Центробежный вентилятор
Владельцы патента RU 2390656:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" (RU)
Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к центробежным вентиляторам, и расширяет область его применения за счет эжектирующего действия предварительной закрутки поверхностного слоя основного воздушного потока, что уменьшает потери энергии на дросселирование от соударения потоков в зоне смешения. Указанный технический результат обеспечивается в центробежном вентиляторе, содержащем корпус с входным патрубком, установленное в корпусе рабочее колесо, область нагнетания рабочего колеса сообщена с его входом посредством безлопаточного направляющего аппарата в виде входного коллектора, установленного на входе в рабочее колесо, и обечайки, имеющей внутренний диаметр, больший внутреннего диаметра входного коллектора, и установленной между входным коллектором и входным патрубком с возможностью осевого перемещения, причем коллектор обечайки выполнен перфорированным с кольцевыми каналами в виде спирали Архимеда с увеличением площади перфорации в направлении ко входу в рабочее колесо, а внутри коллектора и обечайки направляющего аппарата установлен цилиндрический патрубок, создающий эффект Коанда. 3 ил.
Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к центробежным вентиляторам.
Известен центробежный вентилятор [1], содержащий корпус, установленное в нем рабочее колесо, входной патрубок и устройство регулирования подачи вентилятора, выполненное в виде спиральной камеры, связанное с полостью высокого давления и сообщенное с входным патрубком через кольцевой канал, заглушенный с одной стороны.
Указанный центробежный вентилятор характеризуется малой областью экономичной работы вследствие того, что не обеспечивает интенсивного смешивания управляющего потока с основным, что приводит к существенной неравномерности циркуляции на входе в рабочее колесо.
Наиболее близким к заявленному устройству является центробежный вентилятор
[2], содержащий корпус с входным патрубком, установленное в корпусе рабочее колесо. Область нагнетания рабочего колеса сообщена с его входом посредством безлопаточного направляющего аппарата, который выполнен в виде входного коллектора, установленного непосредственно на входе в рабочее колесо, и обечайки, имеющей внутренний диаметр больше внутреннего диаметра входного коллектора. Обечайка установлена между входным коллектором и входным патрубком с возможностью осевого перемещения. Направляющий аппарат снабжен цилиндрическим патрубком, установленным внутри обечайки и коллектора концентрично им, а обечайка снабжена коллектором, установленным снаружи нее с образованием конфузорного кольцевого канала.
Такое выполнение центробежного вентилятора позволяет увеличить область его экономичной работы благодаря более полному, эффективному использованию энергии вращения потока в полости корпуса вентилятора для закрутки основного потока на входе в рабочее колесо и регулированию расхода управляющего потока без потерь на дросселирование.
Однако такой характер движения не обеспечивает эффективного смешивания управляющего потока с основным, направленным к оси входного патрубка, что не позволяет достичь требуемой глубины экономичного регулирования центробежного вентилятора.
Целью изобретения является увеличение области экономичной работы центробежного вентилятора.
Указанная цель достигается тем, что в центробежном вентиляторе, содержащем корпус с установленным в нем рабочим колесом, входной патрубок и устройство регулирования подачи вентилятора в виде безлопаточного направляющего аппарата расположены на обечайке входного патрубка. При этом входной патрубок выполнен в виде коллектора, установленного непосредственно на входе в рабочее колесо, и обечайки, выполненной с возможностью осевого перемещения, снабженной входным коллектором, установленным с зазором по отношению к ней. Входной коллектор выполнен с перфорациями в форме спирали Архимеда с увеличением площади перфорации в направлении ко входу в рабочее колесо. Наибольший положительный эффект достигается при угле схода спирали Архимеда в диапазоне
Такое выполнение центробежного вентилятора обеспечивает большую область его экономичной работы. При больших давлениях вентилятора за счет эжектирующего действия часть управляющего потока через входной коллектор в форме спирали Архимеда, дополнительно подкручиваясь, поступает в тороидальный зазор, образованный входным коллектором и обечайкой. Это способствует эффективной предварительной закрутке поверхностного слоя основного потока, что уменьшает потери энергии на дросселирование от соударения потоков в зоне смешения.
Выполнение раскрытия спирали Архимеда с углом более 
приводит к снижению циркуляции управляющего потока при больших давлениях и соответственно малых расходах вентилятора и, соответственно, эффективности взаимодействия управляющего и основного потоков из-за существенного рассогласования расходной составляющей их скоростей.
При угле спирали Архимеда 
возрастают потери на «удар» при взаимодействии управляющего и основного потоков.
На фиг.1 схематично изображен центробежный вентилятор; на фиг.2 - то же, продольное сечение; на фиг.3 - вид А на фиг.1.
Центробежный вентилятор содержит корпус 1, установленное в его полости 2 рабочее колесо 3, входной патрубок 4 и направляющий аппарат 5, выполненный в виде входного коллектора 6 и обечайки 7. Обечайка 7 имеет диаметр D0 больше внутреннего диаметра Dв.к коллектора и по направляющим 8 на входном патрубке 4 может перемещаться в осевом направлении. Внутри входного коллектора 6 и обечайки 7 направляющий аппарат 5 снабжен цилиндрическим патрубком 9, а обечайка 7 снаружи снабжена коллектором 10, который образует с ней конфузорный кольцевой канал 11. Для создания положительного эффекта коллектор обечайки выполнен перфорированным с кольцевыми каналами в форме спирали Архимеда 12 с увеличением площади перфорации в направлении ко входу в рабочее колесо 3.
Для изменения режима работы центробежного вентилятора открывают вход направляющего аппарата 5 смещением обечайки 7 по направляющим 8. Вращающийся в полости 2 корпуса 1 управляющий поток, сформировавшись в осевом направлении на части входного коллектора 6, выступающей над обечайкой 7 диаметром D0, поступает в направляющий аппарат 5, где взаимодействует с частью управляющего потока, поступающего в направляющий аппарат 5 через конфузорный кольцевой канал 11. Кольцевая струя управляющего потока за счет эжектирующего действия и пониженного статического давления обеспечивает подсос части управляющего потока, движущегося вдоль входного коллектора 6 через кольцевые каналы в форме спирали Архимеда 12, что способствует его дополнительной подкрутке и снижению статического давления при соответствующем диапазоне угла схода спирали канала. Обладая большей циркуляцией и меньшим статическим давлением по отношению к основному потоку, управляющий поток способствует эффективной закрутке его за счет постоянного поджатия к криволинейной поверхности коллектора 6 при повороте из радиального направления в тангециальное. Закрутка потока происходит без образования застойных вихревых зон также в силу поджатия потока к коллектору 6. При этом не возникают дополнительные потери его энергии на дросселирование, а происходит плавное «безударное» обтекание коллектора 6 и обечайки 7.
Данный эффект наиболее ощутим при работе вентилятора в режиме малых подач и больших давлений (режим дросселирования), когда велика доля избыточного статического давления управляющего потока в общем балансе его энергии.
При этом закрученная кольцевая струя управляющего потока, обтекая под острым углом к направляющей цилиндрической поверхности патрубка 9, испытывает действие эффекта Коанда, заключающегося в поджатии потока к криволинейной поверхности и, следовательно, в увеличении его скорости закрутки за счет избыточного статического давления.
Эффективная закрутка основного потока управляющим на входе в рабочее колесо, особенно при больших давлениях вентилятора, позволяет в широком диапазоне изменять режим работы вентилятора без существенных потерь энергии, т.е. при сохранении высокой экономичности.
Выполнение кольцевого канала по спирали Архимеда с углом более 
или менее 
приводит к существенному рассогласованию направления вектора скорости управляющего потока и спирали кольцевого канала, росту потерь энергии на «удар», дросселирование и, как результат, снижению эффективности закрутки основного потока.
Список использованных источников
1. Авторское свидетельство 1368497 СССР, кл. F04D 27/02, опубл. 1988.
2. Патент 2029135 РФ, кл. F04D 17/08. Центробежный вентилятор / Макаров В.Н., опубл. 20 февраля 1995.
Центробежный вентилятор, содержащий корпус с входным патрубком, установленное в корпусе рабочее колесо, область нагнетания рабочего колеса сообщена с его входом посредством безлопаточного направляющего аппарата в виде входного коллектора, установленного на входе в рабочее колесо, и обечайки, имеющей внутренний диаметр, больший внутреннего диаметра входного коллектора, и установленной между входным коллектором и входным патрубком с возможностью осевого перемещения, причем коллектор обечайки выполнен перфорированным с кольцевыми каналами в виде спирали Архимеда с увеличением площади перфорации в направлении ко входу в рабочее колесо, а внутри коллектора и обечайки направляющего аппарата установлен цилиндрический патрубок, создающий эффект Коанда.
