УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ДИАГОНАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2016 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к вентиляторостроению, а более конкретно к устройству крепления рабочего колеса диагонального вентилятора на валу электродвигателя, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе в диагональных вентиляторах, используемых на транспорте в качестве системы охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов.

Известно устройство крепления рабочего колеса вентилятора на валу привода, включающее вал привода, в котором установлен цилиндрический штифт, препятствующий повороту рабочего колеса вентилятора, и узел фиксации рабочего колеса вентилятора от осевого перемещения, выполненный в виде пластинчатой пружины с центральным отверстием и специальными прорезями (описание изобретения RU №2231690, МПК: F04D 29/26, от 27.01.2009 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что оно малоэффективно и не приемлемо для использования в качестве узла крепления рабочего колеса диагонального вентилятора. По той причине, что пазы, выполненные под штифт и пружину, не могут быть выполнены без наличия соответствующих зазоров и по этой причине не обеспечивают строгую фиксацию рабочего колеса на валу электродвигателя, особенно при возникновении вибрационных нагрузок. К тому же, при резком изменении температуры окружающей среды, в данной конструкции крепления рабочего колеса на валу электродвигателя возникнут дополнительные непредвиденные зазоры или натяги, которые еще сильнее ухудшают ее эксплуатационные показатели и могут привести даже к аварийной ситуации.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому решению является устройство для монтажа рабочего колеса вентилятора на валу, содержащее расположенную на валу ступицу, закрепленное на ней рабочее колесо, установленное на валу с возможностью относительного вращения при помощи радиального подшипника, и упругую муфту, расположенную между ступицей и рабочим колесом, для передачи вращающегося момента от вала к рабочему колесу (описание изобретения RU №2038514, МПК: F04D 29/32; F04D 29/28, F04D 29/26 от 27.01.2009 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании устройства, принятого за прототип, является то, что в известном устройстве также присутствуют элементы, которые при определенных условиях понижают его эксплуатационные показатели, включая его надежность. К таковым в первую очередь следуют отнести упругие элементы и муфту, передающую вращающий момент от вала к рабочему колесу. Выполнение названных выше элементов из резины, как предлагают сами авторы, как раз и является спорным, особенно при работе данного устройства при отрицательной температуре. Резина при отрицательной температуре склонна к охрупчиванию, а при повышенной температуре, наоборот, размягчению и залипанию, что в конечном результате приводит к ее разрушению. В то время как расширенный диапазон температур (от -50°C до +60°C) работы является необходимым условиям, а вернее основным, при работе диагональных вентиляторов, предназначенных для охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов. К тому же, как сообщают сами авторы, предлагаемое ими устройство лишь способствует уменьшению амплитуды колебаний при вибрационной нагрузке, а не исключает ее.

Задачей заявляемого изобретения является создание и реализация новой конструкции устройства крепления рабочего колеса диагонального вентилятора, обеспечивающей высокую надежность и живучесть в процессе эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур (от -50°C до +60°C) окружающей среды и лишенную всех вышеперечисленных недостатков, которые присущи известным устройствам.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в получении новой конструкции устройства крепления рабочего колеса диагонального вентилятора с более высокой степенью надежности в процессе эксплуатации, включая эксплуатацию устройства при отрицательной температуре.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-устройству достигается с помощью устройства крепления рабочего колеса диагонального вентилятора, включающего рабочее колесо, ступицу и электродвигатель, соосно установленные внутри корпуса диагонального вентилятора. Особенностью предлагаемого устройства является то, что ступица подвижно и жестко (с возможностью демонтажа) соединена с рабочим колесом, выполненным в виде двух полых усеченных конусов с диагональными лопатками, и концом вала электродвигателя, при этом соединение ступицы с рабочим колесом выполнено при помощи съемных дисков и двух шпангоутов, сваренных соответственно с верхним и нижним торцами внутреннего полого усеченного конуса, а соединение ступицы с концом вала электродвигателя выполнено при помощи скользящей посадки и применения термофиксирующего крепежного элемента.

Указанный технический результат достигается также тем, что в верхнем шпангоуте внутреннего полого усеченного конуса предусмотрен монтажный люк, выполненный в виде полусферы, которая закреплена на верхнем шпангоуте с помощью резьбы или болтового соединения и аэродинамически сопряжена с внешней поверхностью внутреннего положения усеченного корпуса и внешней поверхностью верхнего шпангоута.

При использовании отличительных признаков заявленного устройства не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся исполнения рабочего колеса диагонального вентилятора и его составных элементов, включая верхний и нижний шпангоуты. А также не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся наличия монтажного люка на одном из шпангоутов и выполнения его конструкции. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, содержащей сведения об аналогичных заявляемого решения, позволил установить, что не существует аналога, характеризующегося признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Для проверки заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный анализ известных решений с целью выявления признаков, соответствующих отличительным признакам заявленного решения. Результаты анализа показали, что заявленное решение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники и могло быть получено только при глубоком и всестороннем изучении данного вопроса.

На чертеже изображен общий вид устройства крепления рабочего колеса диагонального вентилятора в продольном разрезе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью указанного технического результата, состоят в следующем.

Заявленное устройство крепления рабочего колеса диагонального вентилятора включает рабочее колесо 1, ступицу 2 и электродвигатель 3, которые соосно установлены внутри корпуса 4 диагонального вентилятора. При этом рабочее колесо 1 выполнено из двух полых усеченных конусов 5, 6, между которых жестко и неразъемно (с помощью сварки) закреплены диагональные лопатки 7. Во внутреннем пространстве полого усеченного конуса 5 установлена ступица 2, которая разъемно соединена с рабочим колесом 1 с помощью съемных колец 8 и шпангоутов 9, 10, которые в свою очередь жестко с помощью сварки соединены с верхним и нижним торцами обечайки полого усеченного конуса 5. Ступица 2 с помощью скользящей посадки установлена на конце вала электродвигателя 3 и одновременно жестко зафиксирована на нем с помощью термофиксирующего элемента 11. В качестве термофиксирующего элемента используют, преимущественно, эпоксидный компаунд и самофиксирующийся болт из специального сплава. Для осуществления монтажа и демонтажа рабочего колеса на вал электродвигателя на верхнем шпангоуте 9 внутреннего полого усеченного конуса 5 установлен монтажный люк с крышкой 12, выполненный в виде полусферы и закрепленный на шпангоуте 5 с помощью резьбы или другим известным способом.

Работает устройство крепления рабочего колеса диагонального вентилятора следующим образом. Сначала на специальном кондукторе закрепляют детали рабочего колеса 1, подлежащие сварке. При этом особому контролю подвергаются сварные швы, соединяющие диагональные лопатки 7 с обечайками полых усеченных конусов 5, 6, и сварные швы, соединяющие верхний и нижний шпангоуты 9, 10 с обечайкой внутреннего полого усеченного конуса 5. Далее уже рабочее колесо 1 устанавливается на ступицу 2 и с помощью съемных колец 8 закрепляется на ней. После предварительной балансировки рабочее колесо 1 устанавливается на вал электродвигателя 3. При этом во время этой операции осуществляется контроль всех зазоров, обеспечивающих беспрепятственное вращение рабочего колеса 1 внутри корпуса 4 диагонального вентилятора. После чего рабочее колесо 1 окончательно закрепляется с помощью болта и эпоксидного компаунда на валу электродвигателя 3, а на верхний шпангоут 9 устанавливается крышка 12 монтажного люка. Затем после предварительной обкатки и динамической балансировки диагональный вентилятор подвергают «холодным» испытаниям в климатической камере и «вибрационным» испытаниям на специальной установке. По результатам этих испытаний уточняют всю технологическую цепочку как для устройства крепления рабочего колеса диагонального вентилятора, так и на всю его конструкцию. При этом каждый новый экземпляр изготовленного диагонального вентилятора подвергают обкатке на специальном стенде, на котором снимают все его эксплуатационные показатели и заполняют его паспорт. Далее вентилятор передается заказчику.

Предлагаемое устройство прошло промышленную проверку во время испытаний головного образца магистрального электровоза «Гранит» - «Уральские локомотивы». Во время этих испытаний были подтверждены все эксплуатационные показатели, которые закладывались в данное устройство, поэтому сегодня принято решение о запуске его в серийное производство.

Технический эффект от использования предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Предложенное устройство крепления рабочего колеса диагонального вентилятора отвечает всем требованиям, предъявляемым к данному классу устройств. Оно просто в изготовлении и надежно в процессе эксплуатации. Его прочностные и другие показатели были подтверждены при самых суровых условиях его эксплуатации, а именно при эксплуатации предлагаемого устройства в широком интервале температур (от -50°C до +60°C) и высокой влажности окружающей среды.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в качестве устройства крепления рабочего колеса диагонального вентилятора;

- для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средства, воплощающие заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Использование: устройство крепления рабочего колеса диагонального вентилятора. Устройство крепления рабочего колеса диагонального вентилятора, содержащее рабочее колесо, ступицу и конец вала электродвигателя, соосно установленные внутри цилиндрического корпуса диагонального вентилятора с возможностью его демонтажа, при этом рабочее колесо выполнено в виде двух полых усеченных конусов с диагональными лопатками, соединение ступицы с рабочим колесом выполнено при помощи колец и шпангоутов, а крепление ступицы с концом вала электродвигателя выполнено с помощью скользящей посадки и термофиксирующего элемента. При этом на верхнем шпангоуте предусмотрен монтажный люк, крышка которого аэродинамически сопряжена с внешней поверхностью внутреннего усеченного конуса. Изобретение направлено на простоту его изготовления и монтажа, а также на повышение эффективности и надежности в процессе его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство крепления рабочего колеса диагонального вентилятора, включающее рабочее колесо, ступицу и электродвигатель, соосно установленные в корпусе диагонального вентилятора, отличающееся тем, что ступица подвижно и жестко с возможностью демонтажа соединена с рабочим колесом, выполненным в виде двух полых усеченных конусов с диагональными лопатками, и концом вала электродвигателя, при этом соединение ступицы с рабочим колесом выполнено при помощи съемных дисков и двух шпангоутов, сваренных соответственно с верхним и нижним торцами внутреннего полого усеченного конуса, а соединение ступицы с концом вала электродвигателя выполнено при помощи скользящей посадки и применения термофиксирующего элемента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в верхнем шпангоуте внутреннего полого усеченного конуса предусмотрен монтажный люк, выполненный в виде полусферы, которая закреплена на верхнем шпангоуте с помощью резьбы или болтового соединения и аэродинамически сопряжена с внешней поверхностью внутреннего полого усеченного конуса и внешней поверхностью верхнего шпангоута.