PL213178B1 - Wentylator osiowy z tylnymi łopatkami kierowniczymi, zwłaszcza do generatorów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wentylator osiowy z tylnymi łopatkami kierowniczymi, zwłaszcza do generatorów.

W maszynach elektrycznych takich jak generatory do chłodzenia uzwojeń stojana i wirnika stosowane są wentylatory osiowe lub promieniowe, których zadaniem jest przetłaczanie czynnika chłodzącego przez elementy generatora.

Wentylatory osiowe stosowane do chłodzenia generatorów są najczęściej wentylatorami z wirnikami jednostopniowymi, zamontowane po obu stronach na wale wirnika generatora i razem z nim wirują z prędkością synchroniczną 3000 obr/min. (wirnik generatora dwubiegunowy, częstotliwość sieci 50 Hz).

Wentylatory te pracują w stałych osłonach mocowanych do stojana generatora. Wentylatory mogą pracować w układzie ssącym lub tłoczącym czynnik chłodzący. Jako czynnik chłodzący elementy czynne generatora stosowane jest powietrze lub wodór, który przepływa w obiegu zamkniętym.

Często spotykany jest układ dwóch wentylatorów osiowych ssących, które pracują w osłonach bezłopatkowych. W takim układzie czynnik chłodzący przepływa dwukierunkowo wzdłuż szczeliny powietrznej, (pomiędzy stojanem a wirnikiem generatora), do skrajów beczki wirnika w drodze wymuszenia poprzez usytuowane na wale wirnika poza kołpakami osiowe wentylatory wyciągowe do właściwych chłodnic, gdzie po ochłodzeniu przepływa do stojana i wirnika generatora.

Charakterystyka przepływowa typowego wentylatora jest to zależność spiętrzenia całkowitego ΔΡ od wydajności V i wyraża się wzorem ΔΡ = f(V). Parametry punktu pracy wentylatora (wydajność, spiętrzenie) są określone z jednej strony poprzez charakterystykę przepływową wentylatora a z drugiej strony poprzez charakterystykę oporów przepływu przetłaczanego czynnika chłodzącego. Punkt pracy wentylatora na wykresie ΔΡ = f(V) jest punktem przecięcia się charakterystyki oporów przepływu czynnika chłodzącego z charakterystyką przepływową wentylatora. Wirnik wentylatora osiowego w generatorze często współpracuje z osłoną bezłopatkową przymocowaną na stałe do korpusu generatora. Przetłaczany czynnik posiada energię kinetyczną, która w dalszych elementach wentylatora np. w osłonie wentylatora posiadającej kierownice zostaje zamieniona na energię statyczną (ciśnienie). Geometrię wieńca łopatkowego kierownicy usytuowanej w osłonie za wirnikiem wentylatora określa kształt profilu łopatki kierowniczej uzależniony od: długości cięciwy profilu łopatki- I, promienia wygięcia szkieletowej tylnej łopatki kierowniczej R, podziałki- t, która jest uzależniona od ilości łopatek kierowniczych, wysokości łopatki- h która jest uzależniona od różnicy średnicy zewnętrznej Dz i średnicy wewnętrznej Dw wirnika wentylatora osiowego oraz kąta napływu czynnika na krawędź łopatki kierowniczej β1 i kąta wypływu czynnika z łopatki kierowniczej β2.

Celem tego wynalazku jest wentylator osiowy, z tylnymi łopatkami kierowniczymi, które pozwalają osiągnąć wzrost wydajności wentylatora osiowego, a przez to zwiększyć ilość czynnika chłodzącego przepływającego przez elementy generatora bez zmiany geometrii wirnika wentylatora.

Charakterystyka aerodynamiczna takiego wentylatora w porównaniu z charakterystyką aerodynamiczną wentylatora bez tylnych łopatek kierowniczych cechuje się podwyższonym ciśnieniem całkowitym (spiętrzeniem) i wzrostem wydajności w jego punkcie pracy.

Rozwiązanie konstrukcyjne wentylatora osiowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi, zwłaszcza wentylatora do generatorów zostało sprawdzone na drodze obliczeń i pomiarów aerodynamicznych na stanowisku pomiarowym, co pozwoliło opracować takie geometryczne parametry konstrukcyjne tylnych łopatek kierowniczych, które umożliwiają uzyskanie charakterystyki aerodynamicznej wentylatora o podwyższonym ciśnieniu całkowitym w stosunku do wentylatora bez tylnych łopatek kierowniczych przy stabilnym przebiegu charakterystyki wentylatora oraz zachowaniu dotychczasowej konstrukcji wirnika wentylatora.

Wentylator osiowy z tylnymi łopatkami kierowniczymi, zwłaszcza do generatorów według wynalazku ma jednostopniowy wirnik osiowy z piastą i łopatkami wirujący wraz z wirnikiem generatora oraz tylne jednostopniowe łopatki kierownicze umieszczone na stałe w osłonie wentylatora, zamocowanej do stojana generatora, przy czym tylne łopatki kierownicze mają wysokość h równą połowie różnicy średnicy zewnętrznej Dz i średnicy wewnętrznej Dw wirnika wentylatora osiowego, długość 1 cięciwy profilu tylnych łopatek kierowniczych wynosi od 120 do 150 mm, a promień wygięcia R szkieletowej tylnej łopatki kierowniczej wynosi od 130 do 160 mm, natomiast kąt napływu czynnika β1 na tylną łopatkę kierowniczą jest zgodny z kierunkiem prędkości bezwzględnej wypływu czynnika z łopatek wirnika osiowego i zawarty jest pomiędzy β₁ = 20° + 30^ο, natomiast kąt wypływu czynnika z tylnej łopatki

PL 213 178 B1 kierowniczej β2 ukształtowany jest w ten sposób, że zapewnia bezwirowy przepływ osiowo symetryczny czynnika chłodzącego za wentylatorem i wynosi β2 = 90°. Ilość tylnych łopatek kierowniczych wynosząca Z2 jest równa ilości Z1 ± 1 łopatek wirnika wentylatora i wynosi od 20 do 36. Tego typu rozwiązanie konstrukcyjne pozwala na uzyskanie charakterystyki aerodynamicznej wentylatora o podwyższonym ciśnieniu całkowitym w stosunku do wentylatora bez tylnych łopatek kierowniczych przy stabilnym przebiegu charakterystyki wentylatora. Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. nr 1 przedstawia przykład wykonania wentylatora według wynalazku w przekroju merydionalnym.

Fig. nr 2 - przedstawia łopatki kierownicze usytuowane w osłonie wentylatora w widoku z przodu.

Fig. nr 3 - przedstawia wirnik wentylatora osiowego i tylne łopatki kierownicze w widoku z góry z rozwiniętymi palisadami łopatek kierowniczych i łopatek wirnika wentylatora osiowego.

Fig. nr 4 - przedstawia wykres z charakterystykami zależności wydajności od spiętrzenia wentylatora oraz charakterystykę oporów przepływu czynnika chłodzącego przez generator, gdzie krzywa 1 charakteryzuje pracę wentylatora dotychczasowego, natomiast krzywa 2 z tylnymi łopatkami kierowniczymi według wynalazku.

Na fig. nr 1 przedstawiającej widok jednostopniowego wentylatora w przekroju merydionalnym, wentylator ma wirnik osiowy 1, który składa się z piasty 2 i łopatek 3 oraz tylnych łopatek kierowniczych 5 umieszczonych w osłonie wentylatora 4.

Na fig. nr 2 przedstawiono usytuowanie tylnych łopatek kierowniczych 5 w osłonie wentylatora 4 w przekroju poprzecznym w widoku z przodu.

Na fig. nr 3 pokazano jednostopniowy wentylator osiowy w widoku z góry z rozwiniętą palisadą łopatek 3 wirnika osiowego 1 i tylnych łopatek kierowniczych 5, usytuowanych na stałe w osłonie wentylatora 4, z zaznaczeniem kąta napływu czynnika na łopatki kierownicze β1 oraz kąta wypływu czynnika z łopatki kierowniczej β2. Tylne łopatki kierownicze charakteryzują się długością cięciwy 1 i podziałką t oraz wysokością łopatki h a także promieniem wygięcia R szkieletowej Zgodnie z fig. nr 4 krzywa 3 - charakteryzująca opory przepływu czynnika chłodzącego przez generator przecina się z krzywą 1 - charakteryzującą pracę wentylatora osiowego dotychczasowego (bez tylnych łopatek kierowniczych), oraz z krzywą 2 - charakteryzująca pracę wentylatora według wynalazku (z tylnymi łopatkami kierowniczymi) a punkty ich przecięcia stanowią punkty pracy powyższych wentylatorów. Rzuty punktów pracy wentylatorów na osi wydajności dają dwie wartości wydajności oznaczone jako V1 - dla wentylatora dotychczasowego oraz V2 - dla wentylatora według wynalazku, przy czym V2 > V1. Różnica V2 - V1 stanowi przyrost wzrostu wydajności wentylatora przed i po zastosowaniu wynalazku.

Claims (1)

1. Wentylator osiowy z tylnymi łopatkami kierowniczymi, zwłaszcza do generatorów, który to wentylator ma jednostopniowy wirnik osiowy (1) z piastą (2) i łopatkami (3) wirujący wraz z wirnikiem generatora oraz tylne jednostopniowe łopatki kierownicze (5) umieszczone na stałe w osłonie wentylatora (4), zamocowanej do korpusu generatora, znamienny tym, że tylne łopatki kierownicze (5) mają wysokość h równą połowie różnicy średnicy zewnętrznej Dz i średnicy wewnętrznej Dw wirnika wentylatora osiowego (1), długość cięciwy profilu 1 tylnych łopatek kierowniczych (5) wynosi od 120 do 150 mm, a promień wygięcia R szkieletowej tylnej łopatki kierowniczej (5) wynosi od 130 do 160 mm, natomiast kąt napływu β1 na tylną łopatkę kierowniczą (5) jest zgodny z kierunkiem prędkości bezwzględnej wypływu czynnika z łopatek (3) wirnika wentylatora osiowego (1) i zawarty jest pomiędzy β₁ = 20° + 30°, natomiast kąt wypływu czynnika z tylnej łopatki kierowniczej β2 ukształtowany jest w ten sposób, że zapewnia bezwirowy przepływ osiowo symetryczny czynnika chłodzącego za wentylatorem i wynosi β2 = 90°, przy czym ilość tylnych łopatek kierowniczych (5) wynosząca Z2 jest równa ilości Z1 ± 1 łopatek (3) wirnika wentylatora osiowego (1) i wynosi od 20 do 36.