ОСЕВОЙ ЭЛЕКТРОВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2005 года по МПК F04D29/04 

Изобретение относится к электромашиностроению и вентиляторостроению, а именно к производству осевых вентиляторов и вентиляторных установок.

Известен осевой вентилятор, в котором опорные подшипниковые узлы, размещенные с наружных сторон жестко скрепленных между собой щитов, являющихся корпусом электровентилятора, представляют собой наборы опорных роликов различной ориентации для восприятия радиальных и осевых сил.

Недостатком такой конструкции является ограниченная предельная быстроходность подшипников качения (d×n=1·10⁶ мм·об/мин), в значительной степени снижающая уровень частот вращения ротора. В данном случае обеспечение работоспособности опор затрудняется тем, что вращается наружная обойма с высокой линейной скоростью. Например, при диаметре трубы d=0,5 м и частоте вращения вентилятора n=2000 об/мин скорость наружной поверхности подшипника составляет более 50 м/с, а частота вращения наружной обоймы подшипника будет составлять приблизительно 20000 об/мин, что для большинства подшипников нормальной точности является предельным или близким к нему значением предельной быстроходности.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении ресурса и надежности работы опор ротора и всего вентилятора в целом путем разделения и дублирования функций подшипников качения и скольжения.

Поставленная задача достигается тем, что в осевом электровентиляторе, объединяющем в едином корпусе асинхронный электродвигатель, ротор с осевым вентилятором, магнитопроводы, в отличие от прототипа ротор установлен на комбинированных опорах, включающих радиальные подшипники скольжения, образованные керамическими втулками, неподвижно закрепленными на коллекторе и роторе, и подшипники качения, с телами качения в виде стальных шариков, размещенных в пазах сепаратора с наклонной поверхностью и способных при определенных частотах вращения ротора под действием центробежных сил перемещать в осевом направлении подпружиненную крышку и выходить из контакта с внутренней обоймой дорожки качения, которая выполнена на цилиндрической поверхности керамической втулки подшипника скольжения. Упорный подшипник скольжения образован цилиндрической втулкой с торцовой поверхностью, закрепленной неподвижно на коллекторе, и профильной поверхностью подпружиненной крышки подшипника качения.

Это позволяет на основных режимах вентилятора, когда давление перекачиваемой среды и скорость вращения ротора будут максимальными, вывести из зацепления тела качения и перейти в режим работы на подшипниках скольжения. Тем самым увеличивается быстроходность и работоспособность опоры. Восприятие осевой нагрузки на переходных режимах осуществляется телами качения в сепараторе, на основных режимах - подшипником скольжения, образованного в результате смещения крышки с профильной поверхностью в сторону пяты, тем самым обеспечивая рабочий зазор между этими деталями.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен осевой вентилятор и его продольный разрез.

На фиг.2 - опорный узел, воспринимающий радиальные нагрузки, в период работы на подшипнике качения.

На фиг.3 - опорный узел, воспринимающий радиальные и осевые нагрузки, в период работы подшипника качения.

На фиг.4 - опорный узел, воспринимающий радиальные нагрузки, в период работы на подшипнике скольжения.

На фиг.5 - опорный узел, воспринимающий радиальные и осевые нагрузки, в период работы подшипника скольжения.

На фиг.6 - изображен сепаратор подшипников качения.

Корпус электровентилятора состоит из жестко связанных между собой несущих щитов 1 и 2, образующих центральную кольцевую полость. Внутри этой полости на стенках щитов 1 и 2 закреплены магнитопроводы 3 и 4 статора с трехфазной обмоткой возбуждения, между которыми на кольцевом ободе 5, насаженном на вал 6 ротора, жестко закреплен магнитопровод 7 ротора с короткозамкнутой обмоткой, который отделен воздушными зазорами от магнитопроводов 3 и 4 статора. Для установки воздушных зазоров между поверхностями несущих щитов 1 и 2 предусмотрены прокладки 8. Вал 6 ротора совмещен с рабочим колесом вентилятора и имеет форму гильзы, на внутренней поверхности которой закреплены лопасти 9, охватывающие с минимальным зазором конусообразный участок обтекателя 10. Последний через посредство закрепленных на нем лопаток 11 спрямляющего аппарата жестко связан с защитным кожухом 13 со стороны выхода воздушного потока. Защитный кожух 13 базируется на кольцевом выступе 14 несущего щита 2. Со стороны входа воздушного потока установлен направляющий аппарат, состоящий из радиально ориентированных лопаток 15, закрепленных на внутренней поверхности коллектора 16. Последний жестко связан с защитным щитом 17, базирующимся на несущем щите 1 корпуса электровентилятора. Лопатки 15 направляющего аппарата обхватывают входную часть обтекателя 10 и служат для него дополнительной опорой.

Опорный узел вала 6 ротора, воспринимающий радиальные нагрузки (фиг.2), представляет собой комбинированную опору, состоящую из подшипника скольжения, образованного цилиндрическими втулками 20, 22 и зазором между ними и подшипника качения, состоящего из тел качения 21, установленных в сепараторе 19. Тела качения зафиксированы в осевом направлении крышкой 18 с заданной жесткостью пружин 30. Пазы сепаратора 19 выполнены с наклонной поверхностью, что при нарастании центробежных сил позволяет телам качения перемещаться в радиально-осевом направлении и выходить из зацепления с поверхностью коллектора, тем самым переводя комбинированную опору в режим работы на подшипнике скольжения (фиг.4). Пружины выполняют роль обратной связи, для перехода в режим работы на подшипнике качения при снижении центробежных сил в результате снижения скорости вращения ротора 6.

Подшипниковый узел, воспринимающий радиально-осевые нагрузки (фиг.3), представляет собой комбинированную опору, конструкция которой была описана выше с той разницей, что на крышке 23 выполнена профильная поверхность (например - многоклиновая), служащая одной из рабочих поверхностей упорного подшипника скольжения. Вторая рабочая поверхность упорного подшипника скольжения образована торцевой поверхностью цилиндрической втулки 24 (фиг.5). Она установлена с расчетным зазором таким образом, что при выходе тел качения из зацепления под действием центробежных сил крышка 23 образует рабочий зазор подшипника качения с торцевой поверхностью втулки 24. Тогда как в условиях переходных режимов данный зазор не является работоспособным для подшипника скольжения, а осевую нагрузку несут тела качения 21. Осевой электровентилятор работает следующим образом. При подключении обмотки электродвигателя к сети в кольцевой полости корпуса электровентилятора образуется вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с наведенным в короткозамкнутой обмотке токами, создает электромагнитный момент, приводящий вал 6 ротора, конструктивно совмещенный с рабочим колесом вентилятора, во вращение. В начальный период работы вал 6 ротора вращается в подшипнике качения, образованного телами качения и втулками 22. При увеличении скорости вращения ротора возникают центробежные силы, действующие на тела качения. При определенных значениях скорости вращения ротора осевая составляющая реакции со стороны наклонной поверхности пазов сепаратора 19 становится больше сил упругого сжатия пружин 30, и тела качения перемещаются в радиально-осевом направлении и выходят из зацепления со втулкой 22. Перемещаемый воздух, поступающий во входном коллекторе 16, через направляющий аппарат, образованный радиальными лопатками 15, поступает на рабочие лопасти 9 вентилятора, под действием которых за счет создаваемого ими напора продвигается в полость выходного диффузора, минуя лопатки 11 спрямляющего аппарата, в котором устраняется вращение потока, закрученного лопастями 9. Далее часть воздушного потока идет в зазор между втулками 20 и 22, заполняя объем, образованный корпусом 13. Подача воздуха в противоположную опору осуществляется через зазоры между валом 6 и несущих щитов 1, 2. Основной поток воздуха, в зависимости от назначения вентилятора поступает в напорную линию или рассеивается в окружающей среде. При достижении достаточного давления в клиновых зазорах подшипников скольжения 25, 26 вал ротора “всплывает” и поддерживается воздушным слоем подшипника скольжения. При снижении скорости вращения ротора тела качения входят в зацепление со втулками 22 с помощью пружин 30. Механизм восприятия осевых нагрузок состоит в следующем. На переходных режимах работы (пуски и остановы), когда скорость вращения вала 6 ротора невысока (осевые силы незначительны), осевую нагрузку воспринимают тела качения 21 в сепараторе 19, за счет жесткости пружины 30. С увеличением скорости вращения ротора крышка 29 перемещается в осевом направлении и образует рабочий зазор с торцевой поверхностью цилиндрической втулки, в котором возникает избыточное давление. Наружная поверхность ее представляет собой профильную поверхность, позволяющую создать и удерживать необходимое давление между рабочими поверхностями подшипника скольжения. При снижении скорости вращения ротора происходит обратный процесс.

Данное устройство позволяет повысить надежность и долговечность опорных узлов электровентилятора за счет разделения и дублирования функций подшипника качения и подшипника скольжения на различных режимах работы.

Изобретение относится к электромашиностроению и вентиляторостроению, а именно к производству осевых вентиляторов и вентиляторных установок. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении надежности и долговечности работы осевого электровентилятора. В осевом электровентиляторе, объединяющем в едином корпусе асинхронный электродвигатель, ротор с осевым вентилятором и магнитопроводы, ротор установлен на комбинированных опорах, включающих радиальные подшипники скольжения, образованные керамическими втулками, неподвижно закрепленными на коллекторе и роторе, и подшипники качения, телами качения в которых служат стальные шарики, размещенные в пазах сепаратора с наклонной поверхностью и способные при определенных частотах вращения ротора под действием центробежных сил перемещать в осевом направлении подпружиненную крышку и выходить из контакта с внутренней обоймой дорожки качения, которая выполнена на цилиндрической поверхности керамической втулки подшипника скольжения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Осевой электровентилятор, объединяющий в едином корпусе асинхронный электродвигатель, ротор с осевым вентилятором, магнитопроводы, отличающийся тем, что ротор установлен на комбинированных опорах, включающих радиальные подшипники скольжения, образованные керамическими втулками, неподвижно закрепленными на коллекторе и роторе, и подшипники качения с телами качения в виде стальных шариков, размещенных в пазах сепаратора с наклонной поверхностью и способных при определенных частотах вращения ротора под действием центробежных сил перемещать в осевом направлении подпружиненную крышку и выходить из контакта с внутренней обоймой дорожки качения, которая выполнена на цилиндрической поверхности керамической втулки подшипника скольжения.2. Осевой электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что упорный подшипник скольжения образован цилиндрической втулкой с торцевой поверхностью, закрепленной неподвижно на коллекторе, и профильной поверхностью подпружиненной крышки подшипника качения.