Рабочее колесо осевого вентилятора

Полезная модель относится к области вентиляторостроения, в частности, к рабочим колесам осевых вентиляторов и может быть использована при создании новых конструкций вентиляторных установок для предприятий химической, нефтехимической и других отраслей промышленности.
Из предшествующего уровня техники известно рабочее колесо осевого вентилятора (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 922324, кл. F 04D 29/32, опубликованном 23.04.1982 г. Бюл. № 15), содержащее диск с цилиндрическими пазами, в которых с помощью закладных элементов установлены конические подпружиненные хвостовики лопаток, а в стенках пазов диска и в закладных элементах выполнены кольцевые проточки с установленными в них разрезными стопорными кольцами.
Однако недостаток данного рабочего колеса заключается в сложности конструкции, трудоемкости его сборки и недостаточной надежности в работе из-за наличия подвижных деталей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является вентилятор, раскрытый в патенте RU № 2113626, кл. F 04D 19/00, F 04D 29/32, опубликованном 20.06.1998 г.
С учетом применяемых в вентиляторостроении терминов в данном случае в патенте технически неверно рабочее колесо осевого вентилятора обозначено как «вентилятор».
Термины с соответствующими определениями, используемые в данном контексте на протяжении всего описания, включая формулу полезной модели:
Под термином «осевой вентилятор» следует понимать вентилятор, в котором направление меридиональной скорости потока газовоздушной смеси на входе в рабочее колесо и выходе из рабочего колеса параллельно оси его вращения. [1]
Под термином «рабочее колесо вентилятора» следует понимать вращающуюся часть вентилятора, в которой механическая энергия передается воздуху посредством динамического действия его лопастей. [2]
Под термином «корпус вентилятора» следует понимать часть вентилятора, в которой вращается рабочее колесо. [3]
Под термином «круглый цилиндр» следует понимать цилиндр, который одновременно является прямым и круговым. [4]
Под термином «привалочные поверхности» следует понимать поверхности, соприкасающиеся с поверхностями других деталей, но не являющиеся охватываемыми или охватывающими. [5]
Под термином «прямоугольный параллелепипед» следует понимать прямой параллелепипед, у которого все шесть граней являются прямоугольниками. [6]
Под термином «центральный угол» следует понимать угол в круге, образованный двумя радиусами. [7]
В связи с вышесказанным по вышеупомянутому патенту не «вентилятор», а рабочее колесо осевого вентилятора содержит вал, ступицу, прикрепленные к ступице переходники с проушинами, установленные в переходниках своими хвостовиками лопасти с возможностью изменения угла их установки. Торец каждого переходника выполнен плоским, ступица выполнена в виде правильного многоугольника, к граням которого прикреплены плоские торцы переходников, а их крепление при этом выполнено в виде центрального болтового соединения и дополнительных болтовых соединений, отверстия в которых под болты в переходниках выполнены в виде пазов.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкая его технологичность, вызванная формой переходников и проушин, которая обуславливает увеличенный цикл и трудоемкость их изготовления, малый коэффициент использования материала, сложность работ при его монтаже и эксплуатации.
Недостатком известного устройства также является отсутствие сведений о взаимосвязи геометрических параметров деталей рабочего колеса, что не позволяет его создать без дополнительных исследований.
Задача, на решение которой направленно заявленное техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств в данной области, а также повышении технико-экономических показателей рабочего колеса осевого вентилятора за счет снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления конструкции.
Техническим результатом является расширение арсенала технических средств в данной области, получение рабочего колеса осевого вентилятора, отвечающего современному уровню вентиляторостроения по технологичности его изготовления, упрощения его монтажа и демонтажа в составе вентиляторной установки.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается за счет того, что у рабочего колеса осевого вентилятора, содержащего ступицу, прикрепленные к ней с помощью болтовых соединений плоскими торцами с возможностью поворота относительно ступицы переходники с закрепленными на них лопастями, ступица выполнена из заготовки, имеющей форму круглого цилиндра, при этом ее высота Нз находится в размерных пределах 80-175 мм, а ее диаметр имеет размерное соотношение Dз = 2Нз-3Нз с числом привалочных поверхностей, равномерно распределенных по ступице, равных числу присоединяемых переходников от 3 до 8, и образованных сечениями тела круглого цилиндра плоскостями, проходящими на расстоянии в размерных пределах от 5 до 15 мм от его поверхности под углом в размерных пределах от 0 до 3 градусов к образующей, а поворотные переходники выполнены из унифицированных формообразующих элементов в виде бруса, выполненного в поперечном сечении по форме в виде прямоугольника, при этом его толщина h находится в размерных пределах 5-20 мм, ширина имеет размерное соотношение b=5h - 10h, а его длина L имеет размерное соотношение L=0,12Dрк - 0,25Dрк, где Dрк - диаметр рабочего колеса, и двух накладок по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерным соотношением длины 1,1b:0,5b, ширины 0,5b:0,6b и высоты 0,4b:0,75b каждого, сопряженных с брусом, помещенным между ними, с помощью болтового соединения с затяжкой, при этом боковые грани накладок образуют плоский торец переходника, прилегающий к привалочной поверхности ступицы, и к которой с помощью двух болтов с затяжкой он крепится, причем возможность поворота переходника относительно ступицы обеспечивается тем, что под болты крепления, располагаемые соосно продольной оси бруса, в одной из накладок выполняется сквозное отверстие, а во второй накладке выполняется сквозной паз, срединная линия которого по форме представляет собой дугу окружности с радиусом равным расстоянию между центрами отверстий под болты крепления I, имеющем размерное соотношение I=0,5Нз-0,75Нз, и центральным углом α, находящимся в размерных пределах 3-15 градусов, причем болт в сквозном отверстии является осью вращения переходника.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее:
На фиг. 1 изображена компоновочная схема рабочего колеса, которое имеет, по меньшей мере, три лопасти. В качестве примера представлено четырехлопастное рабочее колесо;
На фиг. 2 изображены детали и сборочные узлы рабочего колеса;
На фиг. 3 изображены унифицированные формообразующие элементы переходника;
На фиг. 4 представлено сечение А-А на фиг. 1;
Перечень позиций к описанию полезной модели:
1. Ступица.
2. Болты крепления переходника.
3. Переходник.
4. Лопасть.
5. Привалочная поверхность ступицы с отверстиями для крепления переходника.
6. Брус переходника.
7. Накладка с отверстием.
8. Накладка с пазом.
9. Болты для сборки переходника.
10. Сквозное отверстие.
11. Паз.
12. Болты для крепления лопасти на переходнике.
Перечень обозначений к описанию полезной модели:
1. Dз - диаметр заготовки ступицы.
2. Нз - высота заготовки ступицы.
3. Dрк - диаметр рабочего колеса.
3. h - высота бруса.
4. b - ширина бруса.
5. L - длина бруса.
6. α - центральный угол дуги срединной линии паза.
7. I - расстояние между центрами отверстий под болты крепления переходников.
Рабочее колесо осевого вентилятора содержит ступицу 1, прикрепленные болтами 2 к ней с затягом переходники 3 с закрепленными на них лопастями 4.
Согласно полезной модели ступица выполнена из заготовки, имеющей форму круглого цилиндра с высотой Нз, находящейся в размерных пределах 80-175 мм, а ее диаметр, находящийся в геометрической зависимости от высоты, имеет размерное соотношение Dз = 2Нз-3Нз.
Указанный размер Нз определяется геометрическими размерами рабочего конца выходного вала привода рабочего колеса, на котором оно устанавливается в процессе сборки вентиляторной установки.
Размерное соотношение Dз позволяет в каждом конкретном случае изготовления ступицы выполнить необходимое количество равномерно распределенных по ней привалочных поверхностей 5, число которых равно числу присоединяемых переходников от 3 до 8 (на фиг.2 в качестве примера изображена ступица 4-х лопастного рабочего колеса).
Привалочные поверхности образованы сечениями тела круглого цилиндра плоскостями, проходящими на расстоянии в размерных пределах от 5 до 15 мм от его поверхности под углом в размерных пределах от 0 до 3 градусов к образующей. Указанные выше размеры позволяют получить площадки для крепления переходников на ступице необходимых размеров при минимальном объеме механической обработки.
Поворотные переходники 3 выполнены из унифицированных формообразующих элементов в виде бруса 6 и накладок 7 и 8.
Брус 6 выполнен в поперечном сечении по форме в виде прямоугольника. Его толщина h находится в размерных пределах 5-20 мм, а ширина имеет размерное соотношение  b = 5h – 10h . Длина бруса L имеет размерное соотношение L = 0,12Dрк-0,25Dрк, где Dрк – диаметр рабочего колеса.
Размеры бруса определяются диаметром рабочего колеса и строительной высотой аэродинамической поверхности лопасти, которая, в свою очередь, зависит от технических параметров вентиляторной установки. Указанные размерные пределы и соотношения размеров бруса позволяют создать технологичный типоразмерный ряд рабочих колес диаметром до 7,0 метров, преимущественно, для аппаратов воздушного охлаждения и градирен.
Две накладки 7 и 8 каждая по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерным соотношением его длины 1,1b:0,5b, ширины 0,5b:0,6 b и высоты 0,4b:0,75b, соединяются с помощью двух болтов 9 с затяжкой с брусом, помещенным между ними, (фиг.3), а затем после сборки переходника с противоположной стороны происходит его стыковка при помощи болтов 12 с лопастью (фиг.2).
После сборки переходника боковые грани накладок образуют плоский торец переходника, которым он с закрепленной на нем лопастью пристыковывается к привалочной поверхности ступицы с помощью двух болтов 2 с затяжкой (фиг.1, фиг.2).
Возможность поворота переходника относительно ступицы обеспечивается тем, что в накладке 7 выполняется сквозное отверстие 10, а в накладке 8 выполняется сквозной паз 11 (фиг.3), срединная линия которого по форме представляет собой дугу окружности с радиусом равным расстоянию между центрами отверстий под болты крепления I, имеющем размерное соотношение I = 0,5Нз-0,75Нз, и центральным углом α, находящимся в размерных пределах 3-15 градусов, причем болт в сквозном отверстии является осью вращения переходника.
За счет такого конструктивного оформления рабочего колеса осевого вентилятора снижается трудоемкость его изготовления, монтажа и замены лопастей при его сборке и ремонте.
Рабочее колесо осевого вентилятора (фиг.1) работает следующим образом: его устанавливают в вентиляторной установке на рабочем конце выходного вала привода (на чертеже не показан), и при его запуске оно приводится во вращение. При вращении его лопасти 4 (фиг.1) создают поток воздуха в корпусе вентилятора (на чертеже не показан), перемещающийся в осевом направлении по воздухоотводящим частям вентиляторной установки до места назначения.
Для перехода на другой режим работы рабочего колеса необходимо изменить угол установки его лопастей, например, с режима «лето» на режим «зима» в аппарате воздушного охлаждения необходимо уменьшить угол установки его лопастей.
Конструкция переходника и его крепление на ступице позволяет при неподвижном состоянии рабочего колеса плавно регулировать угол установки его лопастей в пределах, определяемых центральным углом α (см. фиг.4).
Для изменения угла установки лопастей необходимо ослабить болты 2 крепления переходника на ступице (фиг.1), повернуть переходник вокруг болта, находящегося в отверстии и являющегося центром вращения переходника, а, следовательно, и лопасти, на необходимый угол и зафиксировать его, закрутив болты 2 с затягом.
В зависимости от компоновочного решения вентиляторной установки переходник может устанавливаться в лопасть с расположением сквозного отверстия в нижней его части или верхней (фиг.4). Но поскольку выбор расположения болта, вокруг которого осуществляется поворот переходника, является следствием обычного проектирования, то он не упоминается в формуле полезной модели.
Не упоминаются в формуле полезной модели также дополнительные способы предотвращения в эксплуатации рабочего колеса возможных подвижек бруса относительно накладок после их сборки в переходник. Проведенные натурные эксперименты с образцами переходника показывают, что вышеупомянутых подвижек в плоскости вращения не наблюдается, так как в собранном с затяжкой переходнике соблюдается условие несдвигаемости соединения поперечной нагрузкой Qр, действующей в плоскости вращения рабочего колеса и обусловленной взаимодействием лопасти с воздушным потоком: f Qз ≥ Qр, где: f – коэффициент трения на поверхностях контакта, Qз - остаточная затяжка болта. [8]
Результаты проектно-конструкторских и производственно-технологических работ свидетельствуют, что создание рабочего колеса осевого вентилятора по предлагаемому техническому решению позволит легко реализовать ее конструктивно и технологически из-за простоты, обеспечивающей ее широкое применение в вентиляторостроении, повысить технологичность его изготовления, уменьшить эксплуатационные расходы и достигнуть современного уровня вентиляторостроения.
Таким образом, применение данного рабочего колеса осевого вентилятора позволит достичь поставленной задачи, и заявленное решение может быть рекомендовано к использованию при проектировании рабочих колес осевых вентиляторов как общепро-мышленного, так и специального назначения, преимущественно для аппаратов воздушного охлаждения и градирен.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 22270-2018. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Термины и определения. п. 2.10.21.
2. ГОСТ 22270-2018. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Термины и определения. п. 2.78.
3. ГОСТ 22270-2018. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Термины и определения.
4. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.1975 г. стр.309.
5. Романычева Э.Т., Соколова Т.Ю., Шандурина Г.Ф. Инженерная и копьютерная  графика. М. ДМК Пресс, 2001. Стр. 434.
6. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.1975 г. стр.306.
7. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.1975 г. стр.283.
8. Дмитриев В.А. Детали машин. Л. 1970 г. параграф 25.