Вытяжной вентилятор - RU2287088C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к вентилятору, используемому совместно с вентиляционным каналом для вытяжки воздуха по меньшей мере из одного помещения для обеспечения воздухообмена в этом помещении.

Во многих помещениях, используемых как для проживания, так и под офисы, имеются устройства для обеспечения воздухообмена, предназначенные для поддержания указанных помещений в хорошем состоянии, поскольку их необходимо проветривать, чтобы используемые при их создании материалы сохраняли свои свойства, а также для обеспечения комфортных условий для обитателей.

Современные помещения обычно оснащены регулируемыми механическими вентиляционными установками, содержащими вытяжной блок, предназначенный для вытяжки определенного объема воздуха из помещений, в которых имеется санитарно-гигиеническое и кухонное оборудование, например из кухонных помещений, ванных комнат, туалетов и т.д., при этом в жилое помещение, например в гостиные или спальни, впускается объем воздуха, эквивалентный удаленному, через отверстия для забора воздуха, имеющиеся в данных помещениях, например через оконные блоки.

Другое техническое решение, применяемое в частности в старых постройках, заключается в выполнении в санитарных помещениях или кухнях воздуховыпускного отверстия, ведущего к вентиляционному каналу с большим поперечным сечением и выходящего на уровне крыши, причем вытяжка воздуха происходит посредством естественной тяги, когда тяговое давление благодаря ветру или тепловой циркуляции имеет достаточное для этого значение, например, когда тяговое давление превышает давление, обусловленное комбинированным воздействием от разности температур в 10°С между внутренним пространством помещений и наружным пространством и от ветра со скоростью 3 м/сек. Естественная тяга может обеспечивать удовлетворительные результаты зимой, когда наружная температура значительно превышает температуру внутри помещения. Однако летом может произойти температурная инверсия, вызывающая циркуляцию воздуха в обратном направлении, другими словами, воздух начинает поступать в вентиляционный канал, обычно используемый для вытяжки.

Таким образом, целесообразно установить в этом вентиляционном канале вентилятор для обеспечения дополнительного тягового давления в случае, когда естественной тяги недостаточно, в частности летом, используя при этом осевой вентилятор, содержащий лопасти, проходящие в наружном направлении от вала вентилятора и имеющие наклон, обуславливающий перемещение воздуха. Однако для приведения вентилятора в действие необходима значительная движущая сила, а когда вентилятор находится в неподвижном состоянии (при обеспечении воздухообмена за счет естественной тяги), лопасти создают существенный перепад давления, значительно ограничивая поток выпускаемого воздуха.

Целью данного изобретения является создание вентилятора, который используется совместно с вытяжным вентиляционным каналом, выполнен с возможностью создания, при нахождении в неподвижном состоянии, только отрицательного перепада давления и обеспечения таким образом вытяжки воздуха за счет естественной тяги, который при работе обеспечивает поток воздуха, сопоставимый с потоком, возникающим при обычной тяге, соответствующей, например, разности температур в 15°С между внутренним и наружным пространством и при скорости ветра в 4 м/с, и который при этом обладает очень малым потреблением электроэнергии, подачу которой можно при необходимости осуществлять от солнечной батареи, расположенной на крыше рядом с вентилятором. Таким образом, целью данного изобретения является создание установки, работающей только от природных источников энергии, другими словами, от тягового давления, возникающего вследствие ветра и тепловой циркуляции, в частности зимой и в межсезонье, и от солнечной энергии, питающей двигатель вентилятора в летнее время.

Таким образом, предложенный вентилятор содержит:

- цилиндрический кожух, впускное отверстие которого присоединено к соосному цилиндрическому каналу меньшего диаметра при помощи радиального фланца;

- электродвигатель, установленный соосно в указанном кожухе и имеющий небольшой по сравнению с кожухом диаметр, крыльчатку, состоящую из закрепленных на валу двигателя лопастей, каждая из которых выполнена таким образом, что любое ее поперечное сечение плоскостью, параллельной оси кожуха, параллельно этой же оси, при этом максимальная величина диаметра лопастей меньше диаметра кожуха и больше диаметра впускного отверстия кожуха, а сам диаметр уменьшается в направлении перемещения воздуха, то есть от впускного конца к другому концу, и

- направляющие лопатки, выполненные за одно целое с внутренней поверхностью кожуха и распределенные по его периферии, при этом каждая из них содержит по меньшей мере одну криволинейную часть, расположенную у впускного конца кожуха в кольцевом пространстве между кожухом и воображаемой цилиндрической поверхностью, продолжающей впускное отверстие для воздуха.

Когда двигатель не работает, лопасти крыльчатки вентилятора вследствие своей формы создают лишь очень малое сопротивление для потока воздуха и вызывают лишь небольшой перепад давления. Что касается направляющих лопаток, то их криволинейная часть расположена в зоне, находящейся вне потока воздуха, поскольку площадь впускного отверстия кожуха меньше площади самого кожуха. Однако когда крыльчатка приводится в действие электродвигателем, предложенный вентилятор показывает высокую эффективность, поскольку перемещаемый крыльчаткой воздух ударяется о направляющие лопатки, которые направляют воздух со стороны впуска к стороне выпуска. Коэффициент полезного действия такого вентилятора очень высок, а потребление низкое, что позволяет осуществлять питание двигателя за счет солнечной энергии.

Согласно одному из вариантов выполнения предложенного вентилятора, каждая лопасть выполнена плоской и расположена в продольной плоскости, в которой расположена ось кожуха.

Согласно одному из возможных вариантов выполнения изобретения входная кромка каждой лопасти расположена перпендикулярно оси кожуха и проходит от самой верхней по потоку точки выходной кромки лопасти.

Выходная кромка каждой лопасти в месте ее соединения с входной кромкой находится на максимальном расстоянии от оси кожуха, далее она, проходя по кривой в направлении перемещения воздуха, постепенно приближается к оси указанного кожуха.

В данном случае площадь поверхности каждой лопасти уменьшается в направлении перемещения воздуха.

Согласно другому возможному варианту выполнения входная кромка каждой лопасти расположена перпендикулярно оси кожуха, проходит от самой верхней по потоку точки выходной кромки лопасти по части радиуса кожуха и затем переходит в другую кромку, которая проходит в направлении перемещения воздуха и во внутреннем направлении, ограничивая тем самым лопасть, имеющую в целом форму половинки полумесяца.

Таким образом, можно получить лопасть, ширина которой увеличивается в направлении перемещения воздуха.

Согласно другой особенности изобретения верхний по потоку конец каждой направляющей лопатки расположен вблизи траектории верхних по потоку частей выходных кромок лопастей, причем каждая лопатка имеет криволинейную часть, а именно часть, проходящую не вдоль оси кожуха и имеющую угол атаки, направление которого соответствует направлению, с которым воздушные струи выходят из лопастей крыльчатки, причем криволинейные части находятся вне основного потока воздуха в условиях естественной тяги при нахождении вентилятора в неподвижном положении и проходят, например, на расстояние, приблизительно равном диаметру впускного отверстия кожуха, при этом в направлении перемещения воздуха каждая криволинейная часть переходит в плоскую часть, параллельную оси кожуха.

Следует отметить, что в условиях естественной тяги поток воздуха, который на уровне впускного отверстия заполняет поперечное сечение последнего, на расстоянии, равном диаметру впускного отверстия, расширяется лишь незначительно в направлении своего перемещения. Следовательно, криволинейные части направляющих лопаток практически не вызывают возмущений воздушного потока. Вне данного отрезка поток воздуха находится в контакте с частями лопаток, которые расположены параллельно ему и оказывают лишь незначительное сопротивление. На этом уровне лопатки также могут быть шире, и их внутренние стороны могут входить в воображаемый цилиндр, являющийся продолжением впускного отверстия кожуха.

Данное изобретение станет более понятным из последующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют варианты выполнения предложенного вентилятора, не ограничивая объем изобретения.

Фиг.1 изображает схематично здание, в котором имеется вентиляционный канал с установленным в нем предложенным вентилятором.

Фиг.2 изображает вентилятор в аксонометрии.

Фиг.3 изображает продольное сечение.

Фиг.4 изображает поперечное сечение, выполненное по линии IV-IV на фиг.3.

На фиг.1 изображено здание, в целом обозначенное номером 2 позиции и содержащее несколько расположенных друг над другом помещений 3, в каждом из которых имеется по меньшей мере одна отдушина 4, сообщающаяся с вертикальным вентиляционным каналом 5, выходящим на уровне крыши 11 здания. Верхняя часть канала 5 соединена с цилиндрическим кожухом 6 большего наружного диаметра, причем внутренняя часть кожуха присоединена к каналу при помощи радиального фланца 7. Таким образом, поперечное сечение впускного отверстия 8 кожуха соответствует поперечному сечению канала, но меньше поперечного сечения самого кожуха 6. Электродвигатель 10, поперечное сечение которого значительно меньше поперечного сечения кожуха, закреплен в кожухе 6 при помощи радиальных стержней 9, при этом диаметр корпуса двигателя составляет, например, 10-20% от диаметра кожуха. Крыльчатка 13 с лопастями 14 шпонкой закреплена на валу 12 двигателя, проходящему по центру кожуха 6 и занимающему соосное с ним положение. Каждая лопасть представляет собой плоскую пластину, входная кромка 15 которой расположена перпендикулярно оси кожуха, а выходная кромка 16 в направлении перемещения воздуха постепенно приближается к оси кожуха. Следует отметить, что внешний конец 17 входной кромки 15 каждой лопасти 14 обращен к фланцу 7. Зазор между кромкой 15 и фланцем 7 имеет максимально малый размер. В одном варианте выполнения изобретения каждая лопасть имеет входную кромку 15, внешняя часть которой перпендикулярна оси кожуха и которая своей другой частью продолжается в направлении перемещения воздуха по показанной на фиг.2 и 3 кривой линии 18, образуя таким образом лопасть по существу в форме половинки полумесяца, ширина которой может увеличиваться в направлении перемещения воздуха.

На стенках кожуха 6 закреплены направляющие лопатки 19 для потока воздуха, обращенные к крыльчатке и проходящие от нее в направлении перемещения воздуха. Каждая лопатка 19 имеет первую часть 19а, которая проходит от впускного отверстия 8 на расстояние, приблизительно равное диаметру этого отверстия. Эта часть 19а лопатки, расположенная в пространстве, ограниченном цилиндрическим кожухом 6 и воображаемым цилиндром, продолжающим впускное отверстие 8 кожуха, является криволинейной и имеет угол атаки, направление которого соответствует направлению, с которым воздушные струи выходят от лопастей крыльчатки. Эта часть 19а в направлении перемещения воздуха переходит в плоскую часть 19b, параллельную оси кожуха.

Устройство функционирует следующим образом.

При работе в условиях естественной тяги поток воздуха на входе неподвижной крыльчатки 13 параллелен плоскостям лопастей 14, поэтому поток воздуха, проходя через указанную крыльчатку, не отклоняется и испытывает незначительное сопротивление.

Следует заметить, что поток воздуха, заполняющий все поперечное сечение впускного отверстия, вследствие своей инерционности не претерпевает значительного расширения при перемещении вдоль криволинейных частей направляющих лопаток. В данном случае практически нет контакта между потоком воздуха и этими лопатками за исключением их плоских частей, проходящих параллельно оси кожуха и оказывающих весьма малое сопротивление потоку воздуха.

Следует заметить, что при работе вентилятора скорость Vs потока воздуха на выходе из крыльчатки соответствует сумме скорости Ve на входе и скорости Vr вращения крыльчатки на уровне выхода из нее.

Крыльчатка может оказывать динамическое давление на воздух в данном потоке с кинетической энергией, равной 0,5×ρ×Vr², где ρ - плотность воздуха.

По мере увеличения расстояния от оси кожуха скорость Vr также возрастает, оказываемое на воздух динамическое давление усиливается, и направление воздуха все сильнее отклоняется к стенкам кожуха.

Воздухозаборные направляющие лопатки 19а направляют самые быстрые периферийные струи воздуха, поступающие от крыльчатки 13, постепенно преобразовывая их вращательное движение в продольное перемещение, при этом увеличивается полезная мощность вентилятора и создаваемое им давление. Эти направляемые потоки, имеющие наибольшее динамическое давление, делят часть своей энергии с потоками, выходящими от частей крыльчатки, ближайших к ее оси, и благодаря подсосу струями окружающего воздуха обеспечивают схватывание этими потоками всей поверхности прохода кожуха более равномерно.

Следует заметить, что диаметр крыльчатки 13 уменьшается в направлении перемещения воздуха, что способствует циркуляции воздуха в требуемом направлении. Верхняя по потоку часть крыльчатки, имеющая больший диаметр, оказывает большее давление на воздух, чем нижняя по потоку часть. Чтобы приспособить канал между крыльчаткой 13 и кожухом 6 к возрастающему количеству проходящего от крыльчатки воздуха по мере удаления от впускного отверстия 8, данная конструкция также обеспечивает возможность постепенного увеличения этого канала.

Чем ближе к оси крыльчатки 13, тем длиннее траектория потока через крыльчатку 13, а следовательно, и время воздействия последней на воздух. Таким образом, по мере приближения к оси скорость, придаваемая воздуху, приближается к скорости крыльчатки. Такое решение уменьшает разность давлений между периферийными и центральными частями, которая может вызывать образование паразитных обратных потоков.

Из вышеизложенного следует, что изобретение значительно улучшает состояние известного уровня техники благодаря использованию вентилятора простой конструкции, в котором лопасти создают очень небольшой перепад давления, а криволинейные части направляющих лопаток расположены вне потока воздуха, когда вентилятор неподвижен. Таким образом, можно обеспечить вытяжку воздуха за счет естественной тяги, когда это позволяют температурные условия и ветер. Если температурные условия и ветер не создают достаточную естественную тягу, вентилятор может обеспечить вытяжку воздуха при очень низком потреблении электроэнергии, делая возможным питание двигателя за счет солнечной энергии.

Очевидно, что изобретение распространяется на все варианты его выполнения, а не ограничивается рассмотренным вариантом вентилятора, описанным в качестве примера. То есть, в частности, можно использовать лопасти различных форм, при этом отдельно взятые лопасти могут быть не плоскими, что не выходит за рамки объема изобретения.

Реферат

Изобретение относится к вентилятору. Вентилятор содержит цилиндрический кожух (6), впускное отверстие (8) которого соединено с соосным цилиндрическим каналом меньшего диаметра; электродвигатель, который установлен соосно в кожухе (6) и имеет небольшой по сравнению с кожухом диаметр и на валу которого закреплено колесо (13), состоящее из лопастей (14), каждая из которых имеет такую форму, что все поперечные сечения лопасти плоскостями, параллельными оси кожуха, параллельны этой же оси; и лопатки (19), направляющие поток воздуха, выполненные за одно целое с внутренней поверхностью кожуха (6) и распределенные по его периферии, при этом каждая лопатка имеет по меньшей мере одну криволинейную часть (19а), расположенную со стороны впускного отверстия кожуха в кольцевом пространстве между кожухом (6) и воображаемой цилиндрической поверхностью, продолжающей отверстие (8) для впуска воздуха. Такое выполнение вентилятора обеспечивает создание установки, работающей от тягового давления, возникающего вследствие ветра и тепловой циркуляции. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула