ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР
AXIAL FAN

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники.
Известен осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем стакан с по меньшей мере 3-мя радиальными выступами, на дне которого закреплен электродвигатель с рабочим колесом на его валу, а также обтекатель, установленный посредством резьбового соединения в стакане с противоположной рабочему колесу стороны, при этом сферическая наружная поверхность выступов контактирует со сферической поверхностью корпуса [1]. Недостатками этого осевого вентилятора являются сложность и низкая технологичность конструкции вследствие наличия винтов и штифтов, крепящих выступы стакана к корпусу, и необходимости выполнения сверловки отверстий под штифты.
Этого недостатка лишен выбранный в качестве прототипа осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем стакан с по меньшей мере 3-мя меридиональными прорезями в его цилиндрической стенке и с по меньшей мере 3-мя радиальными выступами, наружная сферическая поверхность которых контактирует с внутренней поверхностью корпуса, и закрепленный внутри стакана электродвигатель с рабочим колесом на его валу, а также обтекатель, установленный посредством резьбового соединения внутри стакана с противоположной рабочему колесу стороны [2].
Недостатком этого осевого вентилятора является низкая технологичность, вызванная, во-первых, наличием точных сферических поверхностей, трудных в изготовлении и контроле, и, во-вторых, необходимостью выполнения резьбы в соединении обтекателя со стаканом конической, что также влечет определенные трудности по сравнению с выполнением цилиндрической резьбы. Также нетехнологичен и процесс сборки вентилятора, так как монтаж электродвигателя и рабочего колеса приходится вести уже в стакан, установленный в корпусе (иначе будет невозможно установить стакан в корпус), что затрудняет доступ к деталям при их сборке и повышает возможность брака. Другим недостатком прототипа является его низкие компоновочные возможности, ибо осевой размер стакана жестко ограничен условиями его установки внутрь цилиндрической внутренней поверхности корпуса, ибо он вводится внутрь корпуса в повернутом относительно него виде, чтобы провести сферическую наружную поверхность выступов через внутреннюю цилиндрическую поверхность меньшего диаметра в корпусе. А ограниченная длина стакана влечет за собой ограничение длины и, следовательно, мощности электродвигателя. С учетом того, что невозможен ремонт осевого вентилятора на борту космического летательного аппарата (КЛА) и в случае неисправности или выработки его ресурса, осевой вентилятор подлежит замене, исключена возможность встраивания вентилятора в воздуховоды сложной конструкции, ибо заменить только стакан с электродвигателем и рабочим колесом не представляется возможным из-за необходимости полной разборки вентилятора, крайне трудно осуществимой и нецелесообразной на борту КЛА.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности и расширение компоновочных возможностей осевого вентилятора.
Этот результат достигается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем корпус, установленный в нем стакан с меридиональной прорезью в его цилиндрической стенке и с по меньшей мере 3-мя радиальными выступами, наружная поверхность которых контактирует с внутренней поверхностью корпуса, и закрепленный внутри стакана электродвигатель с рабочим колесом на его валу, а также обтекатель, установленный посредством резьбового соединения внутри стакана с противоположной рабочему колесу стороны, согласно изобретению, на торцах цилиндрической стенки стакана со стороны ее внутренней поверхности выполнены конические фаски, электродвигатель закреплен на фланце размещенной внутри стакана втулки, на противоположном фланцу торце которой выполнена цилиндрическая резьба, взаимодействующая с цилиндрической резьбой обтекателя, при этом контактирующие с фасками стакана участки обтекателя и обращенной к нему стороны фланца выполнены сферическими, меридиональная прорезь выполнена по всей длине цилиндрической стенки стакана, а наружная поверхность радиальных выступов и внутренняя поверхность корпуса в местах контакта с ними выполнены цилиндрическими. Совокупность всех указанных существенных признаков позволяет обеспечить повышение технологичности и расширение компоновочных возможностей осевого вентилятора.
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг.2 - то же, поперечное сечение по А-А (электродвигатель условно не показан).
Осевой вентилятор содержит корпус 1, установленный в нем стакан 2 с меридиональной прорезью 3 в его цилиндрической стенке 4 и с по меньшей мере 3-мя радиальными выступами 5, наружная поверхность 6 которых контактирует с внутренней поверхностью 7 корпуса 1. Внутри стакана 2 закреплен электродвигатель 8 с рабочим колесом 9 на его валу, а также обтекатель 10, установленный посредством резьбового соединения внутри стакана 2 с противоположной рабочему колесу 9 стороны. На торцах цилиндрической стенки 4 стакана 2 со стороны ее внутренней поверхности 11 выполнены конические фаски 12 и 13, электродвигатель 8 закреплен на фланце 14 размещенной внутри стакана 2 втулки 15, на противоположном фланцу 14 торце 16 которой выполнена цилиндрическая резьба 17, взаимодействующая с цилиндрической резьбой 18 обтекателя 10, при этом контактирующие с фасками 12 и 13 стакана 2 участки 19 (обтекателя 10) и 20 (обращенной к обтекателю 10 стороны 21 фланца 14) соответственно выполнены сферическими, меридиональная прорезь 3 выполнена на всю длину цилиндрической стенки 4 стакана 2, а наружная поверхность 6 радиальных выступов 5 и внутренняя поверхность 7 корпуса 1 в местах контакта с ними выполнены цилиндрическими. В прототипе на цилиндрической стенке стакана выполнены n меридиональных прорезей, в заявленном же техническом решении необходима и достаточна только одна, поэтому в ограничительной части формулы изобретения и упомянута только одна меридиональная прорезь. Вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 8 начинает вращаться рабочее колесо 9, создавая поток воздуха. Стакан 2 фиксируется относительно корпуса 1 силами трения покоя между наружной цилиндрической поверхностью 6 радиальных выступов 5 и внутренней цилиндрической поверхностью 7 корпуса 1. Указанная сила трения возникает от сил нормальной реакции между поверхностями 6 и 7, возникающими вследствие затяжки резьбы 17 в резьбе 16. Создаваемое этой затяжкой осевое усилие за счет упора сферических участков 18 и 19 в фаски 12 и 13 соответственно стакана 2 заставляет цилиндрическую стенку 4 деформироваться, увеличивая свой наружный диаметр и ширину меридиональной прорези 3 и создавая упор поверхности 6 в поверхность 7. Таким образом, крепление стакана 2 к корпусу 1 осуществляется цанговым соединением за счет затяжки резьбового соединения между резьбами 16 и 17. Конкретные значения момента затяжки, угла наклона фаски, необходимые для достижения требуемого усилия фиксации, легко могут быть рассчитаны известными инженерными методами. В данном примере конкретного выполнения осевого вентилятора число радиальных выступов 3 равно трем, однако в общем случае это число может быть любым, но не менее 3-х. Минимальное значение 3 выбрано из следующих соображений: при одном радиальном выступе невозможна жесткая фиксация стакана 2 относительно корпуса 1; при двух радиальных выступах такая фиксация возможна, но обладает низкой точностью фиксации в радиальном направлении, перпендикулярно оси двух противоположных выступов, что может привести к касанию лопатками рабочего колеса корпуса при высоких уровнях виброперегрузок. Только при трех и более радиальных выступах обеспечивается точная фиксация стакана 2 относительно корпуса 1 во всех направлениях. Вследствие того, что поверхности 6 и 7 цилиндрические, необходимо выполнение меридиональной прорези 3 на всю длину цилиндрической стенки 4, для обеспечение симметричной ее деформации, так как в случае, если делать прорези как в прототипе, не получится добиться фиксации обоих торцов выступов 5 в корпусе 1 за счет поворота сегментов стенки в плоскости ее продольного сечения (в прототипе это как раз присутствует, но компенсируется тем, что базирование осуществляется не по цилиндрической, а по сферической поверхности). Выполнение же меридиональной прорези на всю длину цилиндрической стенки исключает выполнение других меридиональных прорезей, так как в таком случае нарушится целостность стакана.
В результате использования изобретения достигается повышение технологичности осевого вентилятора за счет замены точных сферических поверхностей, трудных в изготовлении и контроле, на цилиндрические и, во-вторых, заменой конической резьбы на цилиндрическую. Также достигается повышение технологичности сборки осевого вентилятора, так как монтаж электродвигателя и рабочего колеса в стакан производится вне корпуса, что облегчает доступ и контроль операций. Расширяются и компоновочные возможности осевого вентилятора, ибо осевой размер стакана ничем не ограничен и не влечет за собой ограничения длины и, следовательно, мощности электродвигателя. Появляется возможность встраивания вентилятора в воздуховоды сложной конструкции, ибо для замены выработавшего ресурс вентилятора достаточно заменить только втулку с электродвигателем и рабочим колесом, что осуществимо путем вывинчивания обтекателя и осевым удалением втулки с электродвигателем и рабочим колесом и последующей заменой на такой же узел, доставленный на борт КЛА, и его фиксацией затяжкой обтекателя.
Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное решение к использованию в агрегатах космической техники.
Литература
1. Патент РФ N 2061907, МПК F04D 19/00, 1996 г.
2. Патент РФ N 2261370, МПК F04D 19/00, 2005 г. (прототип).