ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК F04D19/00 

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

Известен осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус, установленную в нем втулку с тремя выступами, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также три бобышки, контактирующие с выступами втулки [1]. Недостатком этого осевого вентилятора является повышенный шум вследствие необтекаемой поверхности бобышек.

Этого недостатка лишен осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус, установленную в нем втулку, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также три бобышки, установленные между корпусом и втулкой, причем наружная поверхность бобышек выполнена цилиндрической диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса [2], выбранный в качестве прототипа. На трех выступах втулки в местах ее контакта с бобышками выполнены участки сферических поверхностей, а внутренняя поверхность каждой бобышки выполнена в виде участка сферической поверхности того же диаметра, что и участок сферической поверхности втулки.

Недостатком этого осевого вентилятора является низкая технологичность, вызванная, во-первых, необходимостью фрезерования выступов на втулке и, во-вторых, трудностью обработки бобышек вследствие их малого размера в радиальном направлении, из-за чего возможны их деформации усилиями резания. Малый размер бобышек также затрудняет их закрепление на станке при обработке.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности.

Этот результат достигается за счет того, что в известный осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус внутреннего диаметра D, установленную в нем втулку наружного диаметра d, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также n (n=3,4 и т.д.) бобышек длиной L, установленных между корпусом и втулкой, причем оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора и наружная поверхность бобышек выполнена цилиндрической диаметром D, на втулке в местах ее контакта с бобышками выполнено n участков сферических поверхностей радиусом r, при этом центры этих поверхностей размещены в плоскости, перпендикулярной оси вентилятора, а внутренняя поверхность каждой бобышки выполнена в виде участка сферической поверхности радиусом r, контактирующего с соответствующим участком сферической поверхности втулки, согласно изобретению введены элементы регулирования аксиального положения бобышек, каждый участок сферической поверхности выполнен обращенным выпуклостью в сторону втулки, а их центры размещены на окружности диаметром

Для максимального повышения технологичности при сохранении аэродинамических свойств проточной части вентилятора рекомендуется выбирать диаметр D₀ таким, чтобы он удовлетворял также равенству

где h - максимальная толщина бобышек,
боковые поверхности бобышек рекомендуется выполнять в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям бобышек, а направляющую цилиндрической поверхности каждой бобышки - в виде линии пересечения сферической поверхности радиусом r с наружной поверхностью втулки. Это позволяет максимально повысить технологичность изготовления вентилятора, т.к. дает возможность собрать его проточную часть без каких-либо уступов, появление которых неминуемо, если диаметр D₀ не удовлетворяет последнему равенству. В случае же наличия указанных уступов снижаются аэродинамические качества вентилятора, а их заполнение какими-либо вставками либо герметиками снижало бы технологичность, Так как заявленная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат - повышение технологичности, 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 осям бобышек, электродвигатель условно не показан.

Осевой вентилятор содержит цилиндрический корпус 1 внутреннего диаметра D, установленную в нем втулку 2 наружного диаметра d, в которой размещен электродвигатель 3, и рабочее колесо 4, установленное на его валу. Между корпусом 1 и втулкой 2 размещены четыре бобышки 5 длиной L, параллельной оси вентилятора, оси 6 которых перпендикулярны оси вентилятора, а боковые поверхности 7 выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям 6 бобышек. Наружная поверхность бобышек 5 выполнена цилиндрической диаметром D. На втулке 2 в местах ее контакта с бобышками 5 выполнено четыре участка 8 сферических поверхностей радиусом r, а внутренняя поверхность каждой бобышки 5 выполнена в виде участка 9 сферической поверхности радиусом r, контактирующего с соответствующим участком 8 сферической поверхности втулки 2. Центры участков 9 сферической поверхности размещены на окружности диаметром

Винты 10 стягивают корпус 1 с втулкой 2 через отверстия 11 в бобышках 5 и пазы 12 в корпусе 1. Каждый участок 9 сферической поверхности выполнен обращенным выпуклостью в сторону втулки 2. Элементами регулирования аксиального положения бобышек служат пазы 12, вытянутые вдоль оси 13 вентилятора, что дает возможность аксиального смещения бобышек в пределах возможного перемещения винтов 10 на участке, примыкающем к головке винта, в пазу 12. Центры участков 8 размещены в плоскости, перпендикулярной оси вентилятора, в которой лежат также оси 6 бобышек. Бобышки 5 зафиксированы относительно корпуса 1 штифтами 14. Боковые поверхности 7 бобышек 5 выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям 6 бобышек, при этом направляющей цилиндрической поверхности каждой бобышки 6 является линия 15 пересечения сферической поверхности 8 радиусом r с наружной поверхностью втулки 2. При этом

где h - максимальная толщина бобышек 5.

Осевой вентилятор работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 начинает вращаться колесо 4, создавая поток воздуха. При сборке вентилятора производят центрирование колеса 4 относительно корпуса 1 путем поворота втулки 2 до тех пор, пока зазоры между каждой лопаткой колеса 4 и корпусом 1 будут равны друг другу. Поворот втулки 2 осуществляют посредством аксиального смещения бобышек 5, например смещение верхней бобышки на фиг.1 вправо, а нижней - влево приведет к повороту втулки 2 на некоторый угол по часовой стрелке. Пазы 12 позволяют осуществлять аксиальное смещение бобышек 5. В таком положении производят окончательную затяжку винтов 10 и установку штифтов 14. Поскольку центры участков 8 сферических поверхностей размещены в перпендикулярной оси 13 вентилятора плоскости, то аксиальное смещение бобышек 5 приводит к угловому повороту этой плоскости, при этом контакт сферических поверхностей втулки и бобышек сохраняется, т.к они контактируют по сфере независимо от взаимного углового расположения. Механическая обработка втулки легко выполнима, т.к. отсутствуют уступы при переходе от цилиндрической ее поверхности к участкам 8 сферических поверхностей. Размещение центров сфер 9 на окружности диаметром

позволяет обеспечить отсутствие уступов между бобышками и втулкой в продольном сечении вентилятора. То, что направляющая цилиндрической поверхности (криволинейный цилиндр) каждой бобышки 5 выполнена в виде линии 15 пересечения сферической поверхности 8 радиусом r с наружной поверхностью втулки 2, и равенство

обеспечивает полное отсутствие каких-либо уступов в месте сопряжения бобышки с втулкой во всех поперечных сечениях. Приведенные математические выражения выведены из следующих посылок:
- передняя и задняя образующие боковой поверхности бобышек пересекают поверхность втулки 2 в месте пересечения наружной цилиндрической поверхности втулки с участком 8 сферической поверхности (см. фиг.1). Из треугольника ВСЕ следует
(ВС)²=(BЕ)²+(EC)²
Т. к. ВС=r, BE=L/2, a EC=(D₀-d)/2, то при подстановке и после алгебраических преобразований получим математическое выражение, приведенное в независимом пункте формулы изобретения;
- правая и левая образующие боковой поверхности бобышек также пересекают поверхность втулки 2 в месте пересечения наружной цилиндрической поверхности втулки с участком 8 сферической поверхности (см. фиг. 2). Из треугольников CFG и AFG следует
(GC)²=GF)²+(FC)²,
(GA)²=(GF)²+(FA)².

Отсюда следует
(GC)²-(FC)²=(GA)²-(FA)².

Т.к. GC=r, FG=h/2, FC+FA=D₀/2, GA=d/2, то после алгебраических преобразований (опускаются из-за их громоздкости) получим выражение для D₀, приведенное в зависимом пункте формулы изобретения.

Механическая обработка втулки может быть выполнена только на токарном станке без фрезеровки, что требовалось в прототипе, в то время как жесткость бобышек существенно повышена по сравнению с прототипом, и это облегчает механическую обработку бобышек. При этом сохраняется возможность легкой регулировки соосности колеса и корпуса. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное решение к использованию в агрегатах космической техники.

Источники информации
1. Патент РФ N 2011890, кл. F 04 D 25/08, 1994.

2. Патент РФ N 2133383, кл. F 04 D 19/00, 1999 (прототип).

Изобретение может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники. Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности. Осевой вентилятор содержит цилиндрический корпус внутреннего диаметра D, установленную в нем втулку наружного диаметра d, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также n (n=3,4 и т.д. ) бобышек длиной L, установленных между корпусом и втулкой. Оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора и наружная поверхность бобышек выполнена цилиндрической диаметром D. На втулке в местах ее контакта с бобышками выполнено n участков сферических поверхностей радиусом r, а внутренняя поверхность каждой бобышки выполнена в виде участка сферической поверхности радиусом r, контактирующей с соответствующим участком сферической поверхности втулки. В вентилятор введены элементы регулирования аксиального положения бобышек. Каждый участок сферической поверхности выполнен обращенным выпуклостью в сторону втулки, а их центры размещены на окружности диаметром 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус внутреннего диаметра D, установленную в нем втулку наружного диаметра d, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также n (n= 3,4 и т. д. ) бобышек длиной L, установленных между корпусом и втулкой, причем оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора и наружная поверхность бобышек выполнена цилиндрической диаметром D, на втулке в местах ее контакта с бобышками выполнено n участков сферических поверхностей радиусом r, при этом центры этих поверхностей размещены в плоскости, перпендикулярной оси вентилятора, а внутренняя поверхность каждой бобышки выполнена в виде участка сферической поверхности радиусом r, контактирующего с соответствующим участком сферической поверхностью втулки, отличающийся тем, что в него введены элементы регулирования аксиального положения бобышек, каждый участок сферической поверхности выполнен обращенным выпуклостью в сторону втулки, а их центры размещены на окружности диаметром D₀. 2. Осевой вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что

3. Осевой вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что

где h - максимальная толщина бобышек, боковые поверхности бобышек выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям бобышек, а направляющая цилиндрической поверхности каждой бобышки выполнена в виде линии пересечения сферической поверхности радиусом r с наружной поверхностью втулки.