Композиционная лопасть осевого вентилятора

Композиционная лопасть осевого вентилятора

Реферат

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям лопастей из композиционных материалов для рабочих колес осевых вентиляторов больших диаметров, которые могут быть использованы, в частности, в градирнях, и позволяет повысить надежность работы вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками и уменьшение общего веса вентилятора. Перо лопасти вентилятора выполнено из композиционного материала в виде тонкостенной оболочки, образующей крыльевой профиль лопасти, переходную и комлевую части лопасти, которая представляет собой круглый стержень и выполнена с возможностью непосредственного крепления ко втулке рабочего колеса вентилятора, во внутренней полости лопасти, образованной тонкостенной оболочкой, расположен армирующий элемент, выполненный из композиционного материала и состоящий, по меньшей мере, из двух силовых профилей переменной высоты, силовые профили соединены с тонкостенной оболочкой и разделяют внутреннюю полость лопасти на части, каждая из которых заполнена наполнителем из самовспенивающегося материала. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям лопастей из композиционных материалов для рабочих колес осевых вентиляторов больших диаметров, которые могут быть использованы, в частности, в градирнях.

Известна конструкция лопасти рабочего колеса осевого вентилятора для градирни, раскрытая в авторском свидетельстве SU 216177 А (М.Л. Миль и др.), 16.06.69, F 04 D 29/38. Указанная лопасть включает в себя несущий стальной лонжерон, покрытый слоем стекловолокна и склеенный с изготовленными из стеклопластика компенсаторами и вспомогательными лонжеронами, заполненными внутри пенопластом. Компенсаторы и вспомогательные лонжероны совокупно образуют крыльевой профиль лопасти, покрытый слоем стеклопластика. Концевая полость лопасти заполнена самотвердеющей смесью.

Недостатком такого выполнения лопасти для вентилятора большого диаметра является ее невысокая надежность, которая обусловлена различием коэффициентов теплового расширения стального лонжерона лопасти и склеенных с ним компенсаторов и вспомогательных лонжеронов, изготовленных из стеклопластика. Так как подобные вентиляторы предназначены для работы в условиях значительных перепадов температур, характерных для российского климата, упомянутое выше различие коэффициентов теплового расширения конструктивных элементов лопастей оказывает существенное влияние на надежность вентилятора в целом. Кроме того, применение стального несущего лонжерона, а также необходимость использования компенсаторов и вспомогательных лонжеронов обуславливают значительный вес лопасти, что приводит к повышению нагрузок на привод рабочего колеса вентилятора и усложняет его монтаж.

Известна также конструкция лопасти вентилятора, раскрытая в заявке GB 2279114 A (NU AIRE LIMITED), 21.12.94, F 04 D 29/38. Указанная лопасть содержит несущий металлический лонжерон зигзагообразной формы, установленный в оболочке лопасти с помощью специальных фиксирующих элементов. Оболочка лопасти выполнена из тонкого алюминиевого или пластикового листа и заполнена самовспенивающимся материалом. Лопасть крепится ко втулке рабочего колеса вентилятора с помощью резьбы, которая выполнена на конце комлевой части несущего лонжерона.

Применение в конструкции лопасти самовспенивающегося материала, имеющего плотность на порядок меньшую, чем у стеклопластика и образующего с оболочкой лопасти жесткую, так называемую "сэндвичевую", конструкцию, позволяет в некоторой степени облегчить лопасть вентилятора и повысить ее прочностные характеристики. Однако наличие на комлевой части лонжерона резьбы, предназначенной для крепления лопасти ко втулке рабочего колеса вентилятора, а также само выполнение резьбового соединения лопасти и упомянутой втулки рабочего колеса вентилятора не позволяют в полной мере обеспечить надежную работу вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками.

Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению по совокупности существенных признаков (прототипом) является техническое решение, раскрытое в заявке GB 1 330 565 A (FLUOR PRODUCTS COMPANY), 19.09.73, F 04 D 29/38, представляющее собой лопасть осевого вентилятора, выполненную из композиционного материала и состоящую из профилированного пера лопасти, комлевой части, которая предназначена для крепления лопасти к рабочему колесу 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 армирующего элемента из металла, обуславливающее, как уже указывалось выше, значительный вес лопасти, и наличие специального фланцевого узла крепления лопасти к рабочему колесу вентилятора, которое усложняет конструкцию лопасти и всего вентилятора в целом, а также приводит к увеличению вероятности появления отказов в условиях длительной эксплуатации вентилятора со знакопеременными нагрузками.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении и увеличении надежности узла крепления области к рабочему колесу вентилятора, а также уменьшении веса и повышении вибростойкости лопасти вентилятора. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении надежности работы вентилятора при его длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками и уменьшении общего веса вентилятора.

Конструкция лопасти осевого вентилятора, обеспечивающая в соответствии с настоящим изобретением достижение указанного выше технического результата, может быть охарактеризована следующей совокупностью существенных признаков.

Лопасть вентилятора, включающая 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 ко 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.

Кроме того, лопасть может быть соединена со втулкой рабочего колеса с возможностью установки требуемого рабочего угла.

Кроме того, армирующий элемент может быть расположен также в переходной и комлевой частях лопасти.

Кроме того, силовые профили могут быть соединены с тонкостенной оболочкой посредством клеевого соединения.

Кроме того, силовые профили и тонкостенная оболочка могут быть выполнены из прессованных пакетов, набранных из препрега стекловолокнистого и/или углеволокнистого наполнителя.

Таким образом, настоящее изобретение отличается от указанного выше наиболее близкого аналога (прототипа) следующими существенными признаками: - комлевая часть лопасти представляет собой круглый стержень; - комлевая часть лопасти выполнена с возможностью непосредственного крепления ко втулке рабочего колеса вентилятора; - армирующий элемент выполнен из композиционного материала; - армирующий элемент состоит из двух силовых профилей; - силовые профили, образующие армирующий элемент, имеют переменную высоту; - силовые профили соединены с тонкостенной оболочкой и разделяют таким образом внутреннюю полость лопасти на части, каждая из которых заполнена наполнителем; - армирующий элемент расположен также в переходной и комлевой частях лопасти; - силовые профили соединены с тонкостенной оболочкой посредством клеевого соединения; - силовые профили и тонкостенная оболочка выполнены из прессованных пакетов, набранных из препрега стекловолокнистого и/или углеволокнистого наполнителя.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью существенных признаков, а также возможность реализации назначения изобретения могут быть подтверждены описанием возможной конструкции устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, сущность которой поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее: Фиг. 1 - общий вид лопасти вентилятора; Фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; Фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг. 1; Фиг. 4 - профиль лопасти; Фиг. 5 - контур переходной части лопасти в сечении В-В; Фиг. 6 - контур переходной части лопасти в сечении Г-Г.

Композиционная лопасть 1 осевого вентилятора для градирни включает в себя профилированное перо 2 лопасти, комлевую часть 3 для крепления лопасти к рабочему колесу вентилятора и переходную часть 4 от пера лопасти к комлевой части. Упомянутое перо 2 лопасти выполнено из композиционного материала в виде тонкостенной оболочки 5, образующей крыльевой профиль лопасти. Указанная оболочка образует также переходную и комлевую часть лопасти, которая представляет собой круглый стержень и предназначена для непосредственного крепления ко втулке рабочего колеса вентилятора с помощью накладок и хомутов с возможностью установки требуемого рабочего угла. Во внутренней полости лопасти, образованной тонкостенной оболочкой, расположен армирующий элемент переменной высоты, который выполнен из композиционного материала и состоит из по меньшей мере двух силовых профилей 6, представляющих собой швеллеры или двутавры переменной высоты, причем армирующий элемент расположен в полости пера лопасти, а также в переходной и комлевой частях лопасти вентилятора. Швеллеры или двутавры, образующие армирующий элемент, соединены своими полками с тонкостенной оболочкой посредством клеевого соединения 8 и разделяют таким образом внутреннюю полость лопасти на части П1, П2 и П3, каждая из которых заполнена наполнителем 7 из самовспенивающегося материала, представляющим собой полиуретановую систему. Силовые профили и тонкостенная оболочка выполнены из прессованных пакетов, которые могут быть набраны из препрега стекловолокнистого и/или углеволокнистого наполнителя.

Расстояние l между силовыми профилями 6 и их высота h, а также расположение продольной оси вращения 9 лопасти выбираются из условия отсутствия резонансных колебаний при раскрутке рабочего колеса вентилятора и воздействия инерционных, центробежных и воздушных нагрузок на лопасть вентилятора при заданном номинальном режиме работы. Расположение продольной оси вращения 9 лопасти выбирают из следующего диапазона: b/4 X оси b/3 и Y оси = С/2. Вышеперечисленные нагрузки определяют также длину L переходной части 4 лопасти, а также плотность (i) материала наполнителя в полостях П1, П2 и П3, при этом 2 > 1 > 3. Переходная часть 4 от пера 2 лопасти к комлевой части 3 сформирована посредством косинусной интерполяции коэффициентов Фурье, описывающих граничные контуры (сечения В-В и Г-Г по фиг. 1) переходной части лопасти: сечение В-В: x = Rcos, y = Rsin; сечение Г-Г: x = rcos, причем при интерполяции: r ---> R; b₁ ---> R; a₀; a₁; a₂; b₂; ...a₅; b₅ ---> 0.

Представленная конструкция устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает возможность реализации назначения настоящего изобретения, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенных в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Лопасть вентилятора, содержащая 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 выполнен в виде силового профиля, 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 ко втулке рабочего колеса вентилятора, а армирующий элемент выполнен из композиционного материала и содержит, по меньшей мере, один дополнительный силовой профиль переменной высоты, при этом силовые профили соединены своими полками с тонкостенной оболочкой и разделяют внутреннюю полость лопасти на части, каждая из которых заполнена наполнителем.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что лопасть соединена со втулкой рабочего колеса с возможностью установки требуемого рабочего угла.

3. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что армирующий элемент расположен также в переходной и комлевой частях лопасти.

4. Лопасть по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что силовые профили соединены с тонкостенной оболочкой посредством клеевого соединения.

5. Лопасть по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что силовые профили и тонкостенная оболочка выполнены из прессованных пакетов, набранных из препрега стекловолокнистого и/или углеволокнистого наполнителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6