ЛОПАСТНЫЙ РОТОР Российский патент 1995 года по МПК F04D29/20 F04D29/34 F04D29/66 F01D5/10 

Изобретение относится к области гидравлики, в частности, к лопастным роторам насосов, турбин, вентиляторов и т.д.

В силу ряда причин, в том числе обтекания лопастного ротора неоднородным потоком текучей среды, может возникать вибрация, приводящая к уменьшению ресурса турбомашины и ухудшению санитарных условий работы обслуживающего персонала. Способом уменьшения вибрации является установка на амортизаторы не всего насоса, а только его лопастного ротора.

В известной конструкции лопастной ротор содержит ступицу с лопастями, соединенную с валом посредством амортизатора, выполненного в виде установленного между ступицей и валом упругого кольца со шлицами на внутренней и наружной сторонах. Однако такая конструкция ограничивает величину передаваемой мощности. Кроме того, снижение вибрации лопастного ротора обеспечивается только в области относительно высоких частот, так как жесткость амортизатора из полиуретана очень высока. Амортизатор же из материала с малой жесткостью будет неработоспособен, так как под действием веса ротора он сместится вниз, образуется несоосность вала и ротора, и последний потеряет устойчивость при вращении.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение передаваемой мощности при одновременном снижении вибрации в области относительно низких частот.

Поставленная задача решается так, что в лопастном роторе амортизируется каждая лопасть отдельно, причем амортизатор выполнен в виде как минимум двух упругих элементов и своими противоположными по высоте концами соединяет лопасть с валом. Своей шириной пакеты упругих элементов установлены в пределах прямого угла к оси ротора (причем это тот из двух дополнительных углов, в котором лежит хорда корневого сечения лопасти) по разные стороны относительно пера лопасти или ее корневого сечения.

На фиг. 1 представлен лопастной ротор; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 с наложением корневого сечения лопасти.

Лопастной ротор содержит ступицу 1, на которой выполнены основания 2 лопастей 3, разделенные зазором 4. Каждое основание 2 соединено с валом 5 противоположными по высоте концами двух упругих элементов 6. Они установлены по разные стороны относительно хорды 7 корневого сечения 8 лопасти и своей шириной 9 ориентированы под углом, лежащим в пределах прямого угла α к оси 10 ротора, в котором находятся хорды всех (или части) сечений рабочей части лопасти. Упругий элемент 6 выполнен в виде пакета пластин, жестких в направлении их высоты 11 и податливых в направлении их толщины, перпендикулярном ширине 9. Кроме представленного на чертеже, возможны и другие исполнения элементов устройства. Амортизатор может быть выполнен в виде пучка прутков различного профиля, слоев композитного материала или пластика, соединенных связующим составом, и др. В любом исполнении амортизатор выполнен жестким в направлении высоты упругих элементов и податливым в направлении, перпендикулярном их ширине. Основание лопасти может быть выполнено в виде вырезанного по поверхности ступицы цилиндра, части сферы и др. В любом из этих случаев основания лопастей отделены от соседних деталей зазором. Под лопастью по условиям прочности может быть установлено три и более пакета упругих элементов.

При перекачивании жидкости или газа на лопастях ротора возникают гидродинамические и центробежные силы, под действием которых каждая лопасть устанавливается в расчетное положение. При возникновении пульсационных сил от неоднородности потока лопасть отклоняется от расчетного положения, а после их исчезновения - возвращается на место. Вследствие того, что лопасть связана с валом посредством амортизаторов, на вал передаются силы с уменьшенными амплитудами пульсационных составляющих, т. е. происходит снижение вибрации механизма, содержащего лопастной ротор. При этом амортизируются силы, действующие перпендикулярно ширине пластин. При ориентации пакетов их шириной перпендикулярно оси ротора амортизируются только осевые пульсационные составляющие сил на каждой лопасти. При ориентации пакетов шириной параллельно оси ротора амортизируются только поперечные пульсационные составляющие. В промежуточных положениях амортизируются и осевые, и поперечные составляющие. Кроме того, на лопастном роторе в целом амортизируются пульсационные составляющие в направлении действия крутящего момента.

Увеличение передаваемой мощности при одновременном снижении вибрации в области относительно более низких частот стало возможным в результате использования в качестве амортизаторов пакетов пластин, которые могут обеспечить высокую прочность одновременно с большой податливостью в направлении их толщины. При этом жесткость амортизатора в направлении действия силы веса ротора очень высока, что позволяет обеспечить мягкую амортизацию без опускания лопастей под действием их веса.

Использование: в насосах, турбинах, вентиляторах. Сущность изобретения: ступица с лопастями установлена на валу посредством амортизаторов. Амортизатор выполнен из нескольких упругих элементов, ступица - из нескольких установленных друг относительно друга с зазором оснований лопастей, на каждом из которых размещена одна лопасть. Каждое основание соединено с валом противоположной по высоте концами по меньшей мере двух упругих элементов, которые расположены по разные стороны относительно хорды корневого сечения соответствующей лопасти, ориентированы шириной к оси ротора в пределах прямого угла, в котором лежит хорда, и выполнены жесткими в направлении их высоты. 3 ил.

ЛОПАСТНОЙ РОТОР, содержащий установленную на валу посредством амортизатора ступицу с лопастями, отличающийся тем, что амортизатор выполнен из нескольких упругих элементов, ступица - из нескольких установленных друг относительно друга с зазором оснований лопастей, на каждом из которых размещена одна лопасть, причем каждое основание соединено с валом противоположными по высоте концами по меньшей мере двух упругих элементов, которые расположены по разные стороны относительно хорды корневого сечения соответствующей лопасти, ориентированы своей шириной к оси ротора в пределах прямого угла, в котором лежит хорда корневого сечения лопасти, и выполнены жесткими в направлении их высоты.