Лопастное колесо вентилятора

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, в частности к системе охлаждения двигателя тепловоза. Лопастное колесо вентилятора состоит из барабана с жестко к нему присоединенными лопастями и ребер жесткости. Новым является то, что на торцевых поверхностях лопастного колеса жестко закреплено пустотелое кольцо с размещенными в нем телами качения шаровой формы. Изобретение направлено на устранение неуравновешенности лопастных колес вентиляторов системы охлаждения дизелей тепловозов. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях систем охлаждения дизелей магистральных и промышленных современных тепловозов.

Известно лопастное колесо вентилятора модели У2, используемого в конструкции системы охлаждения силовой установки тепловозов ТЭМ1, ТЭ2, ТГМ1 и ТЭ3 (см. книгу Конструкция и динамика тепловозов. Изд. 2-е, доп., под ред. Иванова В.Н. М.: Транспорт, 1974), где на стр.91, рис.52 она описана и показана. Такое колесо, например, используемое в системе охлаждения дизеля тепловоза ТЭ3 имеет наружный диаметр 1600 мм, вращается с частотой 1380 мин^-1 и состоит из воротника жесткости, лопастей, обтекателя, барабана, а также ребер жесткости. Несмотря на простоту конструкции такого лопастного колеса, а также эффективное его использование в практике, последнее обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что в условиях эксплуатации, вращаясь с довольно высокой частотой порядка 1380 мин^-1, оно за счет своей неуравновешенности работает в области вибраций и биения. Такие явления снижают срок службы приводного механизма, увеличивается шум в работе и т.д. Для устранения дисбаланса такого лопастного колеса в практике его подвергают как статической, так и динамической балансировке с установкой уравновешивающих грузов на его барабан. К сожалению, такой метод балансировки не эффективен, так как после определенной наработки за счет износа подшипников привода и других дефектов балансировка нарушается и поэтому вновь необходимо проводить работы по уравновешиванию колес на специальных балансировочных станках.

Известно также лопастное колесо вентилятора модели УК-2М наружным диаметром 2000 мм и частотой вращения 1160 мин^-1, используемого в системе охлаждения дизеля тепловоза 2ТЭ10Л, описанное и показанное в книге авторов Жилин Г.А., Мелинов М.С., Родов A.M. и др. Пассажирский тепловоз ТЭП60. Изд. 3-е перераб. и доп. М.: Транспорт, 1976, на стр.142-143, рис.60. Конструкция такого колеса в целом аналогична вышеописанной и поэтому недостатки их подобны.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является устранение неуравновешенности лопастных колес вентиляторов системы охлаждения тепловозов при достаточно высоких скоростях их вращения, которая происходит в автоматическом режиме.

Поставленная цель достигается тем, что на торцевых поверхностях лопастей лопастного колеса в его горизонтальной плоскости, в точках, лежащих на продольных линиях, проходящих через центры их тяжести, жестко закреплено пустотелое кольцо круглого сечения и в нем подвижно расположены тела качения сферической формы, причем вертикальная ось симметрии упомянутого кольца совпадает с подобной осью симметрии, проходящей через геометрический центр вращения лопастного колеса в целом.

На фиг.1 показано лопастное колесо, вид сверху, на фиг.2 - также его часть, но с разрезом по АА, и на фиг.3 - его расчетная схема.

Лопастное колесо состоит из барабана 1, лопастей 2 и ребер жесткости 3. К лопастям 2 с помощью пластин 4 жестко закреплено пустотелое кольцо 5, в котором подвижно расположены тела качения шаровой формы 6.

Работает лопастное колесо следующим образом. В начальный момент времени, когда оно находится в состоянии покоя, тела качения сферической формы 6 расположены в любой части пустотелого кольца 5 колеса, так как это показано на фиг.1, при этом сгруппировавшись там, как в виде группы или разрознено. При работе привода (на чертежах он не показан) лопастное колесо вращается по стрелке В, и тела качения сферической формы 6 по мере наращивания его угловой скорости ω_к имеют меньшую угловую скорость ω_ш за счет того, что на последние действуют силы инерции Р_н, силы собственного веса P_G и силы вредного сопротивления Р_ВС. В то же время, на тела качения сферической формы 6 действует и движущая сила Р_Д, которая направлена в сторону вращения лопастного колеса вентилятора по стрелке В (см. фиг.1) и возникающая из-за наличия сил трения качения между ними и внутренней поверхностью пустотелого кольца 5. Предположим, что у лопастного колеса имеется дисбаланс Δ₁, проявляющийся от неуравновешенной массы m₁, и тогда центробежная инерционная сила Р_цит1 от нее определится $$P_{цит1}=m_1\rho {\omega }_{\rho }^2$$ , где m₁ρ=Δ₁. Одновременно на тела качения сферической формы 6 (на расчетной схеме фиг.3 для упрощения они показаны как одно тело качения массой m_ш) также будет действовать центробежная инерционная сила $$P_{циш}=m_{ш}r{\omega }_r^2$$ , где m_ш r=Δ₂, а Δ₂ является динамическим противовесом. Известно, что уравновешивание массы m_ш произойдет тогда, когда масса m_ш займет положение, расположенное в плоскости XX, проходящей через центр вращения колеса О и центр тяжести неуравновешенной массы m₁, или же в плоскостях ОХ' $$(O{X}_1^{\text{'}})$$ , расположенных к ней под углом α, который и определяет положение динамического противовеса Δ₂ и зависит от разницы масс m₁ и m_ш. При изменении частоты вращения ω_к лопастного колеса угол α в автоматическом режиме будет корректироваться, что и обеспечит надежную балансировку лопастного колеса, вращающегося с заданной скоростью его движения.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как по мере изменения неуравновешенных масс лопастных колес вентиляторов систем охлаждения силовых установок тепловозов последние всегда будут сбалансированы в автоматическом режиме.

Лопастное колесо вентилятора, преимущественно системы охлаждения силовой установки тепловоза, состоящее из барабана с жестко к нему присоединенными лопастями и ребер жесткости, отличающееся тем, что на торцевых поверхностях лопастей лопастного колеса в его горизонтальной плоскости, в точках, лежащих на продольных линиях, проходящих через центры их тяжести, жестко закреплено пустотелое кольцо круглого сечения и в нем подвижно расположены тела качения сферической формы, причем вертикальная ось симметрии упомянутого кольца совпадает с подобной осью симметрии, проходящей через геометрический центр вращения лопастного колеса в целом.