FR2527681A1

FR2527681A1 - BLADE FOR MOBILE WHEELS OF ROTARY-OPERATING MACHINE

Info

Publication number: FR2527681A1
Application number: FR8308844A
Authority: FR
Inventors: Karl Resch; Dietmar Bazant
Original assignee: Plastluefter & Anlagenbau Veb
Current assignee: Plastluefter & Anlagenbau Veb
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1983-05-27
Publication date: 1983-12-02
Also published as: SE8303005D0; BE896672A; IT1168777B; IT8348277A0; DD205221A1; NL8301662A; SE8303005L; DE3312933A1

Abstract

This invention relates to a blade, preferably of plastic, for the impellers of centrifugal machines, especially for the impellers of radial fans. According to the invention the blade has hollow chambers passing through the blade cross section which surprisingly lead to an increase in the flexural rigidity of the blade. This results in a saving of material and the sphere of application of such radial fans is extended.

Description

" Aube pour roues mobiles de machine
à fonctionnement rotatif."Dawn for moving machine wheels
with rotary operation.

L'invention concerne une aube pour les roues mobiles de machine rotatives, notamment pour les roues mobiles de ventilateurs radiaux. The invention relates to a blade for the moving wheels of rotary machines, in particular for the moving wheels of radial fans.

I1 est connu, de prévoir comme aubes dans les roues mobiles de ventilateurs radiaux, des plaques planes ou galbées d'épaisseur constante en matière plastique ou en matériaux métalliges. I1 is known, to provide as blades in the movable wheels of radial fans, flat or curved plates of constant thickness of plastic or metallige materials.

Ces aubes connues présentent l'inconvénient qu'en fonction de la dimension du ventl- lateur radial et de sa vitesse de rotation ainsi que de la largeur et de la disposition de ces aubes. il intervient sur ces aubes des contraintes de flexion qui nécessitent des épaisseurs importantes. De telles aubes entrainent alors des constructions de ventilateurs lourdes et couteuses en matériaux et affectent défåvo- rablement d'une façon importante les paramètres d'écoulement de la roue mobile. These known blades have the disadvantage that, depending on the size of the radial fan and its speed of rotation, as well as the width and the arrangement of these blades. it intervenes on these blades bending stresses which require significant thicknesses. Such blades then lead to constructions of heavy and costly ventilators made of materials and adversely affect in a significant way the flow parameters of the moving wheel.

La vitesse périphérique de la roue mobile est en conséquence limitée par la résistance du matériau des aubes. The peripheral speed of the moving wheel is therefore limited by the resistance of the material of the blades.

C'est ainsi que par exemple des roues mobiles avec des aubes recourbées vers l'arrière ne peuvent, s'il existe un rapport défavorable entre la largeur des aubes et le diamètre de la roue mobile, être entrainées qu'avec une vitesse périphérique relativement réduite. Le domaine dans lequel de tels ventilateurs peuvent etre mise en oeuvre, est ainsi fortement limité. Thus, for example, movable wheels with blades curved backwards cannot, if there is an unfavorable relationship between the width of the blades and the diameter of the movable wheel, be driven only with a relatively peripheral speed. scaled down. The field in which such fans can be used is thus greatly limited.

Il est déjà connu, pour raidir les aubes de disposer à l'intérieur de la roue mobile, une ou plusieurs plaques annulaires jouant le rôle d'anneaux de soutien qui servent à compléter la fixation des aubes, en réduisant leur portée et en permettant ainsi une réduction de lgépaisseur de ces aubes,
Ces plaques annulaires connues entrainent une dépense supplementaire importante lors de la réalisation et notamment lors du montage des parties eonstitutives des ventilateurs, et entraînent en même temps une détérioration importante du rendement des ventilateurs.It is already known, to stiffen the blades to have inside the movable wheel, one or more annular plates playing the role of support rings which serve to complete the fixing of the blades, reducing their range and thus allowing a reduction in the thickness of these blades,
These known annular plates entail a significant additional expense during the production and in particular during the mounting of the eonstitutive parts of the fans, and at the same time cause a significant deterioration in the performance of the fans.

Il est également connu de remédiel aux inconvénients aérodynamiques d'une aube d'épaisseur onstante par un profilage approprié de la section transversale de cette aube. Dans le document DE-OS 27 54 582, il est proposé à cet effet des aubes avec une section transversale en forme de croissant. It is also known to remedy the aerodynamic drawbacks of a blade of constant thickness by appropriate profiling of the cross section of this blade. In document DE-OS 27 54 582, blades for this purpose are proposed with a crescent-shaped cross section.

L'inconvénient de ces aubes connue reside dans l'incompatibilité entre la forme aérodyna- miquement favorable de la section transversale e l'aube d'une part, et ltépaisseur de l'aube necessaire en raison des contraintes de flexion. C'est ainsi que la zone de l'arête antérieure de l'aube est prévue selon le document DE-OS 27 54 582, de façon aérodynamiquement favorable, mince et acérée, alors qu'avec une aube recourbée vers l'carrière et une plaque de recouvrement recourbée, c'est précisément sur cette arete antérieur qu'intervient la contrainte maximale en flexion. La brise en oeuvre de telles aubes n'est de ce fait possible que de façon limitée. The disadvantage of these known blades lies in the incompatibility between the aerodynamically favorable shape of the cross section at the blade on the one hand, and the thickness of the blade necessary due to the bending stresses. This is how the area of the anterior edge of the blade is provided according to document DE-OS 27 54 582, in an aerodynamically favorable, thin and sharp manner, whereas with a blade curved towards the career and a curved cover plate, it is precisely on this anterior edge that the maximum bending stress intervenes. The breeze using such blades is therefore only possible to a limited extent.

Il est en outre connu si les aubes sont faites de matières métalliques, de rabattre leurs bords et de les rendre ainsi plus résistantes aux contraintes de flexion. It is also known if the blades are made of metallic materials, to fold their edges and thus make them more resistant to bending stresses.

Un tel raidissement n'est pas possible avec des aubes en matière plastique à cause de l'épaisseur notablement plus importante de l'aube. Such stiffening is not possible with plastic blades because of the significantly greater thickness of the blade.

Le but de l'invention est de réaliser, en évitant les inconvénients précités, les aubes des roues mobiles de machines rotatives, notamment de ventilateurs radiaux, de façon telle que la mise en oeuvre de telles roues mobiles soit possible avec une vitesse périphérique très élevée et un diamètre très important ainsi qu'avec une température de fonctionnement très élevée et qu'ainsi, notamment lors de l'utilisation de matière plastique pour les parties constitutives du ventilateur, une construction économique en matière de ces parties constitutives, épargnant la dépense en matières et les coûts soit obtenue, et que de nouveaux domaines d'application soient ouverts à de tels ventilateurs radiaux. The object of the invention is to produce, by avoiding the aforementioned drawbacks, the blades of the mobile wheels of rotary machines, in particular of radial fans, so that the use of such mobile wheels is possible with a very high peripheral speed. and a very large diameter as well as with a very high operating temperature and thus, especially when using plastic for the constituent parts of the fan, an economical construction in terms of these constituent parts, saving the expense in materials and costs is obtained, and that new fields of application are opened to such radial fans.

L'invention a pour objet de réaliser une aube pour roues mobiles de machines rotatives notamment pour les roues mobiles de ventilateurs radiaux, qui présente une rigidité élevée à la flexion et une résistance mécanique et thermique élevée, et qui soit, de préférence, susceptible d'être réalisée en matière plastique. The object of the invention is to produce a blade for movable wheels of rotary machines, in particular for the movable wheels of radial fans, which has a high bending stiffness and a high mechanical and thermal resistance, and which is preferably capable of '' be made of plastic.

Ce but est atteint conformément à l'invention de la façon suivante
I1 a été trouvé que l'influence de la masse proprement dite des aubes sur la flexion de ces aubes, est notablement plus importante que l'influence du moment d'inertie de la section transversale de l'aube, et que contrairement aux conclusions tirées de l'allè
gement d'autres éléments de construction, pour lesquels la réduction de la masse propre et donc également du moment d'inertie d'un profil plein, implique une com- pensation par une hauteur de construction plus importante du profil de construction légère, avec la réduction en valeur absolue de la masse des aubes pour une épaisseur d'aube identique ou même réduite, il ne se produit qu'une réduction relative du moment d'inertie et la flexion est réduite de façon tout à fait surprenante.This object is achieved in accordance with the invention in the following manner
I1 was found that the influence of the actual mass of the blades on the bending of these blades is significantly greater than the influence of the moment of inertia of the cross section of the blade, and that contrary to the conclusions drawn from the aisle
other construction elements, for which the reduction of the self-mass and therefore also of the moment of inertia of a solid profile, involves compensation by a greater construction height of the light construction profile, with the reduction in absolute value of the mass of the blades for an identical or even reduced blade thickness, there is only a relative reduction in the moment of inertia and the bending is reduced quite surprisingly.

Les aubes comportent pour une épaisseur identique, ou bien même réduite par rapport à un profil d'aube plein, une enveloppe fermée et, à l'intérieur de la section transversale de l'aube, des espaces creux, de prefèrence de forme cylindrique ou prismatique, s'étendant d'un bout à l'autre, parallèlement à la direction de la tension. Les nervures transversales existant entre les espaces creux voisins, sont de préférence disposées radialement ou à peu près radialement. The blades have for an identical thickness, or even reduced compared to a full blade profile, a closed envelope and, inside the cross section of the blade, hollow spaces, preferably of cylindrical shape or prismatic, extending from one end to the other, parallel to the direction of tension. The transverse ribs existing between the neighboring hollow spaces are preferably arranged radially or approximately radially.

Ces espaces creux peuvent être répartis sur la totalité de la section transversale de l'aube ou bien être concentrés aux emplacements des contraintes de flexion les plus élevées, de préférence, le bord antérieur et/ou postérieur de l'aube. These hollow spaces can be distributed over the entire cross section of the blade or else be concentrated at the locations of the highest bending stresses, preferably the anterior and / or posterior edge of the blade.

Selon une variante de l'invention, l'aube comportant un ou plusieurs espaces creux, est constituée d'un morceau mis à longueur d'un profil obtenu au moyen d'une extrudeuse, d'une machine à mouler par injection, etc... Selon une autre variante de l'invention, l'aube est constituée de profilés pleins individuels et/ou de profiles creux fermés de tous côtés ou ouverts d'un côté, qui sont assemblés pour constituer la section transversale de l'aube, de préférence par soudure ou collage. According to a variant of the invention, the blade comprising one or more hollow spaces, consists of a piece cut to length of a profile obtained by means of an extruder, an injection molding machine, etc. .. According to another variant of the invention, the blade consists of individual solid profiles and / or hollow profiles closed on all sides or open on one side, which are assembled to constitute the cross section of the blade, preferably by welding or gluing.

Les espaces creux de la section transversale de l'aube peuvent ne pas etre remplis, ou être remplis avec une substance de remplissage de densité réduite
Selon une variante de l'invention, notamment si les contraintes de flexion sont particulièrement élevées, les espaces creux de l'aube, de préférence les espaces creux du bord antérieur et/ou du bord postérieur de l'aube, sont munis de pièces insérées en un matériau d'une résistance élevée, de préférence de pièces insérées en acier.The hollow spaces in the blade cross section may not be filled, or may be filled with a filling material of reduced density
According to a variant of the invention, in particular if the bending stresses are particularly high, the hollow spaces of the blade, preferably the hollow spaces of the front edge and / or of the posterior edge of the blade, are provided with inserted parts. made of a material of high resistance, preferably of inserted parts of steel.

L'aube conforme à l'invention est reliée d'une façon connue, par assemblage à tenons et mortaises et/ou par soudure ou par collage ou des moyens analogues avec le disque de pied et le disque de tete de la roue mobile. The blade according to the invention is connected in a known manner, by tenon and mortise assembly and / or by welding or by gluing or similar means with the foot disc and the head disc of the movable wheel.

L'avantage de l'aube conforme a l'in- vention réside dans la résistance remarquablement élevée à la flexion de l'aube munie d'espaces creux par rapport à un profil plein. Ce mode de construction léger permet d'économiser la matière des aubes et grace a cette réduction de la masse propre des aubes, d'économiser aussi des matériaux utilisés pour les autres parties constitutives de la roue mobile et du ventilateur
Grace à la réduction de l'épaisseur des aubes, les paramètres d'écoulement et donc le rendement des ventilateurs radiaux, se trouvent en outre améliorés
La résistance plus élevée à la flexion de l'aube conforme à l'invention, permet en outre, l'uti- lisation de roues mobiles de plus grandes dimensions et de vitesses périphériques plus élevées, ainsi qe la mise en oeuvre à des températures de fonctionnement plus élevées, 51 bien que de nouveaux domaines d'appli- cation sont ouverts à de tels ventilateurs radiaux1 de préférence en matière plastique.The advantage of the blade according to the invention resides in the remarkably high flexural strength of the blade provided with hollow spaces compared to a solid profile. This light construction method saves the material of the blades and thanks to this reduction in the mass of the blades, also saves materials used for the other constituent parts of the moving wheel and the fan.
Thanks to the reduction in the thickness of the blades, the flow parameters and therefore the efficiency of the radial fans are also improved.
The higher resistance to bending of the blade in accordance with the invention also allows the use of larger moving wheels and higher peripheral speeds, as well as the use at temperatures of higher operating temperatures, 51 although new fields of application are open to such radial fans1, preferably made of plastic.

L'invention est exposée plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté sur les dessins ci-joints dans lesquels
- la figure 1 est une coupe transver- sale d'une aube avec ses espaces creux,
- la figure 2 est une coupe transversale du bord d'une aube avec un provil creux ajouté,
- la figure 3 est une coupe transversale @u bord d'une aube avec deux profils creux ajoutés,
- la figure 4 est une coupe transversale du bord d'une aube avec un profil creux et une pièce @nsérée. The invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a cross section of a blade with its hollow spaces,
FIG. 2 is a cross section of the edge of a blade with an added hollow profile,
FIG. 3 is a cross section at the edge of a blade with two hollow profiles added,
- Figure 4 is a cross section of the edge of a blade with a hollow profile and a part @ nséré.

Sur la figure 1 est représentée une aube 1 en matiere thermoplastique, entièrement d'un mode de construction legeS Cette aube 1, avec une forme de section transversale aerodynamique, comporte une enveloppe
ermée 2 avec une surface @isse et à l'intérieur de la section transversale de l'aube, des espaces creux 3 s'étendant d'un bout à l autre parallèlement à la direction de la tension et qui présentent, suivant leur position à l'lntérieur de la section de l'aube, des surfaces de base approximativement triangulaires et rectangulaires
Les nervures transversales 4 existant entre les expaces
reux 3 voisins, sont disposées radialement ou a peu ares radialement avec une épalsseur uniforme. L'enveloppe 2 présente une paisseur irregulière. Elle est toujours lus mince au milieu entre les nervures transversales dans la zone du moment en travee et elle est rendue plus épaisse par des renforcemen@s n forme de optes @mmédiatement au voisinage des nervures transversales 4 dans la zone du moment d'appui. Tours les coins et tous les bords à l'intérieur des espaces creux sont arrondis.In FIG. 1 is shown a blade 1 made of thermoplastic material, entirely of a light construction method. This blade 1, with an aerodynamic cross-sectional shape, comprises an envelope
ermée 2 with a surface @isse and inside the cross section of the blade, hollow spaces 3 extending from one end to the other parallel to the direction of the tension and which present, according to their position at inside the blade section, roughly triangular and rectangular base surfaces
The transverse ribs 4 existing between the spaces
rous 3 neighbors, are arranged radially or roughly radially with a uniform spreader. The envelope 2 has an irregular thickness. It is always read thin in the middle between the transverse ribs in the area of the moment in transit and it is made thicker by reinforcements @ sn form of opts @ immediately in the vicinity of the transverse ribs 4 in the area of the moment of support. Round the corners and all the edges inside the hollow spaces are rounded.

Une telles section transversale d'aube de construction lègère est susceptible d'être obtenue au moyen d'une extrudeuse par tronçons, à partir desquels te aubes individuelles 1 sont coupées a longueur. Such a light construction blade cross section can be obtained by means of a sectional extruder, from which the individual blades 1 are cut to length.

Sur les figures 2 et 3 snt représentées 'cs aubes 1, assemblees a partir OC profiles séparés pleins é et creux 8, mais qui peuvent égaiement être réalisés d'une façon identique ou analogue complétement a partir de profilés creux 8. Dans ces aubes i, las espaces creux 3, sont disposés uniquement aux emplace- ments où les contraintes de flexion sont les plus importantes, c'est-à-dire au bord antérieur5 et/ou au bord postérieur 6.Au lieu de profilés creux 8 en forme de U ouvert d'un coté, on peut aussi utiliser des profilés creux 8 fermés de tous côtés, notamment en dehors de la zone immédiate des bords antérieur ou postérieur 5 ou 6 de l'aube i La liaison entre les différents profilés pleins 7 et profilés creux 8, pour lesquels des profil ès en matière plastique appropriés courants du commerce peuvent etre utilises, s'effectue au moyen d'assemblage, connus par soudure ou collage, sur les surfaces respectives de butée ou de recouvrement
La possibilité d'obtenir une résistance particulièrement élevée à la flexion est illustrée sur la figure 4.Etant donné que l'acier, à côté d'une résistance très élevée, a un module d'élasticité plusieurs fois supérieur à celui des matières plastiques on peut insérer dans un espace creux de l'aube 1, à des emplacements où les contraintes de flexion sont élevées, comme c'est le cas sur le bord antérieur 5 et/ou le bord postérieur 6 de l'aube l, une pièce 9 en acier.In FIGS. 2 and 3 shown in these blades 1, assembled from OC separate solid and hollow profiles 8, but which can also be produced in an identical or analogous manner completely from hollow profiles 8. In these blades i , the hollow spaces 3, are arranged only at the locations where the bending stresses are greatest, that is to say at the anterior edge 5 and / or at the posterior edge 6. Instead of hollow profiles 8 in the form of U open on one side, it is also possible to use hollow profiles 8 closed on all sides, in particular outside the immediate area of the anterior or posterior edges 5 or 6 of the blade i The connection between the different solid profiles 7 and profiles hollow 8, for which common commercial plastic profiles can be used, is carried out by means of assembly, known by welding or gluing, on the respective abutment or covering surfaces
The possibility of obtaining a particularly high resistance to bending is illustrated in FIG. 4. Since steel, next to very high resistance, has a modulus of elasticity several times greater than that of plastics, can insert in a hollow space of the blade 1, at locations where the bending stresses are high, as is the case on the front edge 5 and / or the rear edge 6 of the blade 1, a part 9 in steel.

Sur la figure 4, les espaces creuX 3 de l'aube 1 sont de forme cylindriques et la pièce insérée 9 est une barre ronde en acier. Cette barre ronde présente des deux côtés une longueur plus grande que l'aube 1 et est introduite dans des évidements correspondants du disque de base et du disque de tête, tandis que l'aube 1 elle-même est aboutée avec le disque de base et de tette. In FIG. 4, the hollow spaces 3 of the blade 1 are of cylindrical shape and the inserted part 9 is a round steel bar. This round bar has on both sides a greater length than the blade 1 and is introduced into corresponding recesses of the base disc and the head disc, while the blade 1 itself is butted with the base disc and of tette.

On peut également insérer des pièces 9 de ce genre, de la même façon, dans les profilés creux 8 des figures 2 et 3. It is also possible to insert parts 9 of this kind, in the same way, into the hollow profiles 8 of FIGS. 2 and 3.

Claims

10) Dawn, in particular of plastic material for the movable wheels of rotary machines, in particular for the movable wheels of radial fans, cambered in that this blade (1) comprises a closed envelope t2j and inside its cross section, hollow spaces (3i preferably cylindrical or prismatic going from one end to the other parallel to the direction of the tension5 while the transverse ribs (4j existing between the neighboring hollow spaces (3), are arranged radially or roughly radially.

20) Dawn according to claim 1, characterized in that only the front edge and / or the rear edge (5, 6) of the blade (1) have one or more hollow spaces (3).

30) Dawn according to one of claims l and 2, characterized in that the blade (1) comprising one or more hollow spaces (3) is in one piece.

40) Dawn according to one of claims 1 and 2, characterized in that the blade (l) comprising one or more hollow spaces (3) is assembled from different solid profiles t7) and / or from different profiles reux t8) closed on all sides or open on one side.

5) Dawn according to any one of claims 1 to 4. characterized in that the hollow spaces (3) of the blade (1) are not filled

601 Dawn according to any one of claims i to 4. characterized in that the spaces @reux @ 3, of 1 blade (1) are filled with a filling material of low density.

7) Dawn according to any one of claims 1 to 4. characterized in that the red spaces (3) of the blade (1), preferably the hollow spaces (3) of the front edge and / or the rear edge (5 , 6), are provided with inserted parts (9) made of a high-strength material, preferably parts (9) made of steel.