ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК F04D27/02 

Изобретение может применяться в авиадвигателестроении при проектировании вентиляторов двухконтурных ГТД, для ТВД взамен винта, для винтовентиляторов ТВВД спутного вращения, для аэродинамических труб, для перекачки жидкостей и газов, в вентиляторах вытяжных, для вакуумирования.

Известен осевой трехступенчатый вентилятор (компрессор низкого давления) двигателя АИ-25, [1], включающий корпус с неподвижно установленными в нем направляющими аппаратами, ротор, на котором неподвижно установлены три рабочих колеса с лопатками, реактивное сопло. Однако данная конструкция осевого вентилятора не позволяет обеспечить достаточную тягу из-за относительно высокого статического давления на выходе из реактивного сопла, не устраняет возможность появления газодинамических неустойчивостей, ухудшающих надежность и безопасность работы, особенно на переходных режимах, так как рабочие колеса жестко установлены на одном роторе.

Известен центробежный компрессор [2], выбранный за прототип, содержащий рабочее колесо с лопатками, установленное на валу, связанном с приводом, дополнительное рабочее колесо с лопатками, установленное на дополнительном валу, снабженном шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем частота вращения основного рабочего колеса меньше частоты вращения дополнительного рабочего колеса. Однако данная конструкция центробежного компрессора не позволяет обеспечить достаточную тягу из-за относительно высокого статического давления на выходе, конструктивно сложна из-за наличия двух автономных приводов рабочих колес.

Целью изобретения является увеличение тяги и повышение надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом осевом вентиляторе вал основного рабочего колеса расположен внутри вала дополнительного рабочего колеса и снабжен шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем шестерни основного и дополнительного валов жестко закреплены на последних.

На чертеже дан вариант предлагаемого осевого вентилятора в разрезе.

Осевой вентилятор включает основное рабочее колесо с лопатками 1, жестко связанное с валом 2, который расположен внутри вала 3 дополнительного рабочего колеса 4 и снабжен шестерней 5, жестко установленной на валу 2 и связанной через промежуточный вал 6 редуктора 7 с приводом 8.

Работа осевого вентилятора осуществляется следующим образом.

Kрутящий момент от ротора турбины, или компрессора, или электродвигателя (на чертеже не показаны) передается на приводной вал 8 цилиндрического редуктора 7 и далее через промежуточный вал 6 на шестерни 5, жестко связанные с основным 2 и дополнительными валами 3, на которых жестко установлены основное 1 и дополнительные рабочие колеса с лопатками 4, при этом передаточные отношения зубчатых пар обеспечивают меньшую частоту вращения предыдущего по ходу потока рабочего колеса, чем последующего. Такая кинематика обеспечивает постоянное уменьшение статического давления перед каждым рабочим колесом по ходу потока. Постоянно нарастающее разрежение от рабочего колеса к рабочему колесу способствует непрерывному осевому ускорению потока не только в межлопаточных каналах предыдущего рабочего колеса, но и в промежутке между рабочими колесами. Ускорение потока в межлопаточных каналах способствует увеличению относительной скорости и при сохранении расхода требует сужающегося газодинамического тракта.

Последнее рабочее колесо до входной кромки всегда вакуумирует поток после входной кромки, вне зависимости от диффузорности лопаток, всегда работает в режиме сжатия воздушного потока.

При этом статическое давление на выходе из предлагаемого вентилятора всегда меньше статического давления на выходе из одинарного рабочего колеса, и при скорости полета равной 0 всегда меньше атмосферного давления. Необходимость в направляющих аппаратах отпадает полностью, так как осевая скорость потока обеспечивается соответствующей геометрией лопаток.

Таким образом, уменьшение статического давления и площадей на выходе путем увеличения осевой скорости истечения потока регламентирует увеличение тяги и повышение надежности работы за счет устранения газодинамических неустойчивостей.

Нужно отметить, что предлагаемое изобретение с тем же самым и более лучшим, в пределах КПД, техническим результатом может работать и без наружного обтекателя, так как центробежные силы никогда не превосходят силы вакуумно-динамического поля, направленные к оси по ходу потока, т.е. предлагаемый осевой вентилятор без наружного обтекателя может быть применен и для винтовентиляторных двигателей спутного вращения воздушных винтов.

Режим авторотации предыдущих по ходу потока рабочих колес исключен, гидравлические потери меньше, чем у прототипа.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет экономично, в режиме работы винта (ТВД самые экономичные) повысить тягу до требуемого значения в зависимости от подведенной мощности привода при соблюдении только прочностных ограничений, повысить газодинамическую устойчивость работы на всех режимах, включая переходные, снизить гидравлические потери, шум.

Применение данной схемы осевого вентилятора для цеховых нужд позволит при меньших габаритах дать требуемый расход воздуха, например, 200-миллиметровый предлагаемый осевой вентилятор заменяет вентилятор N 5 (500 мм).

Расчеты показывают также, что, например, модернизация любого ТВД типа АИ или ТВВД типа НК-12М по предлагаемому изобретению позволит уменьшить их вес, улучшить технологичность, повысить тягу на 10-15% при сохранении мощности и уменьшении габаритов лопастей, что сделает эти двигатели конкурентноспособными ТРДД при больших дозвуковых скоростях полета. Применение предлагаемого осевого вентилятора в двухконтурных ГТД позволит увеличить тягу последних на 8-12% при одной и той же мощности двигателя.

Использование: авиадвигателестроение. Сущность изобретения: осевой вентилятор содержит рабочее колесо с лопатками, установленное на валу, связанном с приводом, дополнительное рабочее колесо с лопастями, установленное на дополнительном валу, снабженном шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом. Частота вращения основного рабочего колеса меньше частоты вращения дополнительного рабочего колеса. Вал основного рабочего колеса расположен внутри вала дополнительного рабочего колеса и снабжен шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем шестерни основного и дополнительного валов жестко закреплены на последних. 1 ил.

ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР, содержащий основное рабочее колесо с лопатками, установленное на основном валу, связанном с приводом, дополнительное рабочее колесо с лопатками, установленное на дополнительном валу, снабженном шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем частота вращения основного рабочего колеса меньше частоты вращения дополнительного рабочего колеса, отличающийся тем, что, с целью увеличения тяги и повышения надежности в работе вал основного рабочего колеса расположен внутри вала дополнительного рабочего колеса и снабжен шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем шестерни основного и дополнительного валов жестко закреплены на последних.