Спрямляющий аппарат вентилятора как работает

Обновлено: 28.04.2024

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно: к устройствам подавления шума турбовентиляторных авиационных двигателей.

Известен узел статора газотурбинного двигателя, содержащий элементы конструкции для снижения шума во внешней зоне, составляющей порядка 20% всего проточного тракта. В известной конструкции ниже по потоку от пространства между рабочими и направляющими лопатками выполнен кольцевой канал для захвата существенной части турбулентного потока, направленного от верхних торцовых частей вентиляторных лопаток. Кольцевой канал ограничен парой окружных стенок. По меньшей мере, одна из них обладает акустическим действием и поглощает шум не только на отдельных частотах, но и в широком диапазоне частот [1].

Недостатком известной конструкции является неполное использование возможностей эффективного поглощения звука в диапазоне частот 1000-7000 Гц дискретных гармоник тонального шума вентилятора, а также суммарного шума двигателя.

Известен турбовентиляторный авиационный двигатель, включающий вентилятор с пониженным уровнем шума. В известной конструкции за счет увеличения расстояния между лопатками вентилятора и лопатками спрямляющего аппарата, установленного ниже по потоку от лопаток вентилятора, до расстояния, равного удвоенной ширине двух хорд лопаток вентилятора, а также заданием числа лопаток спрямляющего аппарата вдвое большим, чем число лопаток вентилятора, достигается эффект снижения шума благодаря тому, что турбулентные следы на большом расстоянии в значительной степени размываются [2].

Известен также направляющий аппарат, обеспечивающий глушение шума, создаваемого сверхзвуковым вентилятором газотурбинного двигателя. В данной конструкции расстояние между лопатками вентилятора и лопатками спрямляющего аппарата, установленного за вентилятором, соответствует расстоянию, равному ширине двух хорд лопаток вентилятора, а число лопаток спрямляющего аппарата вдвое больше, чем число лопаток вентилятора [3].

Известен малошумный вентилятор турбовентиляторного авиационного двигателя, включающего роторные лопатки и лопатки спрямляющего аппарата, установленные за вентилятором. В данной конструкции снижение уровня шума достигается путем увеличения расстояния между лопатками вентилятора и лопатками спрямляющего аппарата, установленного за вентилятором, выше размера высоты вентиляторной лопатки [4].

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является турбовентиляторный авиационный двигатель, включающий вентилятор с подпорными ступенями, спрямляющий аппарат вентилятора, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давлений, смеситель на выходе турбинного тракта, в котором трактовые стенки смесителя образуют чередующиеся в окружном направлении наружные и внутренние каналы, общее реактивное сопло для потока воздуха вентилятора и газа из турбинного тракта, при этом двигатель размещен в мотогондоле и соединен с воздухозаборником самолета [5].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является неполное использование возможностей более эффективного глушения шума и повышения запасов по шуму согласно Главы 4 норм ИКАО, которые вводятся с 2006 года. Согласно Главы 3 действующих норм ИКАО запасы по шуму (EPN ДБ) с двигателями ПС-90А составляют: 10,4 EPN ДБ для самолета ТУ-204, 8,7 EPN ДБ для самолета ТУ-204-100, 5,5 EPN ДБ для самолета ТУ-214, 5,3 EPN ДБ для самолета ИЛ-96-300.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности шумоглушения вентилятора без существенных потерь тяги в турбовентиляторном авиационном двигателе, в повышении запасов по шуму согласно Главы 4 норм ИКАО, вводимых с 2006 г., путем отсечки основного тона частоты следования лопаток вентилятора, а также в обеспечении дополнительного снижения шума вентилятора и реактивной струи путем акустической настройки и оптимизации параметров вентиляторного тракта относительно сечений в горле самолетного воздухозаборника и на срезе реактивного сопла.

Сущность технического решения заключается в том, что в турбовентиляторном авиационном двигателе, включающем вентилятор с подпорными ступенями, спрямляющий аппарат вентилятора, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давлений, смеситель на выходе турбинного тракта, в котором трактовые стенки смесителя образуют чередующиеся в окружном направлении наружные и внутренние каналы, общее реактивное сопло для потока воздуха вентилятора и газа из турбинного тракта, при этом двигатель размещен в мотогондоле и соединен с воздухозаборником самолета, согласно изобретению, расстояние L между периферийными задними кромками лопаток вентилятора и периферийными передними кромками лопаток спрямляющего аппарата вентилятора в направлении вдоль оси вращения вентилятора и проекция L1 периферийной хорды сечений между передней и задней кромками лопаток вентилятора на ось его вращения связаны соотношением: L=(0,707. 0,866)L1·3,16, при этом число лопаток Z вентилятора и число лопаток Z1 спрямляющего аппарата вентилятора связаны соотношением: Z1=(0,707. 0,866)Z·3,16, длина воздухозаборника L2 самолета и выходной диаметр Д воздухозаборника связаны соотношением: L2=(0,188. 0,228)Д·3,16, а площадь на входе в двигатель fвх. и площадь сечения в горле воздухозаборника Fг связаны соотношением: fвх.=(0,346. 0,386)Fг·3,16, где: 3,16 - акустический параметр вентиляторного тракта двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 дБ. Число лопаток вентилятора состоит из двух одинаковых нечетных цифр, число лопаток спрямляющего аппарата состоит из двух других одинаковых нечетных цифр, а число наружных и внутренних каналов смесителя выполнено четным, причем число лопаток вентилятора и число наружных и внутренних каналов смесителя пропорциональны их общему делителю.

Выполнение турбовентиляторного авиационного двигателя таким образом, что расстояние L между периферийными задними кромками лопаток вентилятора и периферийными передними кромками лопаток спрямляющего аппарата вентилятора в направлении вдоль оси вращения вентилятора и проекция L1 периферийной хорды сечений между передней и задней кромками лопаток вентилятора на ось его вращения связаны соотношением: L=(0,707. 0,866)L1·3,16, при этом число лопаток Z вентилятора и число лопаток Z1 спрямляющего аппарата вентилятора связаны соотношением: Z1=(0,707. 0,866)Z·3,16, длина воздухозаборника связаны соотношением: L2=(0,188. 0,228)Д·3,16, а площадь на входе в двигатель fвх. и площадь сечения в горле воздухозаборника Fг связаны соотношением: Fвх.=(0,346. 0,386)Fг·3,16, где: 3,16 - акустический параметр вентиляторного тракта двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 дБ, позволяет повысить эффективность шумоглушения без существенных потерь тяги путем отсечки основного тона частоты следования лопаток вентилятора, а также обеспечить дополнительное снижение шума вентилятора и реактивной струи путем акустической настройки и оптимизации параметров вентиляторного тракта относительно сечений в горле самолетного воздухозаборника и на срезе сопла. Известно, что значительное снижение шума двигателя и самолета происходит в результате уменьшения скорости реактивных струй (шум пропорционален восьмой степени скорости струи). Других эффективных методов глушения шума до сих пор не найдено, поскольку шум образуется уже вне двигателя - при смешении струи с возмущенным потоком воздуха, образующимся за двигателем. При этом в суммарном шуме турбовентиляторного авиационного двигателя появляется пропорциональный величине расхода воздуха широкополосный шум вентилятора, который является результатом взаимодействия комбинационного и тонального шума вентилятора. Отсечка основного тона вентилятора в соответствии с существенными признаками заявляемого изобретения позволяет на 60. 80% обеспечить эффективность шумоглушения комбинационного шума вентилятора даже без помощи звукопоглощающих конструкций (панелей) во внутреннем и наружном трактах двигателя.

Выполнение турбовентиляторного авиационного двигателя таким образом, что число лопаток вентилятора состоит из двух одинаковых нечетных цифр, число лопаток спрямляющего аппарата состоит из двух других одинаковых нечетных цифр, а число наружных и внутренних каналов смесителя выполнено четным, причем число лопаток вентилятора и число наружных и внутренних каналов смесителя пропорциональны их общему делителю, позволяет дополнительно обеспечить наилучшую эффективность шумоглушения для обеспечения требований Главы 4 норм ИКАО и повысить запасы по шуму (EPN ДБ) для самолетов ТУ-204, ТУ-204-100, ТУ-214 и ИЛ-96-300. Это объясняется резонансным затуханием косых отраженных звуковых волн в резонансных внутреннем и наружном трактах (контурах) двигателя за счет определенного расположения вентиляторных лопаток, спрямляющих аппаратов вентилятора, смесителя на выходе турбинного тракта, стенки которого образуют чередующиеся в окружном направлении наружные и внутренние каналы, а также параметров воздухозаборника и сопла. Это объясняется также теорией глушения шума в каналах с импедансными границами, ламинаризацией обтекания турбулентных потоков, демпфированием пограничного слоя и снижением внутренних потерь.

На фиг.1 - изображен турбовентиляторный авиационный двигатель в мотогондоле самолета.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 вентилятора с воздухозаборником самолета.

Турбовентиляторный авиационный двигатель включает вентилятор 1 с подпорными ступенями 2, спрямляющий аппарат 3 вентилятора, компрессор 4 высокого давления, камеру сгорания 5, турбины 6, 7 высокого и низкого давлений, смеситель 8 на выходе 9 турбинного тракта 10. Трактовые стенки 11 смесителя 8 образуют чередующиеся в окружном направлении наружные каналы 12 и внутренние каналы 13. Кроме того, двигатель включает общее реактивное сопло 14 для потока воздуха 15 вентилятора 1 и газа 16 из турбинного тракта 10, при этом двигатель размещен в мотогондоле 17 и соединен с воздухозаборником 18 самолета. Расстояние 19 (L) между периферийными задними кромками 20 лопаток 21 вентилятора и периферийными передними кромками 22 лопаток 23 спрямляющего аппарата 3 вентилятора в направлении вдоль оси вращения 24 вентилятора 1 и проекция 25 (L1) периферийной хорды сечений между передней кромкой 26 и задней кромкой 20 лопаток 21 вентилятора связаны соотношением: L=(0,707. 0,866)L1·3,16. Число лопаток 21 (Z) вентилятора 1 и число лопаток 23 (Z1) спрямляющего аппарата 3 вентилятора связаны соотношением: Z1=(0,707. 0,866)Z·3,16. Длина 27 (L2) воздухозаборника 18 самолета и выходной диаметр 28 (Д) воздухозаборника 18 связаны соотношением: L2=(0,188. 0,288)Д·3,16. Площадь 29 на входе в двигатель (fвх.) и площадь сечения 30 в горле 31 воздухозаборника (Fг) связаны соотношением: fвх.= (0,346. 0,386)Fг·3,16, где: 3,16 - акустический параметр вентиляторного тракта 32 (для потока воздуха 15) двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 дБ. Число лопаток 21 вентилятора 1 состоит из двух одинаковых нечетных цифр, по существу 33, число лопаток 23 спрямляющего аппарата 3 состоит из двух других одинаковых нечетных цифр, по существу 77, а число наружных 12 и внутренних 13 каналов смесителя 8 выполнено четным, по существу 12, причем число лопаток 21 вентилятора и число наружных 12 и внутренних 13 каналов смесителя 8 пропорциональны их общему делителю, по существу 3.

Турбовентиляторный авиационный двигатель работает следующим образом. Определяющим параметром спектра шума для двигателя являются пики тонального шума вентилятора 1 и шум струи. Звуковое давление ˜ 150. 160 дБ, генерируемое дискретными гармониками тонального шума вентилятора 1 в условиях высокоскоростного (˜ 200 м/сек) потока воздуха 15 вентилятора 1, воспринимается выше по потоку от плоскости рабочего колеса, т.е. от роторных лопаток 21 вентилятора 1, самолетным воздухозаборником 18 длиной 27 и с площадью горла 30, а ниже по потоку от плоскости роторных лопаток 21 вентилятора - передними кромками 22 лопаток 23 спрямляющего аппарата 3, каналом 30 вентиляторного тракта с импедансными границами от передних кромок 22 лопаток 23 спрямляющего аппарата 3 до среза трактовых стенок 11 смесителя 8, которые образуют чередующиеся в окружном направлении наружные каналы 12 и внутренние каналы 13. Полость внутри воздухозаборника 18 самолета образует переднюю демпфирующую камеру за счет того, что площадь Fг горла 30 меньше площади 28 на входе в двигатель. Полость на выходе турбинного тракта 10 до среза сопла 14, ограниченная трактовыми стенками сопла 14 и трактовыми стенками 11 смесителя 8, образует заднюю смесительно-демпфирующую камеру. Полость между задними кромками 20 лопаток 21 вентилятора 1 и передними кромками 22 лопаток 23 спрямляющего аппарата 3 образует резонансную акустическую камеру. Во время работы двигателя потоки воздуха 15, отбрасываемые лопатками 21 вентилятора, деформируются таким образом, что в относительном, переносном и абсолютном перемещении турбулентных потоков воздуха 15 в межлопаточных каналах и между лопатками 21 и 23 происходит отсечка основного тона частоты следования лопаток 21 вентилятора 1. При числе лопаток 21 вентилятора 1, равном 33, числе лопаток 23 спрямляющего аппарата 3, равном 77, а также при числе наружных 12 и внутренних каналов 13 смесителя 8, равном 12, происходит дополнительное резонансное затухание косых отраженных звуковых волн в резонансных внутреннем тракте 10 и наружном вентиляторном тракте 32, которое усиливается взаимодействием полости внутри воздухозаборника 18, т.е. на входе в двигатель, а также полостями 10, 32 на выходе из смесительной камеры 8.

Таким образом, при использовании заявляемого изобретения в турбовентиляторном авиационном двигателе уменьшается тональный шум вентилятора в самом двигателе и происходит резонансное затухание косых отраженных волн, а также происходит почти полное поглощение звука при минимизации потерь давления и без потерь тяги двигателя, т.е. обеспечивается коэффициент поглощения звука (по энергии), близкий к единице. Заявляемое изобретение повышает эффективность звукопоглощения в турбовентиляторном авиационном двигателе и обеспечивает запасы по шуму согласно Главы 4 норм ИКАО, вводимых с 2006 года.

1. Патент US №5894721, F 02 C 7/045, 23.12.96 г.

2. Патент US №3747343, F 02 K 3/04, 10.02.72 г.

3. Патент US №3873229, F 01 D 5/10, F 04 D 21/00, 26.12.73 г.

4. Патент US №3471080, F 04 D 21/00, 13.06.68 г.

5. В.А.Пивоваров. Авиационный двигатель ПС-90А. М.: Министерство гражданской авиации, Московский институт инженеров гражданской авиации, 1989, стр.8, рис.1.1 - прототип.

Иллюстрации к изобретению RU 2 261 999 C2

Реферат патента 2005 года ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Турбовентиляторный авиационный двигатель содержит вентилятор с подпорными ступенями, спрямляющий аппарат вентилятора, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давлений, общее реактивное сопло для потока воздуха вентилятора и газа из турбинного тракта. На выходе турбинного тракта установлен смеситель, в котором его трактовые стенки образуют чередующиеся в окружном направлении наружные и внутренние каналы. Двигатель размещен в мотогондоле и соединен с воздухозаборником самолета. Расстояние L между периферийными задними кромками лопаток вентилятора и периферийными передними кромками лопаток спрямляющего аппарата вентилятора в направлении вдоль оси вращения вентилятора и проекция L1 периферийной хорды сечений между передней и задней кромками лопаток вентилятора на ось его вращения связаны соотношением: L=(0,707. 0,866)L1·3,16. Число лопаток Z вентилятора и число лопаток Z1 спрямляющего аппарата вентилятора связаны соотношением: Z1=(0,707. 0,866)Z·3,16. Длина воздухозаборника L2 самолета и выходной диаметр Д воздухозаборника связаны соотношением: L2=(0,188. 0,228)Д·3,16. Площадь на входе в двигатель fвх. и площадь сечения в горле воздухозаборника Fг связаны соотношением: fвх.=(0,346. 0,386)Fг·3,16, где: 3,16 - акустический параметр вентиляторного тракта двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибелл. Изобретение повышает эффективность шумоглушения вентилятора без существенных потерь тяги двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 261 999 C2

1. Турбовентиляторный авиационный двигатель, включающий вентилятор с подпорными ступенями, спрямляющий аппарат вентилятора, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давлений, смеситель на выходе турбинного тракта, в котором трактовые стенки смесителя образуют чередующиеся в окружном направлении наружные и внутренние каналы, общее реактивное сопло для потока воздуха вентилятора и газа из турбинного тракта, при этом двигатель размещен в мотогондоле и соединен с воздухозаборником самолета, отличающийся тем, что расстояние L между периферийными задними кромками лопаток вентилятора и периферийными передними кромками лопаток спрямляющего аппарата вентилятора в направлении вдоль оси вращения вентилятора и проекция L1 периферийной хорды сечений между передней и задней кромками лопаток вентилятора на ось его вращения связаны соотношением L=(0,707. 0,866)L1·3,16, при этом число лопаток Z вентилятора и число лопаток Z1 спрямляющего аппарата вентилятора связаны соотношением Z1=(0,707. 0,866)Z·3,16, длина воздухозаборника L2 самолета и выходной диаметр Д воздухозаборника связаны соотношением L2=(0,188. 0,228)Д·3,16, а площадь на входе в двигатель fвx и площадь сечения в горле воздухозаборника Fг связаны соотношением fвх=(0,346. 0,386)Fг·3,16, где 3,16 - акустический параметр вентиляторного тракта двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибелл. 2. Турбовентиляторный авиационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что число лопаток вентилятора состоит из двух одинаковых нечетных цифр, число лопаток спрямляющего аппарата состоит из двух других одинаковых нечетных цифр, число наружных и внутренних каналов смесителя выполнено четным, а число лопаток вентилятора и число наружных и внутренних каналов смесителя пропорциональны их общему делителю.

(19 9/54 а Го ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДДТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ и,л ое свидетельство СССРкл. Р 04 0 25/08, 1974. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР(71) Свердловский ордена ТрудовогоКрасного Знамени горный институтим. В.В.Вахрушева и Научно-производственное объединение "Урапгормаш"(56) Экк. Б. Проектирование и эксплуа"тация центробежных и осевых вентияторов. И,: Госгортехиэдат, 1959,с. 566.АвторскР 529301,(54)(57) СПРЯИЙЯЮЩИЙ АППАРАТ ВЕНТИЛЯТОРА, содержащий листовые лопаткизогнутые по дуге окружности, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения напора вентилятора, каждая лопатка снабжена плоскимвыходным участком, расположеннымв меридиональной плоскости, причемотношение длины проекции на мериди"ональную плоскость изогнутой частилопатки к длине ее плоского участка равно 1,5-1,7.Заказ 2079/27 Тираж 586 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113 О 35, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в конструкциях спрямляющих аппаратов вентиляторов-азраторов.Целью изобретения является повышение напора вентилятора, что позволяет увеличить дальнобойность воздушной струи.На чертеже приведена развертка сечения рабочего колеса (РК) вентилятора и спрямляющего аппарата (СА).Спрямляющий аппарат вентилятора содержит листовые лопатки 1, изогнутые по дуге окружности радиуса Каждая лопатка 1 снабжена плоским 150409 3выходные участком 2, расположенньвив меридиональной плоскости. Отношение длины ю проекции на меридиональную плоскость изогнутой части лопатбки 1 к длине Ъ ее плоского выходного участка 2 равно 1,5-1,7. Нри работе вентилятора происходитбезударный вход потока воздуха, вы ходящего из рабочего колеса на лопатки 1 спрямляющего аппарата, В межлопаточнцх канапах на длине а .происходит раскручивание потока. В выходной части каналов на длине Ъ поток получает осевое направление.

Заявка

СВЕРДЛОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. В. В. ВАХРУШЕВА, НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "УРАЛГОРМАШ"

БЕЛОВ СЕРГЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ, КОСАРЕВ НИКОЛАЙ ПЕТРОВИЧ, НОСЫРЕВ БОРИС АЛЕКСАНДРОВИЧ, ЗАСЛОВ ВАЛЕНТИН ЯКОВЛЕВИЧ, КУЗНЕЦОВ ЮРИЙ СТЕПАНОВИЧ, ЗАРУБИН МИХАИЛ СЕМЕНОВИЧ, МОРЖАРЕТТО АЛЬБЕРТ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Центробежный вентилятор, как и всякая турбомашина, состоит из рабочего колеса, подводящих и отводящих устройств. В качестве подводящего устройства используют конфузор, а в качестве отводящего устройства – спиральный отвод.

Центробежные вентиляторы обычно строят одноступенчатыми.

Схемы вентиляторов. Современные осевые шахтные вентиляторы строят одноступенчатыми и компонуются по схемам: местного проветривания НА + РК и НА + РК + CA и главного проветривания НА + РК и НА + РК + CA.

Обозначено: РК – рабочее колесо, НА – направляющий аппарат, СА – спрямляющий аппарат. НА предназначены для придания потоку воздуха необходимого направления при входе в рабочее колесо, а НА между двумя рабочими колесами многоступенчатого вентилятора также и для раскручивания потока; СА – для раскручивания потока при выходе из колеса в сторону, обратную его вращению. Выходные углы лопаток НА между рабочими колесами и лопаток СА можно задать такими, что поток изменит свое направление даже па противоположное. Направление потоков можно проследить на планах скоростей, на которых обозначены абсолютные скорости на входе и выходе: с׳1 и с׳2 – направляющего аппарата и с״1 и с״2 – спрямляющих СА аппаратов, с1 и с2 – рабочего колеса. Схема двухступенчатого вентилятора РК + НА + РК + СА будет обеспечивать примерно в 2 раза большее давление, чем схема
РК + СА, при одинаковой производительности. Полное давление, создаваемое осевым вентилятором [1],

где рвых и рв – давление соответственно за выходным диффузором и на входе вентилятора, Па; свых – абсолютная скорость на выходе вентилятора.

Очевидно, что статическая и динамическая составляющие давления будут

и . (5.1)

Элементы вентиляторов. Коллектор, обтекатель и первый лопаточный аппарат устанавливаются на входе и предназначаются для плавного, без больших потерь, увеличения осевой скорости с1, потока и обеспечения равномерного поля скоростей. Коллектор может быть очерчен по дуге окружности радиусом r > 0,2D2 > r, где D2 – диаметр рабочего колеса. Обтекатель имеет форму полусферы или полуэллипсоида.

Рабочие колеса осевых вентиляторов оснащаются профилированными лопатками (обычными и кручеными). Форма лопаток выбирается такой, чтобы обеспечивалась вокруг них необходимая циркуляция для создания достаточного напора и одновременно исключалось бы перетекание частиц воздуха в радиальном направлении к периферии в связи с действием центробежных сил от закручивания потока. В самом деле, из уравнения Л. Эйлера видно, что передача энергии потоку лопатками неизбежно связана с закручиванием потока. В закрученном потоке возникают центробежные силы, которые могут стать причиной перетекания воздуха из одного кольцевого слоя в другой к периферии вентилятора. Такое перетекание нежелательно, так как вызывает значительные потери энергии. Очевидно, что перетекания частиц потока не будет, если давления вдоль радиусов будут постоянными (р = const) или по уравнению Л. Эйлера

Г = const или rc. (5.2)

Из этого условия следует, что для обеспечения постоянства давления скорость закручивания должна изменяться по гиперболическому закону

. (5.3)

Такое изменение скорости вдоль радиуса рабочего колеса достигается конструкцией лопаток с переменными шириной b и углами β1 и β2. В связи с этим, у современных осевых вентиляторов применяют крученые лопатки с переменным сечением по длине. Поле скоростей за рабочим колесом с некручеными лопатками имеет значительную неравномерность [1].

Большое влияние на работу вентилятора оказывает зазор δ между концами лопаток и кожухом вентилятора.

Относительный зазор (зазор, отнесенный к длине лопатки lл) для качественно изготовленных отечественных вентиляторов составляет 0,8 – 1,0 %. При величине относительного зазора всего 1,5 % давление снижается на 15 – 20 % по сравнению с расчетной величиной при нулевом зазоре. Уменьшение давления объясняется обратным перетеканием воздуха через кольцевой зазор из области повышенного в область пониженного давления.

Направляющий и спрямляющий аппараты представляют собой венцы из неподвижных или поворотных лопаток. Основные параметры: густота решетки b/t, угол установки и аэродинамическая характеристика профиля лопаток. Для радиального равновесия потока распределение скоростей закручивания потока в аппаратах должно быть таким же, как и в рабочих колесах.

Для работы в криволинейном потоке профили лопаток СА и НА должны быть деформированы соответственно кривизне потока. Во избежание потерь энергии лопатки должны быть установлены так, чтобы поток входил на их входные кромки по касательной или под небольшим углом. Чтобы это соблюдалось при разных режимах работы вентиляторов, лопатки НА и СА следует выполнять поворотными.

Диффузор и выходная часть предназначаются для преобразования динамического рдин в статическое рст давление. Между спрямляющим аппаратом и диффузором для выравнивания поля скоростей потока целесообразно предусматривать небольшой цилиндрический участок. Переход от цилиндрического к коническому участку должен быть плавным. Важнейшими параметрами диффузоров являются: степень расширения диффузора

χ , (5.4)

где F1 и F2 – площади сечений, а са1 и cа2 – скорости потока на входе и выходе диффузора; углы раскрытия конусов φ1 и φ2 и относительная длина диффузора , где D – начальный диаметр диффузора.

У шахтных вентиляторов принимается коническая часть длиной и углы раскрытия конусов φ1 = 3° и φ2 = 6°.

Номенклатура и назначение. В горной промышленности России эксплуатируются современные осевые одноступенчатые, реверсивные со сменными и поворотными на ходу лопатками рабочего колеса вентиляторы типов: ВО, ВОК, (В – вентилятор, О – осевой, К – с кручеными лопатками).

Также наряду с современными типами осевых вентиляторов на действующих шахтах и подземных рудниках могут эксплуатироваться устаревшие модели ВОД, ВОМ, ВОМД, ВОКР, ВУПД (Д – многоступенчатые), являющиеся менее эффективными.

В настоящее время выпускаются разработанные в последнее время вентиляторы типа ВО (ВО-12,5, ВОМ-18, ВО-21К, ВО-24К и ВО-30К) (цифра в маркировке вентиляторов – диаметр рабочего колеса по концам лопаток в дециметрах) [14].

Рис. 5.1. Схема современного осевого вентилятора типа ВО

Осевые вентиляторы типа ВО предназначаются для проветривания неглубоких шахт и рудников, общешахтная депрессия которых не превышает 4 кПа (рис. 5.1).

Вентилятор ВО-12,5 предназначен для вентиляции метрополитенов, тоннелей, объектов общепромышленного назначения, систем воздушного отопления, проточной и вытяжной вентиляции технологических установок, а также в качестве вспомогательного вентилятора для проветривания стволов и околоствольных выработок при их сооружении, в калориферных установках и т. п.

Вентиляторы типа ВО, за исключением ВО-12,5 предназначены для главного проветривания шахт и подземных рудников, а также для работы в вентиляционных системах предприятий других отраслей промышленности, рассчитанных на перемещение воздуха и неагрессивных газов, выполняются реверсивными и обеспечивают требуемую правилами безопасности производительность при реверсе более 60 % от нормальной производительности; по специальному заказу они могут выполняться и нереверсивными. Эти вентиляторы применимы как для всасывающей, так и для нагнетательной вентиляции.

Вентиляторы типа ВО – одноступенчатые. Для уменьшения шума они не имеют входных направляющих аппаратов и собраны по условной схеме РК + СА.

Рабочие колеса вентиляторов снабжены 8 сдвоенными лопатками. Установка лопаток РК вентиляторов, за исключением ВО-12,5, производится в пределах 15 – 45°. При реверсировании струи воздуха лопатки НА и СА поворачиваются на углы 153 и 158° и направление их выпуклости изменяется на противоположное.

Канальные вентиляторы служат для обеспечения перемещения воздуха в помещении. Простые приборы эффективны и применяются в жилых, коммерческих, промышленных зданиях. Но иногда нужна регулировка скорости канального вентилятора. В статье мастер сантехник расскажет, как увеличить или уменьшить скорость вращения вентилятора можно с помощью контроллера скорости.

Принцип работы вентилятора

Вентилятор в общем виде – ротор с закрепленными определенным образом лопатками. При вращении лопатки сталкиваются с воздухом и отбрасывают его в некотором направлении. По конструкции различают:

Любой вентилятор в силу специфики конструкции работает на полную мощность. Это приводит к быстрому износу прибора и поломкам. Максимально мощный поток воздуха требуется не все время. Чтобы уменьшить обороты вентилятора, нужно подключить специальное устройство.
Способы регулирования скорости вращения вентиляторных двигателей

При использовании вентиляторов часто возникает необходимость регулирования частоты вращения. В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума, настроить необходимую производительность притока или вытяжки.
На настоящий момент широко распространены способы регулирования частоты вращения при помощи изменения электрических параметров питания вентилятора:

Изменение напряжения питания двигателя;
Изменение частоты питающего напряжения.

Регулирование напряжением осуществляется понижением питающего напряжения вентилятора. Преимуществом регулирования частоты вращения вентилятора изменением напряжения питания в относительно невысокой стоимости устройств, работающих по такому принципу. Известны следующие виды устройств для регулирования оборотов вентилятора при помощи понижения напряжения питания:

Ступенчатые регуляторы частоты вращения с использованием автотрансформаторов;
Тиристорные регуляторы скорости вращения;
Электронные автотрансформаторы.

Регулирование скорости понижением напряжения связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя. При этом обязательно выделяется энергия скольжения - из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя. При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности. Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

Регулирование вентилятора частотой питающего тока возможно осуществить при помощи частотного привода. У частотных приводов много преимуществ, но есть один существенный недостаток – их цена. Кроме того, они громоздки. Используемые в быту и для коммерческого использования вентиляторы обычно имеют невысокую цену. Вряд ли покупатель бытового вентилятора согласиться приобрести для него регулятор стоимостью, в десятки раз превышающую стоимость самого вентилятора. Поэтому в этой статье мы частотные приводы рассматривать не будем.

Ступенчатые регуляторы частоты вращения с использованием автотрансформаторов

Работа ступенчатых регуляторов скорости основана на использовании автотрансформаторов. Управление данными регуляторами осуществляется путем ступенчатого изменения напряжения питания. Регулирование скорости осуществляется вручную. Автотрансформатор - это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков.

Принцип работы этого контроллера состоит в следующем. На вход автотрансформатора Т1 подается питающее напряжение 220 В. Обмотка имеет несколько ответвлений от части витков. При подключении нагрузки к ответвлениям, потребитель получает уменьшенное напряжение питания. С помощью переключателя SW1 мотор вентилятора M подключается к нужной части обмотки и скорость его вращения меняется. При понижении питающего напряжения снижается потребление электроэнергии. Сигнал на выходе – чистая синусоида, что благотворно влияет на состояние обмотки двигателя. Недостатком является большой размер блока управления. Ручка регулировки имеет ступенчатую шкалу, как правило, не более пяти положений. Плавно управлять скоростью вращения невозможно.

Тиристорные (симисторные) регуляторы скорости вращения

Электронный автотрансформатор работает по принципу широтно-импульсной модуляции. Транзисторная схема, модулируя импульсы – плавно изменяет выходное напряжение. Достоинства такого контроллера – компактные размеры и невысокая стоимость. Недостаток – длина кабеля от контроллера до мотора ограничена, не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора). Поэтому блок автотрансформатора, как правило, выполнен в отдельном корпусе от ручки управления и располагается в непосредственной близости к вентилятору.

Правила подключения устройства

Чтобы правильно установить регулятор, необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией к устройству. Большинство моделей рассчитаны на самостоятельный монтаж пользователем и не требуют специальных знаний.

Способы установки контроллеров зависят от типа устройства:

Настенные и внутристенные варианты закрепляют на стену шурупами или дюбелями. Крепеж обычно входит в комплект.
Регулятор подключают к питающему кабелю по схеме, приведенной производителем. Задача сводится к обрезке проводов ноля, фазы и земли и последовательного присоединения жил к входным и выходным клеммам.
Прежде чем начать монтаж, нужно убедиться, что сечение соединительного питающего кабеля соответствует максимальному току подсоединяемого контроллера.
Если вентилятор оснащен собственным выключателем. Последний необходимо демонтировать и заменить на контроллер.

Монтаж регулятора скорости тиристорный ВЕНТС "РC-1-400"

Регулятор должен устанавливаться на вертикальной стене внутри помещений в скрытой монтажной коробке.

Монтаж и подключение должны проводиться только при снятом напряжении сети.

Эксплуатация регулятора с механическими повреждениями корпуса и соединительных проводов;
Попадание влаги и брызг воды на корпус регулятора;
Установка регулятора вблизи нагревательных приборов;
Наличие в окружающем воздухе взрывоопасных и вызывающих коррозию примесей.

Подключение к электрической сети должно проводиться через автоматический выключатель.

Для подключения регулятора к электрической сети необходимо (смотри рис. 1):

Снять ручку управления регулятора (1);
Открутить гайку (2) крепления декоративной крышки и снять декоративную крышку (3);
Открутить шурупы (4) крепления регулятора к монтажной коробке, и снять регулятор (5);
Провести в монтажную коробку (6) соединительные провода;
Установить монтажную коробку в стену;

Зачистить концы проводов на длину 6-7 мм;
Подключить провода к клеммнику, расположенному на плате регулятора, согласно
схеме подключения (рис. 3) и наклейке на клеммнике;

Установить регулятор в монтажную коробку таким образом, чтобы клеммник (смотри рис.2) располагался сверху, и закрепить шурупами.

Для нормальной работы вентилятора, необходимо отрегулировать минимальную скорость вращения вентилятора. Для этого:

Читайте также:

Спрямляющий аппарат вентилятора как работает

Похожие патенты RU2261999C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 261 999 C2

Реферат патента 2005 года ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Формула изобретения RU 2 261 999 C2

Заявка