятора для вовлечения объема воздуха в поток содержит вращение вентилятора таким образом, чтобы отношение скорости воздуха в метрах в минуту на расстоянии трех метров от лопастей к скорости вращения вентилятора в оборотах в минуту находилось в диапазоне от 5 к 1 до 9 к 1, чтобы движущийся объем воздуха вовлекался в циркуляционный поток по индустриальному зданию, чтобы тем самым разрушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми, чтобы упростить испарение пота у людей.
15. Вентиляторный узел для охлаждения людей в индустриальном здании, содержащий опору, приспособленную для установки вентиляторного узла на крыше индустриального здания, двигатель, соединенный с этой опорой, причем двигатель сцеплен с вращающимся валом, вызывая вращение вала, множество вентиляторных лопастей, прикрепленных к вращающемуся валу, причем каждая из множества вентиляторных лопастей имеет длину, по меньшей мере, 2,25 м и имеет сечение в виде аэродинамического профиля, причем двигатель приспособлен для вращения вентиляторных лопастей со скоростью 50 об/мин, так что множество вентиляторных лопастей производят столб движущегося воздуха диаметром 6,0 м в положении, непосредственно смежном с вентиляторными лопастями, при этом воздух имеет скорость 4,8-8,0 км/ч на расстоянии 3,0 м от лопасти, так что движущийся объем воздуха вовлекается в циркуляционный поток по индустриальному зданию, чтобы тем самым разрушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми, чтобы упростить испарение потока у людей.
16. Вентиляторный узел по п.15, в котором множество вентиляторных лопастей соединены со втулкой, которая соединена с валом.
17. Вентиляторный узел по п.16, в котором втулка содержит множество фиксаторов безопасности, которые сконструированы для того, чтобы поддерживать вес втулки и вес множества вентиляторных лопастей в том случае, если втулка отсоединится от вала.
18. Вентиляторный узел по п.17, в котором множество фиксаторов безопасности состоит из четырех фиксаторов безопасности.
19. Вентиляторный узел по п.15, в котором множество вентиляторных лопастей состоит из десяти лопастей.
20. Вентиляторный узел по п.16, в котором каждая из множества вентиляторных лопастей выполняется посредством технологии экструдирования алюминия.
21. Вентиляторный узел по п.17, в котором каждая из множества вентиляторных лопастей выполняется с одинаковым поперечным сечением.
22. Вентиляторный узел по п.15, в котором множество закрылков устанавливается на множестве лопастей, чтобы улучшить аэродинамический профиль каждой лопасти.
23. Вентиляторный узел по п.22, в котором множество закрылков скошены так, что аэродинамический профиль становится более оптимальным в местах, которые находятся ближе к оси вращения вентилятора, чтобы компенсировать уменьшенную скорость лопасти в местах, которые находятся ближе к оси вращения вентилятора, чтобы улучшить равномерность воздушного потока, производимого вентилятором.
24. Вентиляторный узел по п.15, в котором каждая из множества вентиляторных лопастей устанавливается с углом атаки, равным 8°.
25. Вентиляторный узел по п.15, в котором множество вентиляторных лопастей приспособлены для вращения таким образом, чтобы отношение скорости воздуха в метрах в минуту на расстоянии 3 м от лопастей к скорости вращения вентилятора в оборотах в минуту находилось в диапазоне от 5 к 1 до 9 к 1, чтобы движущийся объем воздуха вовлекался в циркуляционный поток по индустриальному зданию, чтобы тем самым разрушить пограничный слой воздуха, смежный с людьми, чтобы упростить испарение пота у людей.
