PL68133B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 1.X.1973 68 133 KI. 27c,12/01 MKP F04d 29/32 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Andrzej Wszelaczynski, Jerzy Dubrawski, Ryszard Kaczmarek, Wieslaw Kozik Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Wieniec lopatkowy wirnika sprezarek i wentylatorów osiowych Przedmiotem wynalazku jest wieniec lopatkowy wirnika sprezarek i wentylatorów osiowych.Wience lopatkowe dotychczas znanych wysoko- sprawnych wentylatorów osiowych projektowane sa zgodnie ze znanymi metodami obliczenia wienców lopatkowych. W metodach tych podstawowa wiel¬ koscia w obliczeniach jest wspólczynnik cyrkulacji lopatki wirnika przy jej stopie. W obliczeniach zaklada sie wartosc tego wspólczynnika albo innych wielkosci pozwalajacych te wartosc jednoznacznie okreslic, przy czym poszczególne metody podaja wzory badz wytyczne umozliwiajace okreslenie optymalnej lub maksymalnej jego wartosci.Metoda angielska A.R. Howella, uzupelniona przez A.D.S. Cartera wiaze optymalna i maksymal¬ na wartosc wspólczynnika cyrkulacji CF ze sto¬ sunkiem predkosci wzglednych za wiencem lopatek W2 i przed wiencem lopatek Wr podajac wzory: croPt = 2,2(^- crmax -»£)¦ (1) (2) W przypadku, w którym stosunek podanych pred¬ kosci wynosi okolo 0,70 wspólczynnik cyrkulacji wynosi C Y opt ~ °752 oraz c T max ^1'13- Szwajcarski uczony W. Traupel, w swej znanej monografii poswieconej cieplnym maszynom prze¬ plywowym, uzaleznia optymalna wartosc wspól- 10 15 25 czynnika cyrkulacji od kata zmiany kierunku stru¬ mienia, przyjmujac: Cropt~ °8 Sdy kat zmiany kierunku strumienia jest równy zero crmax^l,25 gdy kat zmiany kierunku strumienia jest równy50° (3) Dla katów wiekszych niz 50° W. Traupel nie podaje danych, poniewaz katy te nie sa w wenty¬ latorach i sprezarkach stosowane.Metoda obliczania wienców Wieniga — Eckerta, opisana szczególowo w monografii B. Eckerta za¬ leca przyjmowac wspólczynnik cyrkulacji w gra¬ nicach CTopt = 0,8-5-1,25 (4) B. Eck w swym znanym podreczniku poswieco¬ nym wentylatorem, opierajac sie na badaniach O, Zweifela, wykonanych w firmie BBC-Baden, podaje wzór do okreslenia optymalnej podzialki lopatek, który po przeksztalceniu daje optymalna wartosc wspólczynnika cyrkulacji wynoszaca: W2 C ropr=(0,9-s-l,0) -— (5) Dla stosunku predkosci W2 do Wj wynoszacego 0,7 optymalna wartosc wspólczynnika cyrkulacji wynosi od 0,63 do 0,7.A. Betz opierajac sie na badaniach Himmelskam- pa podaje do obliczenia maksymalnej wartosci wspólczynnika cyrkulacji przy stopie lopatki wzór uwzgledniajacy dzialanie sil Coriolisa: 68 13368133 cr 3 1,1 +1,75 (-)»• cos4 p (6) We wzorze tym 1 — jest dlugoscia cieciwy roz¬ patrywanego przekroju lopatki, r — promieniem, na którym znajduje sie ten przekrój, p — katem miedzy kierunkiem cieciwy lopatki a plaszczyzna wirowania wirnika. W wentylatorach z reguly stosunek (l/r) jest przy stopie lopatki nie wiekszy niz 0,5 zas kat (3 jest nie mniejszy niz 20°. Przeto maksymalny wspólczynnik cyrkulacji obliczony ze 10 wzoru (6) jest nie wiekszy niz 1,40.S. Liebleiri i jego wspólpracownicy, opierajac sie na bardzo obszernych badaniach wykonanych w USA w National Advisory Committee for Aero- nauties i na teoretycznych rozwazaniach wyprowa- 15 dzili wzór przyjety w wielu krajach, miedzy in¬ nymi w Polsce dajac sie sprowadzic do nastepuja¬ cej postaci: cr, opt r w2 \w, (7) W przypadku, w którym stosunek predkosci wy¬ lotowej W2 do wlotowej Wj wynosi 0,70 optymalny wspólczynnik cyrkulacji obliczony ze wzoru (7) wynosi okolo1,4. 25 Na ogól stosowana jest metoda A. H. Howella i A.D.S. Cartera omówiona wyzej wraz z zalece¬ niem, co do optymalnego wspólczynnika cyrkulacji, wynikajacym ze wzoru (1) podanego wyzej. K. A.Uszakow, I.W. Brusilowskij i A.R. Buszel w swej 30 wyczerpujacej monografii poswieconej aerodyna¬ mice osiowych wentylatorów zalecaja przyjmowac nieco wieksze wartosci wspólczynnika cyrkulacji niz inni uczeni, a mianowicie zalecaja przyjmowac przy stopielopatki. . 35 cr0pt=U-^l,2 przy wierzcholku lopatki , Cropt = 0,6^-0,7 (8) (9) Wszystkie podane metody, jak równiez inne zna- *° ne metody, których tu nie podano, okreslaja opty¬ malna lub maksymalna wartosc wspólczynnika cyrkulacji przy stopie lopatki lub okreslaja sposób obliczania tej wartosci, przy czym zalecana przez te metody wartosc nie przekracza okolo 1,25 do 1,4 43 przy stosunku predkosci wylotowej od wlotowej wynoczacym 0,7. Metody te, zalecajac podana war¬ tosc wspólczynnika cyrkulacji, uniemozliwily uzys¬ kanie takiego uksztaltowania wienca lopatkowego wirnika, które zapewniloby optymalne wlasnosci 50 wentylatora.Jezeli wartosc wspólczynnika cyrkulacji przy stopie lopatki zawarta jest w granicach zalecanych przez poszczególne metody, to metody te daja rów¬ niez wytyczne co do sposobu okreslenia glównych 5S parametrów konstrukcyjnych wienca lopatkowego.Wyjscie natomiast poza ramy doswiadczen i zale¬ cen tych metod powodowalo ujemne rezultaty.Znane sa wentylatory o takich proporcjach wienca lopatkowego, ze wspólczynnik cyrkulacji lopatek 60 wirnika przekracza wartosci zalecane w cytowa¬ nych metodach. Wentylatory te jednak maja albo niska sprawnosc albo niekorzystna charakterystyke spietrzenia, z której tylko krótka czesc nadaje sie do praktycznego zastosowania, albo zarówno niska 65 sprawnosc jak i niekorzystna charakterystyke spiet¬ rzenia. W wentylatorach, w których tylko krótka czesc charakterystyki spietrzenia nadaje sie do praktycznego zastosowania powstaje koniecznosc indywidualnego, bardzo dokladnego projektowania wentylatora do okreslonej sieci wentylacyjnej, a poza tym powstaje czesto koniecznosc pózniejszego przebudowywania wentylatora, jezeli — jak to sie czesto zdarza — spietrzenie i wydajnosc wentyla-' tora, przewidywane przy jego zamówieniu róznia sie od rzeczywiscie potrzebnych spietrzen i wydajnosci.Istnieje wiele parametrów konstrukcyjnych wien¬ ca lopatkowego, okreslajacych jego proporcje, które to parametry moga byc zmieniane. A mianowicie: 1) kat wygiecia szkieletowej lopatki „ z ", 2) kat miedzy cieciwa profilu, a kierunkiem sred¬ niej predkosci, zwany katem natarcia profilu „i", 3) wzgledna podzialka lopatek czyli stosunek od¬ leglosci sasiednich lopatek do cieciwy (t/l).Parametry te moga byc zmieniane tworzac bar¬ dzo duza ilosc mozliwosci ich wyboru. Do tego dochodzi jeszcze mozliwosc zmiany tych paramet¬ rów w zaleznosci od promienia, mozliwosc zmiany liczby lopatek (bez zmiany wzglednej podzialki), zmiany odleglosci kierownicy od wirnika itd.W przypadku wyboru wspólczynnika cyrkulacji poza granicami okreslonymi przez poszczególne me¬ tody nie daja one wytycznych co do optymalnej wartosci parametrów konstrukcyjnych, wskutek czego konstruktor jest zmuszony do intuicyjnego wyboru ich wartosci. Poniewaz zas mozliwosci wy¬ boru jest bardzo wiele, wiec istnieje mala szansa, ze konstruktor wybierze optymalna wartosc wszyst¬ kich parametrów konstrukcyjnych.Celem wynalazku jest stworzenie wentylatora majacego wysoka sprawnosc, korzystna charakte¬ rystyke spietrzenia, mala liczbe lopatek wirnika, mala halasliwosc i male naprezenie we wiencu wirnika, a takze — jezeli wentylator ma mecha¬ nizm do obrotu lopatek wirnika w ruchu — male naprezenia w elementach tego mechanizmu.Cel ten zostal osiagniety wedlug wynalazku przez ustalenie optymalnych wartosci parametrów kon¬ strukcyjnych wienca lopatkowego wirnika, przy których kat „ t " wygiecia szkieletowej profilu przy stopie lopatki wynosi 85° dla znamionowego lokal¬ nego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki równego 1,9 ±10"/o oraz 50? dla znamionowego lo¬ kalnego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki równego 1,3 zlOfYo, dla pozostalych zas wartosci lokalnego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki kat „ t " jest zalezny od nich w przyblizeniu linio¬ wo, przy czym wzgledna podzialka (t/l) przy stopie lopatki wynosi 1,0 ±20?/o przez co wspólczynnik cyrkulacji przy stopie jest równy od 1,5 do 2,2, korzystnie okolo 1,8. We wiencach lopatkowych o optymalnych parametrach wedlug wynalazku mozli¬ we jest uzyskanie bardzo duzych, niespotykanych dotychczas wartosci wspólczynnika cyrkulacji lopa¬ tek, dzieki czemu male sa straty przeplywowe w wiencu lopatkowym wirnika wentylatora i tym samym wysoka sprawnosc wentylatora. Wzgledna podzialka wiencowa lopatkowego wirnika jest — przy okreslonych parametrach pracy wentylatora — proporcjonalna do wspólczynnika cyrkulacji. Jezeli68 133 6 wspólczynnik ten jest duzy, to wzgledna podzialka jest duza, na skutek tego liczba lopatek jest mala, co zmniejsza koszt wentylatora, a takze korzystnie wplywa na widmo halasu wentylatora, przesuwa¬ jac najglosniejsze tony w kierunku malych czesto¬ tliwosci mniej uciazliwych do zniesienia dla ucha ludzkiego.Wieniec lopatkowy wedlug wynalazku jest uwi¬ doczniony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia rozwiniecie na plaszczyzne prze¬ kroju wienca lopatkowego na promieniu wewnetrz¬ nym, przy stopach lopatek, wykonanego powierzch¬ nia walcowa w sposób powszechnie praktykowany.W wyniku badan i doswiadczen ustalono, ze wspólczynnik cyrkulacji przy stopie lopatki powi¬ nien wynosic 1,5 do 2,2 najlepiej 1,8. Dalej ustalo¬ no, ze kat t wygiecia szkieletowej profilu lopatki przy jej stopie powinien wynosic od 50° do 85°, przy czym optymalna wartosc tego kata wynosi okolo 85°, dla znamionowego lokalnego wskaznika spietrzenia wynoszacego przy stopie lopatki 1,9 ±10% oraz okolo 50° dla znamionowego lokalnego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki wynosza¬ cego 1,3 ±l(y°/o, zaleznosc zas miedzy podanym katem a podanym wskaznikiem spietrzenia jest w przyblizeniu liniowa. Nastepnie ustalono, ze wzgledna podzialka t/l wienca na poszczególnych promieniach, obliczona znanymi metodami na przy¬ klad metoda Weiniga-Eckerta powinna przy piascie wirnika wynosi okolo 1,0 ±20,o/o i powinna miec taka wartosc, aby wspólczynnik cyrkulacji przy stopie lopatki wynosil od 1,5 do 2,2 najlepiej okolo 1,8.Przy tak dobranych wartosciach parametrów .konstrukcyjnych okazalo sie nieoczekiwanie, ze mozna uzyskac dotad nie uzyskane wlasnosci wen¬ tylatora jak wysoka sprawnosc, korzystny ksztalt 10 15 20 25 30 35 charakterystyki spietrzenia i mala liczbe lopatek wirnika co w konsekwencji powoduje mala halasli¬ wosc wentylatora, male naprezenie w bebnie wir¬ nika, a takze male naprezenia w elementach me¬ chanizmu do obracania w ruchu lopatek wirnika, jezeli wentylator jest w taki mechanizm wypo¬ sazony.Znane sa wprawdzie wience lopatkowe, majace kat wygiecia szkieletowej lopatki przy piascie do¬ chodzacy do okolo 60°, jak równiez wience majace przy stopie lopatki podzialke okolo 1,1, ale podana kombinacja tych wielkosci i to taka, aby wspól¬ czynnik cyrkulacji lopatki przy stopie wynosil 1,5 do 2,2, nie byla dotychczas w praktyce stosowana i dlatego nie osiagnieto dotychczas wentylatorów majacych wysoka sprawnosc i korzystna charakte¬ rystyke spietrzenia przy malej ilosci lopatek i duzej wartosci wspólczynnika cyrkulacji, przekraczajacej znacznie wartosci wynikajace z dotychczas znanych metod obliczania i projektowania wienców lopat¬ kowych wirników sprezarek i wentylatorów osio¬ wych. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Wieniec lopatkowy wirnika sprezarek i wentyla¬ torów osiowych, znamienny tym, ze kat ( t ) wy¬ giecia szkieletowej profilu przy stopie lopatki wy¬ nosi 85° dla znamionowego lokalnego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki równego 1,9 ±l(P/o oraz 50° dla znamionowego lokalnego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki równego 1,3 ±l(f/o, dla pozostalych zas wartosci lokalnego wskaznika spietrzenia przy stopie lopatki kat (x) jest zalezny od nich liniowo, przy czym wzgledna podzialka (t/l) przy stopie lopatki wynosi 1,0 ±20*/o, przez co wspólczynnik cyrkulacji lopatki przy stopie jest równy od 1,5 do 2,2, korzystnie okolo 1,8.KI. 27c,12/01 68133 MKP F04d 29/32 Cena zl 10,— RtZG — 690/73 l\li5 egz. A4 PL