приточная канальная вентиляционная установка

Формула изобретения

1. Приточная канальная вентиляционная установка, включающая вентиляторный блок и, по меньшей мере, фильтрующий блок, калориферный блок, распределительный блок с переключающим устройством, вентиляторный блок имеет, по меньшей мере, один корпус, в котором размещены основной или дублирующий вентиляторы, каждый из которых оснащен кинематически связанным с двигателем рабочим колесом с назад загнутыми радиальными лопатками, размещенными между основным и покрывным дисками, ось рабочего колеса расположена вдоль канала в корпусе вентилятора, входной коллектор имеет симметричный криволинейный профиль в продольном сечении корпуса, образующий конфузорный зазор между поверхностями покрывного диска и входного коллектора, и вихревую полость между стенками канала, поверхностями входного коллектора и покрывного диска, отличающаяся тем, что канал, по меньшей мере, одного из вентиляторов выполнен с площадью поперечного сечения, проходящего через лопатки рабочего колеса, равной не менее 2,4 площади окружности, описываемой концами лопаток, и минимальным расстоянием между, по меньшей мере, одной стенкой канала и лопаткой рабочего колеса, не выходящим за пределы 0,005÷0,075 диаметра рабочего колеса, а в вихревой полости установлен, по меньшей мере, один вихрегаситель.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вихрегаситель выполнен в виде, по меньшей мере, одной пластины, установленной перед конфузорным зазором в каждом из каналов.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что пластины вихрегасителя соединены с входным коллектором и стенкой канала.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вентиляторы в вентиляторном блоке установлены на одном уровне по отношению друг к другу.

5. Установка по п.5, отличающаяся тем, что вентиляторный блок содержит, по меньшей мере, два дублирующих вентилятора.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус вентиляторного блока содержит перегородки между соседними вентиляторами, образующие со стенками корпуса каналы.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что задняя кромка перегородки находится на уровне плоскости, образуемой внешними кромками заднего диска рабочего колеса.

8. Установка по п.1 или 6, отличающаяся тем, что корпус вентиляторного блока выполнен с прямоугольной формой поперечного сечения каналов.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем., что переключающее устройство установлено перед вентиляторным блоком и выполнено в виде, по меньшей мере, одной поворотной створки, закрепленной в торцевой части корпуса вентиляторного блока.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что поворотная створка установлена на перегородке, ось вращения поворотной створки параллельна оси перегородки.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что перегородка установлена вертикально.

12. Установка по п.9, отличающаяся тем, что поворотная створка установлена на стенках смежных каналов, например на боковых стенках.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что переключающее устройство выполнено в виде воздушного клапана.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что воздушный клапан установлен на входе, или на выходе, или на входе и выходе из корпуса каждого вентилятора.

15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что калориферный блок содержит, по меньшей мере, два калорифера.

16. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтрующий блок имеет, по меньшей мере, два фильтра.

17. Установка по п.1, или 15, или 16, отличающаяся тем, что распределительный блок размещен перед калориферным и вентиляторным блоками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вентиляционной технике, а именно к приточной канальной вентиляционной установке, которая может найти применение в промышленном и гражданском строительстве в качестве вентиляционной и отопительно-охладительной установок, к которым предъявляются повышенные требовании безаварийности, надежности и бесперебойности в работе.

Известен агрегат приточный канальный АПК-5-4-89ВМ Научно-производственного предприятия «Инновент» (паспорт АПК-00.АПС, 2003 г.) [1], включающий вентиляторный блок и, по меньшей мере, фильтрующий блок, калориферный блок, распределительный блок с переключающим устройством, вентиляторный блок имеет по меньшей мере один корпус, в котором размещены основной или дублирующий вентиляторы, каждый из которых оснащен кинематически связанным с двигателем рабочим колесом с назад загнутыми радиальными лопатками, размещенными между основным и покрывным дисками, ось рабочего колеса расположена вдоль канала, в корпусе вентилятора, входной коллектор имеет симметричный криволинейный профиль в продольном сечении корпуса, образующий конфузорный зазор между поверхностями покрывного диска и входного коллектора, и вихревую полость между стенками канала, поверхностями входного коллектора и покрывного диска.

Вертикальное расположение по высоте вентиляционных блоков с основным и резервным вентиляторами, а также большой размер площади поперечного сечения канала относительно площади, описываемой концами радиальных лопаток, делают данную установку [1] громоздкой, неудобной для обслуживания и эксплуатации, увеличивают удельную нагрузку на монтажное основание установки, повышают связанную с этим металлоемкость конструкции и в конечном счете стоимость установки.

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности вентилятора при снижении отношения расстояния между концами лопаток рабочего колеса и стенкой канала к диаметру радиального рабочего колеса. Технический результат изобретения - уменьшение габаритов установки, повышение компактности и удобства в обслуживании, а также снижение веса и нагрузок на основание установки.

Технический результат достигается благодаря тому, что приточная канальная вентиляционная установка, как и в наиболее близком аналоге [1], включает вентиляторный блок и, по меньшей мере, фильтрующий блок, калориферный блок, распределительный блок с переключающим устройством, вентиляторный блок имеет по меньшей мере один корпус, в котором размещены основной или дублирующий вентиляторы, каждый из которых оснащен кинематически связанным с двигателем рабочим колесом с назад загнутыми радиальными лопатками, размещенными между основным и покрывным дисками, ось рабочего колеса расположена вдоль канала, в корпусе вентилятора, входной коллектор имеет симметричный криволинейный профиль в продольном сечении корпуса, образующий конфузорный зазор между поверхностями покрывного диска и входного коллектора, и вихревую полость между стенками канала, поверхностями входного коллектора и покрывного диска, но в отличие от наиболее близкого аналога [1] канал, по меньшей мере, одного из вентиляторов выполнен с площадью поперечного сечения, проходящего через лопатки рабочего колеса, равной не менее 2,4 площади окружности, описываемой концами лопаток, и минимальным расстоянием между, по меньшей мере, одной стенкой канала и лопаткой рабочего колеса не выходящим за пределы 0,005...0.075 диаметра рабочего колеса, а в вихревой полости установлен, по меньшей мере, один вихрегаситель.

Установка характеризуется тем, что вихрегаситель выполнен в виде, по меньшей мере, одной пластины, установленной перед конфузорным зазором в каждом из каналов.

При этом пластины вихрегасителя соединены с входным коллектором и стенкой канала.

Установка характеризуется тем, что вентиляторы в вентиляторном блоке установлены на одном уровне по отношению друг к другу.

Установка характеризуется тем, что вентиляторный блок содержит, по меньшей мере, два дублирующих вентилятора.

Установка характеризуется тем, что корпус вентиляторного блока содержит перегородки между соседними вентиляторами, образующие со стенками корпуса каналы.

При этом задняя кромка перегородки находится на уровне плоскости, образуемой внешними кромками заднего диска рабочего колеса.

Установка характеризуется тем, что корпус вентиляторного блока выполнен с прямоугольной формой поперечного сечения каналов.

Установка характеризуется тем, что переключающее устройство установлено перед вентиляторным блоком и выполнено в виде, по меньшей мере, одной поворотной створки, закрепленной в торцевой части корпуса вентиляторного блока.

При этом поворотная створка установлена на перегородке, ось вращения поворотной створки параллельна оси перегородки.

Кроме того, перегородка установлена вертикально.

Установка характеризуется тем, что поворотная створка установлена на стенках смежных каналов, например на боковых стенках.

Установка характеризуется тем, что переключающее устройство выполнено в виде воздушного клапана.

При этом воздушный клапан установлен на входе, или на выходе, или на входе и выходе из корпуса каждого вентилятора.

Установка характеризуется тем, что калориферный блок содержит, по меньшей мере, два калорифера.

Установка характеризуется тем, что фильтрующий блок содержит, по меньшей мере, два фильтра.

При этом распределительный блок размещен перед калориферным и вентиляторным блоками.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана в разрезе приточная канальная вентиляционная установка, вид сверху, при выполнении распределительного блока с поворотной заслонкой.

На фиг.2 показана в разрезе приточная канальная вентиляционная установка, вид сверху, при выполнении распределительного блока в виде воздушных клапанов.

На фиг.3 показана в разрезе приточная канальная вентиляционная установка с дублирующими калориферным и фильтрующим блоками, вид сверху.

На фиг.4 показан разрез А-А на фиг.1.

На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.2.

На фиг.6 показан в разрезе вентиляторный блок, вид сверху.

На фиг.7 показан разрез В-В на фиг.1, 2, 3 и 6.

На фиг.8 показан выносной элемент Г на фиг.1 и 2.

На фиг.9 показан выносной элемент Д на фиг.2.

На фиг.10 представлена зависимость коэффициента статического давления от соотношения S/S_РК площади поперечного сечения канала и рабочего колеса при постоянной величине коэффициента производительности вентилятора: =f(S/S_РК) при =const.

На фиг.11 представлена зависимость коэффициента статического давления от соотношения B/D расстояния В между стенками канала и диаметра D рабочего колеса при постоянной величине коэффициента производительности вентилятора: =f(B/D) при =const.

На фиг.12 представлена зависимость коэффициента статического давления от коэффициента производительности без вихрегасителя и с несколькими вариантами выполнения вихрегасителя.

На фиг.13 представлена зависимость статического давления от производительности вентиляторной установки с двумя вентиляторами: Ps =f(Q).

Реализация изобретения.

Приточная канальная вентиляционная установка имеет вентиляторный блок 1, калориферный блок 2, фильтрующий блок 3, распределительный блок 4, может устанавливаться входной блок 5 (фиг.1, 2, 3) и блок увлажнения воздуха (на фиг. не показан). Вентиляторный блок 1 содержит основной 6 и по меньшей мере один дублирующий 7 радиальный вентилятор, каждый из которых содержит входной коллектор 8, рабочее колесо 9 с радиальными назад загнутыми лопатками 10, закрепленными между основным 11 и покрывным 12 дисками (фиг.1, 2, 3, 6), между поверхностями входного коллектора 8 и покрывного диска 12 образован конфузорный зазор 13 (фиг.8). Рабочее колесо 9 кинематически связано, например, посредством ступицы 14 с двигателем 15, причем рабочие и дублирующие вентиляторы 6, 7 оснащаются собственными двигателями 15. Вентиляторный блок может выполняться с несколькими вентиляторами 6 и/или 7, каждый из которых оснащен собственным корпусом (на фиг. не показано), а также при размещении вентиляторов 6, 7 в общем корпусе 16, оснащенном перегородками 17, между соседними вентиляторами 6 и 7 (фиг.6, 7). Между поверхностями стенок 18 корпуса 16 (фиг.9) и перегородками 17 образованы каналы 19, а между поверхностями входного коллектора 8, покрывного диска 12 и стенок 18 корпуса 16 - вихревые полости 20 (фиг.1, 2, 3, 6). В вихревой полости 20 установлены вихрегасители, выполненные, например, в виде пластин 21, соединенных со стенками 18 и/или с входным коллектором 8 (фиг.4, 5, 8). Площадь S проходящего через лопатки 10 поперечного сечения каждого из каналов 19 составляет не менее 2,4 площади S_РК окружности, описываемой концами лопаток 10 соответствующего рабочего колеса 9, при этом минимальное расстояние С между, по меньшей мере, одной стенкой 18 канала 19 и лопаткой 10 рабочего колеса 9 находится в пределах 0,005...0,075 диаметра D окружности, описываемой концами лопаток 10 рабочего колеса 9 (далее - диаметр рабочего колеса): S/S_РК 2,4, 0,005 C/D 0,075. При расположении рабочего колеса 9 на равном удалении от стенок 18 корпуса 16 расстояние B=D+2C между стенками 18 канала 19 в корпусе 16 в поперечном сечении, проходящем через лопатки 10 рабочего колеса 9, составляет 1,01 B/D 1,15. При этом, как показали исследования, каналы 19 могут выполняться с различной формой и контуром поперечного сечения (прямоугольные, круглые, многоугольные и т.п.).

Калориферный блок 2 содержит корпус 22, по меньшей мере, один калорифер, который содержит нагревательные элементы 23, выполненные, например, в виде теплоэлектронагревателей (ТЭН) (фиг.1, 2, 3, 4, 5), парового или водяного коллектора и т.п. (на фиг. не показаны). Калориферный блок 2 соединен с вентиляторным блоком 1 посредством гибкой проставки (на фиг. не показана) и может располагаться как впереди, так и сзади вентиляторного блока 1.

Фильтрующий блок 3 содержит размещенные в корпусе 24 фильтры и размещается, как правило, перед калориферным блоком 2 (фиг.1, 2, 3, 4, 5).

Распределительный блок 4 предназначен для регулирования подачи воздуха к вентиляторам 6, 7 и оснащен распределительным устройством, которое может выполняться в виде поворотной створки 25 (фиг.1, 6), воздушных клапанов 26 (фиг.2, 3, 5) и других перекрывающих сечение канала 19 устройств. Распределительное устройство может располагаться перед входным коллектором 8 (фиг.1, 6), на выходе из вентилятора (фиг.2, 3, 5), а также перед калориферным и фильтрующим блоками. Так, поворотная створка 25 распределительного устройства располагается, как правило, перед входным коллектором 8 и соединяется с перегородкой 17 или со стенками 18 смежных каналов 19, например с боковыми стенками 18. Воздушные клапаны 26 распределительного устройства могут размещаться как перед входным коллектором 8 и на выходе из вентиляторов 6, 7, одновременно и на входе (перед входным коллектором 8), и на выходе из корпуса 16 вентилятора, или перед калориферным 2 и/или фильтрующим 3 блоками.

Вентиляторная установка может оснащаться несколькими калориферами и фильтрами, размещенными в соответствующем блоке 2, 3 (фиг.3). При таком выполнении вентиляторная установка может иметь один или несколько воздуховодов, соединяющих соответствующие калориферы и вентиляторы. Вентиляционное устройство может оснащаться патрубками 27 и 28 для соединения с подводящим и отводящим воздух в сеть воздуховодами (на фиг. не показаны). При наличии нескольких калориферов и/или фильтров распределительный блок 4 расположен перед вентиляторным 1 и калориферным 2 блоками, а также может оснащаться несколькими распределительными устройствами, обеспечивающими подачу воздуха от калорифера к соответствующему вентилятору 6, 7 (фиг.3).

Блоки 1, 2, 3, 4 могут соединяться между собой посредством соединительных элементов, либо крепиться на общей раме 29 (фиг.5). При этом корпуса 16, 22, 23 вентиляторного 1, калориферного 2, фильтрующего 3, распределительного 4, входного 5 и других блоков оснащаются узлами соединения (на фиг. не показано) с рамой 29.

В предпочтительном варианте выполнения калориферный блок 2 установлен перед вентиляторным блоком 1 и соединен с ним посредством распределительного блока 4. Перед калориферным блоком установлены фильтрующий 3 и входной 4 блоки, после вентиляторного блока 1 - блок увлажнения воздуха (на фиг. не показано). Вентиляторный блок 1 выполнен с рабочим 6 и дублирующим 7 вентиляторами, установленными в общем корпусе 16 на одном уровне друг с другом и разделенными между собой перегородкой 17 с образованием двух каналов 19 прямоугольного сечения с размерами А и В и двух вихревых полостей 20, в которых размещены вихрегасители, выполненные в виде пластин 21. Стенки 18 каналов 19 с большей длиной и перегородка 17 установлены вертикально, площадь S поперечного сечения каждого канала 19 равна 3,0...3,5 площади S_PK установленного в канале 19 рабочего колеса 9 и ширина канала B=D+2C 2,05D канала 19, причем концы лопаток 10 равноудалены от одной пары противоположных стенок 18 корпуса 16 каждого из вентиляторов 6, 7 на расстояние С, не превышающее 0,025 диаметра рабочего колеса D: C 0,025D (фиг.7), а ось вращения расположена вдоль канала 19. Поворотная створка 25 соединена с перегородкой 17, которая заканчивается на уровне плоскости кромок основного диска 11.

Приточная вентиляционная установка работает следующим образом.

Поворотная створка 25, шарнирно соединенная с перегородкой 17 или стенками 18 корпуса 16 (фиг.1), либо воздушный клапан 26, установленный, например, на выходе из вентиляторов (фиг.2, 3), либо воздушные клапаны 26, установленные перед входом и на выходе из корпуса 16 вентиляторов 6, 7, перекрывают один или несколько каналов 19 дублирующих вентиляторов 7, включают двигатели 15 одного или нескольких основных вентиляторов 6, которые разделены между собой перегородками 17, включают соответствующие калориферы, оснащенные нагревательными элементами 23, выполненными, например, в виде теплоэлектронагревателей, открывают соответствующие воздушные клапаны (на фиг. не обозначены) входного блока 5. Воздух, засасываемый вентилятором 6, проходит через соответствующие воздушные клапаны входного блока 5, фильтры фильтрующего блока 3, подогревается нагревательными элементами 23 калориферного блока 2, по соответствующему воздуховоду направляется к входному коллектору 8 и поступает в рабочее колесо 9 вентилятора 6.

В рабочем колесе 9 вращающийся покрывной диск 12 создает кольцевое вихревое движение воздуха в вихревой полости 20. Течение на выходе из рабочего колеса 9 имеет кинетическую энергию вращения и создает динамическое давление u²/2, где - плотность воздуха, u - окружная скорость концов лопаток 10 на внешнем диаметре рабочего колеса 9. Часть потока, выходящего из рабочего колеса 9, подсасывается в вихревую полость 20 и, взаимодействуя с кольцевым вихрем, образует в ней торообразный вихрь. Введение в вихревую полость вихрегасителя, выполненного, например, в виде пластин 21, расположенных перед конфузорным зазором 13 (фиг.4, 5, 8), позволяет разрушить торообразный вихрь и преобразовать его полное давление в статическое давление Ps . Вследствие разности статического давления в вихревой полости 20 и на внутренней поверхности покрывного диска 12 формируется кольцевая струя воздуха, истекающая из кольцевого конфузорного зазора 13 на внутреннюю поверхность покрывного диска 12. При этом затягивается отрыв пограничного слоя (потока) на внутренней поверхности покрывного диска 12, что позволяет увеличить ширину Н лопаток 10 (равную расстоянию между концами лопаток 10 в месте соединения с основным 11 и покрывным 12 дисками, фиг.4, 5), вплоть до 0,38 диаметра D рабочего колеса 9 (H=0,38D), без ухудшения аэродинамических характеристик вентилятора. Проведенные исследования показали, что при соотношении площади S поперечного сечения канала 19 к площади S_PK расположенного в нем рабочего колеса 9, равном S/S_РК 2,4, в плоскости, перпендикулярной оси симметрии входного коллектора 8 в месте установки рабочего колеса 9, поток за рабочим колесом 9 расширяется и его скорость снижается, что выражается в изменении интенсивности прироста коэффициента статического давления (равного отношению статического давления Ps к произведению плотности воздуха на квадрат окружной скорости лопатки рабочего колеса =2Ps / u²) при S/S_PK 2,4.

Так, из графика =f(S/S_РК) при =const (фиг.10) следует, что при постоянной величине коэффициента производительности =Q/uS_PK (где Q - производительность вентилятора) с ростом S/S_РК повышается коэффициент . При этом форма поперечного сечения канала 19 слабо влияет на восстановление давления, что позволяет выполнять канал 19 различной формы. Уменьшение расстояния концов лопаток 10 от стенок 16 канала 19, как следует из графика =f(C/D_РК) на фиг.11, приводит к незначительному снижению коэффициента полного давления при больших коэффициентах расхода . Размещение в вихревой полости 20 вихрегасителей, выполненных, например, в виде пластин 21, как показано на фиг.12, приводит к увеличению коэффициента полного давления , причем прирост коэффициента компенсирует и превосходит потери давления из-за близкого положения конца лопаток 10 от стенки 16. Это позволяет выполнять вентиляторы с очень малым расстоянием концов лопаток 10 рабочего колеса 9 от стенки 18, ограниченным технологическими погрешностями изготовления канала 19, рабочего колеса 9 и амплитудой его вибраций, вплоть до расстояния C=(0,005...0,075)D. При выполнении корпуса с прямоугольным сечением канала 19 и расположении рабочего колеса 9 на равном удалении от стенок 18 канала 19 расстояние B=D+2C составляет 1,01 B/D 1,15. Причем при удалении концов лопаток 10 от стенки 16 на расстояние более C 0,075D потери давления прекращаются, что позволяет выполнять вентилятор без вихрегасителей. При этом, как показано на графике Ps =f(Q) на фиг.13, взаимное влияние соседних вентиляторов практически отсутствует, что позволяет распространить представленные на фиг.10, 11, 12 результаты на два и более близко расположенных вентиляторов 6, 7. Таким образом, можно уменьшить, по меньшей мере, один поперечный габарит вентиляторного блока 1, а выполнение вентиляторов 6, 7 в общем корпусе 16 с вертикальным положением стенки 18 большей длины канала 19 и разделяющей вентиляторы перегородки 17 позволяет разместить рабочий 6 и дублирующий 7 вентиляторы на одном уровне, т.е. рядом друг с другом на горизонтальной плоскости. За счет малой длины В короткой стороны канала 19 вентиляторы 6, 7 незначительно превосходят по ширине вентиляторный блок и существенно меньше по высоте приточной канальной вентиляционной установки, представленной в наиболее близком аналоге [1]. Кроме того, расположение вентиляторов 6, 7 на одном уровне снижает нагрузку на основание установки. Также возможно соединение вентиляторов вдоль короткой стороны канала 19 (не показано), что позволяет заметно уменьшить высоту установки.

При остановке рабочего вентилятора 6 (из-за отказа, для профилактического ремонта и по иным причинам) посредством поворота створки 25 или расположенных на входе и выходе в корпус 16 воздушных клапанов 26 распределительного устройства (фиг.2, 5) перекрывают канал 19 рабочего вентилятора 6 и открывают соответствующий канал 19 дублирующего вентилятора 7, затем включают двигатель 15 дублирующего вентилятора 7, и работа установки продолжается. Таким образом, наличие дублирующего вентилятора 3 повышает надежность работы вентиляторного блока, а наличие воздушных клапанов 26 на входе и выходе корпуса 16 позволяет производить ремонтные работы и обслуживание одного из вентиляторов (в данном случае вентилятора 6) без прекращения работы вентиляторной установки.

Оснащение установки дублирующими калориферами и/или фильтрами, размещенными в соответствующем блоке 2 и 3, позволяет производить ремонт и профилактическое обслуживание рабочих калориферов и фильтров без остановки работы приточной канальной вентиляционной установки. В результате повышается надежность работы установки в целом, что важно для вентиляции промышленных и иных помещений с повышенными требованиями безаварийности, надежности и бесперебойности в работе. Кроме того, наличие дублирующих вентилятора 7 и калорифера (фиг.3) обеспечивает при одновременной работе вместе с рабочими вентиляторами 6 и нагревательными элементами 23 повышение производительности установки. Отсутствие взаимного влияния соседних вентиляторов (фиг.12) позволяет при сохранении величины статического и полного давления регулировать производительность вентиляторной установки как ступенчато, так и плавно посредством изменения оборотов одного или обоих вентиляторов 6, 7, изменения температуры и влажности воздуха. Установка нескольких дублирующих вентиляторов и калориферов (на фиг. не показано) расширяет диапазон регулирования параметров подаваемого воздуха.

Представленная в описании совокупность признаков и степень раскрытия изобретения достаточны для разработки и изготовления приточной канальной вентиляционной установки с дублирующим вентилятором на любом специализированном предприятии.