<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE ep-patent-document SYSTEM "OpenDataPatent_cz.dtd">
<ep-patent-document lang="en" file="OpendataIPOCZ_PT_DIFF_PUV2020-37716.xml" country="CZ" doc-number="34278" kind="U1">
  <bibliographic-data country="CZ">
    <publication-reference>
      <document-id>
        <country>CZ</country>
        <doc-number>34278</doc-number>
        <kind>U1</kind>
        <date>2020-08-11</date>
      </document-id>
    </publication-reference>
    <classifications-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="1">
        <section>F</section>
        <class>04</class>
        <subclass>D</subclass>
        <main-group>29</main-group>
        <subgroup>38</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>F</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20200710</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="2">
        <section>F</section>
        <class>04</class>
        <subclass>D</subclass>
        <main-group>29</main-group>
        <subgroup>32</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20200710</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="3">
        <section>F</section>
        <class>04</class>
        <subclass>D</subclass>
        <main-group>29</main-group>
        <subgroup>66</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20200710</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
    </classifications-ipcr>
    <classifications-cpc>
      <classification-cpc sequence="1">
        <cpc-version-indicator>
          <date>20130101</date>
        </cpc-version-indicator>
        <section>F</section>
        <class>04</class>
        <subclass>D</subclass>
        <main-group>29</main-group>
        <subgroup>38</subgroup>
        <symbol-position>F</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20200710</date>
        </action-date>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
      </classification-cpc>
      <classification-cpc sequence="2">
        <cpc-version-indicator>
          <date>20130101</date>
        </cpc-version-indicator>
        <section>F</section>
        <class>04</class>
        <subclass>D</subclass>
        <main-group>29</main-group>
        <subgroup>325</subgroup>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20200710</date>
        </action-date>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
      </classification-cpc>
      <classification-cpc sequence="3">
        <cpc-version-indicator>
          <date>20130101</date>
        </cpc-version-indicator>
        <section>F</section>
        <class>04</class>
        <subclass>D</subclass>
        <main-group>29</main-group>
        <subgroup>663</subgroup>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20200710</date>
        </action-date>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
      </classification-cpc>
    </classifications-cpc>
    <application-reference>
      <document-id>
        <country>CZ</country>
        <doc-number>2020-37716</doc-number>
        <date>2020-06-25</date>
      </document-id>
    </application-reference>
    <language-of-filing>cs</language-of-filing>
    <language-of-publication>cs</language-of-publication>
    <priority-claims>
      <priority-claim sequence="1" kind="national">
        <country>CZ</country>
        <date>2020-06-25</date>
      </priority-claim>
    </priority-claims>
    <invention-title lang="CS">Lopatkování axiálního ventilátoru pro snížení akustického výkonu</invention-title>
    <invention-title lang="EN">Blade axial fan to reduce acoustic output</invention-title>
  </bibliographic-data>
  <description id="desc" lang="cs">
    <p num="1">
      <b>Lopatkování axiálního ventilátoru pro snížení akustického výkonu</b>
    </p>
    <p num="2"> </p>
    <p num="3"> </p>
    <p num="4">
      <u>Oblast techniky</u>
    </p>
    <p num="5"> </p>
    <p num="6">Technické řešení se týká axiálních ventilátorů sloužících k transportu vzdušiny, zejména ventilátorů pro pohon aerodynamických a aero-akustických tunelů, či ventilací. </p>
    <p num="7"> </p>
    <p num="8"> </p>
    <p num="9">
      <u>Dosavadní stav techniky</u>
    </p>
    <p num="10"> </p>
    <p num="11">Termín lopatkování, či lopatkový stupeň, popisuje v odborných kruzích podobu rotorových a statorových lopatek axiálního (osového) přetlakového ventilátoru. Uvedené termíny spadají do oblasti aerodynamiky a popisují tu část ventilátoru, která dodá vzdušině takové množství energie, aby daným vzduchotechnickým systémem protékalo její požadované množství. Ukázkou axiálního ventilátoru je např. vynález známý z přihlášky vynálezu CZ 20003454 A3. </p>
    <p num="12"> </p>
    <p num="13">Obecně se lopatkový stupeň ventilátoru skládá z lopatek oběžného kola (rotoru) a z rozváděcích lopatek (statoru). Rotor ventilátoru ohnutím proudu vzdušiny koná práci, čímž dojde ke zvýšení statického tlaku ve vzdušině. Za rotorem tedy zůstává tzv. zkrut. Dynamický tlak spojený se zkrutem převádí statorové rozváděcí lopatky v tlak statický narovnáním proudění vzdušiny zpět do osového směru. Současně za každou obtékanou překážkou vzniká tzv. úplav. A právě interakce úplavů tvořících se za lopatkami rotoru s náběžnými hranami rozváděcích lopatek statoru představuje zásadní zdroj hluku vznikajícího při chodu ventilátoru, tzv. akustický výkon. Tento hluk se projevuje jako špička ve frekvenčním spektru na lopatkové frekvenci. Akustický výkon tónového charakteru je z hlediska lidského sluchu velmi nepříjemný. </p>
    <p num="14"> </p>
    <p num="15">Je známo, že ventilátor v konfiguraci rotoru se statorem může teoreticky dosáhnout maximální možné účinnosti. Avšak osová vzdálenost lopatek rotoru a statoru je stěžejní jak pro aerodynamický, tak i pro akustický výkon. Čím je osová vzdálenost lopatek rotoru a statoru menší, tím větší je aerodynamický výkon = účinnost, ale rovněž i akustický výkon, a to samé platí i naopak. </p>
    <p num="16"> </p>
    <p num="17">V současnosti je pořád nejvyšší důraz kladen na účinnost ventilátoru, ale již postupně roste tlak na snižování akustického výkonu, obzvláště v případě automobilových, tzv. aeroakustických tunelů, u nichž je třeba zajistit minimální hluk v měřicím prostoru, aby bylo možné měřit hluk vznikající obtékáním měřeného vozidla vzdušinou. Požadavek na nižší akustický výkon je rovněž kladen v oblastech průmyslového větrání, jako jsou např. silniční tunely apod. </p>
    <p num="18"> </p>
    <p num="19">V minulosti se osová vzdálenost rotoru a statoru řešila kompromisně mezi požadovanou účinností a přípustným hlukem. V otevřené literatuře existuje řada dalších opatření, z nichž jmenujme především sešikmení lopatek rotoru a/nebo statoru, příp. vyosení lopatek statoru. Cílem je, aby úplav vzniklý za rotorovou lopatkou interagoval s náběžnou hranou rozváděcí lopatky v různé fázi míchání s hlavním proudem vzdušiny a/nebo postupně čili ne naráz po celé její výšce. Tyto úpravy lze ovšem velmi těžko automatizovat, nebo jinak včlenit do obecnější návrhové metodiky lopatkování axiálních ventilátorů, jelikož je jejich úspěšnost nakonec vždy výsledkem tzv. metody pokus-omyl, která je v praktickém využití zdlouhavá a nákladná. </p>
    <p num="20"> </p>
    <p num="21">Z diskusí z odborných konferencích o ventilátorech lze vypozorovat, že současný trend v řešení akustického výkonu spočívá především ve tvarování rotorové lopatky tak, aby těžiště profilů na válcových řezech rotorové lopatky tvořících její list neležela na radiále, ale na prohnuté křivce, takže výsledná rotorová lopatka svým tvarem připomíná šavli. U takového uspořádání lze dokonce např. podle prof. Caroluse dopředu odhadnout vliv zakřivení spojnice těžišť na snížení hladiny akustického výkonu na lopatkové frekvenci, stejně jako snížení aerodynamického výkonu, který je třeba kompenzovat. Tento způsob lze tedy s výhodou automatizovat a užít v obecné návrhové metodice lopatkování. </p>
    <p num="22"> </p>
    <p num="23">Podrobné studie ukazují, že na volbě tvaru profilu rotorové lopatky již pro další snižování akustického výkonu tolik nezáleží. Nicméně aerodynamicky dokonalé tvarování profilu rotorové lopatky je stále stěžejní z hlediska aerodynamického výkonu a účinnosti, které jsou díky prohnutí spojnice těžišť sníženy. Vzhledem k řadě studií provedených v posledních sedmdesáti letech lze ovšem s výhodou použít i desetiletími ověřené profily lopatek axiálních ventilátorů typu NACA65A<sub>10</sub>, typu C4 a další. </p>
    <p num="24"> </p>
    <p num="25">Úkolem technického řešení je vytvoření lopatkování axiálního ventilátoru, které by mělo lepší poměr mezi aerodynamickým výkonem (účinností) a akustickým výkonem, než je tomu v současném stavu techniky. </p>
    <p num="26"> </p>
    <p num="27"> </p>
    <p num="28">
      <u>Podstata technického řešení</u>
    </p>
    <p num="29"> </p>
    <p num="30">Vytčený úkol je vyřešen pomocí lopatkování axiálního ventilátoru podle níže uvedeného technického řešení. </p>
    <p num="31"> </p>
    <p num="32">Lopatkování axiálního ventilátoru pro snížení akustického výkonu axiálního ventilátoru sestává z rotorových lopatek a ze statorových lopatek, kde rotorové lopatky vycházejí z profilu NACA65A<sub>10</sub>. </p>
    <p num="33"> </p>
    <p num="34">Podstata technického řešení spočívá v tom, že rotorové lopatky mají lineární průběh poměrné tloušťky a tětivy po výšce a jsou rovněž šavlovitě zahnuté. Lopatkový stupeň je charakterizován bezrozměrným objemovým číslem Φ = 0,28 a bezrozměrným tlakovým číslem Ψ = 0,3. </p>
    <p num="35"> </p>
    <p num="36">Zásadní výhodou je snížení akustického výkonu v poměru akustický výkon ku aerodynamickému výkonu. </p>
    <p num="37"> </p>
    <p num="38">Rovněž je výhodné, pokud je statorová lopatka vyrobena z válcovaného plechu. Válcovaný plech se v testech osvědčuje a současně je z ekonomického hlediska výhodnou volbou. </p>
    <p num="39"> </p>
    <p num="40">Mezi výhody technického řešení patří ekonomické výhody a provozní výhody vycházející ze skutečnosti sníženého akustického výkonu vůči aerodynamickému výkonu. </p>
    <p num="41"> </p>
    <p num="42"> </p>
    <p num="43">
      <u>Objasnění výkresů</u>
    </p>
    <p num="44"> </p>
    <p num="45">Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde: </p>
    <p num="46"> </p>
    <p num="47">obr. 1    znázorňuje návrh klasických lopatek ventilátoru, </p>
    <p num="48"> </p>
    <p num="49">obr. 2    znázorňuje ukázku sestavy klasického axiálního ventilátoru, </p>
    <p num="50"> </p>
    <p num="51">obr. 3    znázorňuje návrh rotorových lopatek podle technického řešení, </p>
    <p num="52"> </p>
    <p num="53">obr. 4    znázorňuje ukázku sestavy axiálního ventilátoru podle technického řešení, </p>
    <p num="54"> </p>
    <p num="55">obr. 5    znázorňuje schéma provedení ventilátoru v aerodynamickém nebo aero-akustickém tunelu, </p>
    <p num="56"> </p>
    <p num="57">obr. 6    znázorňuje schéma provedení ventilátoru pro aplikace větrání, </p>
    <p num="58"> </p>
    <p num="59">obr. 7    znázorňuje pohled zpředu (ve směru proudění) na rotorovou lopatku, </p>
    <p num="60"> </p>
    <p num="61">obr. 8    znázorňuje pohled zboku na rotorovou lopatku, </p>
    <p num="62"> </p>
    <p num="63">obr. 9    znázorňuje pohled shora na rotorovou lopatku, </p>
    <p num="64"> </p>
    <p num="65">obr. 10    znázorňuje pohled zpředu (ve směru proudění) na statorovou lopatku, </p>
    <p num="66"> </p>
    <p num="67">obr. 11    znázorňuje pohled zboku na statorovou lopatku, </p>
    <p num="68"> </p>
    <p num="69">obr. 12    znázorňuje pohled shora na statorovou lopatku. </p>
    <p num="70"> </p>
    <p num="71"> </p>
    <p num="72">
      <u>Příklad uskutečnění technického řešení</u>
    </p>
    <p num="73"> </p>
    <p num="74">Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. </p>
    <p num="75"> </p>
    <p num="76">Na obr. 1 jsou vyobrazeny průměty klasických lopatek <u>2</u>, <u>9</u> do válcové plochy. Rotorová lopatka <u>9</u> je z profilu NACA64A<sub>10</sub>. Statorová lopatka <u>2</u> je standardního tvaru. Konec rotorové lopatky <u>9</u> není zahnutý. Na obr. 2 je vyobrazena ukázka sestavy axiálního ventilátoru s klasickými lopatkami <u>2</u>, <u>9</u>, jak na oběhovém kole <u>1</u>, tak na statorové části. </p>
    <p num="77"> </p>
    <p num="78">Na obr. 3 jsou vyobrazeny průměty lopatek <u>2</u>, <u>9</u> lopatkování podle technického řešení do válcové plochy. Rotorová lopatka <u>9</u> vychází z profilu NACA64A<sub>10</sub>, avšak je šavlovitě zahnuta na svém konci. Statorová lopatka <u>2</u> v lopatkování zůstává standardní. </p>
    <p num="79"> </p>
    <p num="80">Odborník je schopen dopočítat plochy průřezu rotorových lopatek <u>9</u> na základě známého průměru axiálního ventilátoru pomocí znalosti bezrozměrných čísel vyjadřujících průtokový součinitel a tlakový součinitel. V popsaném příkladu uskutečnění je hodnota bezrozměrného objemového čísla Φ = 0,28 a hodnota bezrozměrného tlakového čísla Ψ = 0,3. </p>
    <p num="81"> </p>
    <p num="82">Vzorce pro výpočet jsou odborníkovi známé z literatury. Jedná se o následující vzorce: </p>
    <p num="83"> </p>
    <p num="84">
      <img id="i0013" file="img0013" he="79" wi="711" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
      <br/>
    </p>
    <p num="85">kde: </p>
    <p num="86"> </p>
    <p num="87">
      <i>A</i>    m<sup>2</sup>    plocha průřezu, </p>
    <p num="88"> </p>
    <p num="89">
      <i>D</i>    [m]    průměr ventilátoru, </p>
    <p num="90"> </p>
    <p num="91">
      <i>n</i>    [min<sup>-1</sup>]    otáčky ventilátoru, </p>
    <p num="92"> </p>
    <p num="93">
      <i>p</i>    [Pa]    přírůstek tlaku, </p>
    <p num="94"> </p>
    <p num="95">
      <i>Q</i>    [m<sup>3</sup>/s]    objemový průtok, </p>
    <p num="96"> </p>
    <p num="97">
      <i>u</i>    [m/s]    obvodová rychlost, </p>
    <p num="98"> </p>
    <p num="99">ρ    [kg/m<sup>3</sup>]    hustota média / vzdušiny, </p>
    <p num="100"> </p>
    <p num="101">Φ    [-]    bezrozměrné objemové číslo, </p>
    <p num="102"> </p>
    <p num="103">Ψ    [-]    bezrozměrné tlakové číslo. </p>
    <p num="104"> </p>
    <p num="105">Lopatkování podle technického řešení pro axiální ventilátor s průměrem 600 mm vykazovalo na lopatkové frekvenci o 7 dB nižší hladinu akustického výkonu. </p>
    <p num="106"> </p>
    <p num="107">Na obr. 5 je schematicky znázorněn axiální ventilátor s lopatkováním podle technického řešení pro aerodynamické tunely. Ventilátor má oběžné kolo <u>1</u> s rotorovými lopatkami <u>9</u>, dále skříň <u>3</u>, ve které je ventilátor uložen. Další součástí ventilátoru je vstupní hrdlo <u>4</u>, náběžný kryt <u>5</u>, který vede vzdušinu k lopatkám <u>2</u>, <u>9</u>, a dále odtokový kužel <u>6</u> uložený v difuzoru <u>7</u>. </p>
    <p num="108"> </p>
    <p num="109">Na obr. 6 je znázorněn axiální ventilátor s lopatkováním podle technického řešení pro standardní vzduchotechnické aplikace. Ventilátor má oběžné kolo <u>1</u> s rotorovými lopatkami <u>9</u>, dále skříň <u>3</u>, ve které je ventilátor uložen. Další součástí ventilátoru je vstupní hrdlo <u>4</u>, náběžný kryt <u>5</u>, který vede vzdušinu k lopatkám <u>2</u>, <u>9</u>, a dále difuzor s jádrem <u>8</u>. </p>
    <p num="110"> </p>
    <p num="111">Obrázky 7 až 9 vyobrazují profil statorové lopatky <u>2</u> a obrázky 10 až 12 vyobrazují profil rotorové lopatky <u>9</u>. </p>
    <p num="112"> </p>
    <p num="113">Rotorové lopatky <u>9</u> mohou být vyrobeny např. z duralové slitiny, zatímco statorové lopatky <u>2</u> jsou vyrobeny z válcovaného plechu. </p>
    <p num="114"> </p>
    <p num="115"> </p>
    <p num="116">
      <u>Průmyslová využitelnost</u>
    </p>
    <p num="117"> </p>
    <p num="118">Lopatkování axiálního ventilátoru podle technického řešení nalezne uplatnění v aerodynamických tunelech a aero-akustických tunelech a dále v komerční a průmyslové vzduchotechnice. </p>
    <p num="119"> </p>
    <description-of-drawings>
      <p num="1">Seznam vztahových značek:<br/>
        <br/>    1&amp;nbsp;&amp;nbsp;oběžné kolo s rotorovými lopatkami<br/>    2&amp;nbsp;&amp;nbsp;statorová lopatka<br/>    3&amp;nbsp;&amp;nbsp;skříň<br/>    4&amp;nbsp;&amp;nbsp;vstupní hrdlo<br/>    5&amp;nbsp;&amp;nbsp;náběžný kryt<br/>    6&amp;nbsp;&amp;nbsp;odtokový kužel<br/>    7&amp;nbsp;&amp;nbsp;difuzor<br/>    8&amp;nbsp;&amp;nbsp;jádro difuzoru<br/>    9&amp;nbsp;&amp;nbsp;rotorová lopatka.<br/>
        <br/>
      </p>
    </description-of-drawings>
  </description>
  <claims id="claim">
    <claim id="c0001" num="0001">
      <claim-text>Lopatkování axiálního ventilátoru, pro snížení akustického výkonu axiálního ventilátoru, sestávající z rotorových lopatek (9) a ze statorových lopatek (2),<b> </b>přičemž profil rotorových lopatek (9) v podstatě vychází z profilu NACA65A<sub>10</sub>, <b>vyznačující se tím</b>, že rotorové lopatky mají lineární průběh poměrné tloušťky a tětivy po výšce, dále že jsou šavlovitě zahnuté, a že lopatkový stupeň je charakterizován bezrozměrným objemovým číslem Φ = 0,28 a bezrozměrným tlakovým číslem Ψ = 0,3.<br/>
      </claim-text>
    </claim>
    <claim id="c0002" num="0002">
      <claim-text>Lopatkování podle nároku 1, <b>vyznačující se tím</b>, že statorová lopatka (2) je vyrobena z válcovaného plechu.<br/>
      </claim-text>
    </claim>
  </claims>
  <drawings id="draw">
    <figure id="f0001" num="0001" figure-labels="Obr. 1">
      <img id="i0001" file="img0001" he="838" wi="1092" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0002" num="0002" figure-labels="Obr. 2">
      <img id="i0002" file="img0002" he="844" wi="787" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0003" num="0003" figure-labels="Obr. 3">
      <img id="i0003" file="img0003" he="826" wi="1065" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0004" num="0004" figure-labels="Obr. 4">
      <img id="i0004" file="img0004" he="764" wi="713" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0005" num="0005" figure-labels="Obr. 5">
      <img id="i0005" file="img0005" he="810" wi="1132" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0006" num="0006" figure-labels="Obr. 6">
      <img id="i0006" file="img0006" he="828" wi="1120" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0007" num="0007" figure-labels="Obr. 7">
      <img id="i0007" file="img0007" he="721" wi="436" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0008" num="0008" figure-labels="Obr. 8">
      <img id="i0008" file="img0008" he="733" wi="293" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0009" num="0009" figure-labels="Obr. 9">
      <img id="i0009" file="img0009" he="466" wi="719" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0010" num="0010" figure-labels="Obr. 10">
      <img id="i0010" file="img0010" he="733" wi="290" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0011" num="0011" figure-labels="Obr. 11">
      <img id="i0011" file="img0011" he="419" wi="351" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0012" num="0012" figure-labels="Obr. 12">
      <img id="i0012" file="img0012" he="602" wi="324" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
  </drawings>
</ep-patent-document>
