ЛОПАСТНОЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА
FAN IMPELLER

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях систем охлаждения дизелей магистральных и промышленных современных тепловозов.
-1
-1
Известно лопастное колесо вентилятора модели У2, используемого в конструкции системы охлаждения силовой установки тепловозов ТЭМ1, ТЭ2, ТГМ1 и ТЭ3 (см. книгу Конструкция и динамика тепловозов. Изд. 2-е, доп., под ред. Иванова В.Н. М.: Транспорт, 1974), где на стр.91, рис.52 она описана и показана. Такое колесо, например, используемое в системе охлаждения дизеля тепловоза ТЭ3 имеет наружный диаметр 1600 мм, вращается с частотой 1380 мин и состоит из воротника жесткости, лопастей, обтекателя, барабана, а также ребер жесткости. Несмотря на простоту конструкции такого лопастного колеса, а также эффективное его использование в практике, последнее обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что в условиях эксплуатации, вращаясь с довольно высокой частотой порядка 1380 мин, оно за счет своей неуравновешенности работает в области вибраций и биения. Такие явления снижают срок службы приводного механизма, увеличивается шум в работе и т.д. Для устранения дисбаланса такого лопастного колеса в практике его подвергают как статической, так и динамической балансировке с установкой уравновешивающих грузов на его барабан. К сожалению, такой метод балансировки не эффективен, так как после определенной наработки за счет износа подшипников привода и других дефектов балансировка нарушается и поэтому вновь необходимо проводить работы по уравновешиванию колес на специальных балансировочных станках.
-1
Известно также лопастное колесо вентилятора модели УК-2М наружным диаметром 2000 мм и частотой вращения 1160 мин, используемого в системе охлаждения дизеля тепловоза 2ТЭ10Л, описанное и показанное в книге авторов Жилин Г.А., Мелинов М.С., Родов A.M. и др. Пассажирский тепловоз ТЭП60. Изд. 3-е перераб. и доп. М.: Транспорт, 1976, на стр.142-143, рис.60. Конструкция такого колеса в целом аналогична вышеописанной и поэтому недостатки их подобны.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является устранение неуравновешенности лопастных колес вентиляторов системы охлаждения тепловозов при достаточно высоких скоростях их вращения, которая происходит в автоматическом режиме.
Поставленная цель достигается тем, что на торцевых поверхностях лопастей лопастного колеса в его горизонтальной плоскости, в точках, лежащих на продольных линиях, проходящих через центры их тяжести, жестко закреплено пустотелое кольцо круглого сечения и в нем подвижно расположены тела качения сферической формы, причем вертикальная ось симметрии упомянутого кольца совпадает с подобной осью симметрии, проходящей через геометрический центр вращения лопастного колеса в целом.
На фиг.1 показано лопастное колесо, вид сверху, на фиг.2 - также его часть, но с разрезом по АА, и на фиг.3 - его расчетная схема.
Лопастное колесо состоит из барабана 1, лопастей 2 и ребер жесткости 3. К лопастям 2 с помощью пластин 4 жестко закреплено пустотелое кольцо 5, в котором подвижно расположены тела качения шаровой формы 6.
к
ш
н
G
ВС
Д
1
1
цит1
1
1
ш
ш
2
2
ш
ш
1
2
1
ш
к
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>ц</mi><mi>и</mi><mi>т</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mi>ρ</mi><msubsup><mi>ω</mi><mi>ρ</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>ц</mi><mi>и</mi><mi>ш</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mi>ш</mi></msub><mi>r</mi><msubsup><mi>ω</mi><mi>r</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>O</mi><msubsup><mi>X</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Работает лопастное колесо следующим образом. В начальный момент времени, когда оно находится в состоянии покоя, тела качения сферической формы 6 расположены в любой части пустотелого кольца 5 колеса, так как это показано на фиг.1, при этом сгруппировавшись там, как в виде группы или разрознено. При работе привода (на чертежах он не показан) лопастное колесо вращается по стрелке В, и тела качения сферической формы 6 по мере наращивания его угловой скорости ω имеют меньшую угловую скорость ω за счет того, что на последние действуют силы инерции Р, силы собственного веса P и силы вредного сопротивления Р. В то же время, на тела качения сферической формы 6 действует и движущая сила Р, которая направлена в сторону вращения лопастного колеса вентилятора по стрелке В (см. фиг.1) и возникающая из-за наличия сил трения качения между ними и внутренней поверхностью пустотелого кольца 5. Предположим, что у лопастного колеса имеется дисбаланс Δ, проявляющийся от неуравновешенной массы m, и тогда центробежная инерционная сила Р от нее определится
, где mρ=Δ. Одновременно на тела качения сферической формы 6 (на расчетной схеме фиг.3 для упрощения они показаны как одно тело качения массой m) также будет действовать центробежная инерционная сила
, где m r=Δ, а Δ является динамическим противовесом. Известно, что уравновешивание массы m произойдет тогда, когда масса m займет положение, расположенное в плоскости XX, проходящей через центр вращения колеса О и центр тяжести неуравновешенной массы m, или же в плоскостях ОХ'
, расположенных к ней под углом α, который и определяет положение динамического противовеса Δ и зависит от разницы масс m и m. При изменении частоты вращения ω лопастного колеса угол α в автоматическом режиме будет корректироваться, что и обеспечит надежную балансировку лопастного колеса, вращающегося с заданной скоростью его движения.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как по мере изменения неуравновешенных масс лопастных колес вентиляторов систем охлаждения силовых установок тепловозов последние всегда будут сбалансированы в автоматическом режиме.