BG62899B1

BG62899B1 - Fan blade

Info

Publication number: BG62899B1
Application number: BG102834A
Authority: BG
Inventors: Karl-Otto Stroemberg
Original assignee: Abb Flaekt Ab
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2000-10-31
Also published as: SE9601452D0; TR199802076T2; CZ287302B6; BG102834A; NO984857L; EP0894197B1; CZ330698A3; DE69717802D1; PL182614B1; EP0894197A1; HU221148B1; RU2172434C2; ATE229621T1; NO984857D0; WO1997039243A1; SE9601452L; HUP9901657A3; EE9800332A; PL329393A1; SE506358C2

Abstract

The fan blade is designed to be fitted to the hub of fan rotors used in the chemical industry. Its design is technologically eased and is light-weight, its endurance during the high fan speeds is increased, and any breakages in its base, close to the bolt connection, are avoided. The fan blade is made of composite material of fibre-reinforced plastic with a base including a reinforcement part and a metal part. The base has the form of a ring (3) supplied with facilities for fixing it to the hub. In the ring (3) a hole (4) is made which in its cross section has a surface extending in the direction outside the fan blade (1). The reinforcement part (5) is mounted in hole (4) of the metal ring (3) where the composite material (6) is spread in such a way so that the reinforcement fibres in the base of the fan belt (1) are fitted between the reinforcement part (5) and the wall of hole (4) of the metal ring (3) being orientated basically parallel to their surfaces. 7 claims, 4 figures

Description

Област на техникатаTechnical field

Изобретението се отнася до вентилаторна лопатка, която е пригодена за прикрепване към главината на ротора на вентилатор, намиращ приложение в химическата индустрия.The invention relates to a fan blade which is adapted for attachment to a fan rotor of a fan for use in the chemical industry.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известни са широко употребяваните в бита и индустрията вентилаторни лопатки, изработени от метал, например стомана или алуминий.Commonly used fan blades made of metal, such as steel or aluminum, are widely used in the home and industry.

Тези вентилаторни лопатки са тежки и не са устойчиви на химически агресивна околна среда.These fan blades are heavy and not resistant to chemically corrosive environments.

Възникнала е необходимостта от производството на вентилаторни лопатки от материал, който е с подобрена химическа устойчивост от тази на метала и съответно може да устоява по-добре на химически агресивна околна среда, която е характерна например за процесите в химическата индустрия. Възникнала е също така необходимостта от производството на вентилаторни лопатки с намалено тегло, което определя възможността вентилаторът, снабден с такива олекотени лопатки да работи при по-високи скорости, като в даден случай може да бъде изработен с по-малки габарити и по този начин да се окаже по-евтин.There has been a need to produce fan blades from a material that has improved chemical resistance than that of the metal and can therefore better withstand the chemically aggressive environment that is characteristic of, for example, processes in the chemical industry. There was also a need to produce fan blades of reduced weight, which determines the possibility of a fan equipped with such light blades to operate at higher speeds, in which case it can be made with smaller dimensions and thus it turns out to be cheaper.

Широко известни са също така вентилаторни лопатки, направени от композитен материал от влакнесто усилена пластмаса. Тези лопатки са химически устойчиви и леки, но при тях се появяват трудности при закрепването им към главината на ротора на вентилатора по достатъчно надежден начин. Връзката между вентилаторната лопатка и главината на ротора в най-общия случай е болтова връзка, осъществена чрез болтове, които преминават през основата на вентилаторната лопатка и са завинтени в главината или в предвиден към нея носач. При тези известни вентилаторни лопатки е установена тенденция, която е нежелана и се изразява в това, че направените от композитен материал вентилаторни лопатки се разрушават при високи скорости на вентилатора и при високо напрежение от пукнатини, появяващи се в основата на вентилаторната лопатка, в областта на болтовата връзка.Fan blades made of fiber reinforced composite material are also widely known. These blades are chemically resistant and lightweight, but have difficulty securing them to the fan rotor hub in a sufficiently reliable manner. The connection between the fan blade and the rotor hub is generally a screw connection made by bolts that pass through the base of the fan blade and are screwed into the hub or carrier provided therefor. In these known fan blades, a tendency is observed which is undesirable and is that the fan blades made of composite material are destroyed at high fan speeds and at high voltage by cracks appearing at the base of the fan blade in the area of the fan blades. bolt connection.

Известна е от US 5 292 231 роторна лопатка, която е изработена от влакнесто усилен композитен материал, като смола, съдържаща влакна от стъкло, въглерод или други подобни за последователно приложение на пластове от този материал, наредени един върху друг. Известната вентилаторна лопатка има основна част за фиксиране към периферията на главината или друга носеща част на ротора на вентилатор. Основата на вентилаторната лопатка е конфигурирана, от една страна, чрез преминаващите към нея пластове от композитния материал, които се разклоняват в две части, оформящи свободни пространства с поместени в тях усилващи сърцевини. От друга страна, основата е оформена от една метална черупка, обхващаща разклонените пластове от композитен материал и оформяща свободно пространство, разположено между тях и вътрешната повърхнина. Това свободно пространство е запълнено с подходящ еластичен материал, който се инжектира в него.Known from U.S. Pat. No. 5,292,221, a rotor blade that is made of a fiber-reinforced composite material, such as a resin containing fibers of glass, carbon, or the like for successively applying layers of this material stacked on top of one another. The known fan blade has a main part for fixing to the periphery of the hub or other supporting part of the fan rotor. The base of the fan blade is configured, first, by passing layers of composite material which extend into two parts, forming free spaces with reinforcing cores therein. On the other hand, the base is formed by a metal shell enclosing the branched layers of composite material and forming a free space between them and the inner surface. This free space is filled with suitable resilient material that is injected into it.

Недостатъкът на тази вентилаторна лопатка е, че тя е сложна за изпълнение и е много скъпа. Основата е с особена форма, която изисква специални закрепващи средства за присъединяването на вентилаторната лопатка към главината или носещия елемент на ротора.The disadvantage of this fan blade is that it is complex to implement and very expensive. The base has a special shape that requires special fastening means for attaching the fan blade to the hub or rotor support.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Задачата на изобретението е да се създаде вентилаторна лопатка, която да е химически устойчива, да е лека и същевременно да е с възможност да бъде прикрепена към главината по технологично облекчен и надежден начин.It is an object of the invention to provide a fan blade that is chemically resistant, lightweight and at the same time capable of being attached to the hub in a technologically light and reliable manner.

По-обща цел на изобретението е да се създаде вентилаторна лопатка с необходимата устойчивост и лекота, която да показва висока надеждност срещу счупване и разрушаване при високи скорости на ротора дори когато той е подложен на голямо натоварване.It is a more general object of the invention to provide a fan blade with the necessary durability and ease to show high reliability against breaking and breaking at high speeds of the rotor even when subjected to high loads.

Задачата е решена с вентилаторна лопатка, пригодена за закрепване към главина на ротора на вентилатор, направена от композитен материал от влакнесто усилена пластмаса с основа, която съдържа усилващ елемент и метална част. Съгласно изобретението металната част на основата е оформена във вид на пръстен, който е снабден със средства за закрепване на вентилаторната лопатка към глави ната. Пръстенът е снабден с отвор, който в напречно сечение има повърхнина, увеличаваща се в направление навън от вентилаторната лопатка. Усилващият елемент е монтиран в отвора на металния пръстен, където композитният материал е разпрострян така, че усилващите влакна в основата на вентилаторната лопатка са разположени между усилващия елемент и стената на отвора на металния пръстен. Усилващите влакна са ориентирани по същество успоредно на техните повърхнини.The problem is solved with a fan blade adapted for attachment to a fan rotor hub made of fiber reinforced composite material with a base containing a reinforcing element and a metal part. According to the invention, the metal part of the base is formed in the form of a ring, which is provided with means for securing the fan blade to the heads. The ring is provided with an opening which, in cross section, has a surface extending outward from the fan blade. The reinforcing element is mounted in the opening of the metal ring, where the composite material is extended so that the reinforcing fibers at the base of the fan blade are located between the reinforcing element and the wall of the opening of the metal ring. The reinforcing fibers are oriented substantially parallel to their surfaces.

В едно предпочитано изпълнение на вентилаторната лопатка съгласно изобретението, отворът в металния пръстен има напречно сечение с формата на пресечен конус.In a preferred embodiment of the fan blade according to the invention, the opening in the metal ring has a cross-section with a cross-shaped cone.

Вентилаторната лопатка съгласно изобретението е изпълнена и така, че усилващият елемент е изработен от въглеродни влакна.The fan blade according to the invention is also designed so that the reinforcing element is made of carbon fibers.

Вентилаторната лопатка е изпълнена така, че усилващият елемент е оформен от въглеродно-влакнеста нишка, която е навита в дисково оформена ролка, поместена в отвора на металния пръстен, като притиска усилващите влакна на композитния материал в посока към стената на отвора.The fan blade is configured so that the reinforcing element is formed by a carbon-fiber filament that is wound in a disc-shaped roll placed in the opening of the metal ring by pressing the reinforcing fibers of the composite material toward the wall of the opening.

Вентилаторната лопатка съгласно изобретението за предпочитане е изпълнена така, че композитният материал от влакнесто усилена пластмаса в основата на вентилаторната лопатка има линейна характеристика на разширение, съответстваща на разширението на металния пръстен.The fan blade according to the invention is preferably constructed such that the fiber-reinforced plastic composite material at the base of the fan blade has a linear expansion characteristic corresponding to the expansion of the metal ring.

При още едно предпочитано вариантно изпълнение на вентилаторната лопатка съгласно изобретението композитният материал е изпълнен от стъкловлакнесто усилена епоксидна пластмаса.In another preferred embodiment of the fan blade according to the invention, the composite material is made of fiberglass reinforced epoxy plastic.

За предпочитане е вентилаторната лопатка съгласно изобретението да е осъществена така, че стъкловлакнесто усилената епоксидна пластмаса в основата на вентилаторната лопатка да е комбинирана с въглеродновлакнесто усилен усилващ елемент, изпълнен от въглеродни влакна, ориентирани по същество напречно на стъклените влакна от стъкловлакнесто усилената структура на основата.Preferably, the fan blade according to the invention is designed in such a way that the fiberglass-reinforced epoxy plastic at the base of the fan blade is combined with a carbon-fiber reinforcing element made of carbon fibers oriented substantially transversely to the glass fiber structure.

Предимствата на вентилаторната лопатка, изпълнена съгласно изобретението са следните. Тя има по-лека и технологично облекчена конструкция в сравнение използваните вентилаторни лопатки. Освен това тя е с достатъчна издръжливост към високи скорости на вентилатора, без това да предизвиква счупвания в основата й, в близост до болтовата връзка, където е най-уязвимата част на вентилаторните лопатки.The advantages of the fan blade according to the invention are as follows. It has a lighter and more technologically lightweight construction than the fan blades used. In addition, it has sufficient durability to high fan speeds without causing breakage at its base near the screw connection, where it is the most vulnerable part of the fan blades.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the annexed figures

Изобретението се пояснява с придружаващите описанието фигури, от които:The invention is illustrated by the accompanying figures, of which:

фигура 1 представлява поглед отстрани на вентилаторна лопатка съгласно настоящото изобретение;Figure 1 is a side view of a fan blade according to the present invention;

фигура 2 - поглед отгоре на вентилаторната лопатка;Figure 2 is a top plan view of the fan blade;

фигура 3 - напречен разрез на вентилаторната лопатка по линия Ш-Ш от фиг.1;Figure 3 is a cross-sectional view of the fan blade along line W-III of Figure 1;

фигура 4 - напречен разрез през основата на базовата част на вентилаторната лопатка в уголемен мащаб.FIG. 4 is a cross-sectional view through the base of an enlarged scale of the fan blade base.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention

Изобретението ще бъде описано по-детайлно чрез един пример за изпълнение на вентилаторна лопатка 1, проектирана така, че да бъде прикрепена към главината (непоказана на чертежите) на ротор от вентилатор (също непоказан на чертежите) чрез четири фиксиращи болта (непоказани), завити в главината или в носач, разположен към нея.The invention will be described in more detail by way of one embodiment of a fan blade 1 designed to be attached to the hub (not shown in the drawings) of a fan rotor (also not shown) by four fixing bolts (not shown), screwed in the hub or in a carrier attached to it.

Вентилаторната лопатка 1 е изпълнена от композитен материал 6 от влакнесто-усилена пластмаса. При едно предпочитано примерно изпълнение композитният материал 6 е една стъклено- и водородно-влакнеста, усилена епоксидна пластмаса. Трябва да се отбележи, че вместо стъклени влакна и въглеродни влакна, като влакнести усилващи елементи могат да бъдат използвани други влакна, например армидни влакна. Също така трябва да се има предвид, че могат да бъдат използвани и други полимерни пластмаси, вместо епоксидна пластмаса, като основна маса свързващо вещество.The fan blade 1 is made of composite material 6 of fiber-reinforced plastic. In one preferred embodiment, the composite material 6 is a glass and hydrogen fiber reinforced epoxy plastic. It should be noted that, instead of glass fibers and carbon fibers, other fibers, such as armid fibers, may be used as fiber reinforcement elements. It should also be borne in mind that other polymer plastics may be used instead of epoxy plastics as the bulk of the binder.

Така, както е показана на фиг. 4, вентилаторната лопатка 1 се състои от композитен материал 6, оформен от два пласта стъклена вата, включващ една област А от стъкленовлакнесто усилена епоксидна пластмаса, една междинна сърцевина 2 от пластмаса и един усилващ елемент 5, оформен от въглеродновлакнеста/епоксидно пластмасова композиция.As shown in FIG. 4, the fan blade 1 consists of a composite material 6 formed by two layers of glass wool comprising one area A of fiberglass reinforced epoxy plastic, one intermediate core 2 of plastic and one reinforcing element 5 formed of carbon fiber / epoxy plastic.

Вентилаторната лопатка 1 има основа, която е оформена от метален пръстен 3, усилващия елемент 5 и част от композитния материал 6, разположен в конусен отвор 4, който е изпълнен в металния пръстен 3. Конусният отвор 4 има напречно сечение с формата на пресечен конус с увеличаващ се в посока извън вентилаторната лопатка 1 диаметър. В конусния отвор 4 на пръстена 3 стькловлакната са ориентирани по конусообразната повърхнина на стената на отвора 4 и са разположени между стената и усилващия елемент 5, с което стъкловлакната се предпазват от това да бъдат пресовани и изтеглени към центъра на металния пръстен 3 под въздействие на голямото напрежение, на което би могла да бъде подложена вентилаторната лопатка 1 и при което тялото на вентилаторната лопатка 1 може да бъде изтеглено извън металния пръстен 3.The fan blade 1 has a base formed by a metal ring 3, a reinforcing element 5, and a portion of the composite material 6 located in a conical opening 4, which is formed in the metal ring 3. The conical opening 4 has a cross-section with a cross-shaped cone with increasing in diameter outside the fan blade 1 diameter. In the conical hole 4 of the ring 3, the fiberglass is oriented along the conical surface of the wall of the opening 4 and is located between the wall and the reinforcing element 5, thus preventing the fiberglass from being pressed and drawn to the center of the metal ring 3 under the influence of the large voltage to which the fan blade 1 may be subjected and at which the body of the fan blade 1 may be drawn outside the metal ring 3.

Металният пръстен има отвори 7 за всеки фиксиращ болт, чрез който вентилаторната лопатка 1 е прикрепена към главината. Както е споменато по-горе, като преминават през отворите 7 на пръстена 3 фиксиращите болтове се завиват в главината или към носача, предвиден към нея.The metal ring has openings 7 for each locking bolt through which the fan blade 1 is attached to the hub. As mentioned above, by passing through the openings 7 of the ring 3, the retaining bolts are screwed into the hub or to the carrier provided thereto.

Съставът от влакна и пластмаса в композитния материал 6, в основата на вентилаторната лопатка 1, е избран така, че там този композитен материал има една линейна характеристика на разширение, която е адаптирана в съответствие с разширението на металния пръстен 3, чрез което се постига редуциране дотолкова, доколкото е възможно, на ефекта на разширение и деформация, тъй като при тези две състояния композитният материал 6 е възможно да следва металния пръстен 3 при неговите изменения, в зависимост от температурата.The fiber and plastic composition in the composite material 6, at the base of the fan blade 1, is chosen such that there composite material has a linear expansion characteristic that is adapted to the expansion of the metal ring 3, thereby reducing to the extent possible of the effect of expansion and deformation, since in these two conditions the composite material 6 may follow the metal ring 3 as it changes, depending on temperature.

В едно предпочитано примерно изпълнение на вентилаторната лопатка 1 стъкловлакнестата усилена структура в основата е съчетана с усилващ елемент 5, имащ въглеродновлакнеста структура, при която въглеродните влакна са разположени между стькловлакната в областта на металния пръстен 3 така, че са разпрострени по същество напречно на стъклените влакна в композитния материал 6. В този случай усилващият елемент 5 е оформен, като е навит във вид на ролка с дискова повърхнина.In a preferred embodiment of the fan blade 1, the glass fiber reinforced structure is combined with a reinforcing element 5 having a carbon fiber structure wherein the carbon fibers are arranged between the glass fibers in the region of the metal ring 3 so that they extend substantially transversely to the glass fibers. in the composite material 6. In this case, the reinforcing element 5 is shaped by being wound in the form of a disk with a disk surface.

Вентилаторната лопатка 1, както е показана на фиг. 4, е конфигурирана от два пласта стъклена вата, всеки от които съдържа няколко слоя надлъжно ориентирани стъклени влакна и една междинна пластмасова сърцевина 2, които са разположени в една затворена форма, при което един кръгообразен пръстен 3 от метал, например стомана, е поместен в единия край на затворената форма. Металният пръстен 3 има отвор 4, който е конусен, по-специално в напречен разрез има формата на пресечен конус, с увеличаващ се диаметър в посока навън от затворената форма. Стъклените влакна в края на пластовете стъклена вата, намиращи се най-близко до металния пръстен 3, в този край, който образува основата на завършената вентилаторна лопатка 1, са поместени в конусния отвор 4 на пръстена и са притиснати срещу стената на конусния отвор 4. Един сноп от стъклени влакна е разположен в част А, показана чрез прекъснати линии на фиг.4, между двата пласта стъклена вата, пресовани срещу стената на конусния отвор 4. Предвиден е един въглеродновлакнест сноп, навит във вид на ролка с дискова повърхнина за оформяне на един твърд усилващ елемент 5, чийто въглеродни влакна са разположени напречно на стькловлакната в комплектованата и завършена вентилаторна лопатка 1. Усилващият елемент 5 е разположен в конусния отвор 4 на металния пръстен 3, откъм външната страна на снопа от стъклени влакна, за да ги задържа в позиция, в която стъклените влакна са притиснати в посока към стените на конусния отвор 4. Вентилаторната лопатка 1 е оформена окончателно, когато се осъществи инжектиране на епоксидна пластмаса в затворената форма.Fan blade 1 as shown in FIG. 4 is configured with two layers of glass wool, each containing several layers of longitudinally oriented glass fibers and an intermediate plastic core 2, which are arranged in a closed form, wherein a circular metal ring 3, such as steel, is placed in one end of the closed form. The metal ring 3 has an aperture 4 which is conical, in particular in cross-section, has the shape of a truncated cone, with increasing diameter outwards from the closed shape. The glass fibers at the end of the glass wool layers closest to the metal ring 3 at this end, which forms the basis of the finished fan blade 1, are placed in the conical hole 4 of the ring and are pressed against the wall of the conical opening 4. One glass fiber bundle is disposed in part A, shown by the broken lines in Fig. 4, between the two layers of glass wool pressed against the wall of the conical opening 4. A carbon fiber bundle is provided, wrapped in a roll with a disc surface for forming on one hard e a reinforcing element 5 whose carbon fibers are transversely arranged on the glass fibers in the complete and complete fan blade 1. The reinforcing element 5 is located in the conical opening 4 of the metal ring 3, on the outside of the glass fiber bundle, to hold them in position , in which the glass fibers are pressed in the direction of the walls of the conical opening 4. The fan blade 1 is completely formed when injection of the epoxy plastic into the closed form is carried out.

Така оформената, завършена вентилаторна лопатка 1 се състои от композитен материал 6, представляващ една въглеродновлакнеста/ епоксидно-пластмасова композиция, включваща област А, образувана от усилена стъкловлакнеста епоксидна пластмаса, междинна сърцевина 2 от пластмаса и усилващ елемент 5, оформен от въглеродновлакнеста структура напоена с епоксидна пластмаса.The fan blade thus formed 1 consists of a composite material 6 constituting a carbon fiber / epoxy-plastic composition comprising a region A formed by a reinforced fiberglass epoxy plastic, an intermediate plastic core 2 and a reinforcing element 5 formed by a fiber structure epoxy plastic.

Claims

1. A fan blade adapted for attachment to a fan rotor hub made of fibrous plastic composite material with a base comprising a reinforcing element and a metal part, characterized in that the metal part of the base is ring-shaped ( 3) provided with means (7) for securing the fan blade (1) to the hub, wherein an opening (4) is made in the ring (3) which, in cross section, has a surface extending outward from the fan blade (3). 1), the enhancer is element (5) is mounted in the opening (4) of the metal ring (3), where the composite material (6) is spread so that the reinforcing fibers at the base of the fan blade (1) are located between the reinforcing element (5) and the wall of the orifices (4) of the metal ring (3) and are oriented substantially parallel to their surfaces.

Fan blade according to claim 1, characterized in that the opening (4) in the metal ring (4) has a cross-section with a cross-shaped cone.

Fan blade according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing element (5) is made of carbon fibers.

Fan blade according to claim 3, characterized in that the reinforcing element (5) is formed by a carbon filament, which is wound as a disk-shaped roll, which is inserted into the opening (4) of the metal ring (3) by pressure reinforcing fibers of the composite material (6) towards the wall of the opening (4).

Fan blade according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber-reinforced plastic composite material (6) at the base of the fan blade (1) has a linear expansion characteristic corresponding to the expansion of the metal ring (3).

Fan blade according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the composite material (6) is made of fiberglass reinforced epoxy plastic.

15. Fan blade according to claim 5 and 6, characterized in that the fiberglass-reinforced epoxy plastic at the base of the fan blade (1) is combined with a carbon-fiber reinforced carbon fiber reinforced element (5) oriented substantially of glass fiber reinforced glass fiber reinforced substrate structure.