РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2010 года по МПК F04D29/32 

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.

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.