Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к изготовлению рабочих колес вентиляторов, преимущественно высокоскоростных и высоконагруженных.
Традиционно известное рабочее колесо вентилятора образовано двумя дисками - коренным со ступицей и покрывным. Между дисками расположены рабочие лопатки, которые могут быть либо приварены к дискам, либо установлены в прорезях дисков и каким-либо способом в них зафиксированы, например, загибом фиксирующих усиков или клепкой (Бабак Г.А. и др. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания. Справочник. М.: Недра, 1982 г.) /1/. Такое колесо имеет большую массу и маховой момент, что затрудняет пуск и остановку вентилятора, а также сложно в сборке, балансировке и эксплуатации.
Известно рабочее колесо вентилятора, выполненное из композиционных материалов (RU 2011889, публ. 1994 г.) /2/. Конструкция, выполненная склеиванием трех отдельных элементов, выполненных из армированных стекловолокнами композитов, не является жесткой. Кроме того, клей (филлер) по физико-механическим характеристикам не может обеспечить прочность соединения элементов рабочего колеса, достаточную для высокоскоростных и высоконагруженных центробежных машин. Соединения на основе клея плохо выдерживают вибрацию и изгибающие нагрузки, сопровождающие работу рабочего колеса любой турбомашины.
Покрывной и коренной диски в известной конструкции выполнены из композиционного материла с хаотично ориентированными армирующими волокнами, а присоединяемые к дискам рабочие лопатки - из композиционного материала с продольным или продольно-поперечным расположением армирующих волокон. Поскольку хаотично ориентированные стекломаты и стеклопластики на их основе являются менее прочными, чем стеклопластики с ориентированными волокнами (стеклоткани), известная конструкция рабочего колеса не обладает необходимой жесткостью, а также прочностью соединения его элементов, следовательно, не является надежной для высокоскоростных и высоконагруженных вентиляторов.
Задача изобретения состоит в создании надежной конструкции рабочего колеса для высокоскоростных и высоконагруженных вентиляторов, выполненного из композиционных материалов.
Для этого рабочее колесо вентилятора содержит выполненные из композиционного материала коренной и покрывной диски, рабочие лопатки между ними, при этом, как минимум, коренной диск и рабочие лопатки соединены между собой посредством ламинирования композиционным материалом поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью коренного диска, а покрывной диск прикреплен к ним посредством механической связи.
Конструкции рабочих колес большого диаметра (два и более метра) допускают ламинирование поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью не только коренного, но и покрывного дисков. Толщина ламинирования в этом случае может составить 3-5 мм, что может оказаться недостаточным для надежного крепления покрывного диска, особенно на больших скоростях вращения. Поэтому коренной диск, рабочие лопатки и покрывной диск могут быть соединены между собой посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью коренного и покрывного дисков, но для большей прочности такой конструкции в ней также предусмотрено крепление покрывного диска посредством механической связи.
Коренной и покрывной диски, рабочие лопатки колеса могут быть выполнены из композиционного материала с одним типом связующего, либо из материалов с идентичными связующими.
Соединение элементов колеса в заявляемой конструкции выполнено без применения клея, оно представляет собой композиционный материал, покрывающий поверхность межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью дисков, что обеспечивает колесу высокую прочность. При этом конструкция является более жесткой, чем известная, т.к. механическому соединению подвергаются не более двух деталей: цельный элемент, состоящий из коренного диска, выполненного заодно с лопатками, и покрывной диск. Наличие механического крепления для покрывного диска в колесах большого диаметра является дополнительным фактором усиления их жесткости. Идентичность смолы композиционного материала для изготовления элементов колеса также способствует повышению прочности соединения коренного диска с лопатками.
Новый технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении жесткости и прочности конструкции рабочего колеса вентилятора.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен фрагмент соединения коренного диска и лопаток, на фиг.2 - фрагмент соединения коренного диска, лопаток и покрывного диска, на фиг.3 - колесо в сборе.
Колесо содержит ступицу 1, коренной диск 2, соединенный с лопатками посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала 3, образованного каркасом лопаток 4 и внутренней поверхностью коренного диска 2. Ламинирование - процесс нанесения смолы на стекломатериал, в результате полимеризации которой получается композиционный материал, представляющий собой стекломатериал, пропитанный термореактивной смолой холодного отверждения. В качестве стекломатериала может быть выбран стекломат, стеклоткань, стеклорогожа или их комбинации. Вид применяемой термореактивной смолы - эпоксидная, полиэфирная, фурановая и т.п. Толщина ламинирования и количество слоев смолы определено требуемой прочностью и жесткостью конструкции и условиями эксплуатации, например, требованиями абразивного износа.
После полимеризации смолы лопатки и коренной диск представляют собой монолитную конструкцию из композиционного материала, к которой посредством механической связи, например крепежных элементов 5, прикреплен покрывной диск 6. В частном случае колесо может быть выполнено так, что коренной диск 2, лопатки и покрывной диск 6 соединены посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала 3, образованного каркасом лопаток 4, внутренней поверхностью коренного диска 2 и внутренней поверхностью покрывного диска 6. Для большей прочности такой конструкции в ней предусмотрено крепление покрывного диска посредством механической связи.
Для предотвращения перетекания рабочей среды из зоны повышенного давления в зону пониженного давления место контакта лопатки с покрывным диском с обеих сторон покрыто шпатлевкой 7.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2015 |
|
RU2652252C2 |
Рабочее колесо вентилятора и компрессора и способ его изготовления из композиционного материала | 2015 |
|
RU2617752C2 |
Рабочее колесо центробежного вентилятора с пустотелыми лопатками | 2019 |
|
RU2717866C1 |
Газотурбинный двигатель, содержащий вентилятор и компрессор | 2016 |
|
RU2625078C1 |
РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА ИЛИ КОМПРЕССОРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2014 |
|
RU2578256C2 |
РАБОЧЕЕ КОЛЕСО АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2017 |
|
RU2679956C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2015 |
|
RU2576725C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2010 |
|
RU2432502C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2015 |
|
RU2576716C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА КОМПРЕССОРА | 2012 |
|
RU2502601C1 |
Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности, при изготовлении преимущественно высокоскоростных и высоконагруженных рабочих колес вентиляторов из композиционных материалов, и обеспечивает при своем использовании повышение жесткости и прочности конструкции рабочего колеса вентилятора. Указанный технический результат достигается в рабочем колесе вентилятора, содержащем выполненные из композиционного материала коренной и покрывной диски, рабочие лопатки между ними, при этом, по меньшей мере, коренной диск и рабочие лопатки соединены между собой посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью коренного диска, а покрывной диск прикреплен к ним посредством механической связи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Рабочее колесо вентилятора, содержащее выполненные из композиционного материала коренной и покрывной диски, рабочие лопатки между ними, при этом, по меньшей мере, коренной диск и рабочие лопатки соединены между собой посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью коренного диска, а покрывной диск прикреплен к ним посредством механической связи.
2. Рабочее колесо вентилятора по п.1, отличающееся тем, что покрывной диск дополнительно соединен с коренным диском и рабочими лопатками посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала и прикреплен к коренному диску посредством дополнительной механической связи.
РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР | 1992 |
|
RU2011889C1 |
RU 2004130731 А, 10.04.2006 | |||
US 5672417 А, 30.09.1997 | |||
US 5279892 А 18.01.1994 | |||
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ | 2005 |
|
RU2299379C1 |
КОМПОЗИЦИЯ АНТИПЕРСПИРАНТА/ДЕЗОДОРАНТА | 2017 |
|
RU2732406C1 |
Авторы
Даты
2010-07-27—Публикация
2009-03-23—Подача