Challenges in the design of a new centrifugal fan with variable impeller geometry

• Autorzy: Odyjas Piotr , Więckowski Jędrzej , Pietrusiak Damian , Moczko Przemyslaw

Identyfikatory

DOI

10.2478/ama-2023-0002

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents a description of design work for newly created centrifugal fans. This was done based on the example of an innovative solution that uses a change in impeller geometry. In the described solution, this is achieved by shortening and lengthening the impeller blades. The development of a technical solution with such properties requires a change of approach in the design process compared with classic solutions. Therefore, the following text describes this process from the concept stage to demonstrator tests. The principle of operation of such a solution is presented and the assumptions made based on analytical calculations are also described. The text also shows a 3D model of the centrifugal fan with variable impeller geometry, made with the help of computer aided design (CAD) tools. In the further part, numerical calculations were made on its basis. The finite element method (FEM) calculation made it possible to verify the structural strength of the project and its modal properties as well as to verify flow parameters, thanks to the use of computational fluid dynamics (CFD) calculations. The next step describes the procedure for testing centrifugal fans with variable rotor geometry, which is different from that of fans without this feature. The next part presents the results of research from the tests carried out.

Słowa kluczowe

EN

centrifugal fan; adjustable fan blade; efficiency; field tests

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej
• Czasopismo: Acta Mechanica et Automatica
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 17, no. 1
• Strony: 16--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Odyjas Piotr

• Faculty of Mechanical Engineering, Department of Machine Design and Research, Wroclaw University of Science and Technology, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3166-1720

autor

Więckowski Jędrzej

• Faculty of Mechanical Engineering, Department of Machine Design and Research, Wroclaw University of Science and Technology, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5722-3833

autor

Pietrusiak Damian

• Faculty of Mechanical Engineering, Department of Machine Design and Research, Wroclaw University of Science and Technology, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6792-9568

autor

Moczko Przemyslaw

• Faculty of Mechanical Engineering, Department of Machine Design and Research, Wroclaw University of Science and Technology, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3819-1303

Bibliografia

• 1. Kuczewski S. Wentylatory. Warszawa: WNT, 1978.
• 2. Kuczewski S. Wentylatory promieniowe. Warszawa: WNT, 1966.
• 3. Fortuna S. Wentylatory: podstawy teoretyczne, zagadnienia konstrukcyjno-eksploatacyjne i zastosowanie Kraków: TECHWENT, 1999.
• 4. Bommes L, Fricke J, Grundmann R. Ventilatoren, 2. Auflage. Essen: Vulkan-Verlag, 2002.
• 5. Mode F. Ventilatoranlagen: Theorie, Berechnung, Anwendung. Berlin New York: Walter de Gruyter, 1972.
• 6. Bohl W. Ventilatoren. Würzburg: Vogel-Buchverlag, 1983.
• 7. Joźwik K, Papierski A, Sobczak K, Obidowski D, Kryłłowicza W, Marciniak E, Wróbel G, Marciniak A, Wróblewski P, Kobierska A, Frącczak Ł, Podsędkowski L. Radial fan controlled with impeller movable blades – CFD investigations. Transactions of the Insitute of Fluid Flow Machinery. 2016; 131: 17-40.
• 8. Radwański J, Laskowski W, Lewkowicz J, Podsętkowski A. Wentylator promieniowy z końcowymi częściami łopatek wirnika nastawnymi w czasie ruchu. Polish home patent no. 52456, 1967 . (Urząd Patentowy PRL).
• 9. Bukowski A. Cichosza! Optymalizacja wentylatorów sposobem na ograniczenie hałasu i kosztów. Polski Przemysł, 2013.
• 10. Chmielarz W, Moczko P, Odyjas P, Rusiański E, Więckowski J, Wróblewski A. Wirnik wentylatora promieniowego. Polish home patent no. 234339, 2020. (Urząd Patentowy RP).
• 11. Miller S. Teoria maszyn i mechanizmów: analiza układow kinematycznych. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 1996.
• 12. Gronowicz A, Miller S, Twaróg W Teoria maszyn i mechanizmów: zestaw problemów analizy i projektowania. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2000.
• 13. Zienkiewicz O C, Taylor R L, Zhu J Z. The Finite Element Method – Its Basis and Fundamentals. 6th edition. ELSEVIER, 2005.
• 14. Zienkiewicz O C, Taylor R L. The Finite Element Method for Solid and Structure Mechanics. 6th edition. ELSEVIER, 2005.
• 15. Rusiński E, Czmochowski J, Smolnicki T. Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nośnych. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2000.
• 16. Rusiński E, Moczko P, Odyjas P, Pietrusiak D. Investigation of vibrations of a main centrifugal fanused in mine ventilation. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2014; 14: 569–579.
• 17. Cory W T W. Fans&Ventilation – A Practical Guide. Elsevier, 2005.
• 18. Czmochowski J, Moczko P, Odyjas P, Pietrusiak D. Test of Rotary Machines Vibrations in Steady and Unsteady States on the Basis of Large Diameter Centrifugal Fans. Eksploatacja I Niezawodność – Mainten ance and Reliability. 2014; 16(2): 211-216.
• 19. Uhl T. Komputerowo wspomagana identyfikacja modeli konstrukcji mechanicznych. Warszawa: WNT, 1997.
• 20. Randall R B. Vibration-based Condition Monitoring. A John Wiley and Sons, Ltd, 2011.
• 21. Rusiński E, Moczko P, Odyjas P, Więckowski J. The numerical and experimental vibrations analysis of WLS series fans designed for the use in underground mines. Proc. Int. Conf. Computer Aided Engineering (Polanica Zdrój) Lecture Notes in Mechanical Engineering (Springer). 2017; 489–504.
• 22. ANSYS FLUENT 12.0 – Tutorial Guide (Ansys Inc.).
• 23. ANSYS FLUENT 12.0 – User’s Guide (Ansys Inc.).
• 24. ANSYS Fluent Theory Guide (Ansys Inc.).
• 25. Cheah K W, Lee T S, Winoto S, Zhao Z M. Numerical Flow Simulation in a Centrifugal Pump at Design and Off-Design Conditions. International Journal of Rotating Machinery. 2007.
• 26. Engin T. Study of tip clearance effects in centrifugal fans with unshrouded impellers using computational fluid dynamics. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2006; 2220(6): 599-610.
• 27. Chunxi L, Ling W S, Yakui J. The performance of a centrifugal fan with enlarged impeller. Energy Conversopn and Managment, 2011; 52(8-9): 2902-2910.
• 28. Zawislak M. Zastosowanie numerycznej mechaniki płynów w celu poprawy sprawności przemysłowego systemu wentylacyjnego na bazie wentylatora FAWENT WP-80. Transp. Przemysłowy i Masz. Rob. 2014.
• 29. Ng W K, Damodaran M. Computational Flow Modeling for Optimizing Industrial Fan Performance Characteristics. Proc. Int. Conf. European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD (Egmond aan Zee, The Netherlands). 2006.
• 30. EN ISO 5801:2008 Industrial fans. Performance testing using standardized airways.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).