Вихревой вентилятор
Изобретение относится к области вентиляторостроения и может использоваться для улучшения качества циркуляции и перемешивания воздуха в бытовых и производственных помещениях, а также в других воздушных объемах, имеющих неоднородную температуру. В вентиляторе, содержащем диск крыльчатки с лопастями, насаженный на вал двигателя, лопатки выполнены профилированными, скручены вдоль длины от приосевой части к периферийной на угол 90° по часовой стрелке и закреплены на диске приосевой частью под углом атаки 10° к плоскости вращения. Предложенный вентилятор производит забор воздуха с фронтального и тылового объема, производит вихревое закручивание, перемешивание потока и диаметральный выброс на периферию. Тем самым увеличивается площадь циркуляции, качество теплообмена при снижении скорости вращения и сокращении потребления энергии. 1 ил.
Изобретение относится к области вентиляторостроения. Устройство целесообразно применять в газообразных и других текучих средах, например, в качестве настольного или потолочного вентилятора в помещениях. Хорошие показатели циркуляции и теплообмена могут быть получены в ограниченных объемах, например между секциями тепловых батарей или в камерах холодильников.
Уменьшение энергопотребления и улучшение циркуляции являются двумя взаимно противоборствующими параметрами.
У известного классического бытового осевого вентилятора, используемого для циркуляции воздуха в помещении, состоящего из приводного двигателя, ступицы с размещенной на ней крыльчаткой, состоящей из радиально расположенных лопастей с однонаправленным углом атаки по длине лопасти, имеется недостаток, выраженный в узкой концентрации фронтального потока выбрасываемого воздуха. Это вызывает неравномерную циркуляцию по объему, потерю энергии на упругие отражения от препятствий.
Известен вентилятор, содержащий диск крыльчатки с лопастями, насаженный на вал двигателя (см., например, RU 2027915 С1, М.кл. F04D 29/32, оп. 27.01.1995).
Недостатками прототипа является значительное энергопотребление в связи с высоким аэродинамическим сопротивлением проточного канала, а именно в узком всасывающем патрубке, и наличием криволинейного участка входа потока на крыльчатку. Кроме того, недостаточно эффективно циркулируется воздух по объему кузова в результате узкой направленности исходящего потока.
Техническим результатом изобретения является улучшение качества циркуляции при снижении энергопотребления за счет оптимизации профиля вращающихся лопастей крыльчатки вентилятора.
Указанный результат достигается тем, что в вентиляторе, содержащем диск крыльчатки с лопастями, насаженный на вал двигателя, согласно изобретению лопатки выполнены профилированными, скручены вдоль длины от приосевой части к периферийной на угол 90° по часовой стрелке и закреплены на диске приосевой частью под углом атаки 10° к плоскости вращения.
Сущность изобретения заключается в том, что лопасти крыльчатки имеют угол атаки в центре 10° и создают напор в сторону фронта вдоль оси вращения, а на периферийном окончании 100°, создавая напор в тыловую область такой же мощности. Создаваемое разрежение в приосевой тыловой части заворачивает тыловой периферийный поток к центру, а разрежение фронтальной области на периферии крыльчатки засасывает приосевое сжатие радиально в стороны, тем самым закольцовывается тороидальный «бублик». Центробежная сила постепенно разбрасывает закольцованный поток от периферийных окончаний лопастей еще дальше от центра, создавая диаметральный вентилирующий эффект, усиленный вихревым закручиванием вокруг продольной крутки лопастей в плоскостях, перпендикулярных плоскости размещения крыльчатки вентилятора.
На чертеже изображено устройство вентилятора со схемами основных потоков. Вентилятор состоит из диска 1 крыльчатки, насаженного на вал 8 двигателя 7, приводящего во вращение по часовой стрелке скрученные лопасти, закрепленные на диске 1 приосевой частью 2 под углом А=10° к плоскости вращения, имеющими угол скрутки по длине от приосевой части 2 к периферийной 3 90° по часовой стрелке, угол атаки на периферийной части В=100°. Вращение диска крыльчатки с лопастями порождает поток 4, направленный от фронта к тылу на периферии 3, который закручивается по часовой стрелке, поток 5, направленный от тыла к фронту вдоль оси вращения Z, закрученный по часовой стрелке, и вихревые потоки 6, которые срываются с лопастей диаметрально в стороны, создают циркуляцию и вращаются по часовой стрелке.
Устройство работает следующим образом.
При включении в работу двигателя 7 начинает вращаться диск 1 крыльчатки с лопастями, прикрепленными к диску 1, насаженному на вал. Закрученные лопасти, установленные под соответствующим углом, обеспечивают проток воздуха в противоположных направлениях в приосевой и периферийной области, закольцовывают, разгоняют и отбрасывают вихри в диаметральном направлении, создавая циркуляцию.
Предпочтительно изготавливать вентилятор с одинаковыми секторными лопастями. В различных исполнениях количество лопастей может быть больше одной.
Предпочтительно выполнять увеличивающуюся скрутку лопастей по длине. Скрутка может быть выполнена линейно.
Возможны варианты выполнения с углом атаки в центре, отличном от 10°, к плоскости вращения.
Эффективность предложенного вентилятора повышается с увеличением оборотов.
К достоинствам предложенного изобретения относятся:
- близкая к круговой диаграмма направленности исходящего потока увеличивает объем циркуляции;
- захват воздуха с фронтальной и тыловой части вентилятора улучшает циркуляцию;
- высокая завихренность исходящего потока эффективно перемешивает окружающий объем, повышает эффективность циркуляции;
- имеет низкое аэродинамическое сопротивление, уменьшает энергопотребление;
- уменьшенное давление на ось двигателя вследствие компенсации фронтальных и тыловых тяговых усилий.
По сравнению с прототипом предложенное изобретение имеет улучшенные циркуляционные свойства, сниженные показатели энергопотребления при упрощении конструкции и может быть выполнено в одинаковых с прототипом габаритах.
Вентилятор, содержащий диск крыльчатки с лопастями, насаженный на вал двигателя, причем лопатки выполнены профилированными, скручены вдоль длины от приосевой части к периферийной на угол 90° по часовой стрелке и закреплены на диске приосевой частью под углом атаки 10° к плоскости вращения.
