Лопасть вентилятора градирни (варианты)
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды. Лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличается тем, что форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, при этом переходная часть лопасти закруглена в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40)L. В результате достигается повышение производительности и стабильности работы градирни. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора вентиляторной градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.
Известна конструкция лопасти, содержащая лонжерон, соединенные с ним нервюры и обшивку, при этом лопасть несущего винта на конце до одной трети ее длины выполнена серповидной в плане, выпуклой стороной вперед по движению, сужающейся к концу в 2,5-3,5 раза и с отклонением аэродинамической оси от прямолинейной оси основной части лопасти до 15° вперед и до 60° назад (см. авторское свидетельство SU №244895, кл. B64C 27/46, 15.01.1981).
Данная лопасть винта не может быть использована в качестве лопасти вентилятора градирни с точки зрения функционального назначения, что связано с тем, что лопасть работает как консольная балка и обладает неудовлетворительными жесткостью и аэродинамическими характеристиками, поскольку в элементах лопасти возникают повышенные напряжения от изгиба и кручения, причем требуется большая угловая скорость, которую трудно достичь в вентиляторах.
Наиболее близким техническим решением является лопасть вентилятора, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, переходную часть от комля к ее перу, которое профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду с максимальной длиной L, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля (см. патент RU №2145004, кл. F04D 29/38, 27.01.2000).
Однако данная конструкция лопасти в силу особенностей ее конструкции, связанных с использованием аэродинамического профиля и не в полной мере учитывающих работу вентилятора в условиях откачки паровоздушной смеси с переменными параметрами по составу и температуре, не позволяет в полной мере обеспечить стабильную работу вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками при работе в широком диапазоне меняющихся нагрузок, скоростей обтекания и углов атаки ее профильных сечений.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация аэродинамического профиля лопатки вентилятора для работы в градирне.
Технический результат заключается в повышении производительности и стабильности работы градирни.
Технический результат достигается тем, что лопасть вентилятора градирни выполнена в виде полой оболочки и содержит комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, передняя и задняя кромки выполнены прямолинейными, при этом переходная часть лопасти закруглена в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40)L.
Предпочтительно на конце лопасти установлено концевое крылышко.
Предпочтительно крутка лопасти составляет от 17° до 20°.
Второй вариант выполнения лопасти отличается от первого тем, что задняя кромка выполнена криволинейной выпуклой по отношению к продольной оси лопасти, переходная часть выполнена ступенчато сужающейся в направлении к комлевой части, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,12-0,13 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,30·L до 0,40·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,80 до 0,85 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,14-0,15)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,40-0,50)L.
Аэродинамическая компоновка лопасти вентилятора, под которой понимается форма поверхности лопасти, т.е. задаваемая численно координатами наружная поверхность лопасти, непосредственно обтекаемая потоком при ее вращении, включает:
координаты аэродинамического профиля лопасти, т.е. координаты кривых, образованных в сечениях поверхности лопасти плоскостями, перпендикулярными к ее продольной оси (нормальное сечение лопасти к продольной оси лопасти);
форму в плане, т.е. величину хорды лопасти по ее длине;
геометрическую крутку лопасти, т.е. углы поворота хорд относительно комля лопасти вокруг ее продольной оси;
характер изменения максимальных толщин аэродинамических профилей по длине лопасти.
В результате выполненных расчетных исследований, опытно-конструкторских и экспериментальных работ были определены оптимальные параметры геометрической крутки сечений лопасти относительно ее продольной оси, изменения толщины профиля по длине пера лопасти, формы лопасти в плане, которые являются оптимальными для лопастей вентиляторов, устанавливаемых в градирнях для достижения необходимых аэродинамических характеристик, в частности производительности и КПД, принимая во внимание ограничения, в частности конструктивные, весовые и прочностные ограничения, которые накладывают конкретные условия эксплуатации вентилятора в градирне.
В ходе проведенных исследований были выявлены наиболее оптимальные соотношения максимальных толщин аэродинамического профиля лопастей по длине лопасти в направлении от конца лопасти к ее переходной (прикомлевой) части.
Было выявлено, что выход за пределы вышеуказанного диапазона значений максимальных толщин аэродинамического профиля приводит к повышению значений местных возмущений скорости и давлений и, как следствие, к росту аэродинамического сопротивления профиля и снижению аэродинамических характеристик вентилятора.
На фиг.1 представлен общий вид лопасти по первому варианту выполнения, вид сверху.
На фиг.2 представлено нормальное к продольной оси сечение лопасти по первому варианту выполнения.
На фиг.3 представлен вид А по фиг.1.
На фиг.4 представлены наложенные друг на друга нормальные к продольной оси лопасти сечения лопасти на ее конце и в начале переходной части лопасти для определения крутки лопасти по первому варианту выполнения.
На фиг.5 представлен общий вид лопасти по второму варианту выполнения, вид сверху.
На фиг.6 представлено нормальное к продольной оси сечение лопасти по второму варианту выполнения.
На фиг.7 представлен вид А по фиг.5.
На фиг.8 представлены наложенные друг на друга нормальные к продольной оси лопасти сечения лопасти на ее конце и в начале переходной части лопасти для определения крутки лопасти по второму варианту выполнения.
Лопасть вентилятора градирни, представленная на фиг.1 и выполненная в виде полой оболочки, включает в себя перо 1 лопасти, комлевую часть 2 и переходную часть 3 от пера 1 лопасти к комлевой части 2.
Комлевая часть 2 представляет собой круглый стержень, спрофилированный для непосредственного крепления лопасти к втулке рабочего колеса (не показаны на чертеже) с возможностью установки требуемого рабочего угла путем вращения лопасти вокруг ее продольной оси 4.
Перо лопасти профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси 4 лопасти, скругленную переднюю кромку 5, заостренную или затупленную заднюю кромку 6, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней 7 и нижней 8 частей контура профиля.
Форма лопасти в плане (на виде сверху) трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, а передняя 5 и задняя 6 кромки выполнены прямолинейными. Переходная часть 3 лопасти закруглена в направлении к комлевой части 2 лопасти рабочего колеса. Аэродинамический профиль в нормальном (перпендикулярном) сечении к продольной оси 4 лопасти имеет расположенный в начале переходной части 3 лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды 9 в данном сечении и расположенный на расстоянии L1, составляющем от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки 5 профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12) L, расположен от передней кромки 5 профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40) L.
На конце лопасти установлено концевое крылышко 10. Добавление концевых крылышек к лопастям вентилятора позволяет улучшить аэродинамику лопастей вентилятора и таким образом повысить эффективность вентилятора.
Крутка лопасти составляет угол α от 17° до 20°.
Лопасть по второму варианту выполнения отличается тем, что в плане (на виде сверху) передняя кромка 5 выполнена прямолинейной, а задняя кромка 5 выполнена криволинейной выпуклой по отношению к продольной оси 4 лопасти, переходная часть 3 выполнена ступенчато сужающейся в направлении к комлевой части 2. Аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части 3 лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,12-0,13 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии L1 от 0,30·L до 0,40·L, измеренном от передней кромки 5 профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,80 до 0,85 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,14-0,15) L, расположен от передней кромки 5 профиля на расстоянии, составляющем (0,40-0,50) L.
Лопасть осевого вентилятора работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса вокруг своей оси лопасть, закрепленная на его втулке с возможностью установки требуемого рабочего угла, воздействуя на воздух, а затем на паровоздушный поток, сообщает ему энергию, что вызывает перемещение воздуха и создание в градирне потока воздуха, охлаждающего оборотную воду, например, системы теплоснабжения предприятия.
Настоящее изобретение может быть использовано в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.
1. Лопасть вентилятора градирни, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличающаяся тем, что форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, передняя и задняя кромки выполнены прямолинейными, при этом переходная часть лопасти закруглена в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,19-0,20 от длины L хорды в данном сечении и расположенный на расстоянии от 0,28·L до 0,36·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,79 до 0,82 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,10-0,12)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,25-0,40)L.
2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что на конце лопасти установлено концевое крылышко.
3. Лопасть вентилятора градирни, выполненная в виде полой оболочки и содержащая комлевую часть, представляющую собой круглый стержень и предназначенную для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора с возможностью установки требуемого рабочего угла лопасти, перо и переходную часть от комля к ее перу, последнее профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду переменной длины L вдоль продольной оси лопасти, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличающаяся тем, что форма лопасти в плане трапециевидная, сужающаяся к концу лопасти, передняя кромка выполнена прямолинейной, а задняя кромка выполнена криволинейной, выпуклой по отношению к продольной оси лопасти, при этом переходная часть лопасти выполнена ступенчато сужающейся в направлении к комлевой части лопасти рабочего колеса, аэродинамический профиль в нормальном сечении к продольной оси лопасти имеет расположенный в начале переходной части лопасти участок максимальной толщины профиля, равный 0,12-0,13 от длины L хорды в данном сечении, и расположенный на расстоянии от 0,30·L до 0,40·L, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, при этом указанное сечение расположено на расстоянии S1 от конца лопасти, составляющем от 0,80 до 0,85 от длины лопасти S, а на конце лопасти участок с максимальной толщиной профиля, составляющий (0,14-0,15)L, расположен от передней кромки профиля на расстоянии, составляющем (0,40-0,50)L.
4. Лопасть по п.3, отличающаяся тем, что на конце лопасти установлено концевое крылышко.
