ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК F04D19/00 

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий космической техники.

Известен осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус с пилоном и установленный на пилоне через амортизатор башмак с фланцем, на котором размещен электродвигатель, а также рабочее колесо, установленное на его валу [1]. Недостатком этого осевого вентилятора является повышенный уровень шума, вызванный турбулизацией потока при обтекании пилона с башмаком, и низкий к. п.д., обусловленный отсутствием в конструкции спрямляющего аппарата.

Последнего недостатка лишен осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем спрямляющий аппарат в виде втулки с лопатками, размещенный во втулке электродвигатель, и рабочее колесо, смонтированное на его валу, а также контактирующие со спрямляющим аппаратом амортизаторы [2], выбранный в качестве прототипа.

Недостатком этого осевого вентилятора является значительный уровень шума, вызванный жестким закреплением электродвигателя на втулке спрямляющего аппарата. Это приводит к передаче механических колебаний от работающего электродвигателя на спрямляющий аппарат и генерации акустических колебаний спрямляющим аппаратом. Другим недостатком вентилятора-прототипа является низкая вибропрочность, вызванная отсутствием в его конструкции фиксирующих электродвигатель элементов, что при воздействии высоких уровней вибраций, характерных для космических объектов на участке их выведения на орбиту, может привести к резонансному усилению колебаний спрямляющего аппарата с закрепленным на нем электродвигателем до контакта лопаток рабочего колеса с корпусом и их поломке.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является снижение уровня шума и повышение вибропрочности.

Этот результат достигается за счет того, что известный осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем спрямляющий аппарат в виде втулки с лопатками, размещенный во втулке электродвигатель, и рабочее колесо, смонтированное на его валу, а также контактирующие со спрямляющим аппаратом амортизаторы, согласно изобретению снабжен размещенной во втулке цилиндрической гильзой, на которой выполнен радиально выступающий цилиндрический фланец, электродвигатель жестко закреплен на фланце, а спрямляющий аппарат жестко закреплен на корпусе, при этом на наружной поверхности противоположного фланцу конца гильзы неподвижно по отношению к ней установлено кольцо, и втулка спрямляющего аппарата размещена между фланцем и кольцом, а амортизаторы размещены между втулкой и гильзой, причем в корпусе выполнены две группы радиальных отверстий, в каждой из которых не менее чем по три отверстия, в каждом отверстии одной группы установлен палец с упором своим торцом во фланец гильзы, в каждом отверстии другой группы установлен палец с упором своим торцом в кольцо, а пальцы выполнены с возможностью их выдвижения от оси вентилятора до совмещения их торцов с внутренней поверхностью корпуса и снабжены элементами фиксации в указанных положениях и расфиксации. Так как заявленная совокупность существенных признаков устройства позволяет получить указанный технический результат, то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг.2 - то же, поперечное сечение по А-А, на фиг.3 - то же, поперечное сечение по Б-Б.

Осевой вентилятор содержит корпус 1 и установленный в нем спрямляющий аппарат 2 в виде втулки 3 с лопатками 4. Во втулке 3 размещен электродвигатель 5 и рабочее колесо 6, смонтированное на его валу, а также контактирующие со спрямляющим аппаратом 2 (с внутренней поверхностью его втулки 3) кольцевые амортизаторы 7. Во втулке 3 размещена цилиндрическая гильза 8, на которой выполнен радиально выступающий цилиндрический фланец 9, на котором винтами жестко закреплен электродвигатель 5. Спрямляющий аппарат 2 жестко закреплен на корпусе 1 посредством штифтов 10, установленных в отверстиях корпуса 1 и лопаток 4 спрямляющего аппарата 2. На наружной поверхности противоположного фланцу 9 конца 11 гильзы 8 неподвижно по отношению к ней (посредством крепежных винтов 12) установлено кольцо 13. Втулка 3 спрямляющего аппарата 2 размещена между фланцем 9 и кольцом 13, а амортизаторы 7 размещены между втулкой 3 и гильзой 8 в расточках 14, выполненных на внутренней поверхности втулки 3 с каждого ее торца. Цилиндрические поверхности амортизаторов 7 контактируют с наружной цилиндрической поверхностью гильзы 8 и с внутренними цилиндрическими поверхностями расточек 14, а торцовые поверхности амортизаторов 7 контактируют с торцовой поверхностью фланца 9 (для ближайшего к рабочему колесу амортизатора), торцовой поверхностью кольца 13 (для второго амортизатора), и с торцовыми поверхностями расточек 14. В корпусе I выполнены две группы 15 и 16 радиальных отверстий 17, содержащие каждая по три отверстия. В каждом отверстии 17 группы 15 установлен палец 18 с упором своим торцом 19 во фланец 9 гильзы 8, а в каждом отверстии 17 группы 16 установлен палец 18 с упором своим торцом 19 в кольцо 13. Пальцы 18 выполнены с возможностью их выдвижения от оси 20 вентилятора до совмещения их торцов 19 с внутренней поверхностью 21 корпуса 1 (пальцы в положении совмещения показаны на фиг.2 и 3 штриховой линией для верхнего по этим изображениям пальца), что обеспечивается выполнением на пальцах 18 резьбовых поясков 22 и выполнением в отверстиях 17 резьбовых участков 23. Ввинчивание поясков 22 в резьбе указанных участков 23 позволяет установить пальцы 18 с упором своим торцом 19 во фланец 9 гильзы 8 (для отверстий 17 группы 15) и с упором своим торцом 19 в кольцо 13 (для отверстий 17 группы 16), а также перемещать пальцы в радиальных направлениях. Пальцы 18 снабжены элементами фиксации и расфиксации в положении упора их торцов - контргайками 24. Пальцы 18 также снабжены элементами фиксации и расфиксации в положении совмещения их торцов 19 с внутренней поверхностью 21 корпуса 1 - установочными винтами 25, ввинченными в резьбовые отверстия 26 в корпусе 1, перпендикулярные осям пальцев 18 (винты 25 и резьбовые отверстия 26 условно показаны на фиг.2 и 3 только для верхнего по этим изображениям пальца). В фиксирующем положении (показано штриховой линией на фиг.2 и 3) каждый винт 25 завернут до упора в соответствующий ему палец 18. Поскольку элементы фиксации и расфиксации в упомянутых положениях могут иметь различные конструктивные исполнения, например, подпружиненные шарики, утапливающиеся в канавки на пальцах, шплинты и т.п., то заявляются как обобщающие элементы фиксации и расфиксации.

Осевой вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 5 начинает вращаться рабочее колесо 6, создавая поток воздуха внутри корпуса 1. Лопатки 4 спрямляющего аппарата 2 преобразуют динамический напор потока воздуха в статический, повышая к.п.д. вентилятора. При этом в исходном положении, при котором пальцы 18 упираются своими торцами 19 во фланец 9 гильзы 8 и в кольцо 13, электродвигатель 5 через гильзу 8, кольцо 13 и пальцы 18 жестко закреплен на корпусе 1. В таком положении вентилятор работает на этапе пуска и выведения космического аппарата на орбиту, характеризующемся высоким уровнем вибрации. После выведения космического аппарата на орбиту экипажем производится отворачивание контргаек 24 и вывинчивание пальцев 18 по резьбовым отверстиям 23 до совмещения их торцов 19 с внутренней поверхностью 21 корпуса, при этом о совмещении судят по глубине утопания поясков 22 относительно корпуса 1, по меткам и т.п. В этом положении производят фиксацию пальцев 18 путем завертывания винтов 25 в отверстиях 26 до контакта их с пальцами. Теперь вентилятор работает аналогично вышеописанному алгоритму, но вибрации от работающего электродвигателя 5 через гильзу 8 гасятся амортизаторами 7 и не передаются на втулку 3 спрямляющего аппарата, за счет чего снижается уровень шума. При этом отверстия 17 закрыты находящимися в них пальцами 18, что препятствует выходу воздуха через них и снижению к.п. д. вентилятора. Благодаря тому что на участке выведения динамические нагрузки от электродвигателя не воздействуют на спрямляющий аппарат (они передаются через пальцы непосредственно на корпус), сечения его лопаток могут быть выполнены минимальными, полностью соответствующими расчетному профилю. Очевидно, что на участке пуска и выведения уровень шума заявленного вентилятора повышен за счет обтекания потоком воздуха находящихся в потоке пальцев, но, во-первых, этот участок непродолжителен, а во-вторых, характеризуется высоким уровнем шума от работающего ракетного двигателя, на фоне которого шум вентилятора мал. В данном примере элементы фиксации в разных положениях различны (контргайка в положении упора, установочный винт - в положении совмещения), но в общем случае могут использоваться одни и те же фиксирующие элементы для фиксации в обоих положениях. Размещение пальцев в двух группах отверстий (с разных сторон спрямляющего аппарата) необходимо для обеспечения устойчивого равновесия гильзы с электродвигателем от колебаний относительно осей, перпендикулярных оси вентилятора. Наличие в каждой группе не менее чем трех отверстий позволяет обеспечить жесткую фиксацию фланца и кольца в радиальном направлении, т.к. при наличии лишь двух отверстий фиксация возможна лишь при противоположном расположении отверстий в каждой группе, при этом фиксация в направлении, перпендикулярном осям противоположных отверстий, осуществляется усилиями трения, касательными к торцам пальцев, и для получения расчетного усилия трения сила нормальной реакции пальца от контакта с фланцем или кольцом должна быть весьма значительной, что увеличивает напряжения в конструкции и габариты вентилятора. Очевидно также, что предпочтительным, но не обязательным является равномерное расположение отверстий в угловом направлении в каждой группе, при котором радиальные усилия, воздействующие на пальцы, одинаковы и минимальны при постоянном заданном расчетом усилии фиксации в радиальном направлении. Совершенно обязательным является лишь расположение отверстий в каждой группе таким образом, чтобы угол между любыми соседними отверстиями был меньше 180^o, в противном случае равнодействующая усилий, воздействующих со стороны пальцев каждой группы на фланец или кольцо, никогда не будет равной нулю, т.е. будет отсутствовать возможность фиксации фланца или кольца. Поскольку вышеуказанные выводы следуют из геометрического анализа расположения пальцев и известного принципа суперпозиции усилий и могут быть получены при обычном проектировании, они не введены в формулу изобретения.

Полученные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в изделиях космической техники, особенно в долговременных орбитальных станциях, где требования к уровню шума весьма жесткие.

Литература:
1. Авторское свидетельство СССР 800427 по кл. F 04 D 19/00, 1981 г.

2. Авторское свидетельство СССР 819409 по кл. F 04 D 19/00, 1981 г. (прототип).

Вентилятор предназначен для использования в области вентиляторостроения, в космической технике. Вентилятор снабжен втулкой. В последней размещена цилиндрическая гильза. На гильзе выполнен радиально выступающий фланец. Электродвигатель жестко закреплен на корпусе. На наружной поверхности противоположного фланцу конца гильзы установлено кольцо. Последнее установлено неподвижно по отношению к гильзе. Втулка спрямляющего аппарата размещена между фланцем и кольцом. Амортизаторы размещены между втулкой и гильзой. В корпусе выполнены две группы радиальных отверстий. В каждой из групп не менее чем по три отверстия. В каждом отверстии одной группы установлен палец с упором своим торцом в кольцо. Обеспечивается снижение уровня шума и повышение вибропрочности. 3 ил.

Осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем спрямляющий аппарат в виде втулки с лопатками, размещенный во втулке электродвигатель и рабочее колесо, смонтированное на его валу, а также контактирующие со спрямляющим аппаратом амортизаторы, отличающийся тем, что он снабжен размещенной во втулке цилиндрической гильзой, на которой выполнен радиально выступающий цилиндрический фланец, а спрямляющий аппарат жестко закреплен на корпусе, при этом на наружной поверхности противоположного фланцу конца гильзы неподвижно по отношению к ней установлено кольцо, и втулка спрямляющего аппарата размещена между фланцем и кольцом, а амортизаторы размещены между втулкой и гильзой, причем в корпусе выполнены две группы радиальных отверстий, в каждой из которых не менее чем по три отверстия, при этом в каждом отверстии одной группы установлен палец с упором своим торцом в кольцо, а пальцы выполнены с возможностью их выдвижения от оси вентилятора до совмещения их торцов с внутренней поверхностью корпуса и снабжены элементами фиксации в указанных положениях и расфиксации.