SK285632B6 - Elektromotor s ventilátorovým kolesom - Google Patents

Abstract

Riešenie sa týka elektromotora (1) s ventilátorovým kolesom (23), na ktoré radiálne nadväzuje difúzor (4), pričom ventilátorové koleso (3) je vybavené vodiacimi lopatkami (21) s výškou (b4) a difúzor(4) je vybavený difúzorovými stenami (8) s výškou(b2). Na dosiahnutie stabilnej činnosti aj pri silnom škrtení a dobrej účinnosti pri dobrých výrobnotechnických podmienkach je navrhnuté, že výška (b2) difúzorových stien (8) je k výške (b4) vodiacich lopatiek (21) v pomere približne 1,7 až 1,2.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka elektromotora s ventilátorovým kolesom, na ktoré radiálne nadväzuje difúzor, pričom ventilátorové koleso je vybavené vodiacimi lopatkami s určitou výškou a difúzor je vybavený difúzorovými stenami s určitou výškou.

Doterajší stav techniky

Také konštrukcie sú známe ako jednotky motora a ventilátora. Používajú sa tu difúzory, ktoré sú okolo obvodu ventilátorového kolesa vybavené rovnomerne rozloženými vodiacimi kanálmi na vzduch. Úlohou týchto difúzorov je odchyľovať vzduch vystupujúci z obežného kolesa pod plochým uhlom prúdenia a zaistiť kratšiu dráhu prúdenia cez oblasť difúzora, než jc to v prstencovom priestore bez lopatiek. Toto potom vedie ku zvýšeniu účinnosti celého ventilátora či radiálneho dúchadla. Aby sa dosiahla minimálna dráha prúdenia, musí byť tiež čo najužšia medzera medzi obežným kolesom a vstupom difúzora. Malá medzera má však za dôsledok vyššiu hlučnosť a vyššiu náchylnosť dúchadla ku vzniku šumov a takzvaného „pumpovania“ pri odchýlke prietokového množstva od optimálnej hodnoty. Použitie tohto druhu difúzorov je účelné pri uhloch prúdenia menších než 20°. Pri použití elektromotora s ventilátorovým kolesom predmetného druhu vo vysávači prachu alebo podobne, kde sa používa rýchlobežný elektromotor s jednostupňovým dúchadlom, nie sú žiadnou zvláštnosťou uhly prúdenia menšie než 5°. Použitý difúzor musí byť s ohľadom na vstupný uhol primerane malý, aby sa dosiahol vstup vzduchu bez narážania. Na rozširovanie difúzorových kanálov sa všeobecne doporučuje uhol 7° až 12°. Výška difúzorových kanálov sa prispôsobuje výške výstupu ventilátorového kolesa, pričom táto výška difúzorových kanálov sa všeobecne volí o I až 2 mm väčšia, než výška výstupu ventilátorového kolesa. Ďalej je známe, že sa volí štvorcový prierez difúzorových kanálov. Okrem týchto difúzorových kanálov so štvorcovým prierezom sú tiež známe difúzorové kanály s kruhovými prierezmi. Difúzorové kanály sú všeobecne tak v prípade priamych, ako i zakrivených difúzorových kanálov tvorené lopatkami s konštantnou hrúbkou steny. Okrem toho sú tiež známe priame difúzorové kanály s radiálne smerom von rastúcou hrúbkou steny lopatiek, takzvané klinové difúzory.

Z dokumentu EP-A2 0 602 007 je známe uskutočnenie, v ktorom pomer výšky kanála difúzora k výške výstupu ventilátorového kolesa zodpovedá už uvedenému pomeru. Difúzor je vybavený zakrivenými kanálmi na prietok vzduchu, pričom steny kanálov sú rovnomerne mieme zakrivené. Hrúbka steny difúzorových kanálov je konštantná. Z dokumentu DE-A 1-41 30 901 je ďalej známe uskutočnenie, v ktorom je použitý difúzor s výraznejšie zakrivenými difúzorovými kanálmi.

Nevýhodou známych riešení je, že pri silnom škrtení, to je pri malom prietokovom množstve, dochádza k nestabilite priebehu prúdenia, k takzvanému „pumpovaniu“. Toto „pumpovanie“ vyvoláva silné vzmáhanie celého vzduchového stĺpca v dúchadle a v nadväzujúcich vzduchových kanáloch, čo je spojené so vznikom značného hluku a po dlhšom čase prevádzky môže toto viesť k mechanickému zlyhaniu dúchadla a motora. Kvôli predchádzaniu poškodenia musí byť dúchadlo preto vybavené zariadeniami, ktoré sú preventívne účinné pri silnom škrtení alebo detegujú prvý cyklus „pumpovania“. Známym opatrením sú zavzdušňovacie ventily, ktoré pôsobia na podtlak, a to buď preventív ne alebo riadené elektromagneticky. Takto sa zaistí minimálne prietokové množstvo. Malé medzery medzi difúzorom a obežným kolesom, ktoré sú potrebné na účinnosť difúzora, vyvolávajú jednotlivé rušivé akustické tóny. Okrem toho, oblasť dobrej účinnosti difúzora je obmedzená na úzky rozsah prietokových množstiev.

S prihliadnutím k opísanému stavu techniky spočíva úloha vynálezu v nájdení takej konštrukcie elektromotora s ventilátorovým kolesom, na ktoré radiálne nadväzuje difúzor, ktorá bude pri priaznivom výrobnotechnickom uskutočnení pracovať stabilne aj pri silnom škrtení a mať pritom dobrú účinnosť.

Podstata vynálezu

Uvedenú úlohu rieši a nedostatky známych riešení tohto druhu do značnej miery odstraňuje elektromotor s ventilátorovým kolesom, na ktoré radiálne nadväzuje difúzor, pričom ventilátorové koleso je vybavené vodiacimi lopatkami s určitou výškou a difúzor je vybavený difúzorovými stenami s určitou výškou, podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že výška difúzorových stien je k výške vodiacich lopatiek v pomere približne 1,7 až 1,2.

Predmetom vynálezu je tiež elektromotor s ventilátorovým kolesom, pri ktorom difúzorové steny začínajú na vnútornom priemere difúzora, prebiehajú k vonkajšiemu priemeru difúzora a prebiehajú až k vonkajšiemu priemeru ventilátorového kolesa a pri ktorom pomer vnútorného priemeru difúzora k vonkajšiemu priemeru ventilátorového kolesa je v rozsahu 1,01 až 1,1.

Predmetom vynálezu je ďalej elektromotor s ventilátorovým kolesom, pri ktorom medzi difúzorovými stenami prebieha v radiálnom smere difúzorový kanál s určitou výškou a pri ktorom sa výška difúzorového kanála v radiálnom smere výrazne zväčšuje.

Uhol rozširovania je výhodne v rozsahu približne 12° až 20°.

Difúzorový kanál sa zväčšovaním svojej výšky rozširuje výhodne znižovaním svojho dna proti spodnej stene ventilátorového kolesa.

Je výhodné, ak dno difúzorového kanála sa proti radiálne vonkajšiemu okraju spodnej steny ventilátorového kolesa znižuje stupňovito.

Dno difúzorového kanála pritom spadá v radiálnom smere šikmo smerom dole.

Ďalej je výhodné, ak vzdialenosť medzi difúzorovými stenami v obvodovom smere sa radiálne smerom von zväčšuje.

Uhol obvodového rozširovania je výhodne približne v rozsahu 2° až 10°.

Krycia stena ventilátorového kolesa na strane výstupu približne v zákryte prechádza do horného zakrytovania difúzorových kanálov.

Predmetom vynálezu je ďalej elektromotor s ventilátorovým kolesom, pri ktorom difúzorová stena v radiálnom smere prebieha v podstate pozdĺž alebo rovnobežne s dotyčnicou kružnice definovanej vnútorným priemerom difúzora, pričom táto difúzorová stena pozostáva v radiálnom smere z v podstate priameho úseku a naň na vonkajšej strane nadväzujúceho zakriveného úseku.

Priamy úsek výhodne predstavuje približne 55 až 75 % celkovej dĺžky difúzorovej steny.

Je výhodné, ak zakrivený úsek prebieha v smere otáčania ventilátorového kolesa na jednej strane dotyčnice.

Je však tiež možné, že zakrivený úsek pretína dotyčnicu.

Prvá časť priameho úseku sa výhodne kryje s dotyčnicou alebo prebieha rovnobežne s touto dotyčnicou.

Prvá časť priameho úseku výhodne predstavuje približne desatinu až pätinu celkovej dĺžky priameho úseku.

Na prvú časť priameho úseku nadväzuje druhá časť priameho úseku, ktorá je pripadne zahnutá proti smeru otáčania ventilátorového kolesa.

Pomer výšky difúzorových stien k výške vodiacich lopatiek sa teda pohybuje v rozsahu približne 1,7 až 1,2. Na rozdiel od stavu techniky a uvedených v ňom obsiahnutých doporučení sa podľa vynálezu takto zvoleným pomerom vedome využíva vyvolávanie odtrhávania prúdenia, aby sa zlepšila stabilita prúdenia a aby sa tiež až do nulového prietokového množstva vylúčil vznik „pumpovania“. Ďalej je pri elektromotore s ventilátorom, pri ktorom difúzorové steny začínajú na vnútornom priemere difúzora, prebiehajú k vonkajšiemu priemeru difúzora a prebiehajú až k vonkajšiemu priemeru ventilátorového kolesa, výhodne použité opatrenie spočívajúce v tom, že pomer vnútorného priemeru difúzora k vonkajšiemu priemeru ventilátorového kolesa je v rozsahu 1,01 až 1,1. Ďalej sa ukázalo byť výhodným, ak pri elektromotore s ventilátorovým kolesom, pri ktorom medzi difúzorovými stenami prebieha v radiálnom smere difúzorový kanál s určitou výškou, je použité opatrenie spočívajúce v tom, že výška difúzorového kanála sa v radiálnom smere výrazne zväčšuje. V jednom z výhodných uskutočnení vynálezu je v tomto smere použité riešenie spočívajúce v tom, že uhol rozširovania je v rozsahu približne 12° až 20°. Elektromotor s ventilátorom podľa vynálezu je teda uskutočnený s takými pomermi vonkajšieho priemeru vodiacich lopatiek k vnútornému priemeru difúzora a výšky difúzorových stien k výške vodiacich lopatiek, ktoré ležia výrazne mimo hodnoty doporučované v známom stave techniky. Uvedený uhol rozširovania je možné dosiahnuť napríklad tak, že difúzorový kanál sa zväčšovaním svojej výšky rozširuje znižovaním svojho dna proti spodnej stene ventilátorového kolesa. Takto sa v oblasti rozširovania ešte raz dosiahne zväčšenie pomeru výšky difúzorovej steny k výške vodiacich lopatiek. Jedna z možností riešenia podľa vynálezu spočíva v tom, že dno difúzorového kanála sa proti radiálne vonkajšiemu okraju spodnej steny ventilátorového kolesa znižuje stupňovito. Toto opatrenie môže byť uskutočnené napríklad tak, že na začiatku sa použije oblasť dna difúzorového kanála, ktorá je rovnobežná s dnom ventilátorového kolesa, pričom pomer výšky difúzorových stien k výške vodiacich lopatiek je v tejto oblasti 1,7 až 1,2. Na túto rovnobežne prebiehajúcu oblasť potom nadväzuje radiálne smerom von stupňovito sa znižujúca oblasť dna difúzorového kanála, v ktorej je uvedený pomer zväčšený. V jednom z výhodných uskutočnení vynálezu je použité riešenie spočívajúce v tom, že dno difúzorového kanála spadá v radiálnom smere šikmo smerom dolu, a to výhodne pod uhlom približne 12° až 20°. Pre ďalšie zvýšenie účinnosti a zvýšenie stability pri silnom škrtení je ďalej výhodné, ak vzdialenosť medzi difúzorovými stenami v obvodovom smere sa radiálne smerom von zväčšuje. Podľa vynálezu je v tomto smere navrhnuté, aby uhol obvodového rozširovania bol približne v rozsahu 2° až 10°. Zásluhou tohto opatrenia sa jednotlivé difúzorové kanály rozširujú radiálne smerom von tak v smere rovnobežnom s osou ventilátorového kolesa, ako i v smere kolmom na tento smer. Je ďalej výhodné, ak krycia stena ventilátorového kolesa na strane výstupu približne v zákryte prechádza do horného zakrytovania difúzorových kanálov. Toto zakrytovanie je podľa vynálezu tvorené horným krytom ventilátora. Tento horný kryt je zhora nasadený na jednotku ventilátorového kolesa s difúzorom. Počínajúc vstupnou oblasťou difúzora, pozorované v smere od ventilátorového kolesa, je dno difúzorového kanála vyhotovené so sklonom v uhle 12° až 20°. Pretože zakrytovanie difúzorových kanálov je usporiadané kolmo na os ventilátorového kolesa, dosiahne sa v radiálnom smere výrazne sa rozširujúci difúzorový kanál s rozširovaním pod uhlom 12° až 20°. Celkové rozširovanie difúzorového kanála je ešte ďalej zväčšené rovinným rozširovaním difúzorového kanála medzi susednými difúzorovými stenami pod uhlom 2° až 10°. Rozširovanie difúzorového kanála v tejto miere bolo až dosiaľ považované za škodlivé pre aerodynamickú stabilitu a účinnosť, pretože spôsobuje odtrhávanie prúdenia. Pretože cyklické odtrhávanie prúdenia je príznakom počiatku oblasti „pumpovania“, bolo by pri takto sa rozširujúcich difúzorových kanáloch možné očakávať zlú účinnosť a predčasné „pumpovanie“. V tu opísanom uskutočnení podľa vynálezu sa však využíva odtrhávanie prúdenia, nazývané ďalej „vychyľovací vír“, ktorým sa zlepší stabilita prúdenia a zabráni sa vzniku „pumpovania“ i pri nulovom prietokovom množstve. Ventilátorové koleso je v záujme podporenia vychyľovacieho víru umiestnené tak, že zakrytovanie ventilátorového kolesa sa až na 1 až 2 mm kryje so zakrytovaním difúzorových kanálov. Takto sa v oblasti medzi výstupom ventilátorového kolesa pozdĺž zakrytovania difúzorového kanála dosiahne optimálny priebeh prúdenia. Na protiľahlom dne difúzorového kanála vytvára vychyľovací vír fluidnú stenu, ktorá sa nastavuje v závislosti od prietokového množstva, pričom vychyľovací vír sa vytvára v radiálne smerom šikmo dolu spadajúcej oblasti dna difúzorového kanála. Uvedená fluidná stena vzniká v radiálne smerom obrátenej oblasti vychyľovacieho víru. Okrem zaistenia optimálneho hlavného prúdenia sa takto dosiahne odchyľovanie tohto hlavného prúdenia ku spätným vodiacim lopatkám s malými stratami. Uvedené spätné vodiace lopatky sú známym spôsobom usporiadané na, od difúznych stien odvrátenej, spodnej strane difúzora a slúžia na konečné odchyľovanie prúdenia vzduchu. Ventilátorové koleso je známym spôsobom vybavené vodiacimi lopatkami, ktoré sú umiestnené medzi dvoma krycími diskami. Tieto krycie disky vymedzujú rovnobežne prebiehajúcu výstupnú oblasť, pričom pomer vonkajšieho priemeru vodiacich lopatiek k vnútornému priemeru rovnobežne prebiehajúcich výstupných oblastí je výhodne v rozsahu 0,6 až 0,95. Aby sa pokiaľ možno potlačil akustický šum a predovšetkým vyššie zložky jeho spektra a docielilo sa prúdenie pozdĺž difúzorových stien bez odtrhávania, sú tieto difúzorové steny uskutočnené s v podstate konštantnou hrúbkou steny. V tomto smere je pri elektromotore s ventilátorovým kolesom, pri ktorom difúzorová stena v radiálnom smere prebieha v podstate pozdĺž alebo rovnobežne s dotyčnicou kružnice definovanej vnútorným priemerom difúzora, navrhnuté, aby difúzorová stena pozostávala v radiálnom smere z v podstate priameho úseku a naň na vonkajšej strane nadväzujúceho zakriveného úseku. Zvlášť výhodným sa ukázalo byť, ak priamy úsek predstavuje približne 55 až 75 % celkovej dĺžky difúzorovej steny. Táto celková dĺžka sa pritom meria pozdĺž definovanej dotyčnice. Prúd vzduchu, ktorý sa zavádza do difúzorového kanála, je takto cez tento difúzorový kanál vedený priamo a až v poslednej časti, pripadne v poslednej štvrtine, je v zakrivenom úseku odchyľovaný. Ukázalo sa byť pritom výhodným, ak zakrivený úsek prebieha v smere otáčania ventilátorového kolesa na jednej strane dotyčnice. Výhodné je však tiež usporiadanie, v ktorom zakrivený úsek pretína dotyčnicu. Takto sa najmenej v oblasti zakriveného úseku opustí odchyľovanie prúdenia v smere pozdĺž alebo rovnobežne s dotyčnicou. Ďalej je navrhnuté, aby prvá časť priameho úseku sa kryla s dotyčnicou alebo prebiehala rovnobežne s touto dotyčnicou. Na prvú časť nadväzujúca ďalej priamo prebiehajúca časť je proti prvej časti výhodne odchýlená. Uhol tohto odchýlenia sa výhodne volí v rozsahu 1° až 3°, predovšetkým 2°. Je výhodné, ak prvá časť priameho úseku predstavuje približne desatinu až pätinu celkovej dĺžky priameho úseku. Ako už bolo uvedené, nadväzuje na prvú časť priameho úseku druhá časť tohto priameho úseku, ktorá je prípadne zahnutá proti smeru otáčania ventilátorového kolesa. Takto sa dosiahne výhodný priebeh difúzorovej steny, ktorej prvá časť prebieha rovnobežne s dotyčnicou, nadväzujúca druhá priama časť prebieha proti prvej časti odchýlenc proti smeru otáčania ventilátorového kolesa a nadväzujúci vonkajší zakrivený úsek, ktorý vychádza z druhej časti, prebieha, pozorované v smere otáčania ventilátorového kolesa, až do oblasti za dotyčnicou, ktorú pritom kríži. Koncový bod difúzorových stien sa teda nachádza v smere otáčania ventilátorového kolesa za dotyčnicou. Vzájomná vzdialenosť medzi jednotlivými difúzorovými stenami je volená tak, že vzdialenosť medzi vstupnou špičkou difúzorovej steny a susednou difúzorovou stenou sa volí ako 0,061 až 0,049-násobok vnútorného polomeru difúzora. Ďalej, vzdialenosť medzi druhou, priamo prebiehajúcou časťou, ktorá je sklonená proti vstupnej prvej časti, a susednou difúzorovou stenou sa volí ako 1,02 až 1,25-násobok vzdialenosti medzi vstupnou špičkou difúzorovej steny a susednou difúzorovou stenou. Taký priebeh difúzorových stien je možné ľahko vyrobiť vstrekovacím liatím, je vysoko tvarovo stabilný a má podstatne menší sklon k preťahovaniu než zakrivené difúzorové steny. Špička lopatky, prípadne difúzorovej steny, je výhodne skosená pod uhlom 10° až 15°, takže v difúzorovom kanáli v tomto mieste nedochádza k žiadnemu zúženiu prierezu. Z technologických dôvodov môže byť špička difúzorovej steny zaoblená v polomere predstavujúcom až jednu štvrtinu hrúbky difúzorovej steny. Aby bolo zaistené bezchybné pretekanie difúzorového kanála, predovšetkým pozdĺž zakrytovania difúzorového kanála, má už uvedený horný kryt ventilátora vnútorný priemer, ktorý je 1,035 až 1,075-násobkom vonkajšieho priemeru difúzora. Tangenciálne prebiehajúca vstupná oblasť difúzorovej steny, to je prvá časť jej priameho úseku, má za úlohu odchyľovať prúd vzduchu, ktorý vystupuje z ventilátorového kolesa, do tangenciálneho smeru, a to nezávisle od okamžitého uhia nábehu. Takto odchýlená oblasť prúdenia strháva i ostatné, inak neovplyvnené prúdenia. Vzdialenosť medzi vstupnou špičkou difúzorovej steny a susednou difúzorovou stenou je volená tak, že nábeh prúdenia do celého difúzorového kanála je takmer tangenciálny. Pri malých prietokových množstvách, ktoré sú optimálne, sa zahnutím prvej časti priameho úseku vyprovokuje odtrhnutie, ktoré je však stabilizované vychyľovacím vírom, s ktorým je priame spojenie. Oblasť odtrhnutia nemôže vystúpiť z difúzorového kanála, pretože koncový bod difúzorovej steny je pretiahnutý cez dotyčnicu. Oblasť odtrhnutia je takto priestorovo vymedzená a stabilizovaná vychyľovacím vírom. Pri vysokých prietokových množstvách, to je vyšších než je optimálny bod, je oblasť odtrhnutia vytlačená smerom k vychyľovaciemu víru a je využitá celá šírka difúzorového kanála, to je vzdialenosť zahnutej druhej časti difúzorovej steny od susednej difúzorovej steny. Rýchlostný profil prúdu vzduchu, ktorý vystupuje z ventilátorového kolesa, je pozdĺž delenia ventilátorového kolesa nerovnomerný. V dôsledku toho sa stále mení uhol nábehu na vstupe difúzora. Zásluhou nového uskutočnenia difúzorovej steny podľa vynálezu sa do značnej miery dosiahne tangenciálny nábeh do difúzorového kanála a oblasť odtrhnutia reaguje pri nízkom prietokovom množstve na rôzne podmienky prítoku rastom alebo miznutím. Takto sa podstatne redukuje hluk pri otáčaní a predovšetkým jeho vyššie kmitočty. Aby sa potlačili zmeny podmienok nábehu, je ďalej výhodné, ak pomer delenia ventilátorového kolesa k deleniu difúzora sa volí v rozsahu 2,5 až 3,0, pričom zvlášť výhodný je pomer 2,74. Aby sa dosiahlo vysoké dopravné množstvo vzduchu, je zvonku prekrytia difúzorovými stenami vytvorené v dne difúzorového kanála vybratie, ktoré dosahuje až k vonkajšiemu priemeru na spodnej strane nosného telesa difúzora usporiadaných spätných vodiacich lopatiek. Pomer vonkajšieho pomeru spätných vodiacich lopatiek k vonkajšiemu priemeru difúzorových stien sa pritom volí v rozsahu 0,925 a 0,98. Výška spätných vodiacich lopatiek predstavuje výhodne približne 1,2 až 1,6-násobok výšky difúzorových stien. Zásluhou tohto uskutočnenia sa opísaným vybratím mimo prekrytia difúzorovými stenami ani neznižuje účinnosť, ani nezvyšuje nebezpečenstvo „pumpovania“. Pretože spätné vodiace lopatky začínajú až pri vnútornom priemere vybratia, môže sa voliť iný počet spätných vodiacich lopatiek spätného vodiaceho kolesa ako je počet difúzorových stien. Okrem toho, zásluhou opísaného uskutočnenia difúzora je možné bez ovplyvnenia šumu a účinnosti vytvoriť na jednej alebo na dvoch symetricky protiľahlých difúzorových stenách štrbinu. Táto štrbina sa nachádza zvonku prekrytia difúzorovej steny a umožňuje úplné vyváženie ventilátorového kolesa, čo pri známych ventilátoroch, v ktorých je ventilátorové koleso obklopené difúzorom, nie je možné, pretože jednodielny difúzor so spätným vodiacim kolesom sa montuje pred ventilátorovým kolesom a úzka medzera medzi ventilátorovým kolesom a difúzorom vyvažovanie nedovoľuje. Takto sa dosiahne ventilátor, ktorého ventilátorové koleso je obklopené difúzorom, ktorý má zvýšenú účinnosť. Pri vyššej účinnosti ventilátora sa vystačí s menším motorom s nižšou spotrebou energie, takže sa na jednej strane zníži hmotnosť a na druhej strane zvýši účinnosť pri použití takej jednotky elektromotor/ventilátor napríklad vo vysávači prachu. V celom prevádzkovom rozsahu nedochádza k žiadnemu „pumpovaniu“. Ventilátor pracuje až do nulového prietokového množstva stabilne. Okrem toho je podstatne potlačená, prípadne eliminovaná hlučnosť, bez toho, aby napríklad výrezmi alebo podobne utrpela stabilita difúzorových stien, ktoré podopierajú horný kryt ventilátora. Difúzor je spolu so spätným vodiacim kolesom, ktoré odchyľuje vzduch na chladenie elektromotora, uskutočnený ako jeden diel, ktorý môže byť v jednoduchom nástroji bez posúvača vyrobený z polymérneho plastu vstrekovacím liatím. Ďalej je tu možnosť, aby sa pri zmontovanom difúzore a ventilátorovom kolese uskutočnilo kompletné vyváženie ventilátorového kolesa.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Podstata vynálezu je ďalej objasnená na príkladoch jeho uskutočnenia, ktoré sú opísané na základe pripojených výkresov, ktoré znázorňujú:

- na obr. 1 bočný pohľad, v časti v reze, na elektromotor s ventilátorovým kolesom, na ktoré radiálne nadväzuje difúzor;

- na obr. 2 detailný perspektívny pohľad na difúzor s pohľadom na steny tohto difúzora;

- na obr. 3 ďalší detailný perspektívny pohľad na difúzor s pohľadom na zadné spätné vodiace lopatky;

- na obr. 4 bočný pohľad na difúzor;

- na obr. 5 pôdorysný pohľad na hornú stranu difúzora, ktorá je vybavená difúzorovými stenami;

- na obr. 6 pohľad zospodu na spodnú stranu difúzora, ktorá je vybavená spätnými vodiacimi lopatkami;

- na obr. 7 zväčšený rez polovicou difúzora;

- na obr. 8 detail oblasti VIII-VIII z obr. 1;

- na obr. 9 detail z obr. 4;

- na obr. 10 znázornenie zodpovedajúce obr. 5, týka sa však druhého uskutočnenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je znázornený elektromotor 1, na ktorého rotorovom hriadeli 2 je umiestnené ventilátorové koleso 3, na ktoré radiálne nadväzuje difúzor 4. Ventilátorové koleso 3 je pevne umiestnené na rotorovom hriadeli 2, ktorým je otáčané. Difúzor 4 je naproti tomu neotočne pripevnený na úložnom ráme 5. Elektromotor 1 je obklopený motorovým krytom 6, ktorý je tiež pripevnený na úložnom ráme 5.

Ventilátorové koleso 3 a difúzor 4 sú umiestnené na strane úložného rámu 5 odvrátenej od elektromotora 1 a sú spoločne prekryté horným krytom Z, ktorý je prichytený na úložnom ráme 5.

Difúzor 4 je ďalej bližšie opísaný na základe detailných vyobrazení na obr. 2 až 9.

Difúzor 4 má v podstate doskový tvar, v pôdoryse je kruhový a na homej a spodnej strane je vybavený vodiacimi prvkami.

Na homej strane je difúzor 4 vybavený difúzorovými stenami 8. Na spodnej strane nosného telesa 9 sú vcelku s týmto nosným telesom 9 vytvorené spätné vodiace lopatky 10, ktoré tvoria spätné vodiace koleso 16.

Difúzor 4 má v pôdorysnom pohľade na obr. 5 vonkajší priemer D₂, ktorý v znázornenom príklade uskutočnenia je približne 108 mm. Uvedené difúzorové steny 8 sú na nosnom telese 9 umiestnené vo vonkajšej prstencovej oblasti tohto nosného telesa 9. Difúzorové steny 8 pritom začínajú na vonkajšom priemere D₂ a prebiehajú až k vnútornému priemeru D] difúzora 4, ktorý v znázornenom príklade uskutočnenia je približne 94 mm.

Prstencová oblasť nosného telesa 9, na ktorej sú umiestnené difúzorové steny 8, má oproti všeobecnej rovine tohto nosného telesa 9 zosilnenú hrúbku.

Vo voľnom priestore, ktorý je vymedzený vnútorným priemerom D| difúzora 4, je v zabudovanom stave uložené ventilátorové koleso 1,, ako je toto zrejmé na obr. 1.

Ako je ďalej zrejmé z obr. 5, je difúzor 4 uprostred vybavený kruhovým otvorom 11 na prechod tiež kruhovo uskutočnenej strednej oblasti úložného rámu 5. Difúzor 4 je ďalej v oblasti svojho nosného telesa 9 vybavený dvoma navzájom symetricky umiestnenými otvormi 12 na pripevnenie difúzora 4 na úložnom ráme 5 pomocou skrutiek, nitov alebo podobne.

Medzi difúzorovými stenami 8 sú vytvorené difúzorové kanály 13, ktorých výška sa v radiálnom smere výrazne zväčšuje. Uvedená prstencová oblasť, na ktorej sú umiestnené difúzorové steny 8, pritom vytvára dno 14 difúzorových kanálov 13, ktoré spočiatku v radiálne vnútornej oblasti prebieha rovnobežne so všeobecnou rovinou nosného telesa 9, to je kolmo na os nosného telesa 9 difúzora 4 a tým tiež kolmo na os otáčania ventilátorového kolesa 3. Potom nadväzuje znižovanie dna 14 difúzorových kanálov 13, ktoré v radiálnom smere prebieha šikmo smerom dole. Uhol a tohto rozširovania je približne 12° až 20°.

V dôsledku tohto uskutočnenia sa výška difúzorových kanálov 13, meraná odo dna 14 difúzorového kanála 13 k homej hrane difúzorovej steny 8, v radiálnom smere výrazne zväčšuje, pričom na začiatku, to je radiálne vnútri, je tá to výška h₁ v znázornenom príklade uskutočnenia približne 10,5 mm, zatiaľ čo radiálne zvonku, to je v oblasti vonkajšieho priemeru D₂ je výška h₂ približne 12 mm.

Spätné vodiace lopatky 10 na spodnej strane nosného telesa 9 majú výšku b_b ktorá zodpovedá 1,2 až 1,6-násobku výšky b₂ difúzorových stien 8. V znázornenom príklade uskutočnenia výška b₂ difúzorovej steny 8 je 10,5 mm, zatiaľ čo výška b, spätnej vodiacej lopatky 10 je 12 mm, to všetko pri celkovej výške b₃ difúzora 4 približne 27 mm.

Na homej strane nosného telesa 9 je na vytvorenie difúzorových kanálov 13 umiestnených celkom dvadsať difúzorových stien 8. Jednotlivé difúzorové steny 8 majú v podstate konštantnú hrúbku w steny, ktorá je približne 1,2 mm. Difúzorová stena 8 prebieha v radiálnom smere v podstate pozdĺž dotyčnice T ku kružnici definovanej vnútorným priemerom Dj difúzora 4, ako je toto zrejmé z obr.

9.

Difúzorová stena 8 pozostáva v radiálnom smere najskôr z v podstate priameho úseku Gi a naň nadväzujúceho vonkajšieho zakriveného úseku K, pričom priamy úsek Gi tvorí približne 55 až 75 % celkovej dĺžky 1 difúzorovej steny 8. Celková dĺžka 1 je pritom meraná rovnobežne s dotyčnicou T.

Celková dĺžka 1 difúzorovej steny 8 je v znázornenom príklade uskutočnenia približne 25 mm. Priamy úsek G₃ má dĺžku približne 18 mm.

Priamy úsek G] difúzorovej steny 8 pozostáva z prvej časti G₂ a druhej časti G₃, pričom prvá časť G₂ sa kryje s dotyčnicou T. Táto prvá časť G₂ predstavuje približne desatinu až pätinu celkovej dĺžky priameho úseku G_t difúzorovej steny 8. V znázornenom príklade uskutočnenia sú to približne 4 mm. Na túto prvú časť G₂ nadväzujúca druhá časť G₃ je proti prvej časti G₂ odklonená späť proti smeru U otáčania ventilátorového kolesa 3 v uhle β približne 2°.

Zakrivený úsek K, ktorý nadväzuje na priamy úsek G_b je vedený cez dotyčnicu T, ktorú kríži, takže koncový bod E difúzorovej steny 8 sa v smere otáčania ventilátorového kolesa 3 nachádza na strane dotyčnice T protiľahlej k priamemu úseku G_b

Zakrivený úsek K končí a koncový bod E sa nachádza na vonkajšom priemere D₂ difúzora 4.

Vzdialenosť a! difúzorovej steny 8 od susednej difúzorovej steny 8, meraná od vstupnej špičky SP difúzorovej steny 8, je 0,061 až 0,049-násobkom polovice vnútorného priemeru Di difúzora 4. V znázornenom príklade uskutočnenia je táto vzdialenosť a_t približne 2,4 mm.

Vzdialenosť a₂ zahnutej druhej časti G₃ difúzorovej steny 8 od susednej difúzorovej steny 8 je 1,02 až 1,25 násobok vzdialenosti a_b V znázornenom príklade uskutočnenia toto je približne 2,8 mm.

Spätné vodiace lopatky 10, ktoré sú umiestnené na spodnej strane nosného telesa 9, sú tiež v radiálne vonkajšej oblasti tohto nosného telesa vytvorené vcelku s týmto nosným telesom 9 a z toho istého materiálu. Tieto spätné vodiace lopatky 10 prebiehajú medzi vonkajším priemerom Dj a vnútorným priemerom D₄ a vytvárajú tak spätné vodiace koleso 16. Vonkajší priemer D₃ spätných vodiacich lopatiek 10 leží svojou hodnotou medzi vonkajším a vnútorným priemerom D₂ a D, difúzorových stien 8. V znázornenom príklade uskutočnenia je vonkajší priemer Dj spätných vodiacich lopatiek 10 približne 103 mm. Vnútorný priemer D₄ spätného vodiaceho kolesa 16 je približne 73 mm.

Ako je zrejmé predovšetkým z obr. 3, môžu byť niektoré spätné vodiace lopatky 10 vybavené pri vonkajšej strane na okrajoch otvorenými výrezmi 22, čo je vhodné napríklad z dôvodu montáže.

Jednotlivé spätné vodiace lopatky 10 majú podľa obr. 6 tvar časti kruhového oblúka s polomerom približne 32 mm. Ich umiestnenie medzi vonkajším priemerom D₃ a vnútorným priemerom D₄ týchto spätných vodiacich lopatiek 10 je volené tak, že tieto spätné vodiace lopatky 10 prebiehajú po uhle δ s veľkosťou približne 73°. Po obvode je rovnomerne rozložených celkom šestnásť spätných vodiacich lopatiek 10.

Aby sa dosiahlo veľké množstvo dopravovaného vzduchu je zvonku prekrytia Y spätnými vodiacimi lopatkami 10 vytvorené v dne 14 difúzorového kanála 13 medzi vonkajším priemerom D₂ difúzora 4 a vonkajším priemerom D₃ spätných vodiacich lopatiek 10 vybratie 15, pričom platí, že vonkajší priemer D₃ spätných vodiacich lopatiek 10 zodpovedá približne 0,925 a 0,98-násobku vonkajšieho priemeru D₂ difúzora 4.

Zásluhou opísaného uskutočnenia difúzora 4 nezmenšuje vybratie 15 účinnosť, ani sa tým nezväčšuje nebezpečie „pumpovania“. Pretože spätné vodiace lopatky 10 začínajú až na vonkajšom priemere D₃, môže sa v porovnaní s difúzorom 4 voliť nerovnaký počet spätných vodiacich lopatiek 10 spätného vodiaceho kolesa 16.

Z obr. 1 je zrejmé, že pomery rozmerov ventilátorového kolesa 3 a difúzora 4 sú volené tak, že vnútorný priemer Dj difúzora 4 zodpovedá približne 1,01 až 1,1-násobku vonkajšieho priemeru D₅ ventilátorového kolesa 3. Okrem toho, pomer výšok b₂ difúzorových stien 8 k výške b₄ ventilátorového kolesa 3, merané na radiálne vonkajšom obvode, je volený tak, že výška b₂ difúzorových stien 8 zodpovedá približne 1,7 až 2,3-násobku výšky b₄ ventilátorového kolesa 3. Táto hodnota značne presahuje hodnoty uvádzané v stave techniky.

Dno 14 difúzorového kanála 13 je počínajúc vstupnou oblasťou difúzora 4 vyhotovené so skosením, ako už bolo uvedené. Horné zakrytovanie 17 ventilátora, ktoré tvorí horné steny difúzorových kanálov 13, je umiestnené kolmo na os ventilátora, zásluhou čoho sa dosiahne značné rozširovanie difúzorového kanála 13 v axiálnom smere. Celkové rozširovanie difúzorového kanála 13 je ešte ďalej zvýšené rovinným rozširovaním tohto difúzorového kanála 13 medzi susednými difúzorovými stenami 8, ktoré je približne 2° až 10°.

Pretože cyklické odtrhávanie prúdenia je príznačné pre počiatok oblasti „pumpovania“, bolo by možné pri takto výrazne sa rozširujúcom difúzorovom kanáli 13 očakávať zlú účinnosť a predčasné „pumpovanie“. V tu opísanom uskutočnení je však použité odtrhávanie prúdenia, nazývané ďalej vychyľovací vír Z_b čím sa zvýši stabilita prúdenia a tiež až do nulového prietoku sa nepripustí žiadne „pumpovanie“.

Ventilátorové koleso 3 je na účely podporenia vychyľovacieho víru Z, umiestnené tak, že krycia stena 18 ventilátorového kolesa 3 až na 1 až 2 mm licuje s rovinou hornej strany difúzorového kanála 13, prípadne horným zakrytovaním 17, takže od výstupu ventilátorového kolesa 3 sa pozdĺž hornej strany difúzorového kanála 13, pripadne horného zakrytovania 17, vytvorí optimálne prúdenie.

Na protiľahlom dne 14 difúzorového kanála 13 vytvára vychyľovací vír Z, fluidnú stenu I, ktorá sa nastavuje v závislosti od prietokového množstva. Okrem zaistenia optimálneho hlavného prúdenia sa dosiahne odchýlenie hlavného prúdenia ku spätnému vodiacemu kolesu 16 s malými stratami.

Ventilátorové koleso 3 je, aby sa dosiahlo prúdenie pozdĺž hornej strany difúzorového kanála 13, vybavené rovnobežnou výstupnou oblasťou 20, ktorá je tvorená hornou krycou stenou 18 ventilátorového kolesa 3 a spodnou ste nou 19 tohto ventilátorového kolesa 3. Pomer vnútorného priemeru D₆ výstupnej oblasti 20 k vonkajšiemu priemeru D₅ ventilátorového kolesa 3 je výhodne 0,6 až 0,95. Medzi krycou stenou 18 ventilátorového kolesa 3 a spodnou stenou 19 tohto ventilátorového kolesa 3 sú obvyklým spôsobom umiestnené vodiace lopatky 21 ventilátorového kolesa

3.

Aby bolo zaistené bezchybné prúdenie cez difúzorové kanály 13, predovšetkým pozdĺž horných strán týchto difúzorových kanálov 13, je horný kryt 7 ventilátora uskutočnený tak, že jeho vnútorný priemer D, zodpovedá približne 1,035 až 1,075-násobku vonkajšieho priemeru D₂ difúzora

4.

Tangenciálne prebiehajúca vstupná prvá časť G₂ každej difúzorovej steny 8 má za úlohu, aby odchyľovala prúdenie vzduchu, ktoré vystupuje z ventilátorového kolesa 3, do tangenciálneho smeru, a to nezávisle od okamžitého uhla náporu. Takto vychýlená oblasť prúdenia strháva ostatné neovplyvnené prúdenie. Vzdialenosť a_t medzi susednými difúzorovými stenami 8 v mieste špičky SP, ktorá predstavuje šírku difúzorového kanála 13, je volená tak, že celý difúzorový kanál 13 je pretekaný takmer tangenciálne.

Pri malých prietokových množstvách, ktoré sú optimálne, sa zahnutím prvej časti G₂ priameho úseku G] vyprovokuje odtrhnutie Z₂, ktoré je však stabilizované vychyľovacím vírom Z_b s ktorým je priame spojenie. Oblasť odtrhnutia nemôže vystúpiť z difúzorového kanála 13, pretože koncový bod E difúzorovej steny 8 je pretiahnutý cez dotyčnicu T. Oblasť odtrhnutia Z₂ je takto priestorovo vymedzená a stabilizovaná vychyľovacím vírom Z_b Pri vysokých prietokových množstvách, to je vyšších než je optimálny bod, je oblasť odtrhnutia Z₂ vytlačená smerom k vychyľovaciemu víru Zi a je využitá celá šírka difúzorového kanála 13, to je vzdialenosť a₂ zahnutej druhej časti G₃ difúzorovej steny 8 od susednej difúzorovej steny 8.

Rýchlostný profil prúdu vzduchu, ktorý vystupuje z ventilátorového kolesa 3, je pozdĺž delenia ventilátorového kolesa 3 nerovnomerný. V dôsledku toho sa stále mení uhol nábehu na vstupe difúzora 4. Zásluhou nového uskutočnenia difúzorovej steny 8 podľa vynálezu sa do značnej miery dosiahne tangenciálny nábeh do difúzorového kanála 13 a oblasť Z₂ odtrhnutia reaguje pri nízkom prietokovom množstve na rôzne podmienky prítoku rastom alebo miznutím. Takto sa podstatne redukuje hluk pri otáčaní a predovšetkým jeho vyššie kmitočty.

Zásluhou opísaného vyhotovenia difúzora 4 je možné bez ovplyvnenia šumu a účinnosti vytvoriť na jednej alebo na dvoch symetricky protiľahlých difúzorových stenách 8 štrbinu V, znázornenú na obr. 10. Táto štrbina V sa nachádza zvonku prekrytia Y difúzorovej steny 8 a umožňuje úplné vyváženie ventilátorového kolesa 3.

Všetky opísané a inak uvedené znaky sú z hľadiska vynálezu dôležité. Do obsahu prihlášky prináleží aj obsah príslušných prioritných dokladov, a to aj na účely prevzatia znakov týchto podkladov do nárokov predloženej prihlášky vynálezu.

Claims (17)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektromotor (1) s ventilátorovým kolesom (3), na ktoré radiálne nadväzuje difúzor (4), pričom ventilátorové koleso (3) je vybavené vodiacimi lopatkami (21) s výškou (b₄) a difúzor (4) je vybavený difúzorovými stenami (8) s výškou (b₂), vyznačujúci sa tým, že výška (b₂) difúzorových stien (8) je k výške (b₄) vodiacich lopatiek (21) v pomere približne 1,7 až 1,2.
2. 2. Elektromotor podľa nároku 1 alebo predovšetkým podľa tohto nároku, pričom difúzorové steny (8) začínajú na vnútornom priemere (Di) difúzora (4), prebiehajú k vonkajšiemu priemeru (D₂) difúzora (4) a prebiehajú súčasne až k vonkajšiemu priemeru (D₅) ventilátorového kolesa (3), vyznačujúci sa tým, že pomer vnútorného priemeru (Di) difúzora (4) k vonkajšiemu priemeru (D₅) ventilátorového kolesa (3) je v rozsahu 1,01 až 1,1.
3. 3. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, pričom medzi difúzorovými stenami (8) prebieha v radiálnom smere difúzorový kanál (13) s výškou (hj, h₂), vyznačujúci sa tým, že výška (h_b h₂) difúzorového kanála (13) sa v radiálnom smere výrazne zväčšuje.
4. 4. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že uhol (a) rozširovania je v rozsahu približne 12° až 20°.
5. 5. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že difúzorový kanál (13) sa zväčšovaním svojej výšky (h_b h₂) rozširuje znižovaním svojho dna (14) proti spodnej stene (19) ventilátorového kolesa (3).
6. 6. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že dno (14) difúzorového kanála (13) sa proti radiálne vonkajšiemu okraju spodnej steny (19) ventilátorového kolesa (3) znižuje stupňovito.
7. 7. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že dno (14) difúzorového kanála (13) spadá v radiálnom smere šikmo smerom dole.
8. 8. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že vzdialenosť medzi difúzorovými stenami (8) sa v obvodovom smere radiálne smerom von zväčšuje.
9. 9. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že uhol obvodového rozširovania je približne v rozsahu 2° až 10°.
10. 10. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že krycia stena (18) ventilátorového kolesa (3) na strane výstupu približne v zákryte prechádza do horného zakrytovania (17) difúzorových kanálov (13).
11. 11. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, pričom difúzorová stena (8) v radiálnom smere prebieha v podstate pozdĺž alebo rovnobežne s dotyčnicou (T) kružnice definovanej vnútorným priemerom (Dj) difúzora (4), vyznačujúci sa tým, že difúzorová stena (8) pozostáva v radiálnom smere z v podstate priameho úseku (G]) a naň na vonkajšej strane nadväzujúceho zakriveného úseku (K).
12. 12. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že priamy úsek (G|) predstavuje približne 55 až 75 % celkovej dĺžky (1) difúzorovej steny (8).
13. 13. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že zakrivený úsek (K) prebieha v smere (U) otáčania ventilátorového kolesa (3) na jednej strane dotyčnice (T).
14. 14. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že zakrivený úsek (K) pretína dotyčnicu (T).
15. 15. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že prvá časť (G₂) priameho úseku (G.) sa kryje s dotyčnicou (T) alebo prebieha rovnobežne s touto dotyčnicou (T).
16. 16. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že prvá časť (G₂) priameho úseku (GJ predstavuje približne desatinu až pätinu celkovej dĺžky priameho úseku (G]).
17. 17. Elektromotor podľa niektorého alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, alebo predovšetkým podľa týchto nárokov, vyznačujúci sa tým, že na prvú časť (G₂) priameho úseku (G,) nadväzuje druhá časť (G₃) priameho úseku (Gi), ktorá je prípadne zahnutá proti smeru (U) otáčania ventilátorového kolesa (3).