RU2782084C1

RU2782084C1 - Cross-flow fan

Info

Publication number: RU2782084C1
Application number: RU2021131061A
Authority: RU
Inventors: Николай Павлович Сычугов; Николай Васильевич Жолобов
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-10-21

Abstract

FIELD: ventilation.

SUBSTANCE: invention relates to equipment for creating an air flow and is intended for operation in ventilation and aspiration systems. Cross-flow fan for creating an air flow comprises a spiral body with an inlet and an outlet and a flat wall separating the inlet and the outlet, and a blade impeller installed in the body. The separating flat wall has a louver grid placed on the side of the blade impeller, with the louvers thereof facing the impeller. An additional blade impeller adjacent to the impeller of a smaller diameter is installed under the louver part of the grid, wherein a curvilinear wall with the convex side thereof facing down is located under said additional wheel; the leading edge of said wall jointly with the leading edge of the flat wall forming an entrance window, and the trailing edge of the curvilinear plane with the flat wall forming an exit window. The additional blade impeller, the flat wall, the curvilinear wall, and the windows herein form an additional cross-flow fan.

EFFECT: enhanced aerodynamic qualities of the cross-flow fan — increase in the productivity, pressure, and performance coefficient and increase in the stability of operation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к отрасли вентиляторостроения и предназначено для создания воздушного потока для работы в вентиляционных и аспирационных и других системах и при необходимости иметь широкий плоскопараллельный поток воздуха, например, в пневмосистемах высокопроизводительных зерноочистительных машин [1].The invention relates to the field of fan engineering and is intended to create an air flow for operation in ventilation and aspiration and other systems and, if necessary, to have a wide plane-parallel air flow, for example, in pneumatic systems of high-performance grain cleaning machines [1].

Известен диаметральный вентилятор [2], который содержит спиральный корпус с входным окном и примыкающим к последнему нагнетательным патрубком и установленное в корпусе лопаточное с глухими дисками рабочее колесо. Смежная с окном стенка патрубка выполнена прямолинейной и направлена по касательной к окружности колеса, проведенной в сечении максимального раскрытия спирального корпуса, а лопатки имеют длину хорды, составляющую 0,18-0,2 диаметра колеса, углы входа 85-90°, углы выхода 155-160°. При вращении лопаточного колеса воздух из входного окна захватывается лопатками колеса, последовательно проходит их межлопаточные каналы в центростремительном направлении, внутренне пространство колеса и межлопаточные каналы в центробежном направлении, а затем из вентилятора отводится нагнетательным патрубком. Недостаток данного вентилятора обусловливается тем, что движение воздуха внутри колеса представляет собой часть плоского потенциального вихревого поля с локализацией его центра вблизи окружности внутренних кромок лопаток колеса [3, 4]. При этом в проточной части вентилятора имеют место два разделенных смежной стенкой характерных течения: основное, выходящее из вентилятора, и примыкающее к нему вихревое циркулирующее, размещенное в лопаточном колесе и корпусе - в зоне, примыкающей к начальной части разделяющей смежной стенки. Центр вихревого поля при увеличении сопротивления сети перемещается в направлении, противоположном направлению вращения колеса, и объем циркулирующего течения воздуха увеличивается, аэродинамические свойства диаметрального вентилятора ухудшаются: снижается производительность, не создается достаточно высоких давлений и КПД и не обеспечивается устойчивых режимов во всей области режимов работа, а также вентилятором создается высокий уровень аэродинамического шума [4, 5].Known diametral fan [2], which contains a spiral housing with an inlet window and adjacent to the last discharge pipe and installed in the housing blade with blind discs impeller. The pipe wall adjacent to the window is made straight and directed tangentially to the wheel circumference, drawn in the section of the maximum opening of the spiral housing, and the blades have a chord length of 0.18-0.2 of the wheel diameter, entry angles 85-90°, exit angles 155 -160°. When the blade wheel rotates, the air from the inlet window is captured by the blades of the wheel, sequentially passes through their interblade channels in the centripetal direction, the inner space of the wheel and the interblade channels in the centrifugal direction, and then it is discharged from the fan by the discharge pipe. The disadvantage of this fan is due to the fact that the air movement inside the wheel is part of a flat potential vortex field with its center localized near the circumference of the inner edges of the wheel blades [3, 4]. At the same time, two characteristic flows separated by an adjacent wall take place in the flow part of the fan: the main flow leaving the fan, and the vortex circulating adjacent to it, located in the blade wheel and housing - in the zone adjacent to the initial part of the separating adjacent wall. As the network resistance increases, the center of the vortex field moves in the direction opposite to the direction of rotation of the wheel, and the volume of the circulating air flow increases, the aerodynamic properties of the diametrical fan deteriorate: the performance decreases, sufficiently high pressures and efficiency are not created, and stable modes are not provided in the entire range of operating modes, as well as the fan creates a high level of aerodynamic noise [4, 5].

Известен также диаметральный вентилятор [6] (прототип), который содержит корпус с входным и выходным отверстиями и разделяющую их плоскую стенку, а также установленное в корпусе рабочее колесо. Плоская стенка снабжена расположенной со стороны колеса жалюзийной решеткой, жалюзи которой направлены к рабочему колесу. Жалюзи решетки, расположенные со стороны рабочего колеса, имеют крыловидный или каплевидный профиль и обращены острым концом в сторону рабочего колеса.Also known is a diametral fan [6] (prototype), which contains a housing with inlet and outlet openings and a flat wall separating them, as well as an impeller installed in the housing. The flat wall is equipped with a louvre located on the impeller side, the louvres of which are directed towards the impeller. Lattice shutters, located on the side of the impeller, have a wing-shaped or drop-shaped profile and face the sharp end towards the impeller.

Процесс работа данного вентилятора протекает так же, как вышеописанного вентилятора. Однако при его работе часть образующегося вихревого поля циркулирующей массы воздуха проходит через жалюзийную решетку со стороны нагнетания на сторону всасывания, а затем через входное отверстие снова поступает в вентилятор. Благодаря этому количество циркулирующего воздуха в проточной зоне снижается, а зона основной его подачи увеличивается, т.е. возрастает производительность вентилятора, а также давление и КПД. Так, при проведении сравнительных испытаний установлено [1, 5], что при применении жалюзийной плоской стенки при максимальном КПД, равном 0,45 и увеличившемся в 1,17 раза за счет более экономичного использования затрачиваемой энергии и в большей мере стабилизации положение центра вращения вихревой зоны номинальные производительность и давление возрастают соответственно с 1,15 и 1,19 раза, снижается уровень шума до 2,5 децибела. Однако в области меньших КПД этот эффект как и обеспечение устойчивости режимов работы вентилятора проявляются в меньшей степени.The operation of this fan proceeds in the same way as the fan described above. However, during its operation, part of the resulting vortex field of the circulating air mass passes through the louvre from the discharge side to the suction side, and then again enters the fan through the inlet. Due to this, the amount of circulating air in the flow zone decreases, and the zone of its main supply increases, i.e. increases fan performance, as well as pressure and efficiency. So, when conducting comparative tests, it was established [1, 5] that when using a louvered flat wall with a maximum efficiency equal to 0.45 and increased by 1.17 times due to more economical use of the expended energy and to a greater extent stabilization of the position of the center of rotation of the vortex zones, the nominal capacity and pressure increase respectively from 1.15 and 1.19 times, the noise level decreases to 2.5 decibels. However, in the region of lower efficiency, this effect, as well as ensuring the stability of the fan operation modes, are manifested to a lesser extent.

Аналогичные данные получены при исследовании диаметральных вентиляторов, имеющих различную форму вихреобразователей, располагаемых в корпусе вблизи входной кромки делительной стенки, при этом образуется перепускной канал для отвода части вихревого циркулирующего потока из зоны нагнетания в зону всасывания [7].Similar data were obtained in the study of diametrically shaped fans with vortex formers of various shapes, located in the housing near the inlet edge of the dividing wall, while a bypass channel is formed to divert part of the vortex circulating flow from the discharge zone to the suction zone [7].

По совокупности существенных признаков и процессу функционирования диаметральный вентилятор по а.с. №1413283 [6] наиболее близок заявленному диаметральному вентилятору, и он принят за прототип. Недостаток вентилятора - прототипа, по- прежнему обусловливается наличием в его проточной части достаточно «развитого» вихревого циркулирующего течения. Вследствие этого такой вентилятор не может быть применен в компактных системах и устройствах (например, при пневмосепарации полидисперсных сред), требующих для выполнения технологического процесса высоких значений подачи воздуха и давления, при частоте вращения рабочего колеса вентилятора, ограничиваемой его прочностными свойствами или создаваемому уровню шума, который не должен превышать санитарно-гигиенических нормативов.According to the totality of essential features and the process of functioning, the diametrical fan according to A.S. No. 1413283 [6] is the closest to the declared diametral fan, and it is taken as a prototype. The disadvantage of the prototype fan is still due to the presence of a sufficiently “developed” vortex circulating flow in its flow part. As a result, such a fan cannot be used in compact systems and devices (for example, for pneumoseparation of polydisperse media) that require high values of air supply and pressure to perform the technological process, at a fan impeller speed limited by its strength properties or the generated noise level, which should not exceed sanitary and hygienic standards.

Техническим результатом предлагаемого диаметрального вентилятора является увеличение производительности и давления воздуха, а вследствие снижения непроизводительного расхода энергии повышение КПД и устойчивости режимов его работы, а также снижение уровня шума.The technical result of the proposed crossflow fan is an increase in productivity and air pressure, and due to a decrease in unproductive energy consumption, an increase in efficiency and stability of its operating modes, as well as a decrease in noise level.

На фиг.1 представлена аэродинамическая схема предлагаемого диаметрального вентилятора (движение воздуха обозначено стрелками, область вихревого циркуляционного потока - пунктирной линией).Figure 1 shows the aerodynamic diagram of the proposed diametral fan (air movement is indicated by arrows, the area of the vortex circulation flow is a dotted line).

Диаметральный вентилятор, закрытый с боковых сторон, содержит спиральный корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и разделяющую их плоскую стенку 4 и установленное в корпусе лопаточное рабочее колесо 5. Плоская разделяющая стенка 4 имеет расположенную со стороны рабочего лопаточного колеса 5 жалюзийную решетку 6, жалюзи которой направлены к рабочему колесу 5. Жалюзи 7 решетки 6, размещенные со стороны рабочего лопаточного колеса, снабжены крыловидными профилем, обращенным острым концом в сторону рабочего колеса 5.The diametrical fan, closed on the sides, contains a spiral housing 1 with an inlet 2 and an outlet 3 openings and a flat wall 4 separating them and a blade impeller 5 installed in the housing. The flat separating wall 4 has a louvre 6 located on the side of the impeller the shutters of which are directed towards the impeller 5. The shutters 7 of the grille 6, located on the side of the impeller, are equipped with a wing-shaped profile facing the sharp end towards the impeller 5.

Под жалюзийной частью решетки 4 установлено примыкающее в лопаточному рабочему колесу 5 меньшего диаметра дополнительное лопаточное рабочее колесо 8, под которым с зазором относительно лопаточного рабочего колеса 5 расположена направленная выпуклостью вниз криволинейная стенка 9, начальная кромка которой совместно с начальной кромкой стенки 4 образует входное окно 10, а концевая кромка криволинейной стенки 9 с плоской стенкой 4 - выходной окно 11, при этом дополнительное лопаточное рабочее колесо 8, плоская стенка 4, криволинейная стенка 9, входное 10 и выходное 11 окна образуют дополнительный диаметральный вентилятор.Under the louvered part of the lattice 4, an additional bladed impeller 8 adjacent to the bladed impeller 5 of smaller diameter is installed, under which, with a gap relative to the bladed impeller 5, there is a curvilinear wall 9 directed downwards with a convexity, the initial edge of which, together with the initial edge of the wall 4, forms the inlet window 10 , and the end edge of the curved wall 9 with a flat wall 4 is the outlet window 11, while the additional bladed impeller 8, the flat wall 4, the curved wall 9, the inlet 10 and outlet 11 windows form an additional diametral fan.

Диаметральный вентилятор работает следующим образом.Diametrical fan operates as follows.

При вращении лопаточного рабочего колеса 5 воздух из входного отверстия 2 захватывается лопатками рабочего колеса, проходит межлопаточные каналы в центростремительном направлении, внутри колеса, его межлопаточные каналы в центробежном направлении, а при выходе из этих каналов делится на два потока. Первый из них являет собой прямоточный поток, который поступает в нижнюю часть корпуса 1 и через выходное отверстие 3 выводится из вентилятора. Вторая циркулирующая часть поступает во входное окно 10 дополнительного диаметрального вентилятора, захватывается лопатками рабочего колеса 8, которым как и колесом 5, генерируется плоское потенциальное вихревое поле, состоящее из двух потоков, при этом первый - основной через выходное окно 11 поступает в корпус 1 диаметрального вентилятора, объединяется с его прямоточным потоком и через отверстие 3 выводится наружу; вторая часть потока - вихревой циркулирующий поток в своем движении следует тем же закономерностям, что и вентиляторе - прототипе: выходящий из колеса воздух проходит через жалюзийную решетку 6 со стороны нагнетания на сторону всасывая, а затем через входное окно 10 поступает в колесо 8, и процесс функционирования дополнительного диаметрального вентилятора повторяется. Технико-экономический результат достигается за счет установки дополнительного диаметрального вентилятора в предлагаемом диаметральном вентиляторе, из которого отсасывается циркулирующее вихревое течение и делится на проходное и меньшего размера вихревое циркулирующее течение.When the bladed impeller 5 rotates, air from the inlet 2 is captured by the blades of the impeller, passes through the interblade channels in the centripetal direction, inside the wheel, its interblade channels in the centrifugal direction, and at the exit from these channels is divided into two streams. The first of them is a straight-through flow that enters the lower part of the housing 1 and exits the fan through the outlet 3. The second circulating part enters the inlet window 10 of the additional crossflow fan, is captured by the blades of the impeller 8, which, like the wheel 5, generates a flat potential vortex field consisting of two flows, while the first - the main one through the outlet window 11 enters the housing 1 of the crossflow fan , is combined with its cocurrent flow and through the hole 3 is brought out; the second part of the flow - the vortex circulating flow in its movement follows the same patterns as the prototype fan: the air leaving the wheel passes through the louvre 6 from the discharge side to the suction side, and then enters the wheel 8 through the inlet window 10, and the process operation of the additional crossflow fan is repeated. The technical and economic result is achieved by installing an additional crossflow fan in the proposed crossflow fan, from which the circulating vortex flow is sucked off and divided into a through-flow and a smaller vortex circulating flow.

ЛитератураLiterature

1. Сычугов Н.П. Вентиляторы. - Киров: Из-во «Типография «Старая Вятка», 2015.-396 с. 1. Sychugov N.P. Fans. - Kirov: Printing House "Old Vyatka", 2015.-396 p.

2. А.с. 901641 СССР, МКИ 3 F04D 17/4.Диаметральный вентилятор / Н.Д. Сычугов, А.И. Бурков. - №2906313/24-06: Заявлено 07.04.80 // Открытия. Изобретения. - 1982. - №4.2. A.s. 901641 USSR, MKI 3 F04D 17/4.Diameter fan / N.D. Sychugov, A.I. Burkov. - No. 2906313/24-06: Declared 04/07/80 // Discoveries. Inventions. - 1982. - No. 4.

3. Сыгугов Н.П. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамическую характеристику диаметральных вентиляторов // Тракторы и сельхозмашины. - 2016, №1.3. Sygugov N.P. Influence of the Reynolds number on the aerodynamic characteristics of diametrical fans // Tractors and agricultural machines. - 2016, No. 1.

4. Жолобов Н.В. Поля скоростей и давлений диаметрального вентилятора для зерноочистительных машин // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики. Материалы X Международной научно-практической конференции "Наука - Технология - Ресурсосбережение". Сборник научных трудов, посвященный 65-летию со дня образования инженерного факультета Вятской ГСХА. 2017. С. 127-132.4. Zholobov N.V. Velocity and pressure fields of a diametral fan for grain cleaning machines // Improving the operational performance of agricultural energy. Materials of the X International Scientific and Practical Conference "Science - Technology - Resource Saving". Collection of scientific papers dedicated to the 65th anniversary of the founding of the engineering faculty of the Vyatka State Agricultural Academy. 2017. S. 127-132.

5. Жолобов Н.В. Снижение уровня шума диаметральных вентиляторов зерноочистительных машин // Техника в сельском хозяйстве. - 2012. - №1. - С.2-4.5. Zholobov N.V. Reducing the noise level of diametrical fans of grain cleaning machines // Technique in agriculture. - 2012. - No. 1. - S.2-4.

6. А.с. 1413283 СССР, МКИ 3 F04D 17/4. Диаметральный вентилятор / Н.П. Сычугов, А.И. Бурков, Н.В. Жолобов, Ю.П. Полунин - №4161133/25-06: Заявлено 10.12.86 // Открытия. Изобретения. - 1988. - №28 – прототип.6. A.S. 1413283 USSR, MKI 3 F04D 17/4. Diametric fan / N.P. Sychugov, A.I. Burkov, N.V. Zholobov, Yu.P. Polunin - No. 4161133 / 25-06: Declared 12/10/86 // Discoveries. Inventions. - 1988. - No. 28 - prototype.

7. Коровкин А.Г. Исследование диаметральных вентиляторов ЦАГИ с вихре-образователями // Промышленная аэродинамика, вып,2 (34). - М.: Машиностроение, 1987. - с. 56-77.7. Korovkin A.G. Study of TsAGI diametral fans with vortex formers // Industrial Aerodynamics, issue 2 (34). - M.: Mashinostroenie, 1987. - p. 56-77.

Claims

A diametrical fan containing a bladed impeller installed in the housing, an inlet and an outlet, and a flat wall dividing the holes, provided on the side of the bladed impeller with a louvered grille with louvers directed towards it, with the end louver formed by a wing-shaped profile and with a sharp end facing towards the bladed impeller, characterized in that under the louvered grille there is a bladed impeller adjacent to the bladed impeller of smaller diameter, under which, with a gap relative to the bladed wheel, a curvilinear wall directed downwards is fixed, the initial edge of which, together with the initial edge of the flat wall, forms an inlet, and the end edge of the curved wall with a flat wall is the outlet window, while an additional blade impeller of smaller diameter together with a flat wall, a curved wall, with outlet and inlet windows form an additional diametrical th fan.