RU212054U1

RU212054U1 - FAN

Info

Publication number: RU212054U1
Application number: RU2022104698U
Authority: RU
Inventors: Сергей Юрьевич Кузьмин
Original assignee: Сергей Юрьевич Кузьмин
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2022-07-05

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям вентиляторов, используемым в системах газоочистки и аспирации для транспортировки воздуха, аэрозолей и газов в различных химико-технологических процессах. Заявляется конструкция вентилятора, включающего корпус улиточного типа, размещенный на опоре, рабочее колесо с лопатками, выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим и покрывным дисками рабочего колеса, насаженных при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре с внешней стороны корпуса, при этом лопатки изготовлены из полимерной трубы, причём её диаметр максимально приближен к диаметру изгиба лопаток. При этом диаметр изгиба лопаток D1 соотносится с диаметром рабочего колеса Dвых, измеренным на выходе из лопаточной зоны, и рассчитывается в соответствии с аэродинамической схемой вентилятора по формуламThe utility model relates to fan designs used in gas cleaning and aspiration systems for transporting air, aerosols and gases in various chemical and technological processes. A fan design is claimed, including a snail-type housing placed on a support, an impeller with blades made of polymer and placed between the main working and covering disks of the impeller, mounted with a bushing on the motor shaft mounted on a support from the outer side of the housing, while the blades are made of a polymer pipe, and its diameter is as close as possible to the diameter of the blade bend. In this case, the blade bending diameter D1 is related to the impeller diameter Dout, measured at the outlet of the blade zone, and is calculated in accordance with the aerodynamic scheme of the fan using the formulas

Для лопаток, загнутых вперёд Dвых/D1 = 5,555;For forward-curved blades Dout/D1 = 5.555;

Для лопаток, загнутых назад Dвых/D1 = 1,087.For backward curved blades Dout/D1 = 1.087.

За счёт изготовления лопаток рабочего колеса вентилятора из полимерной трубы, диаметр которой максимально приближен к требуемому диаметру изгиба лопаток, обеспечивается уменьшение продольной деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках.

Due to the manufacture of the fan impeller blades from a polymer pipe, the diameter of which is as close as possible to the required blade bending diameter, a reduction in the longitudinal deformation of the blades that occurs during fan operation at high temperature loads is ensured.

Description

Полезная модель относится к конструкциям вентиляторов, используемым в системах газоочистки и аспирации для транспортировки воздуха, аэрозолей и газов в различных химико-технологических процессах.The utility model relates to fan designs used in gas cleaning and aspiration systems for transporting air, aerosols and gases in various chemical and technological processes.

Из уровня техники известны конструкции промышленных вентиляторов, в том числе работающих при повышенных температурах перемещаемой газовоздушной среды и в агрессивных средах.From the prior art, designs of industrial fans are known, including those operating at elevated temperatures of the transported gas-air medium and in aggressive environments.

Известна конструкция вентилятора по патенту на полезную модель РФ № 114736, МПК F04D 17/08, F04D 25/06, опубл. 10.04.2012.Known design of the fan according to the utility model patent of the Russian Federation No. 114736, IPC F04D 17/08, F04D 25/06, publ. 04/10/2012.

Вентилятор содержит корпус улиточного типа с полыми боковыми частями, размещенный на опоре, рабочее колесо с лопатками, выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим и покрывным дисками колеса, насаженного при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре с внешней стороны корпуса, диффузор. Корпус состоит из съемных средней и полых боковых частей, в кромках средней части равномерно выполнены Т-образные выступы, а в кромках полых боковых частей выполнены фигурные пазы, в нижнюю часть которых заведены вертикальные составляющие Т-образных выступов, а в оставшейся части пазов размещены вставные элементы Т-образной формы, установленные вертикально горизонтальной составляющей вниз, образуя замковое соединение. Лопатки выполнены плоскими с профилированной входной кромкой выпукло-вогнутой формы и выходной кромкой прямоугольной формы. Верхняя и нижняя кромки лопаток выполнены с удлиненными выступами, входящими в соответствующие выступам сквозные отверстия, имеющиеся в основном рабочем и покрывном дисках рабочего колеса, при этом удлиненные выступы лопаток завальцованы с внешней стороны дисков. Лопатки размещены на рабочем колесе под углом к радиусу, обеспечивающим эффект лопаток, загнутых назад, причем количество лопаток не менее 12. Корпус, диффузор, рабочее колесо, вставные элементы Т-образный формы выполнены из полимера, а в качестве полимера использован ударопрочный полипропилен.The fan comprises a snail-type housing with hollow side parts, placed on a support, an impeller with blades made of polymer and placed between the main working and covering disks of the wheel, mounted by means of a bushing on the shaft of an electric motor mounted on a support from the outer side of the housing, a diffuser. The housing consists of a removable middle and hollow side parts, T-shaped protrusions are evenly made in the edges of the middle part, and shaped grooves are made in the edges of the hollow side parts, the vertical components of the T-shaped protrusions are inserted into the lower part of which, and plug-in slots are placed in the remaining part of the grooves. elements of a T-shaped form, installed vertically with a horizontal component down, forming a lock connection. The blades are made flat with a profiled convex-concave leading edge and a rectangular trailing edge. The upper and lower edges of the blades are made with elongated protrusions, which are included in the through holes corresponding to the protrusions, available in the main working and covering disks of the impeller, while the elongated protrusions of the blades are rolled from the outer side of the disks. The blades are placed on the impeller at an angle to the radius, providing the effect of blades bent back, and the number of blades is at least 12. The housing, diffuser, impeller, T-shaped inserts are made of a polymer, and impact-resistant polypropylene is used as a polymer.

Недостатками известной конструкции вентилятора является то, что во время работы вентилятора в лопатках возникает большая продольная деформация, а также то, что развальцованные с внешней стороны выступы лопаток создают дополнительное сопротивление, вибрацию и шум при вращении рабочего колеса.The disadvantages of the known design of the fan is that during operation of the fan in the blades there is a large longitudinal deformation, as well as the fact that the protrusions of the blades flared from the outside create additional resistance, vibration and noise during the rotation of the impeller.

Возникновение продольной деформации лопаток обусловлено тем, что при повышенных температурах перемещаемой газовоздушной среды её плотность увеличивается, что увеличивает нагрузку на лопатки, при этом начинает действовать температурное расширение и удлинение полимера, из которого изготовлены лопатки. Кроме того, возникающая деформация расшатывает завальцовку лопаток, что увеличивает вибрацию и в конечном итоге, приводит к разрушению всей конструкции.The occurrence of longitudinal deformation of the blades is due to the fact that at elevated temperatures of the moving gas-air medium, its density increases, which increases the load on the blades, while thermal expansion and elongation of the polymer from which the blades are made begins to act. In addition, the resulting deformation loosens the rolling of the blades, which increases the vibration and ultimately leads to the destruction of the entire structure.

Так же известна конструкция вентилятора по патенту на полезную модель РФ № 201830 МПК F24F 7/00, опубл. 14.01.2021, выбранная в качестве прототипа.The design of the fan is also known according to the utility model patent of the Russian Federation No. 201830 IPC F24F 7/00, publ. 01/14/2021, selected as a prototype.

В соответствии с патентом вентилятор состоит из корпуса вентилятора (улиты), электродвигателя, установленного на раме, рабочего колеса, установленного на валу электродвигателя, патрубка для слива конденсата, причем корпус вентилятора и рабочее колесо изготавливается из листовых термопластов толщиной от 3 до 20 мм. В качестве листовых термопластов может быть использован полипропилен (гомополимер и его сополимеры), полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный поливинилхлорид (ПВХ-Х), поливинилденфторид (ПВДФ, PVDF), этиленхлортрифторэтилен, фторопласт и другие листовые термопласты, удовлетворяющие критерию толщины листов от 3 до 20 мм.In accordance with the patent, the fan consists of a fan housing (coil), an electric motor mounted on a frame, an impeller mounted on the motor shaft, a condensate drain pipe, and the fan housing and the impeller are made of sheet thermoplastics with a thickness of 3 to 20 mm. As sheet thermoplastics, polypropylene (homopolymer and its copolymers), polyethylene, polyvinyl chloride (PVC), chlorinated polyvinyl chloride (PVC-C), polyvinyldenfluoride (PVDF, PVDF), ethylene chlorotrifluoroethylene, fluoroplast and other sheet thermoplastics that meet the criterion of sheet thickness from 3 to 20 mm.

Недостатком известной конструкции является то, что в ней используют плоские загнутые лопатки. При этом при изготовлении загнутой лопатки из листового материала, плоскую заготовку нужно согнуть так, чтобы придать ей необходимый радиус, т.е. деформировать материал, а это вносит дополнительные напряжения в конструкцию. Срок службы, напряженной таким образом лопатки будет меньше чем срок службы лопатки, изготовленной из трубы, в которой такие напряжения отсутствуют. При этом использование плоских лопаток, изготовленных из листов толщиной 5 мм и более, отрицательно влияет на аэродинамические и акустические характеристики вентилятора, поэтому при использовании толстых листов, заготовки подлежат дополнительной механической обработке с целью придания им нужного профиля, что требует больших затрат.The disadvantage of the known design is that it uses flat curved blades. At the same time, when manufacturing a bent blade from sheet material, a flat workpiece must be bent so as to give it the required radius, i.e. deform the material, and this introduces additional stresses into the structure. The service life of a blade stressed in this way will be less than the service life of a blade made from a pipe in which such stresses are absent. At the same time, the use of flat blades made of sheets with a thickness of 5 mm or more adversely affects the aerodynamic and acoustic characteristics of the fan, therefore, when using thick sheets, the workpieces are subject to additional machining in order to give them the desired profile, which is costly.

Проблема, решаемая с помощью заявляемой полезной модели - возникновение продольной деформации полимерных лопаток рабочего колеса при работе вентилятора.The problem solved by the claimed utility model is the occurrence of longitudinal deformation of the polymer blades of the impeller during fan operation.

Технический результат, достигаемый с помощью заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении продольной деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках.The technical result achieved with the claimed utility model is to reduce the longitudinal deformation of the blades that occurs during operation of the fan at high temperature loads.

Указанный технический результат достигается за счёт конструкции вентилятора, включающей корпус улиточного типа, размещенный на опоре, рабочее колесо с лопатками, выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим и покрывным дисками рабочего колеса, насаженных при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре с внешней стороны корпуса, при этом лопатки изготовлены из полимерной трубы диаметром от 18 до 2300 мм и толщиной стенки от 2 до 90 мм, причём диаметр полимерной трубы максимально приближен к диаметру изгиба лопаток.The specified technical result is achieved due to the design of the fan, including a snail-type housing placed on a support, an impeller with blades made of polymer and placed between the main working and covering disks of the impeller, fitted with a bushing onto the motor shaft mounted on a support with an external sides of the body, while the blades are made of a polymer pipe with a diameter of 18 to 2300 mm and a wall thickness of 2 to 90 mm, and the diameter of the polymer pipe is as close as possible to the diameter of the blade bend.

При этом диаметр изгиба лопаток соотносится с диаметром рабочего колеса вентилятора и зависит от аэродинамической схемы вентилятора.In this case, the diameter of the blade bend is related to the diameter of the fan impeller and depends on the aerodynamic design of the fan.

Аэродинамические характеристики радиального рабочего колеса определяются углами установки лопаток на входе β_Л1 и на выходе β_Л2. Углы установки β_Л1 и β_Л2 измеряются между средней линией лопатки на соответствующем диаметре и касательной к окружности с этим диаметром. За положительное направление касательной к окружности принято направление против вращения рабочего колеса. Если угол установки лопатки на выходе β_Л2 < 90 градусов, то эти лопатки считаются загнутыми назад. Если угол установки лопатки на выходе β_Л2 > 90 градусов, то эти лопатки считаются загнутыми вперед.The aerodynamic characteristics of the radial impeller are determined by the blade angles at the inlet β _L1 and at the outlet β _L2 . Installation angles β _L1 and β _L2 are measured between the center line of the blade at the corresponding diameter and the tangent to the circle with this diameter. For the positive direction of the tangent to the circle, the direction against the rotation of the impeller is taken. If the angle of installation of the blades at the exit β _L2 < 90 degrees, then these blades are considered to be bent backwards. If the blade installation angle at the exit β _L2 > 90 degrees, then these blades are considered to be bent forward.

При изготовлении лопаток, загнутых вперёд диаметр их изгиба D1 соотносится с диаметром рабочего колеса Dвых, измеренным на выходе из лопаточной зоны, по формуле:In the manufacture of forward-curved blades, the diameter of their bend D1 corresponds to the diameter of the impeller Dout, measured at the exit from the blade zone, according to the formula:

Dвых/D1 = 5,555 (1) Dout/D1 = 5.555 (1)

При изготовлении лопаток, загнутых назад, диаметр их изгиба D1 соотносится с диаметром рабочего колеса Dвых, измеренным на выходе из лопаточной зоны, по формуле:In the manufacture of backward-curved blades, the diameter of their bend D1 is related to the impeller diameter Dout, measured at the exit from the blade zone, according to the formula:

Dвых/D1 = 1,087 (2)Dout/D1 = 1.087 (2)

При этом толщины стенок лопаток соответствуют стандартным толщинам стенок полимерных труб, используемых для их изготовления, и находятся в диапазоне от 2 до 90 мм.At the same time, the wall thicknesses of the blades correspond to the standard wall thicknesses of the polymer pipes used for their manufacture, and are in the range from 2 to 90 mm.

Поскольку при изготовлении полимерных труб экструзионным способом в них не возникают внутренние напряжения, обусловленные их изгибом, то соответственно лопатки, изготовленные из таких труб, которые изначально имеют необходимый радиус, также лишены внутренних напряжений.Since in the manufacture of polymer pipes by extrusion, internal stresses do not arise in them due to their bending, accordingly, blades made from such pipes, which initially have the required radius, are also devoid of internal stresses.

Изготовление лопаток из трубы диаметром максимально приближенным к диаметру изгиба лопаток позволяет также минимизировать их механическую обработку, при этом такая механическая обработка не вносит в материал лопаток дополнительных внутренних напряжений.The manufacture of blades from a pipe with a diameter as close as possible to the diameter of the bend of the blades also makes it possible to minimize their mechanical processing, while such mechanical processing does not introduce additional internal stresses into the material of the blades.

Во время эксплуатации материал таких лопаток в результате их нагрева расширяется в соответствии с физико-химической структурой полимерных труб, из которых они были изготовлены, например, для полипропилена температурное расширение составляет 1 см на 1 метр при изменении температуры на 70°С, при этом это температурное расширение материала лопаток не приводит к возникновению изгибов и выкручиванию лопаток.During operation, the material of such blades, as a result of their heating, expands in accordance with the physicochemical structure of the polymer pipes from which they were made, for example, for polypropylene, the thermal expansion is 1 cm per 1 meter when the temperature changes by 70 ° C, while this thermal expansion of the material of the blades does not lead to bending and twisting of the blades.

Тогда как при нагреве лопаток, изготовленных из листа и затем загнутых по требуемому радиусу, внутренние напряжения, появившиеся в лопатках в результате их изгиба, при повышении температуры, высвобождаются по экспоненте, в результате чего происходит не только удлинение таких лопаток, но и возникает обратное направлению изгиба выкручивание материала, что приводит к недопустимому изменению всей геометрии лопатки.Whereas when the blades made of sheet and then bent along the required radius are heated, the internal stresses that appeared in the blades as a result of their bending are released exponentially with increasing temperature, as a result of which not only such blades are elongated, but also the opposite direction occurs. bending twisting of the material, which leads to an unacceptable change in the entire geometry of the blade.

Таким образом, за счёт изготовления лопаток из полимерной трубы диаметром от 18 до 2300 мм и толщиной стенки от 2 до 90 мм обеспечивается уменьшение деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках, а также в этом случае требуется меньше механической обработки при их изготовлении.Thus, due to the manufacture of blades from a polymer pipe with a diameter of 18 to 2300 mm and a wall thickness of 2 to 90 mm, a reduction in the deformation of the blades that occurs during operation of the fan at high temperature loads is ensured, and also in this case less machining is required when they are manufacturing.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическим материалом.The proposed technical solution is illustrated by graphic material.

На фиг. 1 изображен вентилятор, включающий корпус (1) улиточного типа, размещенный на опоре (2), рабочее колесо (3) с лопатками (4), выполненными из полимера и размещенными между основным рабочим диском (5) и покрывным диском (6) рабочего колеса, насаженных при помощи втулки на вал электродвигателя, установленного на опоре (2) с внешней стороны корпуса (1), при этом лопатки (4) изготовлены из полимерной трубы диаметром от 18 до 2300 мм и толщиной стенки от 2 до 90 мм.In FIG. 1 shows a fan, including a casing (1) of a scroll type, placed on a support (2), an impeller (3) with blades (4) made of polymer and placed between the main working disk (5) and the covering disk (6) of the impeller mounted with a bushing on the motor shaft mounted on a support (2) on the outer side of the housing (1), while the blades (4) are made of a polymer pipe with a diameter of 18 to 2300 mm and a wall thickness of 2 to 90 mm.

На фиг. 2 показан диаметр изгиба лопатки D1 и диаметр рабочего колеса, измеренный на выходе из лопаточной зоны Dвых.In FIG. 2 shows the blade bend diameter D1 and the impeller diameter measured at the outlet of the blade zone Dout.

На фиг. 3 показано рабочее колесо с установленными лопатками в разрезе.In FIG. 3 shows the impeller with installed blades in section.

Аэродинамические характеристики рабочего колеса (3) определяются углами установки лопаток на входе β_Л1 и на выходе β_Л2, которые измеряются между касательными к средней линии (7) лопатки (4) на диаметре входа в лопаточную зону Dвх и на диаметре выхода из лопаточной зоны Dвых.The aerodynamic characteristics of the impeller (3) are determined by the angles of the blades at the inlet β _L1 and at the outlet β _L2 , which are measured between the tangents to the center line (7) of the blade (4) at the diameter of the inlet to the blade zone Din and at the diameter of the outlet from the blade zone Dout .

В Таблице 1 показаны примеры результатов расчётов соотношений диаметра изгиба D1 лопаток, загнутых вперёд с диаметром рабочего колеса Dвых, выполненных по формуле (1).Table 1 shows examples of the calculation results of the ratios of the bending diameter D1 of the blades bent forward with the impeller diameter Dout, performed according to the formula (1).

В Таблице 2 показаны примеры результатов расчётов соотношений диаметра изгиба D1 лопаток, загнутых назад с диаметром рабочего колеса Dвых, выполненных по формуле (2).Table 2 shows examples of the calculation results of the ratios of the bending diameter D1 of the blades bent backwards with the impeller diameter Dout, performed according to the formula (2).

Таким образом, за счёт изготовления лопаток рабочего колеса вентилятора из полимерной трубы, диаметр которой максимально приближен к требуемому диаметру изгиба лопаток, обеспечивается уменьшение продольной деформации лопаток, возникающей во время работы вентилятора при больших температурных нагрузках. Thus, due to the manufacture of the fan impeller blades from a polymer pipe, the diameter of which is as close as possible to the required blade bending diameter, a reduction in the longitudinal deformation of the blades that occurs during fan operation at high temperature loads is ensured.

ВентиляторFan

Таблица 1Table 1 Диаметр трубы, используемой для изготовления лопаток (D1), ммDiameter of the pipe used for the manufacture of blades (D1), mm Диаметр рабочего колеса вентилятора (Dвых),
ммFan impeller diameter (Dout),
mm 18eighteen 100100 9090 500500 180180 10001000 270270 15001500 360360 20002000 450450 25002500

Таблица 2table 2 Диаметр трубы, используемой для изготовления лопаток (D1), ммDiameter of the pipe used for the manufacture of blades (D1), mm Диаметр рабочего колеса вентилятора (Dвых),
ммFan impeller diameter (Dout),
mm 9090 100100 450450 500500 900900 10001000 14001400 15001500 19001900 20002000 23002300 25002500

Claims

1. A fan, including a snail-type housing placed on a support, an impeller with blades made of polymer and placed between the main working and covering disks of the wheel, mounted by means of a bushing on the motor shaft mounted on a support from the outer side of the housing, characterized in that that the blades are made of a polymer pipe, the diameter of which is as close as possible to the diameter of the blade bend.

2. The fan according to claim 1, characterized in that the blades are made curved back, i.e. the angle of their installation at the outlet β _L2 < 90 degrees, while the blades are made of a polymer pipe with a diameter D1, which depends on the diameter of the impeller Dout, measured at the outlet of the blade zone, and calculated by the formula Dout / D1 = 1.087.

3. The fan according to claim 1, characterized in that the blades are made bent forward, i.e. the angle of their installation at the outlet β _L2 > 90 degrees, while the blades are made of a polymer pipe with a diameter D1, which depends on the diameter of the impeller Dout, measured at the exit from the blade zone, and calculated by the formula Dout/D1 = 5.555.