RU2407923C1

RU2407923C1 - Лопасть вентилятора градирни (варианты)

Info

Publication number: RU2407923C1
Application number: RU2009140500/06A
Authority: RU
Inventors: Феликс Мубаракович Давлетшин (RU); Феликс Мубаракович Давлетшин
Original assignee: Феликс Мубаракович Давлетшин
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2010-12-27

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды. Лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличается тем, что форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, при этом переходная часть лопасти закруглена в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40)L. В результате достигается повышение производительности и стабильности работы градирни. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора вентиляторной градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Известна конструкция лопасти, содержащая лонжерон, соединенные с ним нервюры и обшивку, при этом лопасть несущего винта на конце до одной трети ее длины выполнена серповидной в плане, выпуклой стороной вперед по движению, сужающейся к концу в 2,5-3,5 раза и с отклонением аэродинамической оси от прямолинейной оси основной части лопасти до 15° вперед и до 60° назад (см. авторское свидетельство SU №244895, кл. B64C 27/46, 15.01.1981).

Данная лопасть винта не может быть использована в качестве лопасти вентилятора градирни с точки зрения функционального назначения, что связано с тем, что лопасть работает как консольная балка и обладает неудовлетворительными жесткостью и аэродинамическими характеристиками, поскольку в элементах лопасти возникают повышенные напряжения от изгиба и кручения, причем требуется большая угловая скорость, которую трудно достичь в вентиляторах.

Наиболее близким техническим решением является лопасть вентилятора, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, переходную часть от комля к ее перу, которое профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду с максимальной длиной L, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля (см. патент RU №2145004, кл. F04D 29/38, 27.01.2000).

Однако данная конструкция лопасти в силу особенностей ее конструкции, связанных с использованием аэродинамического профиля и не в полной мере учитывающих работу вентилятора в условиях откачки паровоздушной смеси с переменными параметрами по составу и температуре, не позволяет в полной мере обеспечить стабильную работу вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками при работе в широком диапазоне меняющихся нагрузок, скоростей обтекания и углов атаки ее профильных сечений.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация аэродинамического профиля лопатки вентилятора для работы в градирне.

Технический результат заключается в повышении производительности и стабильности работы градирни.

Технический результат достигается тем, что лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, передняя и задняя кромки выполнены прямолинейными, при этом переходная часть лопасти закруглена в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40)L.

Предпочтительно на конце лопасти установлено концевое крылышко.

Предпочтительно крутка лопасти составляет от 17° до 20°.

Второй вариант выполнения лопасти отличается от первого тем, что задняя кромка выполнена криволинейной выпуклой по отношению к продольной оси лопасти, переходная часть выполнена ступенчато сужающейся в направлении к комлевой части, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,12-0,13 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,30·L до 0,40·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,80 до 0,85 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,14-0,15)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,40-0,50)L.

Аэродинамическая компоновка лопасти вентилятора, под которой понимается форма поверхности лопасти, т.е. задаваемая численно координатами наружная поверхность лопасти, непосредственно обтекаемая потоком при ее вращении, включает:

координаты аэродинамического профиля лопасти, т.е. координаты кривых, образованных в сечениях поверхности лопасти плоскостями, перпендикулярными к ее продольной оси (нормальное сечение лопасти к продольной оси лопасти);

форму в плане, т.е. величину хорды лопасти по ее длине;

геометрическую крутку лопасти, т.е. углы поворота хорд относительно комля лопасти вокруг ее продольной оси;

характер изменения максимальных толщин аэродинамических профилей по длине лопасти.

В результате выполненных расчетных исследований, опытно-конструкторских и экспериментальных работ были определены оптимальные параметры геометрической крутки сечений лопасти относительно ее продольной оси, изменения толщины профиля по длине пера лопасти, формы лопасти в плане, которые являются оптимальными для лопастей вентиляторов, устанавливаемых в градирнях для достижения необходимых аэродинамических характеристик, в частности производительности и КПД, принимая во внимание ограничения, в частности конструктивные, весовые и прочностные ограничения, которые накладывают конкретные условия эксплуатации вентилятора в градирне.

В ходе проведенных исследований были выявлены наиболее оптимальные соотношения максимальных толщин аэродинамического профиля лопастей по длине лопасти в направлении от конца лопасти к ее переходной (прикомлевой) части.

Было выявлено, что выход за пределы вышеуказанного диапазона значений максимальных толщин аэродинамического профиля приводит к повышению значений местных возмущений скорости и давлений и, как следствие, к росту аэродинамического сопротивления профиля и снижению аэродинамических характеристик вентилятора.

На фиг.1 представлен общий вид лопасти по первому варианту выполнения, вид сверху.

На фиг.2 представлено нормальное к продольной оси сечение лопасти по первому варианту выполнения.

На фиг.3 представлен вид А по фиг.1.

На фиг.4 представлены наложенные друг на друга нормальные к продольной оси лопасти сечения лопасти на ее конце и в начале переходной части лопасти для определения крутки лопасти по первому варианту выполнения.

На фиг.5 представлен общий вид лопасти по второму варианту выполнения, вид сверху.

На фиг.6 представлено нормальное к продольной оси сечение лопасти по второму варианту выполнения.

На фиг.7 представлен вид А по фиг.5.

На фиг.8 представлены наложенные друг на друга нормальные к продольной оси лопасти сечения лопасти на ее конце и в начале переходной части лопасти для определения крутки лопасти по второму варианту выполнения.

Лопасть вентилятора градирни, представленная на фиг.1 и выполненная в виде полой оболочки, включает в себя перо 1 лопасти, комлевую часть 2 и переходную часть 3 от пера 1 лопасти к комлевой части 2.

Комлевая часть 2 представляет собой круглый стержень, спрофилированный для непосредственного крепления лопасти к втулке рабочего колеса (не показаны на чертеже) с возможностью установки требуемого рабочего угла путем вращения лопасти вокруг ее продольной оси 4.

Перо лопасти профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси 4 лопасти, скругленную переднюю кромку 5, заостренную или затупленную заднюю кромку 6, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней 7 и нижней 8 частей контура профиля.

Форма лопасти в плане (на виде сверху) трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, а передняя 5 и задняя 6 кромки выполнены прямолинейными. Переходная часть 3 лопасти закруглена в направлении к комлевой части 2 лопасти рабочего колеса. Аэродинамический профиль в нормальном (перпендикулярном) сечении к продольной оси 4 лопасти имеет расположенный в начале переходной части 3 лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды 9 в данном сечении и расположенный на расстоянии L₁, составляющем от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки 5 профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12) L, расположен от передней кромки 5 профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40) L.

На конце лопасти установлено концевое крылышко 10. Добавление концевых крылышек к лопастям вентилятора позволяет улучшить аэродинамику лопастей вентилятора и таким образом повысить эффективность вентилятора.

Крутка лопасти составляет угол α от 17° до 20°.

Лопасть по второму варианту выполнения отличается тем, что в плане (на виде сверху) передняя кромка 5 выполнена прямолинейной, а задняя кромка 5 выполнена криволинейной выпуклой по отношению к продольной оси 4 лопасти, переходная часть 3 выполнена ступенчато сужающейся в направлении к комлевой части 2. Аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части 3 лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,12-0,13 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии L1 от 0,30·L до 0,40·L, измеренном от передней кромки 5 профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,80 до 0,85 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,14-0,15) L, расположен от передней кромки 5 профиля на расстоянии, составляющем (0,40-0,50) L.

Лопасть осевого вентилятора работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса вокруг своей оси лопасть, закрепленная на его втулке с возможностью установки требуемого рабочего угла, воздействуя на воздух, а затем на паровоздушный поток, сообщает ему энергию, что вызывает перемещение воздуха и создание в градирне потока воздуха, охлаждающего оборотную воду, например, системы теплоснабжения предприятия.

Настоящее изобретение может быть использовано в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Claims

1. Лопасть вентилятора градирни, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличающаяся тем, что форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, передняя и задняя кромки выполнены прямолинейными, при этом переходная часть лопасти закруглена в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40)L.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что на конце лопасти установлено концевое крылышко.

3. Лопасть вентилятора градирни, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличающаяся тем, что форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, передняя кромка выполнена прямолинейной, а задняя кромка выполнена криволинейной, выпуклой по отношению к продольной оси лопасти, при этом переходная часть лопасти выполнена ступенчато сужающейся в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,12-0,13 от длины L хорды в данном сечении, и расположенный на расстоянии от 0,30·L до 0,40·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S₁ от конца лопасти, составляющем от 0,80 до 0,85 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,14-0,15)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,40-0,50)L.

4. Лопасть по п.3, отличающаяся тем, что на конце лопасти установлено концевое крылышко.