Входное устройство центробежного вентилятора



Входное устройство центробежного вентилятора
Входное устройство центробежного вентилятора

 


Владельцы патента RU 2536572:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") (RU)

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к входным устройствам центробежных вентиляторов. Входное устройство центробежного вентилятора представляет собой всасывающий патрубок, образующий с покрывным диском рабочего колеса кольцевой зазор, профиль образующей всасывающего патрубка имеет вогнутую форму, кривизна которой и длина патрубка рассчитываются из условия обеспечения минимума обтекаемой поверхности осесимметричного канала. За счет уменьшения потерь энергии воздушного потока на трение, вихреобразование и концевых потерь, обусловленных геометрией патрубка, устройство обеспечивает увеличение кпд вентилятора. 2 ил.

 

Изобретение относится к области вентиляторостроения, а именно к входным устройствам центробежных вентиляторов.

Известно входное устройство вентилятора, содержащее размещенные по ходу потока подводящий канал, входную коробку со скошенной внешней стенкой и всасывающий патрубок, входное сечение которого расположено в плоскости внутренней стенки подводящего канала (А.с. СССР №918565, F04D 29/44, 1982).

Недостатком устройства являются значительные потери на трение во всасывающем патрубке и вихреобразование при резком изменении направления потока.

Наиболее близким к изобретению выбранным в качестве прототипа является входное устройство центробежного вентилятора, содержащее патрубок, образующий с покрывным диском рабочего колеса кольцевой зазор, и расположенную на патрубке направляющую решетку, решетка размещена с наружной стороны патрубка перед зазором и выполнена в виде гофрированной ленты (а.с. СССР №1108252, F04D 29/44, 1984).

Недостатком устройства являются значительные потери энергии воздушного потока при прохождении через входное устройство вентилятора, а именно:

1) потери на трение о стенки всасывающего патрубка конической формы;

2) концевые потери при переходе струи с направляющего патрубка на лопатки вентилятора из-за отклонения направления струи воздуха на выходе конического патрубка от оси симметрии;

3) потери на вихреобразование, сопутствующие процессу турбулизации воздушного потока при прохождении его через направляющую решетку.

Данные потери являются причиной снижения кпд от его номинального значения.

Технической задачей изобретения является повышение кпд вентилятора за счет уменьшения потерь энергии воздушного потока во всасывающем патрубке.

Техническая задача достигается входным устройством центробежного вентилятора, представляющим собой всасывающий патрубок, образующий с покрывным диском рабочего колеса кольцевой зазор, профиль образующей всасывающего патрубка имеет вогнутую форму, кривизна которой рассчитывается по формуле: r ( x i ) = r в х c h [ x i r в ы х a r c c o s h ( r в х / r в ы х ) r в ы х ] ,

а длина патрубка - по формуле:

l = r в ы х arccos h ( r в х / r в ы х ) ,

где rвх - входной радиус всасывающего патрубка,

rвых - выходной радиус,

xi - текущее значение продольной координаты,

r(xi) - текущее значение радиуса патрубка в зависимости от продольной координаты.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кпд вентилятора за счет уменьшения потерь во всасывающем патрубке.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

на фиг.1 приведена схема вентилятора с входным устройством в продольном разрезе;

на фиг.2 приведена эволюция среднерасходной скорости потока в функции продольной координаты патрубка с модулем m=rвых/rвх, где кривая 1 - для конического патрубка m=0,5, кривые 2-4 - для патрубка предлагаемой геометрии m=0,5, m=0,25 и m=0,145 соответственно.

Входное устройство содержит всасывающий патрубок 1, образующий с покрывным диском 2 рабочего колеса 3 кольцевой зазор 4 (фиг.1).

Профиль входного патрубка выполнен в виде вогнутой линии, кривизна которой рассчитывается по формуле r ( x i ) = r в х c h [ x i r в ы х a r c c o s h ( r в х / r в ы х ) r в ы х ] , при соблюдении длины патрубка, вычисляемой по выражению l = r в ы х arccos h ( r в х / r в ы х ) . Профиль входного патрубка полностью определяется входным и выходным его радиусами.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемая форма образующей всасывающего патрубка обеспечивает минимум обтекаемой воздушным потоком площади, что, в свою очередь, уменьшает потери на трение. Расчеты показывают, что работа сил трения при использовании патрубка предлагаемого профиля модуля 0,5 уменьшается по отношению к коническому патрубку той же длины и модуля на 28%. Плавный ход образующей приводит к меньшим потерям на вихреобразование.

Поскольку производная от радиуса по продольной координате в выходном сечении предлагаемого всасывающего патрубка равна нулю, направление потока на выходе, в отличие от прототипа, параллельно оси всасывающего патрубка. Это позволяет выполнить лопатки вентилятора с углами входа, соответствующими углам выхода воздушного потока из патрубка, и практически ликвидировать концевые потери при переходе воздушной струи из канала входного патрубка на лопатки вентилятора.

Уменьшение потерь на трение, вихреобразование и концевых потерь, в свою очередь, увеличивает кпд.

Кроме того, предлагаемая геометрия патрубка обеспечивает создание большего отрицательного градиента давлений, в результате чего происходит вытеснение пограничного слоя потока и его уменьшение до незначительных величин. Вследствие этого практически все выходное сечение патрубка занимает ядро потока, а значит, профиль скоростей приближается к прямоугольному виду, что вместе с направлением потока, параллельным оси канала, избавляет от необходимости устанавливать направляющую решетку, что упрощает конструкцию.

На основании теории пограничного слоя была создана математическая модель движения газа в конфузорных каналах, на основании которой была рассчитана эволюция скорости в функции продольной координаты во всасывающих патрубках различной геометрии. Из-за недостатка данных для расчета течения в направляющих решетках сравнительные расчеты произведены для конического патрубка (кривая 1, фиг.2) и патрубка предлагаемой геометрии (кривая 2, фиг.2), имеющих один модуль (m=0,5) и одинаковую длину.

Расчеты показывают, что ускорение потока на выходе патрубка предлагаемой формы превышает аналогичное значение для конического патрубка незначительно (кривые 1, 2, фиг.2), однако наличие в прототипе решеток и диффузорной части приводит к тому, что при их прохождении воздушным потоком происходит дополнительное замедление потока. Следовательно, скорость потока на входе вентилятора при использовании предлагаемого входного устройства будет значительно выше, чем в прототипе, что повысит эффективность работы вентилятора.

Расчеты показывают, что при уменьшении модуля патрубка предлагаемой геометрии m<0,5 значительно повышается скорость потока (кривые 3, 4, фиг.2). Поскольку профиль входного патрубка полностью определяется входным и выходным его радиусами, варьируя соотношение радиусов на входе и выходе устройства, можно реализовать необходимое значение скорости воздушного потока на входе вентилятора (кривые 3, 4, фиг.2).

Таким образом, в отличие от прототипа предлагаемое устройство обеспечивает повышение кпд вентилятора за счет снижения потерь энергии потока, равномерность профиля скоростей и большее ускорение потока.

Входное устройство центробежного вентилятора, представляющее собой всасывающий патрубок, образующий с покрывным диском рабочего колеса кольцевой зазор, отличающееся тем, что профиль образующей всасывающего патрубка имеет вогнутую форму, кривизна которой определяется формулой:
r ( x i ) = r в х c h [ x i r в ы х a r c c o s h ( r в х / r в ы х ) r в ы х ] ,
а длина патрубка - формулой:
l=rвыхarccosh(rвх/ rвых),
где rвх - входной радиус всасывающего патрубка,
rвых - выходной радиус,
xi - текущее значение продольной координаты,
r(xi) - текущее значение радиуса патрубка в зависимости от продольной координаты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным нефтяным магистральным насосам. В процессе оптимизации геометрических параметров бокового полуспирального подвода центробежного насоса двустороннего входа задают расчетную подачу подвода, средний момент скорости на входе в рабочее колесо, частоту вращения и радиус колеса, а также закон изменения ширины сечения спиральной части подвода в зависимости от изменения радиуса его сечения.

Изобретение относится к центробежному насосу (1), который может перекачивать жидкость с большими объемными расходами свыше 20 м3/с. Насос содержит рабочее колесо (3), установленное с возможностью вращения вокруг оси и направления жидкости к бетонной спиральной камере (4), расположенной вокруг рабочего колеса (3).

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных многоступенчатых центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к погружным многоступенчатым центробежным насосам, предназначенным для добычи нефти из скважин. Погружной многоступенчатый модульный насос содержит головку, основание и корпус, в котором установлены ступени.

Узел диффузор-направляющий аппарат, предназначенный для установки на выходе компрессора в турбомашине, содержит направляющий аппарат. Направляющий аппарат включает в себя две, по существу, цилиндрические стенки: радиально внутреннюю и радиально наружную.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Диффузор для диагонального или центробежного компрессора газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, одну лопатку (20), имеющую сторону нагнетания, сторону всасывания и первую боковую поверхность (22).

Изобретение относится к центробежным многоступенчатым насосам и может быть использовано для подъема из скважин жидкости с высоким содержанием механических примесей.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел, включающий корпуса подвода и отвода пара, сопловый аппарат и турбину.

Изобретение относится к насосостроению. Горизонтальный одноступенчатый насос включает корпус, двухпоточное рабочее колесо и направляющий аппарат. Покрывные диски колеса присоединены к основному диску посредством систем пространственно спиральных лопаток. Лопатки разнесены по окружности с образованием смежными лопатками в каждой из упомянутых систем спирально закрученных межлопаточных каналов. Напорная поверхность и средняя условная поверхность лопатки колеса выполнены пространственным перемещением линейчатой образующей от входа к выходу из межлопаточного канала с углом захода лопатки в поток, изменяющимся к выходу с градиентом пространственной кривизны, заданным в проекциях на две взаимно перпендикулярные условные плоскости. Системы лопаток колеса смещены в плоскости вращения на угол не менее половины проекции скошенного выходного конца лопатки на условную среднюю плоскость основного диска. Направляющий аппарат снабжен криволинейными лопатками, число которых превышает число лопаток колеса. Лопатки аппарата отклонены в сторону вектора потока в отводе на определенный угол, а межлопаточный канал выполнен расширяющимся к выходу. Группа изобретений направлена на улучшение характеристик насоса, снижение вибрационных радиальных нагрузок и повышение КПД, надежности и ресурса. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к насосостроению. Спиральный отвод оседиагонального шнекового насоса содержит спиральный канал, диффузор и язык. Язык расположен в точке поворота потока из окружного направления в спиральном канале с увеличивающейся площадью текущих расчетных сечений пропорционально углу «охвата», отсчитываемого от сечения, проходящего через язык, в тангенциальное направление, на вход в горло и далее в диффузор и на выход из насоса. На боковой стороне спирального канала, обращенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости потока жидкости, выполнен осесимметричный боковой язык в виде конической поверхности с увеличивающимся в диагональном направлении наружным диаметром, плавно сочлененный в окружном направлении с языком. Противоположная боковая сторона спирального канала также выполнена конической с увеличивающимся в диагональном направлении внутренним диаметром. Обе боковые стороны сопряжены между собой по дуге окружности, так, что в целом образуют текущее расчетное сечение спирального канала. Изобретение направлено на повышение КПД и снижение мощности, потребляемой насосом, путем снижения гидравлических потерь на вихреобразование. 2 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных высокоскоростных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей. Ступень насоса содержит рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска с осевой опорой, нижнего диска и лопаток. Верхний диск с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом, стакан выполнен из перфорированного металлического цилиндра со слоем полимерного материала на его внутренней поверхности и перфорациями, заполненными полимерным материалом. На внешней стороне и/или на торце стакана выполнена круговая канавка для расположения в ней уплотнительного кольца. Верхний и нижний диски, лопатки аппарата и рабочее колесо изготовлены из полимерного материала, а поверхности трения осевых и радиальных опор выполнены в виде подшипников трения скольжения, изготовленных из износостойкого металлического сплава и/или керамики и закрепленных на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением и/или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали, причем поверхности соединения подшипников с деталью выполнены в виде соединения «шип-паз». Изобретение направлено на уменьшение массы и повышение надежности работы ступени. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к турбомашинам, в частности к компрессорам турбомашин. Узел состоит из диффузора и спрямляющего устройства для потока воздуха на выходе из центробежного компрессора турбомашины, причем указанный диффузор имеет, по существу, форму двойного кольцевого диска, ориентированного радиально, а указанное спрямляющее устройство представляет собой двойную тороидальную деталь, расположенную в продолжение двойного диска диффузора и изогнутую для отвода потока воздуха в заднем по потоку направлении турбомашины. Изобретение отличается тем, что указанное спрямляющее устройство закрепляют на указанном диффузоре посредством соединения, установленного в непосредственной близости от поверхности контакта этих двух деталей и демонтируемого при помощи стандартного инструмента, исключая любые другие поддерживающие средства. Изобретение направлено на снижение трудозатрат при установке и демонтаже. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах ракетной техники. Изобретение направлено на расширение диапазона применения лопастного насоса по расходу жидкости при обеспечении надежного охлаждения подшипника и повышения антикавитационных качеств лопастного насоса. Для этого после винтового насоса (8) во входном коллекторе (2) входного патрубка (1) выполнена кольцевая камера (10), отверстиями (13) соединенная со щелями (12) лопаток (11) направляющего аппарата (3). За камерой (10), между коллектором (2) и валом (4) выполнено щелевое уплотнение (9). 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в способах изготовления рабочих колес и направляющих аппаратов ступеней погружных многоступенчатых электроцентробежных насосов для добычи нефти. Способ изготовления включает ввод алюминия под поверхность расплава при температуре 1410-1480°C, последующий нагрев до температуры разлива и модифицирование в этом промежутке времени сплава введением лигатур с получением следующего состава, мас.%: углерода - 3,2-3,9, кремния - 0,2-1,0, марганца - 0,5-0,8, хрома - 0,1-0,5, меди - 0,8-1,5, алюминия - 1,7-4.0, фосфора - не более 0,2, серы - не более 0,02, железо - остальное. Способ включает также заливку расплава в литейную форму, выбивку отливки и обрубку литников отливок, термическую обработку отливок с нагревом до температуры 550-600°C с последующим охлаждением на воздухе, механическую обработку отливок рабочего колеса и направляющего аппарата, в том числе обработку осевых и радиальных пар трения с обеспечением точности и шероховатости, необходимых для поверхностей трения подшипников скольжения, низкотемпературное азотирование поверхностей полученных деталей при температуре не более 600°C на глубину 30-500 мкм. Изобретение направлено на повышение надежности, долговечности насоса, снижение его себестоимости и увеличение межремонтного периода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти. Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит корпус (1), вал (2), ступени (3), состоящие из рабочего колеса (4) и направляющего аппарата (5), выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс. %: углерода - 3,2-3,9; кремния - 0,2-1,0; марганца - 0,5-0,8; хрома - 0,1-0,5; меди - 0,8-1,5; алюминия - 1,7-4.0; титана - 0,0-0,3; фосфора - не более 0,2; серы - не более 0,02; железо - остальное. Поверхности колеса (4) и аппарата (5) содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой. Колеса (4) установлены на валу (3) и содержат нижнюю осевую опору колеса с опорной поверхностью, лопасти, ступицу с наружной радиальной опорной поверхностью, верхнюю осевую опору с опорной поверхностью. Аппараты (5) установлены в корпусе (1) посредством цилиндрической обоймы, содержат опорный бурт с опорной поверхностью, ступицу с внутренней радиальной опорной поверхностью, цилиндрическую обойму, лопатки, нижнюю опорную поверхность. Опорные поверхности нижней осевой опоры колеса (4) и опорного бурта аппарата (5) содержат твердосплавное покрытие. Твердосплавные покрытия опорных поверхностей нижней осевой опоры колеса (4) и опорного бурта аппарата (5) контактируют, образуя пару трения. Наружная и внутренняя радиальные опорные поверхности ступиц соответственно колеса (4) и аппарата (5) контактируют азотированными слоями, образуя радиальную опору вала (3). Изобретение направлено на повышение надежности, долговечности и межремонтного периода насоса и снижение его стоимости. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в погружных многоступенчатых электроцентробежных насосах для добычи нефти. Насос содержит корпус, вал и ступени, состоящие из рабочего колеса и направляющего аппарата, выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс.%: углерода - 3,2-3,9, кремния - 0,2-1,0, марганца - 0,5-0,8, хрома - 0,1-0,5, меди - 0,8-1,5, алюминия - 1,7-4,0, титана - не более 0,3, фосфора - не более 0,2, серы - не более 0,02, железо - остальное. Поверхности рабочего колеса и направляющего аппарата содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой. Колеса установлены на валу посредством ступицы с возможностью вращения и содержат нижнюю осевую опору колеса с опорной поверхностью, лопасти и верхнюю осевую опору с опорной поверхностью. Направляющие аппараты установлены в корпусе посредством цилиндрической обоймы, содержат опорный бурт с опорной поверхностью, цилиндрическую обойму, лопатки, нижнюю опорную поверхность. Опорные поверхности нижней осевой опоры колеса и опорного бурта направляющего аппарата содержат твердосплавные покрытия, которыми они контактируют между собой, образуя пару трения. Изобретения направлены на повышение износостойкости и коррозионной стойкости насоса. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройства, системы и способы в соответствии с примерными вариантами выполнения обеспечивают диффузоры, например, в виде части турбомашины 300, с диффузорными лопатками, имеющими S-образные средние линии. Такие S-образные средние линии определяются функциями, имеющими точку перегиба. Использование диффузорных лопаток такой формы приводит к рабочим характеристикам, при которых часть диффузорных лопаток, расположенных вблизи передней кромки, не нагружены при работе в расчетных условиях, при этом нагрузка постепенно увеличивается до своего максимального значения к средней части диффузорной лопатки. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для откачки из скважин пластовой жидкости с высоким содержанием газа. Погружной лопастной мультифазный насос содержит n-число ступеней. По крайней мере, одна ступень имеет полуоткрытое рабочее колесо (9) с ведущим диском (10) и лопастями (11), нижний и верхний направляющие аппараты (1), (5), установленные, соответственно, до и после рабочего колеса (9). Каждый аппарат (1), (5) включает нижний диск (2) и (6) и верхний диск (3) и (7) с лопатками (4), (8). Между колесом (9) и верхним диском (3) нижнего аппарата (1) установлен дополнительный направляющий аппарат (12), который состоит из диска с лопатками (13). Наличие дополнительного аппарата (13) позволяет отводить часть жидкости, проходящей через рабочее колесо (9), и направлять на вход этого же колеса (9), тем самым, принудительно увеличивая содержание жидкости в проходящей через ступень газожидкостной смеси. В результате обеспечивается стабильная работа насоса и увеличивается его напор и КПД. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх