РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА
IMPELLER OF AXIAL FAN

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники.
Известно рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с центральным посадочным отверстием и установленными в ступице на хвостовиках лопатками, утапливающимися под воздействием пружин в ступицу [1]. В рабочее положение лопатки выдвигаются под воздействием центробежных сил инерции, появляющихся при раскрутке рабочего колеса приводным электродвигателем. Недостатком этого устройства является большой диаметр ступицы вследствие необходимости размещения в нем лопаток с хвостовиками при невращающемся рабочем колесе. Это ограничивает применение вышеупомянутой конструкции в малогабаритных вентиляторах и снижает мощность создаваемого вентилятором потока газа, т.к. размер ступицы ограничивает высоту лопаток.
Этого недостатка лишено рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с центральным посадочным отверстием и установленными в ступице на осях вращения складывающимися под воздействием пружин лопатками в виде закрепленных на осях вращения оснований и неподвижно установленных относительно них лопастей, выбранное в качестве прототипа [2]. Основания установлены с возможностью поворота относительно осей вращения, а ступица снабжена пазами на наружной поверхности для размещения оснований.
Недостатком такого рабочего колеса осевого вентилятора является его низкие технологичность и надежность, что вызвано сложностью выполнения отверстий под крепление осей вращения оснований, поскольку эти отверстия расположены под небольшим углом к наружной цилиндрической поверхности ступицы, что вызывает значительные трудности при сверлении вследствие увода инструмента и приводит к необходимости изготовления сложного и точного кондуктора, что все равно не исключает брака в виде отклонения оси отверстия, выпучивания материала ступицы. Все это вызвано близким расположением осей отверстий под оси вращения к наружной цилиндрической поверхности ступицы. Увод отверстия под ось вращения может привести к заклиниванию оснований в пазах под них при вращении оснований. Низкая надежность данного рабочего колеса вызвана ненадежным креплением осей вращения оснований, так как отверстия под них выполнены открытыми, по крайней мере, с одного торца - со стороны, откуда производилась их обработка, и в случае некачественного закернивания этого отверстия ось вращения основания может выйти из отверстия для своего крепления, что приведет к отказу осевого вентилятора. Такое может произойти также и в процессе многократного открытия и закрытия лопаток при работе осевого вентилятора - под воздействием вращения оснований и наклепа в местах фиксации оси, вызванного высокими уровнями вибрационных и ударных воздействий, характерных для ракетно-космической техники, ось вращения основания может выйти из отверстия для своего крепления.
Техническим результатом является повышение технологичности и надежности.
Этот результат достигается за счет того, что в известном рабочем колесе осевого вентилятора, содержащем ступицу с центральным посадочным отверстием и установленными в ступице на осях вращения складывающимися под воздействием пружин лопатками в виде закрепленных на осях вращения оснований и неподвижно установленных относительно них лопастей, при этом основания установлены с возможностью поворота относительно осей вращения, а ступица снабжена пазами на наружной поверхности для размещения оснований, согласно изобретению в ступице выполнены расположенные под углом 90° к ее оси отверстия по числу лопаток, в каждом отверстии неподвижно установлен палец в виде кругового цилиндра с наружной цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен диаметру отверстия, боковые поверхности каждого основания выполнены перпендикулярными его оси вращения, расстояние между боковыми поверхностями основания меньше диаметра пальца, а в каждом пальце выполнен паз для размещения и поворота основания, каждая ось вращения установлена в отверстиях, выполненных в пальце с противоположных сторон паза, и проходит через паз, пружины выполнены в виде пружин кручения, размещенных на осях вращения оснований, при этом один свободный конец каждой пружины связан с пальцем, а другой - с основанием, и выходящие на наружную поверхность ступицы торцы пальцев выполнены в виде соосной ступице цилиндрической поверхности, диаметр которой равен наружному диаметру ступицы.
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения рабочего колеса осевого вентилятора, общий вид, на фиг.2 - то же, вид слева, на фиг.3 - разрез по А-А (повернуто). На фиг.4 приведен общий вид рабочего колеса при раскрытых лопатках (т.е. при вращении рабочего колеса), на фиг.5 - разрез по Б-Б (повернуто), тоже при вращении рабочего колеса.
Рабочее колесо осевого вентилятора содержит ступицу 1 с центральным посадочным отверстием 2. В ступице 1 установлены на осях вращения 3 складывающиеся под воздействием пружин 4 лопатки 5, в данном примере их четыре; под воздействием пружин 4 лопатки 5 подпружинены к наружной поверхности ступицы. Каждая лопатка 5 представляет собой закрепленное на оси вращения 3 основание 6 и неподвижно установленные относительно них лопасти 7, которые крепятся друг к другу посредством штифтов 8. Основания 6 установлены с возможностью поворота относительно осей вращения 3, а ступица 1 снабжена пазами 9 на наружной поверхности для размещения оснований 6. В ступице 1 выполнены расположенные под углом 90° к ее оси отверстия 10 по числу лопаток, в каждом отверстии 10 неподвижно установлен палец 11 в виде кругового цилиндра с наружной цилиндрической поверхностью, диаметр d которой равен диаметру отверстия 10. Пальцы жестко связаны со ступицей 1 посредством штифтов 12. На приведенных иллюстрациях отверстия 10 перпендикулярны оси ступицы 1, но они могут и скрещиваться с ней, поэтому заявляется обобщающий признак «расположенные под углом 90°». Боковые поверхности 13 и 14 каждого основания 6 выполнены перпендикулярными его оси вращения 3, расстояние b между боковыми поверхностями 13 и 14 основания меньше диаметра d пальца 11. В каждом пальце 11 выполнен паз 15 для размещения и поворота основания 6, каждая ось вращения 3 установлена в отверстиях 16, выполненных в пальце 12 с противоположных сторон паза, и проходит через паз 15. Пружины 4 выполнены в виде пружин кручения, размещенных на осях вращения 3 оснований 6, при этом один свободный конец 17 каждой пружины 4 связан с пальцем 11 - входит в выполненное в пальце отверстие 18, а другой свободный конец 19 - с основанием 6, упираясь в него под воздействием момента первоначальной закрутки пружины 4. Выходящие на наружную поверхность ступицы 1 торцы 20 пальцев выполнены в виде соосной ступице 1 цилиндрической поверхности, диаметр которой равен наружному диаметру ступицы.
Блок вентиляторов работает следующим образом: при неподвижном рабочем колесе его лопатки 5 под воздействием пружин кручения 4 прижаты лопастями 7 к наружной цилиндрической поверхности ступицы 1. При приведении рабочего колеса во вращение от вала, установленного внутри центрального посадочного отверстия 2 (не показан), лопатки 5 под действием центробежных сил инерции (что обеспечивается расчетом геометрических размеров лопаток) преодолевают момент сопротивления пружин 4, увеличивая их закрутку, и раскрываются, лопасти 7 располагаются своими продольными осями в плоскости, перпендикулярной оси блока вентиляторов, что обеспечивается профилированием основания лопасти, в рабочем положении опирающегося на наружную цилиндрическую поверхность ступицы 1. Такое положение приведено на фиг.4 и 5. Вращение раскрытых лопаток приводит к созданию потока перекачиваемого газа. То, что торцы пальцев, выходящие на наружную поверхность ступицы, выполнены в виде соосной ступице цилиндрической поверхности, диаметр которой равен наружному диаметру ступицы, позволяет максимально снизить аэродинамические потери при вращении рабочего колеса, т.к. поверхности ступицы и торцев пальцев образуют единый цилиндр. Выполнение торцев пальцев в виде соосной ступице цилиндрической поверхности обеспечивается совместной механической обработкой ступицы с установленными в нее пальцами, закрепленными технологическими штифтами. При прекращении вращения ступицы центробежные силы инерции снижаются до нуля и лопатки под воздействием момента пружин 4 возвращаются в исходное положение (фиг.1-3). В результате использования изобретения существенно повышается технологичность рабочего колеса, т.к. вместо выполнения отверстий под малым углом к цилиндрической поверхности, как в прототипе, отверстия 16 выполняются перпендикулярно поверхности пальцев, что исключает увод инструмента. Выполнение этих отверстий не непосредственно в ступице, а в пальцах, размещаемых в отверстиях ступицы, полностью исключает возможность заклинивания оснований в пазах 9, так как палец 11 с установленной в него осью вращения 3 и лопаткой 5 устанавливается в отверстие 10 и имеет возможность вращения относительно оси этого отверстия до того положения, когда касание боковыми поверхностями 13 и 14 стенок паза 9 отсутствует. В этом положении производят установку штифтов 12. Также повышается и надежность рабочего колеса, т.к. выпадение осей вращения 3 невозможно - с двух сторон ось ограничена от перемещений стенками отверстия 10. Штифты же 12 запрессованы между деталями, не имеющими взаимных перемещений, могут быть задублированы, т.к. зона их расположения не имеет взаимовлияния ни на зону крепления центрального посадочного отверстия, которая расположена в центральном районе ступицы, ни на зону крепления и перемещения лопаток, расположенную в периферийном районе ступицы. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в изделиях авиационной и космической техники.
Литература
1. Патент РФ N2009376, МПК: F04D 25/08, 1994 г.
2. Патент РФ N2174194, МПК: F04D 19/02, 2001 г. (прототип).