РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РЕВЕРСИВНОГО ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2011 года по МПК F04D29/36 

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в рабочих колесах осевых вентиляторов.

Известно рабочее колесо осевого вентилятора (патент РФ №2135838, F04D 29/36, 1999 г.), содержащее ступицу, снабженную обечайкой, в отверстиях которой на осях, снабженных стаканами, установлены поворотные основания с закрепленными на них парой лопаток с перемычкой, причем хвостовик каждой пары лопаток соединен с осью связи с приводом поворота лопаток на ходу вентилятора для регулирования и реверсирования его режима.

Недостатком данного рабочего колеса является сложность изготовления, высокая стоимость и повышенный момент инерции из-за шарнирного крепления поворотного основания лопатки к хвостовикам связи с механизмом привода ее поворота на ходу рабочего колеса.

Известен также осевой вентилятор (патент США №6,116,856, 12.09.2000 г.) реверсирование которого выполняется изменением направления вращения рабочего колеса, лопатки которого имеют профильное сечение и S-образную форму, содержат основание, посредством которого они закрепляются при изготовлении и наладке в разъемной втулке, состоящей из передней и задней частей.

Данная конструкция рабочего колеса сложна в изготовлении, ненадежна при эксплуатации из-за недостаточной жесткости, т.к. возможны резонансные колебания его составных частей и разрушения на расчетных и переходных частотах вращения при пусках и остановках вентилятора.

Наиболее близким по технической сущности является рабочее колесо осевого вентилятора (патент РФ №2286482, F04D 29/36, 03.08.2004 г.) регулируемого и реверсируемого на ходу поворотом лопаток рабочего колеса, содержащее ступицу, обечайку, опорные и несущие диски и силовой пояс, жестко соединенные между собой посредством указанных дисков.

Однако использование данной конструкции для вентиляторов с диаметром рабочего колеса менее 2100 мм на частотах вращения более 1000 оборотов в минуту чрезмерно повышает его удельную стоимость, снижает его равнопрочность и обуславливает ненадежность работы вентилятора из-за возможной вибрации его составных частей и отдельных элементов.

Задачей данного изобретения является снижение стоимости и повышение надежности рабочего колеса реверсивного и регулируемого на ходу осевого вентилятора путем увеличения запаса и обеспечения равнопрочности его элементов при изменении частоты и направления вращения.

Поставленную задачу решают тем, что листовые S-образные в любом сечении по радиусу рабочего колеса лопатки попарно размещают на обечайке с переменным шагом так, что расстояние t₁ между парой лопаток - сближенные лопатки, и расстояние t₂ между попарно расположенными лопатками или между парами сближенных лопаток выбирают из условия t₁<t₂. Также сближенные лопатки смещают одну относительно другой по оси рабочего колеса на величину Δ и соединяют между собой перемычками. Смещение сближенных лопаток Δ определяется как расстояние между плоскостями, проходящими параллельно плоскости диска рабочего колеса, причем одна плоскость проходит через точку пересечения передней кромки одной из сближенных лопаток с обечайкой, другая плоскость проходит через точку пересечения передней кромки другой из сближенных лопаток с обечайкой. В корпусе рабочего колеса для увеличения жесткости устанавливают ребра жесткости, соединяющие ступицу, несущие диски и обечайку, при этом толщину h_л лопатки, h_o обечайки, h_д несущих дисков и h_c стенки ступицы выбирают из условия h_л<h_o<h_д<h_с. Лопатки крепят на обечайке рабочего колеса реверсивного осевого вентилятора методом сварки. Передние и задние кромки лопаток определяются направлением вращения рабочего колеса для нормальной ω_н и реверсивной ω_р работы. Одна и та же кромка может быть передней при вращении рабочего колеса для нормальной ω_н и задней для реверсивной работы ω_р.

На фиг.1 и фиг.2 показаны две проекции рабочего колеса осевого реверсивного вентилятора: вид прямо (фиг.1) и вид сбоку (фиг.2), где: 1 - ступица; 2 - несущие диски; 3 - обечайка; 4 - лопатки; 5 - листовые перемычки; 6 - ребра жесткости, соединяющие ступицу, несущие диски и обечайку.

На фиг.3 - вид по стрелке А, показано изображение положения лопаток на обечайке рабочего колеса.

На фиг.4 - вид в разрезе I-I - сечение рабочего колеса с изображением расположения ребер жесткости 6, соединяющих ступицу 1 толщиной h_с с несущими дисками 2 толщиной h_д и обечайкой 3 толщиной h_o.

На чертежах также показаны: направления подачи воздуха вентилятором при нормальной и реверсивной работе Q_H, Q_P соответственно; направления вращения рабочего колеса для нормальной и реверсивной работы ω_н, ω_р соответственно; расстояния по обечайке между лопатками t₁ и t₂; толщины h_л лопатки, h₀ обечайки, h_д несущих дисков и h_с стенки ступицы.

Производительность вентилятора в нормальном режиме работы Q_н обеспечивается вращением рабочего колеса в направлении ω_н, реверсирование производительности Q_p путем вращения в направлении ω_р, при этом передние и задние кромки лопаток определяются направлением вращения рабочего колеса.

Для обеспечения большей жесткости и равнопрочности корпуса рабочего колеса его ребра жесткости размещают в плоскости по сечению I-I (фиг.3), проходящей по диаметру рабочего колеса через точки пересечения с обечайкой передней кромки одной из сближенных лопаток и задней кромки другой из сближенных лопаток, а толщину листовой лопатки h_л, обечайки h_o, несущих дисков h_д и стенки ступицы h_c выбирают из условия h_л<h_o<h_д<h_c.

Прямая (нормальная) и реверсивная (обратная) работа рабочего колеса с производительностью Q_P>0,7Q_н обеспечивается при его вращении соответственно в направлениях ω_н и ω_р, при этом регулирование производительности вентилятора как в прямом, так и в обратном режимах обеспечивается за счет изменения частоты вращения ω_н(t) и ω_р(t).

Уменьшение стоимости предложенного рабочего колеса реверсивного и регулируемого на ходу осевого вентилятора по сравнению с аналогами и прототипом достигается снижением затрат на производство (материалоемкость, трудозатраты и т.п.) из-за простоты его конструкции. Производство рабочего колеса осуществляется путем сварки из штампованных элементов. Кроме того простота обслуживания снижает эксплуатационные затраты.

Реверсивные осевые вентиляторы широко применяются в шахтах, рудниках, метрополитенах. Однако выпускаемые вентиляторы имеют сложную конструкцию, что повышает стоимость изготовления и обслуживания, а также снижает надежность работы. Заявленное техническое решение реализовано в конструкторской документации машин диаметром от 1000 до 2400 мм, по которой подготовлено производство новых вентиляторов.

Изобретение относится к вентиляторостроению, может быть использовано в рабочих колесах осевых вентиляторов и обеспечивает при его использовании повышение надежности, снижение стоимости осевых вентиляторов, регулируемых и реверсируемых на ходу изменением направления и частоты вращения рабочего колеса. Указанный технический результат достигается в рабочем колесе реверсивного осевого вентилятора, содержащем ступицу, несущие диски, обечайку и листовые лопатки, причем листовые лопатки попарно размещены на обечайке с переменным шагом, смещены одна относительно другой и соединены между собой перемычками, а в корпусе рабочего колеса установлены ребра жесткости, соединяющие ступицу, несущие диски и обечайку, при этом толщина h_л лопатки, h_o обечайки, h_д несущих дисков и h_с стенки ступицы выбрана из условия h_л<h_o<h_д<h_с. 4 ил.

Рабочее колесо реверсивного осевого вентилятора, содержащее ступицу, несущие диски, обечайку и листовые лопатки, отличающееся тем, что листовые лопатки попарно размещены на обечайке с переменным шагом, смещены одна относительно другой и соединены между собой перемычками, а в корпусе рабочего колеса установлены ребра жесткости, соединяющие ступицу, несущие диски и обечайку, при этом толщина h_л лопатки, h_o обечайки, h_д несущих дисков и h_c стенки ступицы выбрана из условия h_л<h_о, <h_д<h_с.