Рабочее колесо осевого вентилятора

 

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе малошумящих вентиляторов изделий космической техники. Техническим результатом является повышение технологичности рабочего колеса осевого вентилятора и снижение его массы. Рабочее колесо содержит ступицу с цилиндрической канавкой и установленными на ступице неподвижно профилированными лопатками, снабженными выступающими из них в канавку хвостовиками. Перпендикулярные к оси вращения рабочего колеса плоские торцовые поверхности хвостовиков прилегают к торцовым поверхностям канавки. Боковые поверхности каждого хвостовика выполнены в виде продолжения боковых поверхностей соответствующей лопатки вдоль ее оси, а основание каждой лопатки, кроме выходящего из нее хвостовика, выполнено в виде контактирующего с наружной поверхностью ступицы цилиндра диаметром, равным наружному диаметру ступицы, при этом каждая лопатка неподвижно установлена на ступице на цилиндрической поверхности основания лопатки и торцовых поверхностях хвостовика. В канавке между соседними лопатками установлены неподвижно вкладыши в виде фрагментов колец шириной, равной ширине канавки, и наружным диаметром, равным наружному диаметру ступицы. Боковые поверхности вкладышей, кроме поверхностей, прилегающих к торцовым поверхностям канавки, выполнены прилегающими к боковым поверхностям хвостовиков. 2 ил.

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе малошумящих вентиляторов изделий космической техники.

Известно рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с выполненными заодно с ней профилированными лопатками [1].

Недостатком этого рабочего колеса осевого вентилятора является сложность конструкции, вызванная выполнением лопаток заодно со ступицей.

Этого недостатка лишено рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с цилиндрической канавкой и установленными на ней неподвижно литыми профилированными лопатками, снабженными выступающими из них в канавку хвостовиками, причем перпендикулярные к оси вращения рабочего колеса плоские торцовые поверхности хвостовиков прилегают к торцовым поверхностям канавки, выбранное в качестве прототипа [2]. Сборка рабочего колеса с использованием нескольких отдельно отлитых лопаток позволяет упростить конструкцию рабочего колеса.

Недостатком такого рабочего колеса осевого вентилятора является недостаточная технологичность, ибо в лопатке вместе с достаточно сложным аэродинамическим профилем сочетается развитая в осевом направлении колеса цилиндрическая поверхность основания лопатки. Наличие этих двух ярко выраженных участков, обладающих различной толщиной и значительной длиной, весьма затрудняет изготовление технологической оснастки - пресс-формы для получения лопаток методом прессования из пластмассы на термопластавтоматах или формы для литья - и повышает процент брака при изготовлении лопаток за счет различной усадки материала и образования трещин в материале лопатки при охлаждении вследствие существенной разностенности детали. Кроме того, за счет применения сборной ступицы, значительных размеров лопатки (вместе с базовой частью в виде сегмента цилиндра) и наличия стягивающих лопатки друг с другом крепежных элементов рабочее колесо обладает значительной массой, что предъявляет повышенные требования к прочностным характеристикам вала электродвигателя вентилятора и ограничивает применение такого рабочего колеса в вентиляторах изделий космической техники, где вопросам снижения массы уделяется значительное внимание.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности лопатки рабочего колеса осевого вентилятора и снижение его массы.

Этот результат достигается за счет того, что в известном рабочем колесе осевого вентилятора, содержащем ступицу с цилиндрической канавкой и установленными на ступице неподвижно профилированными лопатками, снабженными выступающими из них в канавку хвостовиками, плоские торцовые поверхности которых, перпендикулярные к оси вращения рабочего колеса, прилегают к торцовым поверхностям канавки, согласно изобретению боковые поверхности каждого хвостовика выполнены в виде продолжения боковых поверхностей соответствующей лопатки вдоль ее оси, а основание каждой лопатки кроме выходящего из нее хвостовика выполнено в виде контактирующего с наружной поверхностью ступицы цилиндра диаметром, равным наружному диаметру ступицы, при этом каждая лопатка неподвижно установлена на ступице на цилиндрической поверхности основания лопатки и торцовых поверхностях хвостовика, а в канавке между соседними лопатками установлены неподвижно вкладыши в виде фрагментов колец шириной, равной ширине канавки, и наружным диаметром, равным наружному диаметру ступицы, причем боковые поверхности вкладышей, кроме поверхностей, прилегающих к торцовым поверхностям канавки, выполнены прилегающими к боковым поверхностям хвостовиков. Так как заявленная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат, то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения рабочего колеса осевого вентилятора, вид перпендикулярно оси его вращения; на фиг.2 приведены находящиеся в прямой проекционной связи друг с другом виды лопатки рабочего колеса (А - вид снизу, Б - главный вид, В - вид слева).

Рабочее колесо осевого вентилятора содержит ступицу 1 с цилиндрической канавкой 2 и установленными на ступице неподвижно, например приклеенными, профилированными лопатками 3. Лопатки 3 снабжены выступающими из них в канавку 2 хвостовиками 4 с плоскими торцовыми поверхностями 5, причем эти поверхности перпендикулярны к оси 6 вращения рабочего колеса и прилегают к торцовым поверхностям 7 канавки 2. Боковые поверхности 8 каждого хвостовика 4 выполнены в виде продолжения боковых поверхностей 9 соответствующей лопатки 3 вдоль ее оси 10 (обычно боковые поверхности лопаток задаются координатами точек в последовательности перпендикулярных оси 10 сечений, лежащих на различных расстояниях от оси 6; таким образом, выполнение боковых поверхностей каждого хвостовика в виде продолжения боковых поверхностей соответствующей лопатки соответствует изменению сечения хвостовика по тому же геометрическому закону, что и изменение сечения лопатки, т.е. при известном характере изменения сечений лопатки, определяемом при расчете профиля лопаток по известным в литературе методикам, боковые поверхности 8 хвостовиков 4 определяют дальнейшей аппроксимацией известной зависимости по любому плавному закону изменения, что обеспечивает высокую технологичность пресс-формы для получения лопатки). Основание 11 каждой лопатки 3, кроме выходящего из нее хвостовика 4, выполнено в виде контактирующего с наружной поверхностью 12 ступицы 1 цилиндра диаметром, равным наружному диаметру d ступицы. Лопатки 3 неподвижно установлены на ступице 1 на цилиндрической поверхности основания 11 и торцовых поверхностях 5 хвостовиков 4 (приклеены к ступице 1 по указанным поверхностям: цилиндрическая поверхность основания 11 каждой из лопаток 3 приклеена к цилиндрической наружной поверхности 12 ступицы 1, а плоские торцовые поверхности 5 хвостовиков 4, перпендикулярные к оси 6 вращения рабочего колеса, приклеены к торцовым поверхностям 7 канавки 2). В канавке 2 между соседними лопатками 3 установлены неподвижно, например вклеены, вкладыши 13 в виде фрагментов колец шириной f, равной ширине канавки, и наружным диаметром, равным наружному диаметру d ступицы 1. Боковые поверхности 14 вкладышей 13 (кроме поверхностей, прилегающих к торцовым поверхностям канавки 2) выполнены прилегающими к боковым поверхностям 8 хвостовиков 4. Рабочее колесо осевого вентилятора работает следующим образом: при вращении его относительно оси 6 приводным электродвигателем (не показан) его лопатки 3 создают направленный поток воздуха. При этом на лопатки 3 воздействуют подъемная сила, (вызванная разностью давлений воздуха на противоположные поверхности 9 лопатки 3 и направленная по нормали к ней), создающая изгибающий момент на лопатку в плоскости действия подъемной силы, и центробежная сила инерции, направленная вдоль оси 10 лопатки от оси 6 вращения. За счет вышеописанной конструкции рабочего колеса большая по величине составляющая изгибающего момента на лопатку, лежащая в плоскости пересечения осей 6 и 10, воспринимается за счет напряжений сжатия, действующих со стороны торцовых поверхностей 7 канавки 2 на торцовые поверхности 5 хвостовиков 4, т. к. контакт этих поверхностей не дает возможности поворота лопаток в плоскости пересечения осей 6 и 10. Вторая, меньшая по величине составляющая изгибающего момента на лопатку, лежащая в плоскости, перпендикулярной оси 6 и 10, воспринимается в основном растягивающими напряжениями клея на поверхности основания 11 со стороны передней кромки лопатки и напряжениями сжатия поверхности основания 11 со стороны задней кромки лопатки. При этом за счет значительной длины сечения основания 11 оно обладает большим сопротивлением изгибу, и абсолютная величина этих напряжений незначительна, что позволяет обеспечить достаточную прочность клеевого соединения. Наличие хвостовиков указанной геометрии, воспринимающих значительную составляющую изгибающего момента, действующего на лопатку, существенно снижает величину напряжений в клеевом соединении и позволяет создать достаточно легкую конструкцию рабочего колеса. Вкладыши 13 служат для обеспечения заполнения канавки 2 в промежутках между хвостовиками 4, во избежание внезапного изменения сечения ступицы на этом участке и связанных с этим аэродинамических потерь. Кроме клеевого соединения в конструкции рабочего колеса могут быть использованы и другие соединения, например лазерная сварка, поэтому в формуле изобретения использован обобщающий признак, характеризующий неподвижную установку лопатки на ступице на цилиндрической поверхности основания лопатки и торцовых поверхностях хвостовика. Таким образом, все три наименования деталей, используемых в рабочем колесе - ступица, лопатка и вкладыш - весьма технологичны в производстве, обладают достаточно простой геометрией и удовлетворяют требованиям, предъявляемым к деталям, получаемым методами литья или прессования - позволяют получить плавное изменение поперечного сечения и равностенность. Применение простых базирующих поверхностей в соединении этих деталей - плоских и цилиндрических - обеспечивает удобство получения этих деталей в пресс-формах и простую фиксацию при их взаимном соединении в процессе сборки. Значительная поверхность соединения и высокая жесткость позволяют, за счет использования распределенных по поверхности сил, снизить толщину деталей, устранить крепежные детали и соответственно снизить массу рабочего колеса. В результате использования изобретения наряду с повышением технологичности достигается снижение массы и габаритов, что особенно ценно для изделий космической техники.

Литература 1. Патент РФ 2133383 по кл. F 04 D 19/00, 1999 г.

2. К.А. Ушаков, И.В. Брусиловский, А.Р. Бушель. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1960 г. с.332, рис.172 - (прототип).

Формула изобретения

Рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с цилиндрической канавкой и установленными на ступице неподвижно профилированными лопатками, снабженными выступающими из них в канавку хвостовиками, плоские торцовые поверхности которых, перпендикулярные к оси вращения рабочего колеса, прилегают к торцовым поверхностям канавки, отличающееся тем, что боковые поверхности каждого хвостовика выполнены в виде продолжения боковых поверхностей соответствующей лопатки вдоль ее оси, а основание каждой лопатки, кроме выходящего из нее хвостовика, выполнено в виде контактирующего с наружной поверхностью ступицы цилиндра диаметром, равным наружному диаметру ступицы, при этом каждая лопатка неподвижно установлена на ступице на цилиндрической поверхности основания лопатки и торцовых поверхностях хвостовика, а в канавке между соседними лопатками установлены неподвижно вкладыши в виде фрагментов колец шириной, равной ширине канавки, и наружным диаметром, равным наружному диаметру ступицы, причем боковые поверхности вкладышей, кроме поверхностей, прилегающих к торцовым поверхностям канавки, выполнены прилегающими к боковым поверхностям хвостовиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2