ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР
AXIAL FAN

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий космической техники.
Известен осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус с пилоном и установленный на пилоне через амортизатор башмак с фланцем, на котором размещен электродвигатель, а также рабочее колесо, установленное на его валу [1]. Недостатком этого осевого вентилятора является повышенный уровень шума, вызванный турбулизацией потока при обтекании пилона с башмаком, и низкий к.п.д., обусловленный отсутствием в конструкции спрямляющего аппарата.
Последнего недостатка лишен осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем при помощи проходящих через радиальные отверстия корпуса крепежных элементов - штифтов - спрямляющий аппарат в виде втулки с лопатками, контактирующими своей наружной поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и размещенный во втулке электродвигатель со смонтированным на его валу рабочим колесом [2], выбранный в качестве прототипа. Крепежные элементы смонтированы на корпусе и контактируют с радиальными отверстиями на корпусе и на наружной поверхности лопаток, а номинальные осевые и угловые размеры координат радиальных отверстий корпуса совпадают с номинальными осевыми и угловыми размерами координат радиальных отверстий на наружной поверхности лопаток соответственно.
Недостатком этого осевого вентилятора является его низкая технологичность, вызванная необходимостью совместной обработки отверстий под штифты в корпусе и лопатках, так как при выполнении отверстий отдельно в каждой детали собрать вентилятор невозможно из-за неизбежного наличия допусков на осевые и угловые размеры координат радиальных отверстий корпуса и отверстий на наружной поверхности лопаток. При совместной обработке указанных отверстий возможны прорывы отверстий в стенках лопаток, что также обусловлено несовпадением отверстий в корпусе и положением лопаток, шаг которых также выполнен с определенным допуском. Кроме того, само выполнение совместной обработки отверстий в сборке менее технологично по сравнению с предварительным выполнением отверстий в каждой детали, что в данной конструкции невозможно по вышеописанным причинам. Конструкция прототипа является практически неразборной, так как для ее разборки необходимо высверливать штифты, что ограничивает повторное использование осевого вентилятора.
Техническим результатом является повышение технологичности осевого вентилятора.
Технический результат достигается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем корпус, установленный в нем при помощи проходящих через радиальные отверстия корпуса крепежных элементов спрямляющий аппарат в виде втулки с лопатками, контактирующими своей наружной поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, размещенный во втулке электродвигатель со смонтированным на его валу рабочим колесом, при этом крепежные элементы смонтированы на корпусе и контактируют с радиальными отверстиями на наружной поверхности лопаток, а номинальные осевые и угловые размеры координат радиальных отверстий корпуса совпадают с номинальными осевыми и угловыми размерами координат радиальных отверстий на наружной поверхности лопаток соответственно, согласно изобретению каждый крепежный элемент выполнен в виде планки с перпендикулярным к ее опорной поверхности цилиндрическим пальцем, проходящим через радиальное отверстие корпуса и размещенным в радиальном отверстии на наружной поверхности лопатки, каждый крепежный элемент контактирует опорной поверхностью своей планки с наружной поверхностью корпуса и присоединен к нему не менее чем двумя резьбовыми деталями, а радиальные отверстия корпуса выполнены с диаметром
,
где d - диаметр радиальных отверстий на наружной поверхности лопаток,
X, А и х, а - максимальные допуски на предельные отклонения значений осевых и угловых координат относительно номинальных значений осевых и угловых координат радиальных отверстий корпуса и радиальных отверстий на наружной поверхности лопаток соответственно, а
R - радиус наружной поверхности лопаток.
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг.2 - то же, поперечное сечение по А-А, электродвигатель условно показан нерассеченным, на фиг.3 и 4 - иллюстрации к выводу математической зависимости.
Осевой вентилятор содержит корпус 1 и установленный в нем спрямляющий аппарат 2 в виде втулки 3 с лопатками 4, установленный при помощи крепежных элементов 5, проходящих через радиальные отверстия 6 корпуса 1. Лопатки 4 контактируют своей наружной поверхностью 7 с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 8. Во втулке 3 размещен электродвигатель 9 и рабочее колесо 10, смонтированное на его валу. Электродвигатель 9 жестко закреплен на втулке 3 винтами 11. Крепежные элементы 5 смонтированы на корпусе 1 и контактируют с радиальными отверстиями 12 на наружной поверхности 7 лопаток 4. Каждый крепежный элемент 5 выполнен в виде планки 13 с перпендикулярным к ее опорной поверхности цилиндрическим пальцем 14, проходящим через радиальное отверстие 6 корпуса 1. Каждый палец 14 размещен в радиальном отверстии 12 на наружной поверхности 7 лопатки 4. Каждый крепежный элемент 5 контактирует опорной поверхностью 15 своей планки 13 с наружной поверхностью 16 корпуса 1 и присоединен к корпусу не менее чем двумя резьбовыми деталями - винтами 17. Номинальные осевые L и угловые φ размеры координат радиальных отверстий 6 корпуса 1 совпадают с номинальными осевыми и угловыми размерами координат радиальных отверстий 12 на наружной поверхности 7 лопаток 4 соответственно. X, А и х, а - максимальные допуски на предельные отклонения (в каждую сторону) значений осевых L и угловых φ координат относительно номинальных значений осевых и угловых координат радиальных отверстий 6 корпуса 1 и радиальных отверстий 12 на наружной поверхности 7 лопаток 4 соответственно. Радиальные отверстия 6 корпуса 1 выполнены с диаметром
,
где d - диаметр радиальных отверстий 12 на наружной поверхности 7 лопаток 4, a R - радиус наружной поверхности 7 лопаток 4. Осевой вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 9 начинает вращаться рабочее колесо 10, создавая поток воздуха внутри корпуса 1. Лопатки 4 спрямляющего аппарата 2 преобразуют динамический напор потока воздуха в статический, повышая к.п.д. вентилятора. Поскольку диаметр отверстия 6 выполнен в соответствии с защищаемым изобретением математическим выражением, собираемость осевого вентилятора обеспечивается при любых отклонениях (естественно, в пределах полей допусков) значений осевых L и угловых φ координат относительно номинальных значений. Вывод математического выражения приведен ниже, с использованием фиг.3: на ней показано номинальное положение окружности диаметра d отверстия 12 (отверстие с центром в начале координат (точке 0)) показано жирной линией. Вследствие допусков центр отверстия 12 в каждой из лопаток 4 может располагаться в любой точке затемненной прямоугольной зоны шириной 2х и высотой 2Ra (Ra - приведенное линейное отклонение в тангенциальном поверхности 7 направлении, вызванное наличием допуска ±а на угловую координату φ). В общем случае х может быть не равен Ra, поэтому зона возможного расположения центров отверстий 12 показана прямоугольником, а не квадратом. Крайние 4 положения отверстий 12, соответствующие максимальным смещениям в пределах поля допуска, показаны пунктирными окружностями. Очевидно, что все возможные положения отверстий 12 лежат в пределах окружности диаметра е, описанной вокруг пунктирных окружностей (также показана жирной линией). Проведя прямую из точки 0 в точку В (точка касания описанной окружности с одной из пунктирных) увидим, что ОВ=ОС+СВ (очевидно, что точка С (правая верхняя точка прямоугольной зоны) лежит на прямой ОС, как перпендикулярной пунктирной окружности, соответственно, проходящей через ее центр С), т.е.:
Рассмотрим теперь фиг.4: на ней показано номинальное положение окружности диаметра D отверстия 6 (отверстие с центром в начале координат (точке 0)), показано жирной линией. Вследствие допусков центр любого отверстия может располагаться в любой точке затемненной прямоугольной зоны шириной 2Х и высотой 2RA (RA - приведенное линейное отклонение в тангенциальном поверхности 8 направлении, вызванное наличием допуска ±А на угловую координату φ). В общем случае Х может быть не равен RA, поэтому зона возможного расположения центров отверстий 6 показана прямоугольником, а не квадратом. Крайние 4 положения отверстий 6, соответствующие максимальным смещениям в пределах поля допуска, показаны пунктирными окружностями. Очевидно, что все возможные гарантированно проходящие сквозь корпус 1 участки отверстий 6 лежат в пределах окружности диаметра j, вписанной внутри пунктирных окружностей (также показана жирной линией). Проведя прямую из точки F (точка касания вписанной окружности с одной из пунктирных) через точку 0 в точку G (центр этой пунктирной окружности) увидим, что FO=FG-GO (очевидно, что точка G (правая верхняя точка прямоугольной зоны) лежит на прямой GF, перпендикулярной как пунктирной окружности, так и вписанной окружности и, соответственно, проходящей через ее центр О), т.е.
Очевидно, что если j≥е, то гарантированно свободная зона отверстий 6 всегда будет охватывать максимально возможное положение отверстий 12 и, соответственно, установленных в отверстиях 12 пальцев 14. Естественно, крепежные элементы 5 должны обеспечивать возможность своей установки в таких пределах, чтобы позволять пальцам 14 перемещаться внутри отверстий 6 по всей их поверхности. Это может быть осуществлено, например, установкой винтов 17 в отверстии в планке 13 с зазором и установкой под их головки шайб, позволяющих обеспечивать поджатие планок 13 к корпусу 1 при любых их возможных положениях (что относится к обычному проектированию). В приведенном примере конкретного исполнения крепежные элементы 5 выполнены в виде единой детали, однако возможно и другое исполнение - например, функцию пальца выполняет запрессованный в основание штифт. В примере также число лопаток спрямляющего аппарата равно четырем (чтобы не перегружать иллюстрации), однако это число может быть любым (обычно от 10 до 15 лопаток).
Подставив в «j≥е» выражения (1) и (2), после элементарных преобразований получим
.
В результате использования изобретения существенно повышается технологичность осевого вентилятора за счет устранения совместной обработки отверстий в корпусе и спрямляющем аппарате, сборка обеспечивается в любом случае при выполнении деталей в соответствии с их рабочими чертежами. Повышается и технологичность разборки вентилятора, которая обеспечивается вывинчиванием винтов 17 и снятием крепежных элементов 5, что облегчает повторное использование осевого вентилятора в составе спускаемых аппаратов космических кораблей. Полученные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в изделиях космической техники.
Литература:
1. Авторское свидетельство СССР № 800427 по кл. F04D 19/00, 1981 г.
2. Патент РФ № 2199031, по кл. F04D 19/00, 2003 г. (прототип).