Рабочее колесо осевого вентилятора

 

Использование: вентиляторостроение, в частности крупные осевые вентиляторы и дымососы. Сущность изобретения: рабочее колесо содержит втулку и установленные на ней на осях поворотные основания, на которых закреплена пара лопаток, соединенных перемычками. Оси снабжены упорным буртом, расположенным между основанием и наружным диаметром втулки, а лопатки - шипами, размещенными в пазах основания, что снижает нагрузки на крепление лопаток к основанию. Перемычки установлены в узловых точках, соответствующих третьему тону колебания лопаток. 3 ил.

Изобретение относится к вентиляторостроению, в частности к крупным дымососам и вентиляторам.

Известно рабочее колесо осевого вентилятора (а.с. СССР N 958717, кл. F 04 D 29/32, 1982), содержащее втулку и установленные на осях поворотные основания, на которых закреплена по крайней мере пара лопаток, например листовых, соединенных перемычками, при этом лопатки в каждой паре расположены одна от другой на определенном расстоянии, имеют различные хорды и углы установки на основании. Основание к оси, лопатки к основанию и перемычка к лопаткам крепятся жестко, например, с помощью сварки.

Все перечисленные существенные признаки прототипа (а.с. СССР N 619692, кл. F 04 D 29/32, 1978) и аналогов совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. Надежность лопаток колеса при эксплуатации существенно влияет на надежность вентилятора в целом, так как поломка одной лопатки приводит к разрушению всего вентилятора. Надежность лопатки зависит от надежности каждой детали и их соединений между собой. Для листовой сварной лопатки самыми нагруженными являются сварные швы между лопатками и основанием, а также осью и основанием. Длина этих швов и их катет лимитируются конструктивными размерами деталей. Листовые лопатки с установленными между ними перемычками при работе совершают колебания, амплитуда которых имеет наибольшее значение в промежутках между узловыми точками кривых прогиба. Снижение амплитуды и связанных с ней динамических напряжений не может быть достигнуто увеличением жесткости лопаток и перемычек, так как при этом существенно увеличиваются масса, центробежная сила от массы деталей и напряжения в оси лопатки и элементах крепления лопаток в колесе.

Таким образом, недостатком описанной конструкции является большая нагруженность элементов крепления или сварных швов центробежными силами масс вращающихся деталей и значительная амплитуда колебаний листовых лопаток, снижающие надежность конструкции.

Задачей изобретения является повышение надежности путем разгрузки сварных швов между основанием, лопатками и осью, а также снижения динамических напряжений уменьшением амплитуды колебаний лопаток.

Поставленная задача решается тем, что рабочее колесо выполнено с осями, снабженными упорным буртом, расположенным между основанием и наружной поверхностью втулки, а также с лопатками, снабженными шипами, размещенными в пазах основания, при этом перемычки установлены на расстоянии l₁ и l₂ от основания, определяемых из соотношений 0,55 <l/l <0,6 и 0,8 <l/l <0,9, где l длина лопатки.

На фиг. 1 изображен продольный разрез рабочего колеса осевого вентилятора, на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 сечение Б-Б фиг. 2.

Предлагаемое рабочее колесо осевого вентилятора содержит втулку 1, оси 2, поворотные основания 3, лопатки 4 и 5, перемычки 6 и 7. Втулка 1 включает ступицу 8, диски 9 и обод 10, в котором имеются отверстия 11 для перехода и закрепления осей 2 с помощью фиксирующих элементов, например гаек или разрезных колец. Ось 2 снабжена буртом 12, периферийная поверхность 13 которого вписывается в наружный диаметр d_вт втулки 1, а поверхность 14 находится в контакте с поворотным основанием 3. Лопатки 4 и 5 в привтулочном сечении имеют шипы 15, входящие в пазы 16 оснований 3. Перемычки 6 и 7 расположены на расстояниях l₁ и l₂ от основания 3, которые лежат в интервалах 0,55 <l/l <0,6 и 0,8 <l/l <0,9, где l длина лопатки.

Лопатки 4 и 5 приварены к основанию 3 по всей протяженности. Перемычки 6 и 7 вварены между лопатками 4 и 5. Ось 2 приварена к основанию 3 по периметру поверхности 17.

При работе вентилятора возникает центробежная сила масс лопаток 4, 5 и перемычек 6, 7, а также крутящий и изгибающий моменты, которые нагружают элементы крепления или швы приварки лопаток 4, 5 к основанию 3. Нагрузки от основания через ось 2 замыкаются на втулке 1, при этом работает не только шов приварки основания к оси, но и материал бурта 12. Шипы 15 частично разгружают швы лопаток на основании. Расположение перемычек 6 и 7 связано с динамической прочностью лопаток. Наиболее опасны возмущающие силы с кратностью 2 и 3 относительно частоты вращения. Динамические напряжения в оси 2 и основании 3 с повышением тона колебаний резко уменьшаются и для третьего тона составляют уже 0,0186 напряжений первого тона (А.Н. Смоленский. Конструкция, прочность и металлы элементов паровых турбин. Киев: Вища школа, 1979, с. 352). Третий тон колебаний лопатки имеет две узловых точки кривой прогиба (неподвижные зоны), расположенных на расстоянии l₁ и l₂ от основания лопатки, указанных ранее. Если перемычки расположить в узловых точках, то амплитуда колебаний лопаток 4 и 5 снижается и вибропрочность конструкции растет. Бурт 12, вписанный в поверхность d_вт втулки 1, не увеличивает привтулочных потерь КПД при его обтекании воздушным потоком.

Предлагаемая конструкция рабочего колеса позволяет повысить надежность самого ответственного узла лопаток. Таким образом увеличивается ресурс эксплуатации, снижается количество ремонтов за срок службы вентилятора. Выход из строя одной из лопаток приводит к полному выходу ротора вентилятора, так как разрушенная деталь выбивает остальные лопатки, что разрушает подшипники и деформирует вал.

Для шахтного вентилятора такая авария может привести к остановке добычи и выводу рабочих из лав.

Повышение надежности дает возможность избежать такой аварии.

Формула изобретения

Рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее втулку, установленные на ней на осях поворотные основания, на каждом из которых закреплено не менее двух лопаток, преимущественно листовых, соединенных перемычками, отличающееся тем, что оси снабжены упорными буртами, расположенными между основанием и наружной поверхностью втулки, в основании выполнены пазы, а лопатки снабжены шипами, расположенными в пазах основания, при этом перемычки установлены на расстояниях от основания, определяемых из соотношения 0,55<l/l<0,6 и 0,8<l/l<0,9,1 и l₂ расстояния от соответствующей перемычки до основания, l длина лопатки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3