КОМПОЗИЦИОННАЯ ЛОПАСТЬ ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям лопастей из композиционных материалов для рабочих колес осевых вентиляторов и может быть использована, в частности, при создании новых конструкций рабочих колес вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения и градирен.
Известна конструкция лопасти рабочего колеса осевого вентилятора, раскрытая в заявке GB 1330565 A (FLUOR PRODUCTS COMPANY) 19.09.1973 F04D 29/38, выполненная из композиционного материала и состоящая из профилированного пера лопасти, комлевой части, которая предназначена для крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора и переходной части от пера лопасти к комлевой части. Упомянутое перо лопасти выполнено в виде тонкостенной оболочки переменного сечения, образующей крыльевой профиль лопасти и заполненной наполнителем из полиуретановой пены, причем оболочка образует также переходную часть и комлевую часть лопасти, выполненную в виде фланца для крепления лопасти к рабочему колесу вентилятора. Тонкостенная оболочка изготовлена из полиэфирных или эпоксидных смол, армированных стекловолокном. Во внутренней полости лопасти, образованной упомянутой оболочкой и заполненной наполнителем, расположен армирующий элемент. Армирующий элемент представляет собой силовой профиль, выполненный в виде двутавра переменной высоты и ширины, изготовленного из металла и состоящего из планки и двух полок, расположенных перпендикулярно указанной планке и жестко соединенных с ней.
Недостатком указанной конструкции лопасти вентилятора является выполнение армированного элемента из металла, обуславливающее значительный вес лопасти и наличие специального фланцевого узла крепления лопасти к втулке рабочего колеса вентилятора, которое усложняет конструкцию лопасти и всего вентилятора в целом, а также ведет к увеличению вероятности появления отказов в условиях длительной эксплуатации вентилятора со знакопеременными нагрузками.
Наиболее близким аналогом к настоящей полезной модели по совокупности существенных признаков (прототипом) является техническое решение, раскрытое в патенте RU 2145004 С1 F04D 29/38, 1998 г. представляющее собой
композиционную лопасть осевого вентилятора, включающую в себя профилированное перо лопасти, комлевую часть для крепления лопасти к рабочему колесу вентилятора, переходную часть от пера лопасти к комлевой части, при этом упомянутое перо лопасти выполнено из композиционного материала в виде тонкостенной оболочки, образующей крыльевой профиль лопасти, лопасть включает в себя также армирующий элемент переменной высоты, причем тонкостенная оболочка образует также переходную и комлевую части лопасти, а армирующий элемент расположен во внутренней полости лопасти, образованной упомянутой тонкостенной оболочкой, и представляет собой силовой профиль, при этом внутренняя полость лопасти заполнена наполнителем из самовспенивающегося материала, отличающаяся тем, что комлевая часть лопасти представляет собой круглый стержень и выполнена с возможностью непосредственного крепления к втулке рабочего колеса вентилятора, армирующий элемент снабжен вторым силовым профилем, при этом оба силовых профиля выполнены из композиционного материала и имеют переменную высоту, силовые профили соединены силовыми полками с тонкостенной оболочкой и разделяют таким образом внутреннюю полость лопасти на части, каждая из которых заполнена наполнителем.
Применение в конструкции лопасти армирующего элемента, выполненного из композиционного материала, имеющего плотность меньше, чем металл, в некоторой степени позволяет облегчить лопасть вентилятора, но наличие клеевого соединения между силовыми профилями, образующими армирующий элемент, и тонкостенной оболочкой пера лопасти не позволяет в полной мере обеспечить надежную работу вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками.
Следствием наличия в конструкции лопасти армирующего элемента является также высокая трудоемкость и себестоимость процесса ее изготовления, необходимость применения дополнительного оборудования для изготовления армирующего элемента.
Формула изобретения патента RU 2145004 не содержит описания аэродинамической компоновки лопасти, от которой существенно зависит аэродинамическое качество лопасти, т.е. технический результат изобретения. Особенно актуально это в настоящее время, когда широкое внедрение в повседневную практику эксплуатации вентиляторов частотно-регулируемого привода, механизмов регулирования и поворота лопастей рабочего колеса на ходу привело к тому, что выбор компоновки лопасти - суть многокритериальная задача, т.к. она стала работать в
широком диапазоне меняющихся нагрузок и скоростей обтекания, углов атаки ее профильных сечений.
Современные условия хозяйственной деятельности вентиляторостроительных предприятий характеризуются большой номенклатурой изделий (только в разработанных ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ» технических условиях на вентиляторы специального технологического назначения: ТУ 3689-122-00220302-2007 «Вентиляторы из композиционных материалов для градирен» и ТУ 3689-123-00220302-2007 «Вентиляторы аппаратов воздушного охлаждения с лопастями из композитных материалов» перечислены 32 вентилятора, необходимых промышленности). Изготовление 32-х вентиляторов путем установления расчетных данных типового рабочего колеса, его аэродинамического расчета, изготовления, снятия интегральных аэродинамических характеристик и затем построения ряда геометрически подобных колес этого типа с аэродинамическими характеристиками, полученными по законам подобия, делает применение этого метода малоэффективным, т.к. нельзя подобрать вентилятор с высоким КПД для конкретных условий работы.
Возникает необходимость разработки и построения нескольких серий рабочих колес с различными аэродинамическими компоновками их лопастей.
Под аэродинамической компоновкой лопасти осевого вентилятора принято понимать форму, т.е. задаваемую численно координатами наружную поверхность лопасти, непосредственно обтекаемую воздушным потоком при ее вращении.
Аэродинамическая компоновка лопасти включает:
- Координаты аэродинамического профиля лопасти, т.е. координаты кривых, образованных в сечениях поверхности лопасти плоскостями, перпендикулярными к ее продольной оси.
- Форму в плане, т.е. величина хорды лопасти по ее длине.
- Геометрическую крутку лопасти, т.е. углы поворота хорд относительно комля лопасти вокруг ее продольной оси.
- Характер изменения максимальных толщин аэродинамических профилей по длине лопасти.
Именно вся совокупность вышесказанного определяет аэродинамическое качество лопасти и только лишь определенное оптимальное сочетание вышеупомянутых характеристик является достаточным для обеспечения ее высокого аэродинамического качества.
Ряд профилей, пригодных для конструкции лопастей осевых вентиляторов (см. №№622, 623, 624 625, 682) приведен в книге: Экк Б. «Проектирование и
эксплуатация центробежных и осевых вентиляторов» - пер. с нем. Москва 1959. стр. от 346 до 348.
Недостатками вышеупомянутых профилей являются относительно малые значения их аэродинамического качества в эксплутационном диапазоне углов атаки, не обеспечивающие требуемую глубину регулировки режимов работы осевых вентиляторов и устойчивое обтекание лопастей в условиях повышенной турбулентности, имеющей место в промышленных установках типа аппаратов воздушного охлаждения и градирен.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью «Композиционная лопасть осевого вентилятора», является нахождение оптимальной аэродинамической компоновки лопасти, обеспечивающей ей высокое аэродинамическое качество, упрощение технологии ее изготовления без снижения прочностных свойств и, как следствие этого, повышение экономичности вентилятора, как при изготовлении, так и в эксплуатации за счет снижения трудоемкости его изготовления, а также уменьшения энергопотребления при одновременном увеличении надежности конструкции.
3
В результате выполненных расчетных исследований, опытно-конструкторских и экспериментальных работ были определены оптимальные параметры геометрической крутки сечений лопасти относительно ее продольной оси, изменения толщины профиля по длине пера лопасти (т.е. как функция радиуса сечения лопасти), формы лопасти в плане, которые являются оптимальными для лопастей осевых вентиляторов, в частности, аппаратов воздушного охлаждения и градирен для обеспечения их необходимых интегральных аэродинамических характеристик (давление 120÷375 Па, производительность 5,5÷765 м/с, КПД до 0,8, см. ТУ 3689-122-00220302-2007, ТУ 3689-123-00220302-2007) при наличии совокупности ограничений (конструктивных, весовых, прочностных).
Технический результат достигается тем, что композиционная лопасть осевого вентилятора, включающая в себя комлевую часть, переходную часть от комля к перу лопасти и перо лопасти, которое профилировано и образовано аэродинамическим профилем, имеющим хорду длиной b, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, при этом максимальная толщина профиля равна 0,09÷0,18 хорды и расположена на расстоянии от 0,26·b до 0,35·b, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, а максимальная кривизна средней линии
профиля равна 0,045÷0,09 хорды и расположена в диапазоне 0,41÷0,44 хорды, при этом координаты профиля заданы в параметрическом виде по методу Нужина С.Г. (см. Нужин С.Г., «Построение потенциального потока несжимаемой жидкости около Крыловых профилей произвольной формы» Прикладная математика и механика, Том XI, Вып.I, 1947, стр.55-68) с использованием ряда Фурье (Фихтен-гольц Г.М. «Курс дифференциального и интегрального исчисления», т.III, глава 19, «Ряды Фурье». М. Наука. 1970 г.):
Y=C+F,
Уравнения изменения толщины по хорде профиля:
Уравнения средней линии профиля:
где: b - хорда профиля,
0
n
n
A; A; В (n=1,...11) - коэффициенты ряда Фурье для профиля, имеющего хорду b=1 и которые приведены в таблице:
А<sub>0</sub>×10<sup>4</sup>=306.5453
n
A<sub>n</sub>×10<sup>4</sup>
В<sub>n</sub>×10<sup>4</sup>
1
-45.83876
524.8217
2
-287.69380
-167.7497
3
35.927500
-6.010616
4
-9.404102
-7.156408
5
-0.2190569
-4.103298
6
-0.6997980
1.346924
7
3.228858
-3.288674
8
-3.983271
2.798695
9
3.028847
-3.229312
10
-2.230293
3.995092
11
1.887679
-3.730275
С - ордината симметричной части профиля;
F - ордината средней линии профиля.
в
н
На практике часто в связи с условиями применения лопастей /характер эксплуатации вентиляторов в различных технологических установках несколько отличен друг от друга, например, из-за различий в конструктивном исполнении аппаратов воздушного охлаждения и градирен для лопастей вентиляторов последних требуется их более высокая усталостная прочность и вибростойкость/, возникают дополнительные конструктивные и аэродинамические требования, которые сводятся к сравнительно малым изменениям относительной толщины профиля и выражаются в том, что отнесенные к его хорде безразмерные ординаты контуров верхней Y/b и нижней Y/b поверхностей отличаются от соответствующих безразмерных ординат базового профиля исходной относительной толщины на постоянные числовые множители.
в
н
Переход к другой относительной толщине для профиля по данной полезной модели возможен с помощью умножения ординат его контура на постоянные числовые множители К для верхней и К для нижней поверхностей контура, которые могут различаться между собой.
в
н
в
н
Для обеспечения близости аэродинамических характеристик профилей различной относительной толщины, полученных из базового профиля с помощью умножения его ординат на постоянные множители К (для верхней поверхности) и К (для нижней поверхности) численные значения этих множителей должны находиться в диапазонах: К от 0,75 до 1,5, К от 0,65 до 1,75.
Опыт испытаний и эксплуатационная практика свидетельствуют о том, что выход за пределы вышеуказанного диапазона значений постоянных числовых множителей /для верхней поверхности от 0,75 до 1,5 и для нижней поверхности от 0,65 до 1,75/ приводит к повышению значений местных возмущений скорости и давлений и, как следствие, к росту аэродинамического сопротивления профиля и снижению интегральных аэродинамических характеристик осевого вентилятора.
Так как при производстве лопастей рабочих колес осевых вентиляторов выдерживание теоретических координат контура профиля возможно только с некоторой ограниченной точностью, определяемой суммарными техническими погрешностями всех типов изготовления, реальные координаты точек контура профиля могут несколько отличаться от теоретических.
С учетом этого обстоятельства относительная погрешность вертикальной координаты  может находиться в интервале значений от (-0,005) до (+0,005).
ловолокнистого материала на полимерном связующем (эпоксидном или полиэфирном) с учетом работы в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже минус 60°С и сформирована послойной выкладкой листов раскроя материала, которые по мере приближения к комлевой части лопасти уменьшают свои размеры, как по ширине, так и по длине и при укладке имеют различную ориентацию основы тканого материала от 0° до ±45° по отношению к оси лопасти, причем ориентация каждого последующего укладываемого слоя отличается от ориентации предыдущего.
Внутренняя полость оболочки может быть заполнена наполнителем из самовспенивающегося материала, представляющем собой полиуретановую систему, который, являясь конструктивным материалом, применяется в качестве работающей упругой среды, подкрепляющей оболочку, что повышает прочность лопасти вцелом и демпфирует ударные и колебательные процессы в лопасти, возникающие в процессе обтекания ее воздушным потоком.
3
Толщину обшивки, силовых полок и плотность наполнителя (γ≤250 кг/м) выбирают из условия обеспечения необходимых упруго-массовых и геометрических характеристик лопасти, например таких, как изгибная и крутильная жесткости и заданной геометрической крутки лопасти при воздействии на нее инерционных и аэродинамических нагрузок, а также высокой статической, усталостной прочности и необходимого спектра собственных частот лопасти.
Продольная ось лопасти 6 может быть расположена на расстоянии от 0,25 b до 0,45 b, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, и выбирается из условия отсутствия резонансных колебаний при раскрутке рабочего колеса вентилятора вокруг своей оси вращения и воздействия инерционных, центробежных и воздушных нагрузок на лопасть при заданном номинальном режиме работы.
Вышеперечисленные нагрузки определяют также длину переходной части лопасти.
Технический результат, обеспечиваемый настоящей полезной моделью, состоит в повышении интегральных аэродинамических характеристик вентилятора за счет обеспечения высокого аэродинамического качества его лопастей, а также снижении его себестоимости изготовления при повышении надежности работы за счет упрощения технологии изготовления лопастей без снижения их прочностных свойств.
Возможность осуществления технического решения, заявленного полезной моделью, а также ее сущность поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее:
- На фиг.1 изображен общий вид лопасти.
- На фиг.2 изображены основные геометрические характеристики профиля в процентах от хорды b.
- На фиг.3 изображены система координат и правило знаков при параметрическом задании координат контура профиля.
- На фиг.4 изображена форма лопасти в плане.
- На фиг.5 изображен разрез А-А по фиг.1.
- На фиг.6 изображен разрез Б-Б по фиг.1.
- На фиг.7 изображен разрез В-В по фиг.1.
- На фиг.8 изображен контур начала переходной части лопасти в сечении Г-Г по фиг.1.
- На фиг.9 изображен контур конца переходной части лопасти в сечении Д-Д по фиг.1.
- На фиг.10 показан диапазон оптимальной крутки лопасти.
- На фиг.11 показан диапазон оптимальных относительных толщин профилей лопасти.
- На фиг.12 изображено сечение лопасти Е-Е по фиг.1.
В соответствии с существом данной полезной модели композиционная лопасть осевого вентилятора изображена на фиг.1 и включает в себя перо 1 лопасти, комлевую часть 3 и переходную часть 2 от пера лопасти к комлевой части.
Комлевая часть 3 представляет собой круглый стержень и предназначена для непосредственного крепления лопасти к втулке рабочего колеса с помощью накладок и хомутов с возможностью установки требуемого рабочего угла путем вращения лопасти вокруг ее продольной оси 6.
Переходная часть 2 от пера лопасти 1 к комлевой части 3 сформирована посредством косинусной интерполяции коэффициентов Фурье, описывающих граничные контуры (сечения Г-Г и Д-Д по фиг.1) переходной части лопасти:
Сечение Г-Г: X=R·cosφ;
Y=R·sinφ.
Сечение Д-Д: X=r·cosφ;
0
1
1
2
2
5
5
Y=a+a·cosφ+b·sinφ+a·cos2φ+b·sin2φ+...+a·cos5φ+b·sin5φ;
1
0
1
2
2
5
5
Причем при интерполяции: r→R; b→R; a; a; a; b...a; b→0.
где: R - радиус круглого стержня комлевой части лопасти;
r - радиус окружности, проходящей через переднюю и заднюю кромки профиля;
0
1
1
5
5
а; a; b...a; b - коэффициенты ряда Фурье.
Перо лопасти аэродинамически профилировано и может быть образовано профилем в соответствии с содержанием данной полезной модели, основные геометрические характеристики которого представлены на фиг.2.
Аэродинамический профиль лопасти по данной полезной модели имеет хорду длиной и, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, при этом максимальная толщина профиля равна 0,09÷0,18 хорды и расположена на расстоянии от 0,26·b до 0,35·b, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, а максимальная кривизна средней линии профиля равна 0,045÷0,09 хорды и расположена в диапазоне 0,41÷0,44 хорды при этом координаты профиля заданы в параметрическом виде по методу Нужина С.Г. (см. Нужин С.Г., «Построение потенциального потока несжимаемой жидкости около Крыловых профилей произвольной формы» Прикладная математика и механика, Том XI, Вып.I, 1947, стр.55÷68) с использованием ряда Фурье и системой координат и правил знаков, приведенных на фиг.3:
Y=C+F,
Уравнения изменения толщины по хорде профиля:
Уравнения средней линии профиля:
где: b - хорда профиля,
0
n
n
A; A; В (n=1,...11) - коэффициенты ряда Фурье для профиля, имеющего хорду b=1 и которые приведены в таблице:
А<sub>0</sub>×10<sup>4</sup>=306.5453
n
A<sub>n</sub>×10<sup>4</sup>
В<sub>n</sub>×10<sup>4</sup>
1
-45.83876
524.8217
2
-287.69380
-167.7497
3
35.927500
-6.010616
4
-9.404102
-7.156408
5
-0.2190569
-4.103298
6
-0.6997980
1.346924
7
3.228858
-3.288674
8
-3.983271
2.798695
9
3.028847
-3.229312
10
-2.230293
3.995092
11
1.887679
-3.730275
С - ордината симметричной части профиля;
F - ордината средней линии профиля.
у
Форма контура профиля по данной полезной модели в передней его части обеспечивает сравнительно малое разрежение потока, а в хвостовой - плавное его торможение, что обуславливает малое сопротивление профиля в эксплуатационном диапазоне С и чисел Рейнольдса с высокой интенсивностью турбулентности обтекающего его воздушного потока. При этом понятия «число Рейнольдса» и «интенсивность турбулентности» должны пониматься в соответствии с определениями, данными в энциклопедии «Авиация» под ред. Г.П.Свищева, Москва, 1994 г., стр.480 и стр.595 соответственно.
в
н
На практике часто возникают дополнительные конструктивные и аэродинамические требования, которые сводятся к сравнительно малым изменениям относительной толщины профиля и выражаются в том, что отнесенные к его хорде безразмерные ординаты контуров верхней Y/b и нижней Y/b поверхностей отличаются от соответствующих безразмерных ординат базового профиля исходной относительной толщины на постоянные числовые множители.
в
н
Переход к другой относительной толщине для профиля по данной полезной модели возможен с помощью умножения ординат его контура на постоянные числовые множители К для верхней и К для нижней поверхностей контура, которые могут различаться между собой.
у
ном диапазоне С и чисел Рейнольдса с высокой интенсивностью турбулентности обтекающего его воздушного потока. При этом понятия «число Рейнольдса» и «интенсивность турбулентности» должны пониматься в соответствии с определениями, данными в энциклопедии «Авиация» под ред. Г.П.Свищева, Москва, 1994 г., стр.480 и стр.595 соответственно.
в
н
На практике часто в связи с условиями применения лопастей /характер эксплуатации вентиляторов в различных технологических установках несколько отличен друг от друга, например, из-за различий в конструктивном исполнении аппаратов воздушного охлаждения и градирен для лопастей вентиляторов последних требуется их более высокая усталостная прочность и вибростойкость/, возникают дополнительные конструктивные и аэродинамические требования, которые сводятся к сравнительно малым изменениям  относительной толщины профиля и выражаются в том, что отнесенные к его хорде безразмерные ординаты контуров верхней Y/b и нижней Y/b поверхностей отличаются от соответствующих безразмерных ординат базового профиля исходной относительной толщины на постоянные числовые множители.
в
н
Переход к другой относительной толщине для профиля по данной полезной модели возможен с помощью умножения ординат его контура на постоянные числовые множители К для верхней и К для нижней поверхностей контура, которые могут различаться между собой.
в
н
в
н
Для обеспечения близости аэродинамических характеристик профилей различной относительной толщины, полученных из базового профиля с помощью умножения его ординат на постоянные множители К (для верхней поверхности) и К (для нижней поверхности) численные значения этих множителей могут находиться в диапазонах: К от 0,75 до 1,5, К от 0,65 до 1,75.
Опыт испытаний и эксплуатационная практика свидетельствуют о том, что выход за пределы вышеуказанного диапазона значений постоянных числовых множителей /для верхней поверхности от 0,75 до 1,5 и для нижней поверхности от 0,65 до 1,75/ приводит к повышению значений местных возмущений скорости и давлений и, как следствие, к росту аэродинамического сопротивления профиля и снижению интегральных аэродинамических характеристик осевого вентилятора.
Как видно на фиг.4 форма лопасти в плане трапециевидная, переменной по длине лопасти хорды b, причем отношение корневой хорды к концевой хорде лопасти может находиться в диапазоне от 1,15 до 1,75 при этом комлевая часть 3 заканчивается на относительных радиусах от 0,15 до 0,3, переходный участок 2 лопасти
Перо 1 лопасти выполнено из композиционного материала в виде оболочки 4, которая так же образует переходную 2 и комлевую 3 части лопасти (см. фиг.1).
С целью упрощения изготовления лопасти без снижения ее прочностных свойств, оболочка лопасти может быть выполнена из прессованных пакетов за один прием формовки, что повышает технологичность ее изготовления. Пакеты набраны из тканого, преимущественно стекловолокнистого материала, на полимерном связующем (эпоксидном или полиэфирном) с учетом работы в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже минус 60°С.
Оболочка 4 может быть сформирована (см. фиг.7 и фиг.12) послойной выкладкой листов раскроя обшивки 8 с направлением основы тканого, преимущественного стекловолокнистого материала под углами ±45° по отношению к оси 6 лопасти на верхней и нижней частях которой силовые полки 9 набираются армирующими продольными слоями тканого материала. Смещающиеся по длине к комлевой части армирующие слои обеспечивают увеличение толщины пакета в комле лопасти и, тем самым, усиление прочности комля.
Листы раскроя из тканого материала для силовых полок 9 по мере приближения к комлевой части лопасти уменьшают свои размеры, как по ширине, так и по длине, что обеспечивает плавные переход от пера лопасти к ее комлевой части и увеличение толщины силовых полок.
Листы раскроя при укладке имеют различную ориентацию основы тканого материала (от 0° до ±45°) по отношению к продольной оси 6 лопасти, причем ориентация каждого последующего укладываемого слоя отличается от ориентации предыдущего, что обеспечивает необходимую жесткость и прочность лопасти в целом.
Внутренняя полость оболочки 4 может быть заполнена наполнителем 5 из самовспенивающегося материала, представляющем собой полиуретановую систему, который, являясь конструктивным материалом, применяется в качестве работающей упругой среды, подкрепляющей оболочку, что повышает прочность лопасти вцелом и демпфирует ударные и колебательные процессы в лопасти, возникающие в процессе обтекания ее воздушным потоком.
3
Толщину обшивки, силовых полок и плотность наполнителя (γ≤250 кг/м) выбирают из условия обеспечения необходимых упруго-массовых и геометрических характеристик лопасти, например таких, как изгибная и крутильная жесткости и заданной геометрической крутки лопасти при воздействии на нее инерционных и аэродинамических нагрузок, а также высокой статической, усталостной прочности и необходимого спектра собственных частот лопасти.
Расположение продольной оси 6 лопасти на расстоянии от 0,25·b до 0,45·b, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, выбирается из условия отсутствия резонансных колебаний при раскрутке рабочего колеса вентилятора вокруг своей оси вращения 7 и воздействия инерционных, центробежных и воздушных нагрузок на лопасть при заданном номинальном режиме работы.
Вышеперечисленные нагрузки определяют также длину переходной части 2 лопасти.
Композиционная лопасть осевого вентилятора работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса вокруг своей оси вращения 7 лопасть, закрепленная на его втулке с возможностью установки требуемого рабочего угла, участвует во вращательном движении, воздействуя при этом на воздух, сообщая ему дополнительную энергию, что выражается в увеличении давления потока за вентилятором.
При этом в ней возникает центробежная сила от вращения, изгибающий момент от давления, крутящий момент от поперечных составляющих, а так же динамические составляющие от перечисленных сил и моментов, которые приходят на комлевую часть 3 лопасти осевого вентилятора.
Лопасть из композиционных материалов по данной полезной модели реализуема с использованием апробированных промышленно-технологических способов, что подтверждено изготовлением типоразмерного ряда лопастей, близких по техническому решению к лопасти рабочего колеса осевого вентилятора, описанного в данной полезной модели.
Изготовлены два опытных образца рабочего колеса осевого вентилятора диаметром 5,0 м, при этом их композиционные лопасти выполнены по заявленной полезной модели с коэффициентом трапециевидности 1,22, геометрической круткой 17°30′, с началом переходной зоны на относительном радиусе 0,2 и ее окончанием на относительном радиусе 0,28.
Испытания на разгонном стенде ОАО «Борхиммаш» г. Борисоглебск показали, что лопасти, изготовленные по данной полезной модели, могут надежно работать во всем диапазоне эксплуатационных скоростей (ГОСТ Р 51364-99 стр.12 ограничивает окружную скорость концов лопастей вентилятора величиной 65 м/с,  стандарт ISO 13707.2000(R) стр.23 допускает окружную скорость до 80 м/с).
Сравнительные испытания рабочих колес, проведенные в составе аппарата воздушного охлаждения ОАО «Борхиммаш», показали заметное (порядка 16%) превосходство по производительности при одинаковом расходе электроэнергии опытных рабочих колес перед штатными, что так же было подтверждено на испытаниях в составе аппарата на компрессорной станции «Бубновская» ООО «Волгоградтрансгаз».
т
Кроме того, в ОАО «Чусовской металлургический завод» успешно работают рабочие колеса ⌀2,5 м с лопастями, у которых K=1,25 и геометрическая крутка равна 11°.
т
В цехе окомкования и металлизации ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» взамен рабочих колес ⌀6,24 м фирмы «Howden» установлены и работают рабочие колеса с лопастями, у которых K=1,36 и геометрическая крутка 12°.
т
В ЗАО «Сибур-Химпром» взамен рабочего колеса фирмы «Нема» установлено рабочее колесо диаметром 10,4 м с лопастями, у которых K=1,7 и геометрическая крутка равна 18°.
3
Таким образом, использование заявленной полезной модели позволяет путем рационального сочетания геометрических параметров из приведенных выше интервалов их значений создавать различные аэродинамические компоновки лопастей из композитных материалов осевых вентиляторов, предназначенных для обеспечения необходимых промышленности их интегральных аэродинамических характеристик (давление 120÷375 Па, производительность 5,5÷765 м/с при КПД до 0,8).
Упрощение технологии изготовления лопастей без снижения их прочностных свойств способствует повышению экономичности вентилятора как при изготовлении, так и в эксплуатации за счет снижения трудоемкости его изготовления при одновременном увеличении его надежности.
При изготовлении лопастей получена технологическая устойчивость линейчатой непрерывности поверхности лопасти с необходимой точностью контуров сечения и заданными упруго-массовыми характеристиками.