ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2004 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 корпус в виде цилиндрической оболочки и размещенной в ней втулки с радиальными выступами, внутри которой посредством винтов, ввернутых в аксиальные резьбовые отверстия втулки, установлен электродвигатель с наружной цилиндрической поверхностью, снабженной элементом крепления в виде фланца и контактирующей с внутренней поверхностью втулки, а также рабочее колесо, установленное на валу электродвигателя [1]. Недостатками этого осевого вентилятора являются незащищенность электродвигателя от внешних воздействий, т.к. полость, где он размещен, открыта, а также низкая технологичность, обусловленная трудностью доступа к винтам, крепящим электродвигатель.

Первого из этих недостатков лишен осевой вентилятор, содержащий корпус в виде цилиндрический оболочки и размещенной в ней втулки с радиальными выступами, внутри которой посредством винтов, ввернутых в аксиальные резьбовые отверстия втулки, установлен электродвигатель с наружной цилиндрической поверхностью, снабженной элементом крепления в виде фланца и контактирующей с внутренней поверхностью втулки, а также рабочее колесо, установленное на валу электродвигателя [2], выбранный в качестве прототипа. Полость, где установлен электродвигатель, закрыта кожухом.

Недостатками этого осевого вентилятора являются низкая технологичность, обусловленная трудностью доступа к винтам, крепящим электродвигатель, а также значительные радиальные габариты вентилятора, вызванные необходимостью размещения фланца электродвигателя внутри втулки. Значительные радиальные габариты вентилятора ограничивают его применение в изделиях авиационной и ракетной техники из-за значительной плотности их компоновки.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение технологичности сборки и уменьшение радиальных габаритов.

Эта задача решается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем корпус в виде цилиндрический оболочки и размещенной в ней втулки с радиальными выступами, внутри которой посредством винтов, ввернутых в аксиальные резьбовые отверстия втулки, установлен электродвигатель с наружной цилиндрической поверхностью, снабженной элементом крепления и контактирующей с внутренней поверхностью втулки, а также рабочее колесо, установленное на валу электродвигателя, согласно изобретению элемент крепления выполнен в виде канавки на наружной цилиндрической поверхности электродвигателя со стороны, ближайшей к валу, в канавке размещено разрезное кольцо, а на участке цилиндрической поверхности электродвигателя между канавкой и торцом электродвигателя со стороны вала установлено прижимное кольцо, снабженное упором, контактирующим с указанным торцом, при этом винты размещены в аксиальных отверстиях, выполненных в прижимном и разрезном кольцах, и обращены головками в сторону рабочего колеса. Для обеспечения повышения технологичности и снижения радиальных габаритов при максимальном сохранении аэродинамических свойств проточной части вентилятора рекомендуется выполнять головки утопленными в прижимном кольце, что позволяет обеспечить минимальный зазор между рабочим колесом и втулкой и снизить аэродинамическое сопротивление. Так как заявленная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат - повышение технологичности и снижение радиальных габаритов - то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг.2 и 3 - расчетные схемы прототипа и заявленного устройства соответственно для определения величины снижения радиальных габаритов.

Осевой вентилятор содержит корпус 1 в виде цилиндрический оболочки 2 и размещенной в ней втулки 3 с радиальными выступами 4, закрепленной в оболочке 2 посредством винтов 5, внутри втулки 3 которой посредством винтов 6, ввернутых в аксиальные резьбовые отверстия 7 втулки, установлен электродвигатель 8 с наружной цилиндрической поверхностью 9, снабженной элементом крепления в виде выполненной на ней канавки 10. Цилиндрическая поверхность 9 выполнена контактирующей с внутренней поверхностью 11 втулки 3. На валу электродвигателя 8 установлено рабочее колесо 12. Канавка 10 выполнена на наружной цилиндрической поверхности 9 электродвигателя 8 со стороны, ближайшей к его валу, и в канавке 10 размещено разрезное кольцо 13. На участке цилиндрической поверхности 9 электродвигателя 8 между канавкой 10 и торцом 14 электродвигателя 8 со стороны его вала установлено прижимное кольцо 15, снабженное упором 16, контактирующим с торцом 14. В прижимном 15 и разрезном 13 кольцах выполнены аксиальные отверстия 17 и 18 соответственно, винты 6 размещены в этих отверстиях и обращены головками 19 в сторону рабочего колеса 12. Головки 19 выполнены утопленными в прижимном кольце 15 за счет выполнения в последнем зенковок 20. Противоположный валу торец электродвигателя 8 закрыт кожухом 21, закрепленным посредством резьбового соединения на втулке 3. Наружные диаметры колец 13 и 15 равны наружному диаметру втулки 3.

Осевой вентилятор работает следующим образом. При включении электродвигателя 8 начинает вращаться колесо 12, создавая поток воздуха. При этом аксиальные усилия от головок 19 винтов 6 через прижимное кольцо 15 передаются на торец 14 электродвигателя 8 и воспринимаются через размещенное в канавке 10 разрезное кольцо 13 торцом втулки 3. Таким образом, обеспечивается закрепление электродвигателя 8 к втулке 3 без зазоров. Кольцо 13 выполнено разрезным для обеспечения его монтажа в канавке 10, и его неизменное положение в этой канавке обеспечивается размещением в отверстиях 18 винтов 6, ограничивающих радиальные перемещения частей разрезного кольца 13 (оптимальное количество частей кольца 13 равно двум, т.к. это снижает трудоемкость его изготовления). В приведенном примере конкретного выполнения корпус 1 выполнен сборным из цилиндрической оболочки 2 и втулки 3 с выступами 4, однако он может быть изготовлен и в виде единой детали, поэтому в формуле изобретения использован обобщающий признак “корпус в виде цилиндрический оболочки и размещенной в ней втулки с радиальными выступами”. Выполнение головок 19 утопленными в прижимном кольце 15 позволяет не увеличивать осевой зазор между торцами рабочего колеса 12 и прижимного кольца 15, что наряду с равенством наружных диаметров колец 13, 15 и втулки 3 обеспечивает отсутствие дополнительных аэродинамических потерь.

В результате использования изобретения повышается технологичность сборки осевого вентилятора, т.к. головки 19 винтов 6 легко доступны в процессе монтажа электродвигателя 8, и уменьшаются радиальные габариты осевого вентилятора. На фиг.2 и 3 приведены расчетные схемы прототипа и заявленного устройства соответственно для определения величины снижения радиальных габаритов при использовании электродвигателей с одинаковым диаметром цилиндрической поверхности 9 и одинаковых винтов 6. На фиг.2 изображен фрагмент конструкции прототипа, в которой элемент крепления электродвигателя выполнен в виде фланца 22. Буквами обозначены:

А - разность радиусов наружной поверхности втулки 3 и цилиндрической поверхности 9 электродвигателя 8 в прототипе;

В - разность радиусов наружной поверхности втулки 3 и цилиндрической поверхности 9 электродвигателя 8 в заявленном устройстве;

h - минимальный зазор между элементами конструкции;

w - минимальная толщина стенки втулки прототипа;

D и d - диаметры головки и резьбы винтов 6 соответственно.

Для используемых электродвигателей с диаметром d_ц цилиндрической поверхности 9, равном 50 мм, и использовании титановых винтов 6 с резьбой М4 (D=7, d=4), задавшись величинами h=0,5 мм, w=1 мм, после рассмотрения размерных цепей на фиг.2 и 3, получим:

А=h+D+h+w=0,5+7+0,5+1=9 мм,

В=h+d/2+D/2=0,5+2+3,5=6 мм.

Таким образом, в прототипе наружный диаметр d_вт1 втулки 3 составит

d_вт1=d_ц+2А=50+18=68 мм,

а в заявленном устройстве наружный диаметр d_вт2 втулки 3 составит

d_вт2=d_ц+2B=50+12=62 мм.

Таким образом, снижение наружного диаметра втулки 3 составит 6 мм, или 8,8%. За счет снижения диаметра втулки 3 снизится и диаметр корпуса вентилятора. В составе как заявленного устройства, так и прототипа используются серийно выпускаемые электродвигатели: электродвигатели типа БК-1 (с канавкой) или БК-2 (с фланцем) по ОСТ В 16.0.515054-80, специально разработанные и широко применяемые в изделиях космической техники, имеющие равные диаметры d_ц при одинаковых мощностях.

Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное решение к использованию в агрегатах космической техники.

Литература

1. Патент РФ №2176035, кл. Р 04 D 19/00, 2001 г.

2. Патент РФ №2061907, кл. F 04 D 19/00, 1996 г. (прототип).

Изобретение может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники и обеспечивает повышение технологичности сборки и уменьшение радиальных габаритов. Это достигается тем, что элемент крепления выполнен в виде канавки на наружной цилиндрической поверхности электродвигателя со стороны, ближайшей к валу, в канавке размещено разрезное кольцо, а на участке цилиндрической поверхности электродвигателя между канавкой и торцом электродвигателя со стороны вала установлено прижимное кольцо, снабженное упором, контактирующим с указанным торцом, при этом винты размещены в аксиальных отверстиях, выполненных в прижимном и разрезном кольцах, и обращены головками в сторону рабочего колеса. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Осевой вентилятор, содержащий корпус в виде цилиндрической оболочки и размещенной в ней втулки с радиальными выступами, внутри которой посредством винтов, ввернутых в аксиальные резьбовые отверстия втулки, установлен электродвигатель с наружной цилиндрической поверхностью, снабженной элементом крепления и контактирующей с внутренней поверхностью втулки, а также рабочее колесо, установленное на валу электродвигателя, отличающийся тем, что элемент крепления выполнен в виде канавки на наружной цилиндрической поверхности электродвигателя со стороны, ближайшей к валу, в канавке размещено разрезное кольцо, а на участке цилиндрической поверхности электродвигателя между канавкой и торцом электродвигателя со стороны вала установлено прижимное кольцо, снабженное упором, контактирующим с указанным торцом, при этом винты размещены в аксиальных отверстиях, выполненных в прижимном и разрезном кольцах, и обращены головками в сторону рабочего колеса.2. Осевой вентилятор по п.1, отличающийся тем, что головки выполнены утопленными в прижимном кольце.