Крепление лопасти динамической машины на укороченном хвостовике

Предлагаемое техническое решение относится к области механики, а именно к динамическим лопастным машинам.
Лопастные машины, повышающие энергию движущегося потока (вентиляторы, насосы и т.п.) или преобразующие энергию потока в механическую энергию (ветродвигатели) общеизвестны. В свою очередь, при эксплуатации машин с лопастями рабочих колес большого (>1,5 м) диаметра выявлена следующая проблема. Монтаж лопастей рабочих колес большого диаметра требует предварительной установки временных опор (строительных лесов, строп и т.п.), одновременной работы нескольких монтажников, что увеличивает сроки и трудозатраты, при снижении качества монтажа из-за возможной неточности при установке лопастей, необходимости проведения повторных работ для их переустановки. Особенно заметной данная проблема становится при сильном ветре, когда монтаж сложно или невозможно выполнить из-за необходимости точного совмещения и удержания в неподвижном состоянии тяжелых деталей с большой парусностью. Дополнительным фактором сложности при монтаже лопастей рабочих колес может являться укороченный хвостовик лопасти.
Известны конструкции креплений лопастных машин с укороченным хвостовиком лопасти, разъемным фиксатором хвостовика лопасти и вырезом в диске ступицы для размещения хвостовика, которые позволяют монтировать лопасти (лопатки) под заданным углом (см., например, патент US 2844207, публикация 1955, выбранный в качестве ближайшего аналога). Однако проблема точности монтажа, трудоемкости работ, в особенности при неблагоприятных условиях, по-прежнему остается. В свою очередь, предлагаемое техническое решение позволит решить данную проблему, предложив крепление лопасти динамической машины на укороченном хвостовике, конструкция которого позволит сочетать удобство и точность при монтаже лопастей, в первую очередь больших по размеру лопастей вентиляторов и ветродвигателей.
Предложено крепление лопасти динамической машины с разъемным фиксатором хвостовика лопасти и вырезом в диске ступице. В отличие от аналога упомянутый вырез снабжен направляющим выступом и выполнен под кольцевую или же цилиндрическую выточку на хвостовике лопасти, образующую разорванную направляющим пазом стенку, причем форма направляющего выступа соответствует форме направляющего паза. Упомянутый вырез совместно с направляющей выточкой на поверхности диска ступицы образует Т-образное или крестообразное углубление для размещения хвостовика лопасти. Упомянутые кольцевая выточка и разорванная направляющим пазом стенка могут быть расположены на кольцевом выступе, окружающем хвостовик лопасти, либо могут быть выполнены на торце хвостовика лопасти. Соответственно лопасть установлена на диске ступицы динамической машины, выбранной из перечня, включающего, по меньшей мере, вентилятор, ветродвигатель, газодувку (воздуходувку), компрессор, лопастной движитель, насос, турбину.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1-5 - продольный и поперечный разрезы составных элементов крепления;
фиг. 6-11 - установка лопасти на диск ступицы;
фиг. 12 - шестилопастной осевой вентилятор, использующий крепление.
Основной областью использования крепления предложенной конструкции является соединение лопастей и диска ступицы рабочих колес больших (>1,5 м) диаметров вентиляторов и ветродвигателей. Кроме того, предложенное крепление может быть использовано при соединении лопасти и диска ступицы практически любой динамической лопастной машины, такой как газодувка (воздуходувка), компрессор, лопастной движитель, насос, турбина и т.п., причем точность и удобство использования данного крепления сохраняется как для рабочих колес больших, так и меньших размеров.
Конструкция и положительные свойства крепления предложенной конструкции могут быть пояснены на примере шестилопастного осевого вентилятора (фиг. 12), не исключающего иные конструктивные варианты лопастных машин, не противоречащие сущности предложенного технического решения.
Вентилятор состоит из ведущего диска ступицы 1, предназначенного для размещения шести лопастей 2 с, по преимуществу, цилиндрическими хвостовиками 3. Вращение вентилятора осуществляется вокруг оси вращения диска ступицы 1. На хвостовике 3 лопасти 2 выполнена выточка 4 (фиг. 1-8, 10) - кольцевая (фиг. 1-8) или цилиндрическая (фиг. 10), которая образует стенку на поверхности хвостовика 3 (фиг. 1-8, 10, 12). Выточка 4 разорвана (сообщается с окружающим хвостовик 3 пространством) направляющим пазом 5 (фиг. 2-8, 10). Кольцевая выточка 4 и разорванная направляющим пазом 5 стенка могут быть расположены на кольцевом выступе, окружающем хвостовик 3 лопасти 2, кольцевой выступ может окружать торец (фиг. 2) или поверхность хвостовика 3 на расстоянии от торца (фиг. 3), при этом хвостовик может быть ступенчатым (фиг. 8). В другом случае цилиндрическая выточка 4 и разорванная направляющим пазом 5 стенка могут быть выполнены на торце хвостовика 3 лопасти 2 (фиг. 4).
В свою очередь, в диске ступицы 1 лопастной машины выполнен вырез 6 с направляющим выступом 7, форма выступа соответствует форме направляющего паза 5 на хвостовике 3 лопасти 2. Для более надежной фиксации направляющие выступы 7 могут быть выполнены как минимум в двух местах по длине хвостовика (фиг. 10, 11). Вырез 6 совместно с направляющей выточкой 8 на поверхности диска ступицы 1 образует Т-образное (фиг. 6) или крестообразное (фиг. 9, 11) углубление для размещения хвостовика 3 лопасти 2. Ширина направляющих пазов 5 выполняется по ширине направляющих выступов 7 со свободной посадкой, также высота выточки 4 выполняется по высоте выступов 7 со свободной посадкой.
Таким образом, конструкция диска ступицы 1 снабжена направляющими элементами 6, 7, которые обеспечивают точное и безошибочное размещение хвостовиков 3 лопастей 2 на диске ступицы 1 для последующей фиксации хвостовиков 3 хомутами 9 или же иными механическими фиксаторами.
Лишь в одном положении направляющий выступ 7 можно ввести в направляющий паз 5, в этом положении хвостовик 3 совмещают с направляющей выточкой 8 для последующего поворота лопасти 2 на заданный угол -20…120°. В сборе направляющий выступ 7 входит в выточку 4, хвостовик 3 удерживается за стенку выточки 4 направляющим выступом 7. Соответственно обеспечивается предварительная фиксация лопастей 2 на диске ступицы 1, что значительно облегчает монтаж и регулирование угла атаки. После установки рабочих углов атаки всех лопастей 2 окончательную фиксацию выполняют с помощью хомутов 9.
Таким образом, предложенное крепление позволит существенно упростить сборку лопастной машины любого типа и настройку рабочего положения ее лопастей, в том числе в неблагоприятных условиях эксплуатации или же при необходимости выполнения быстрых и точных монтажных работ.