Wentylator promieniowy
ZESPÓŁ AUTORSKI
Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny
- dr hab. inż. Przemysław Moczko - kierownik zespołu
- dr inż. Piotr Odyjas
- dr hab. inż Damian Pietrusiak
- dr. inż. Jędrzej Więckowski
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Wynalazek dotyczy sposobu regulacji parametrów przepływowych wentylatorów promieniowych poprzez zmianę geometrii wirnika także w czasie jego pracy. Pozwala to na rozszerzenie zakresu efektywnej pracy wentylatora z maksymalną sprawnością. Efektem zwiększenia tego zakresu jest obniżenie konsumpcji energii elektrycznej przez przemysłowe wentylatory promieniowe, czyli poprawa energooszczędności. Dodatkową zaletą proponowanego zgłoszenia jest obniżenie kosztów inwestycyjnych zastosowania nowej metody regulacji parametrów pracy wentylatorów, w stosunku do tradycyjnie stosowanych przemienników częstotliwości, w szczególności dla przemysłowych wentylatorów dużych mocy.
ISTOTA WYNALAZKU
Istotą wynalazku jest opracowanie sposobu regulacji geometrii wirnika wentylatora promieniowego poprzez zmianę geometrii jego łopatek, korzystnie w czasie pracy wentylatora. Jest to realizowane poprzez zmianę długości łopatki, a tym samym zmianę średnicy zewnętrznej wirnika. Aby umożliwić tę regulację, łopata wirnika została podzielona na część stałą, położoną bliżej osi wirnika oraz część ruchomą, która porusza się wzdłuż części stałej. W ten sposób możliwa jest regulacja zewnętrznej średnicy wirnika. Zmiana średnicy zewnętrznej łopatek wirnika pozwala na efektywną regulację jego parametrów przepływowych, czyli natężenia przepływu i spiętrzenia, w znacznie szerszym zakresie niż w tradycyjnych rozwiązaniach wentylatorów o stałej średnicy. Zaproponowana metoda regulacji pozwala na rezygnację z obecnych metod sterowania pracą wentylatorami, np. poprzez regulację prędkości obrotowej przy wykorzystaniu przemiennika częstotliwości, czy dławienie. Metoda regulacji prędkości obrotowej jest skuteczna, jednak koszty jej zastosowania, zwłaszcza w wentylatorach o dużych mocach, są bardzo wysokie. Dławienie wentylatorów jest metodą stosowaną, ale charakteryzuje się niską sprawnością. Metody te mogą być zastąpione przez proponowane rozwiązanie regulacyjne, wykorzystujące zmianę geometrii łopatki wirnika. Rozwiązania to pozwoli na obniżenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych wentylatorów promieniowych, w porównaniu z obecnie stosowanymi metodami regulacji.
Wynalazek powstał w ramach realizacji projektu badawczego-rozwojowego CORNET pt. „Wydajna metoda regulacji przemysłowych wentylatorów promieniowych” o akronimie EFFIFAN. W ramach tego projektu przeprowadzono badania koncepcyjne realizacji metody regulacji wentylatora poprzez zmienną geometrię łopatki. Na ich podstawie został zaprojektowany testowy wentylator promieniowy z wirnikiem wyposażonym w nowy system regulacji wraz z mechanizmem jego sterowania w trakcie ruchu wentylatora. Rozwiązanie to na etapie projektu zostało poddane szczegółowym obliczeniom numerycznym, w zakresie strukturalnym i wytrzymałościowym. Weryfikowały one wytrzymałości całego układu przy założonych warunkach pracy oraz pozwalały określić charakterystyki przepływowe wentylatora w różnych położeniach łopatek. Do tego celu wykorzystano głównie zaawansowane narzędzia symulacyjne bazujące na metodzie elementów skończonych Następnie zbudowano wentylator testowy - demonstrator technologii, który poddany został szczegółowym eksperymentalnym badaniom weryfikacyjnym. Wyniki badań pokazują, że dzięki zastosowaniu nowego sposobu regulacji parametrów przepływowych wentylatora promieniowego, będzie on mógł pracować z około 60% większą zmianą przyrostu ciśnienia całkowitego i 40% procentowym wzrostem natężenia przepływu i ze sprawnością powyżej 60%, przy zachowaniu stałej prędkości obrotowej wirnika, w stosunku do wariantu ze stałą średnicą wirnika. Takie parametry uzyskano przy założeniu, że długość części ruchomej łopatki stanowi około 30% długości części stałej. Wykazano więc, że możliwa jest istotna i efektywna zmiana charakterystyk pracujących wentylatora promieniowego bez zmiany prędkości obrotowej.
Wyniki wskazują na duży potencjał takiego rozwiązania i w wielu przypadkach pozwalają na rezygnację z metody regulacji poprzez zastosowanie przemiennika częstotliwości, czyli zmiennej prędkości obrotowej. Obniża to koszty budowy wentylatorów, szczególnie tych o większej mocy. Ponadto eliminowane są również straty sprawności, które występują podczas pracy przemiennika, czy dławienia wentylatora.
Załączono film informacyjny o wynalazku - https://youtu.be/_OCxplCtORk?si=7sWSf-Z_dtKoOFfO).
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Wynalazek powstał w ramach realizacji projektu badawczego-rozwojowego CORNET o akronimie EFFIFAN. Cechuje się tym, iż w odróżnieniu od obecnie dostępnych rozwiązań, umożliwia regulację wentylatora promieniowego z zastosowaniem niezawodnych rozwiązań mechanicznych. Wentylator wyposażony w taki układ regulacji może być zastosowany w każdej gałęzi przemysłu, w której funkcjonowanie oparte jest o transport medium gazowego (energetyka, hutnictwo, przemysł chemiczny, górnictwo i inne). Przewagą konkurencyjną rozwiązania jest możliwość zmiany charakterystyki pracy wentylatora poprzez układ sterowania, cechujący się niskimi kosztami obsługi oraz prostotą eksploatacji. Istnieje też możliwość zastosowania tego rozwiązania w istniejących wentylatorach promieniowych jako modernizacja wirnika i jego wału. Możliwa jest też prostsza wersja jego zastosowania poprzez zastosowanie końcówek łopatek wirnika przestawianych na postoju (np. przykręcanych w przygotowanych do tego gniazdach).