РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РЕВЕРСИВНОГО ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА
PROPELLER OF REVERSIBLE AXIAL FAN

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в рабочих колесах осевых вентиляторов.
Известно рабочее колесо осевого вентилятора (патент РФ №2135838, F04D 29/36, 1999 г.), содержащее ступицу, снабженную обечайкой, в отверстиях которой на осях, снабженных стаканами, установлены поворотные основания с закрепленными на них парой лопаток с перемычкой, причем хвостовик каждой пары лопаток соединен с осью связи с приводом поворота лопаток на ходу вентилятора для регулирования и реверсирования его режима.
Недостатком данного рабочего колеса является сложность изготовления, высокая стоимость и повышенный момент инерции из-за шарнирного крепления поворотного основания лопатки к хвостовикам связи с механизмом привода ее поворота на ходу рабочего колеса.
Известен также осевой вентилятор (патент США №6,116,856, 12.09.2000 г.) реверсирование которого выполняется изменением направления вращения рабочего колеса, лопатки которого имеют профильное сечение и S-образную форму, содержат основание, посредством которого они закрепляются при изготовлении и наладке в разъемной втулке, состоящей из передней и задней частей.
Данная конструкция рабочего колеса сложна в изготовлении, ненадежна при эксплуатации из-за недостаточной жесткости, т.к. возможны резонансные колебания его составных частей и разрушения на расчетных и переходных частотах вращения при пусках и остановках вентилятора.
Наиболее близким по технической сущности является рабочее колесо осевого вентилятора (патент РФ №2286482, F04D 29/36, 03.08.2004 г.) регулируемого и реверсируемого на ходу поворотом лопаток рабочего колеса, содержащее ступицу, обечайку, опорные и несущие диски и силовой пояс, жестко соединенные между собой посредством указанных дисков.
Однако использование данной конструкции для вентиляторов с диаметром рабочего колеса менее 2100 мм на частотах вращения более 1000 оборотов в минуту чрезмерно повышает его удельную стоимость, снижает его равнопрочность и обуславливает ненадежность работы вентилятора из-за возможной вибрации его составных частей и отдельных элементов.
Задачей данного изобретения является снижение стоимости и повышение надежности рабочего колеса реверсивного и регулируемого на ходу осевого вентилятора путем увеличения запаса и обеспечения равнопрочности его элементов при изменении частоты и направления вращения.
1
2
1
2
л
o
д
c
л
o
д
с
н
р
н
р
Поставленную задачу решают тем, что листовые S-образные в любом сечении по радиусу рабочего колеса лопатки попарно размещают на обечайке с переменным шагом так, что расстояние t между парой лопаток - сближенные лопатки, и расстояние t между попарно расположенными лопатками или между парами сближенных лопаток выбирают из условия t<t. Также сближенные лопатки смещают одну относительно другой по оси рабочего колеса на величину Δ и соединяют между собой перемычками. Смещение сближенных лопаток Δ определяется как расстояние между плоскостями, проходящими параллельно плоскости диска рабочего колеса, причем одна плоскость проходит через точку пересечения передней кромки одной из сближенных лопаток с обечайкой, другая плоскость проходит через точку пересечения передней кромки другой из сближенных лопаток с обечайкой. В корпусе рабочего колеса для увеличения жесткости устанавливают ребра жесткости, соединяющие ступицу, несущие диски и обечайку, при этом толщину h лопатки, h обечайки, h несущих дисков и h стенки ступицы выбирают из условия h<h<h<h. Лопатки крепят на обечайке рабочего колеса реверсивного осевого вентилятора методом сварки. Передние и задние кромки лопаток определяются направлением вращения рабочего колеса для нормальной ω и реверсивной ω работы. Одна и та же кромка может быть передней при вращении рабочего колеса для нормальной ω и задней для реверсивной работы ω.
На фиг.1 и фиг.2 показаны две проекции рабочего колеса осевого реверсивного вентилятора: вид прямо (фиг.1) и вид сбоку (фиг.2), где: 1 - ступица; 2 - несущие диски; 3 - обечайка; 4 - лопатки; 5 - листовые перемычки; 6 - ребра жесткости, соединяющие ступицу, несущие диски и обечайку.
На фиг.3 - вид по стрелке А, показано изображение положения лопаток на обечайке рабочего колеса.
с
д
o
На фиг.4 - вид в разрезе I-I - сечение рабочего колеса с изображением расположения ребер жесткости 6, соединяющих ступицу 1 толщиной h с несущими дисками 2 толщиной h и обечайкой 3 толщиной h.
H
P
н
р
1
2
л
0
д
с
На чертежах также показаны: направления подачи воздуха вентилятором при нормальной и реверсивной работе Q, Q соответственно; направления вращения рабочего колеса для нормальной и реверсивной работы ω, ω соответственно; расстояния по обечайке между лопатками t и t; толщины h лопатки, h обечайки, h несущих дисков и h стенки ступицы.
н
н
p
р
Производительность вентилятора в нормальном режиме работы Q обеспечивается вращением рабочего колеса в направлении ω, реверсирование производительности Q путем вращения в направлении ω, при этом передние и задние кромки лопаток определяются направлением вращения рабочего колеса.
л
o
д
c
л
o
д
c
Для обеспечения большей жесткости и равнопрочности корпуса рабочего колеса его ребра жесткости размещают в плоскости по сечению I-I (фиг.3), проходящей по диаметру рабочего колеса через точки пересечения с обечайкой передней кромки одной из сближенных лопаток и задней кромки другой из сближенных лопаток, а толщину листовой лопатки h, обечайки h, несущих дисков h и стенки ступицы h выбирают из условия h<h<h<h.
P
н
н
р
н
р
Прямая (нормальная) и реверсивная (обратная) работа рабочего колеса с производительностью Q>0,7Q обеспечивается при его вращении соответственно в направлениях ω и ω, при этом регулирование производительности вентилятора как в прямом, так и в обратном режимах обеспечивается за счет изменения частоты вращения ω(t) и ω(t).
Уменьшение стоимости предложенного рабочего колеса реверсивного и регулируемого на ходу осевого вентилятора по сравнению с аналогами и прототипом достигается снижением затрат на производство (материалоемкость, трудозатраты и т.п.) из-за простоты его конструкции. Производство рабочего колеса осуществляется путем сварки из штампованных элементов. Кроме того простота обслуживания снижает эксплуатационные затраты.
Реверсивные осевые вентиляторы широко применяются в шахтах, рудниках, метрополитенах. Однако выпускаемые вентиляторы имеют сложную конструкцию, что повышает стоимость изготовления и обслуживания, а также снижает надежность работы. Заявленное техническое решение реализовано в конструкторской документации машин диаметром от 1000 до 2400 мм, по которой подготовлено производство новых вентиляторов.