PL231504B1

PL231504B1 - Centrifugal fan with the system regulating the impeller blades angle in the run

Info

Publication number: PL231504B1
Application number: PL406973A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Wróbel; Andrzej Podsędkowski
Original assignee: Vibroson Lodz Dr Inz A Podsedkowski Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2019-03-29
Also published as: PL406973A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Znane są układy regulacji wydajności i spiętrzenia czynnika przepływającego przez wentylator promieniowy, w którym wirnik posiada łopatki lub ich fragmenty zamocowane do tarcz w sposób obrotowy, ustawiane pod różnymi kątami w czasie normalnego ruchu obrotowego wirnika wentylatora. Kąt ustawienia łopatek obrotowych wirnika decyduje o parametrach przepływu czynnika przez wentylator.There are known systems for regulating the efficiency and damming of the medium flowing through a radial fan, in which the rotor has blades or their fragments fixed to the disks in a rotary manner, set at different angles during the normal rotation of the fan rotor. The angle of the rotor blades setting determines the parameters of the medium flow through the fan.

W znanych rozwiązaniach mechanizm zmiany ustawienia kąta łopatek wirnika realizowany jest za pośrednictwem elementu pośredniego, zazwyczaj tulei, przesuwnej poosiowo, której przesunięcie poosiowe wymuszone jest mechanizmem wirującym wraz z wałem wentylatora. Poosiowe przesunięcie tulei powoduje przemieszczenie się cięgien odpowiedzialnych za ustawienie kątowe nastawnych łopatek wirnika. Rozwiązanie to zostało między innymi przedstawione w polskim opisie patentowym PL 52 456 oraz amerykańskim opisie patentowym US 4,662,819. Wadą tych rozwiązań jest skomplikowana budowa takich mechanizmów i związane z tym trudności w zapewnieniu bezawaryjnego działania układów regulacji wentylatorów, w szczególności wentylatorów o wysokich prędkościach obrotowych.In known solutions, the mechanism of changing the angle of the rotor blades is realized by an intermediate element, usually a sleeve, sliding axially, the axial shift of which is forced by the rotating mechanism together with the fan shaft. The axial displacement of the sleeve causes the displacement of the tension members responsible for the angular positioning of the adjustable rotor blades. This solution was presented, inter alia, in the Polish patent description PL 52 456 and the US patent description US 4,662,819. The disadvantage of these solutions is the complicated structure of such mechanisms and the associated difficulties in ensuring failure-free operation of fan control systems, in particular high-speed fans.

Wentylator promieniowy z nowym układem regulacji ustawienia kąta łopatek wirnika w czasie ruchu, zawierający tarczę regulacyjną połączoną z tuleją osadzone obrotowo na wale wentylatora, ponadto zawierający siłownik napędowy elektryczny, hydrauliczny lub pneumatyczny, z którego napęd na obrotowe łopatki wirnika jest przeniesiony poprzez układ napędowy wyposażony w układ dźwigniowy, w którym drążki pośrednie połączone są jednym końcem trwale ruchomo z dźwigienkami osadzonymi bezpośrednio na osiach obrotowych łopatek wirnika, a drugim końcem połączone przegubowo z tarczą regulacyjną, zaś kąt obrotu łopatek wokół własnej osi wynosi 0° < a < 90°, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że siłownik napędowy zamocowany jest na wale wentylatora lub w jego wnętrzu.A centrifugal fan with a new system of adjusting the angle of the rotor blades during movement, including an adjustment disc connected to the sleeve rotatably mounted on the fan shaft, moreover, it contains an electric, hydraulic or pneumatic actuator, from which the drive to the rotor blades is transferred through a drive system equipped with a lever system in which the intermediate rods are permanently movably connected with one end to the levers mounted directly on the axes of the rotor blades, and the other end is articulated with the adjustment disc, and the rotation angle of the blades about its axis is 0 ° <a <90 °, according to the invention is characterized in that the drive actuator is mounted on the fan shaft or inside it.

Według wynalazku obrotowe łopatki wirnika wykonane są korzystnie z materiału o ciężarze właściwym mniejszym niż stal.According to the invention, the rotatable rotor blades are preferably made of a material with a specific weight less than steel.

Korzystnie obrotowe łopatki wirnika wykonane są z tytanu, włókna węglowego, włókna aramidowego lub ich kompozytów.Preferably the rotatable rotor blades are made of titanium, carbon fiber, aramid fiber or composites thereof.

Obrotowe łopatki wirnika korzystnie mają konstrukcję spawaną lub z laminatu wykonaną w postaci dwu powłokowej skorupy.The rotating rotor blades are preferably of a welded or laminated construction in the form of a two-skin shell.

W wentylatorze promieniowym z siłownikiem elektrycznym wał wentylatora stanowi korzystnie wał rurowy. Wał rurowy ma konstrukcję rurową-spawaną, dzieloną i skręcaną kołnierzowo.In a radial fan with an electric actuator, the fan shaft is preferably a tubular shaft. The tubular shaft has a tubular-welded, split and flanged construction.

W siłowniku elektrycznym silnik elektryczny oraz przekładnia redukcyjna korzystnie zamocowane są do wewnętrznej powierzchni rurowego wału wentylatora. W wentylatorze promieniowym z siłownikiem elektrycznym energia elektryczna dostarczana jest do siłownika elektrycznego za pomocą kabli umieszczonych w wierceniu rurowego wału wentylatora lub bezkontaktowo za pomocą złącza transformatorowego.In an electric actuator, the electric motor and the reduction gear are preferably attached to the inner surface of the tubular fan shaft. In a centrifugal fan with an electric actuator, electricity is supplied to the electric actuator by cables placed in the drilling of the tubular fan shaft or contactlessly by means of a transformer joint.

Układ napędowy w wentylatorze promieniowym z siłownikiem elektrycznym korzystnie ma pośrednią przekładnię zębatą, w postaci centralnego koła zębatego oraz co najmniej dwóch kół zębatych, ułożyskowanych tocznie lub ślizgowo w wale rurowym wentylatora, które zazębiają się z wieńcem zębatym połączonym, za pomocą tulei, z tarczą regulacyjną, przy czym wieniec zębaty wraz z tuleją i tarczą regulacyjną znajdują się na zewnątrz wału rurowego.The drive system in the centrifugal fan with electric actuator preferably has an intermediate gear transmission in the form of a central gear wheel and at least two gear wheels, rolled or slidingly mounted in the tubular shaft of the fan, which mesh with the toothed ring connected by means of a bushing with a control disc , the toothed rim with the sleeve and the adjusting disc are located outside the tubular shaft.

W wentylatorze promieniowym z siłownikiem hydraulicznym (olejowym) siłownik zamocowany jest korzystnie bezpośrednio na wale wentylatora.In a centrifugal fan with an (oil) hydraulic actuator, the actuator is preferably mounted directly on the fan shaft.

W wentylatorze promieniowym z siłownikiem hydraulicznym siłownik znajduje się korzystnie we wspólnej obudowie z łożyskiem głównym zespołu wirującego.In a centrifugal fan with a hydraulic actuator, the actuator is preferably in a common housing with the main bearing of the rotating assembly.

W wentylatorze promieniowym z siłownikiem hydraulicznym olej dostarczany jest do siłownika poprzez drążony wał z przekaźnika olejowego. W przypadku wentylatora promieniowego z siłownikiem pneumatycznym sprężone powietrze dostarczane jest do siłownika poprzez drążony wał z przekaźnika pneumatycznego.In a centrifugal fan with a hydraulic actuator, oil is supplied to the actuator through a hollow shaft from an oil relay. In the case of a radial fan with a pneumatic actuator, compressed air is supplied to the actuator via a hollow shaft from a pneumatic relay.

W wentylatorze promieniowym z siłownikiem pneumatycznym siłownik zamocowany jest korzystnie bezpośrednio na wale wentylatora.In a radial fan with a pneumatic actuator, the actuator is preferably mounted directly on the fan shaft.

W wentylatorze promieniowym z siłownikiem pneumatycznym siłownik znajduje się korzystnie we wspólnej obudowie z łożyskiem głównym zespołu wirującego.In a radial fan with a pneumatic actuator, the actuator is preferably located in a common housing with the main bearing of the rotating assembly.

Przedmiotem wynalazku jest również wentylator promieniowy z nowym układem regulacji ustawienia kąta łopatek wirnika, w którym napęd z wirującego wraz z wałem siłownika jest przenoszony na obrotowe łopatki przez nigdzie dotąd nieopisany układ napędowy wyposażony w układ zazębiony.The subject of the invention is also a radial fan with a new system of adjusting the angle of the rotor blades, in which the drive from the actuator rotating together with the shaft is transferred to the rotating blades through a drive system with a meshed system, not described before.

PL 231 504 B1PL 231 504 B1

Wentylator promieniowy z nowym układem regulacji ustawienia kąta łopatek wirnika w czasie ruchu, zawierający tarczę regulacyjną połączoną z tuleją osadzone obrotowo na wale wentylatora, ponadto zawierający siłownik napędowy elektryczny, hydrauliczny lub pneumatyczny, zaś kąt obrotu łopatek wokół własnej osi wynosi 0° < a < 90°, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że siłownik napędowy zamocowany jest na wale wentylatora lub w jego wnętrzu, zaś napęd na obrotowe łopatki wirnika jest przenoszony poprzez układ napędowy wyposażony w układ zazębiony.A centrifugal fan with a new system of adjusting the angle of the rotor blades during movement, including an adjustment disc connected to the sleeve, rotatably mounted on the fan shaft, also including an electric, hydraulic or pneumatic actuator, and the blade rotation angle around its axis is 0 ° <a <90 According to the invention, it is characterized in that the driving actuator is mounted on the fan shaft or in its interior, and the drive to the rotating blades of the rotor is transmitted via a drive system provided with a mesh arrangement.

Układ zazębiony korzystnie posiada koło zębate zamocowane na tarczy regulacyjnej, oraz wycinki kół zębatych, osadzone bezpośrednio na osiach obrotowych łopatek wirnika. Napęd z tarczy regulacyjnej jest przeniesiony najpierw na koło zębate, a następnie na wycinki kół zębatych.The meshing system preferably has a toothed wheel mounted on the regulating disc, and pinions of the toothed wheels directly mounted on the axes of the rotor blades. The drive from the regulating disk is transferred first to the gear wheel and then to the gear wheel sections.

Zgodnie z wynalazkiem siłownik osadzony jest na lub w wale wentylatora i stanowi napęd dla układu zmieniającego kąt ustawienia obrotowych łopatek wirnika. Siłownik wiruje wraz z wałem wentylatora napędzając bezpośrednio tuleję oraz połączoną z nią tarczę regulacyjną. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie ma konieczności przeniesienia napędu układu regulacji z układu nieruchomego na układ ruchomy (wirujący).According to the invention, the actuator is mounted on or in the fan shaft and drives the system for changing the angle of the rotating blades of the rotor. The actuator rotates together with the fan shaft, directly driving the sleeve and the control disc connected to it. Thanks to this solution, there is no need to transfer the control system drive from a stationary system to a movable (rotating) system.

Wraz z tuleją na wale wentylatora umieszczona jest obrotowo połączona z nią tarcza regulacyjna, która wiruje razem z wałem oraz może się względem niego obrócić o pewien kąt zależny od żądanego zakresu regulacji. Zmiana ustawienia kątowego tarczy regulacyjnej powoduje zmianę ustawienia kąta obrotowych łopatek wirnika. Przeniesienie napędu z tarczy regulacyjnej na oś łopatki może być realizowane za pomocą koła zębatego umieszczonego na tej tarczy i wycinków zębatych umieszczonych na osiach łopatek albo za pomocą drążków pośrednich łączących tarczę regulacyjną z dźwigienkami, osadzonymi bezpośrednio na osiach obrotowych łopatek wirnika.Along with the sleeve on the fan shaft, there is an adjustment disc rotatably connected to it, which rotates together with the shaft and can rotate in relation to it by a certain angle depending on the desired adjustment range. Changing the angular position of the control disc changes the angle of the rotating blades of the impeller. The transmission of the drive from the regulating disc to the blade axis can be realized by means of a toothed wheel placed on this disc and toothed sections placed on the blade axes, or by means of intermediate rods connecting the adjustment disc with levers, mounted directly on the rotor blade axes.

Wraz z pojawieniem się na rynku nowoczesnych materiałów o dużych parametrach wytrzymałościowych, a jednocześnie lżejszych od dotychczas stosowanych w wentylatorach promieniowych, stało się możliwe zastąpienie stalowych obrotowych łopatek wirnika na łopatki wykonane przykładowo z tytanu, włókna węglowego, włókna aramidowego lub ich kompozytów, co jest dużą zaletą, dzięki której przedmiot wynalazku może być stosowany w wentylatorach o dużych prędkościach obrotowych, zwłaszcza energetycznych, gdzie z uwagi na duże moce napędowe zyski ze zmniejszenia energochłonności przy mniejszych obciążeniach są duże,With the advent of modern materials with high strength parameters, and at the same time lighter than those previously used in radial fans, it has become possible to replace the steel rotor blades with blades made of, for example, titanium, carbon fiber, aramid fiber or their composites, which is large an advantage thanks to which the subject of the invention can be used in fans with high rotational speeds, especially energy ones, where, due to high drive power, the benefits from reducing energy consumption at lower loads are high,

W układ dźwigniowy lub zazębiony może być wyposażony układ napędowy z siłownikiem elektrycznym, hydraulicznym lub pneumatycznym.A lever or mesh system can be fitted with a drive system with an electric, hydraulic or pneumatic actuator.

Przedmiot wynalazku w postaci wentylatora promieniowego z nastawnymi zewnętrznymi częściami łopatek wirnika przedstawiony został w przykładach wykonania na załączonym rysunku. Figury rysunku ilustrują wentylatory z napędami układów regulacji ustawienia kąta obrotowych łopatek wirnika wentylatora wyposażonymi w odmienne układy przeniesienia napędu z siłownika napędowego na łopatki.The subject of the invention in the form of a radial fan with adjustable outer parts of the impeller blades is shown in the exemplary embodiments in the attached drawing. The figures illustrate fans with drives for adjusting the angle of the rotating blades of the fan impeller equipped with different drive transmission systems from the drive actuator to the blades.

Na Fig. 1.1 oraz Fig. 1.2 przedstawiono przykładowo wentylator promieniowy z napędem dźwigniowym układu regulacji kąta ustawienia łopatek w postaci siłownika elektrycznego. Wewnątrz rurowego wału 11 wentylatora promieniowego zilustrowanego na Fig. 1.1 umieszczony jest siłownik elektryczny 1. Siłownik wyposażony jest w silnik elektryczny z przekładnią redukcyjną, z której napęd poprzez centralne koło zębate 12 przekazywany jest na koła zębate 2 ułożyskowane tocznie lub ślizgowo bezpośrednio w wale rurowym 11. Koła zębate 2 napędzają wieniec zębaty 3 o uzębieniu wewnętrznym, połączony za pomocą tulei 18 z tarczą regulacyjną 4, na której osadzone są przegubowo drążki pośrednie 5. Za ich pomocą napęd przekazywany jest na dźwigienki 6 osadzone bezpośrednio na osiach łopatek obrotowych wirnika. Obrót tarczy regulacyjnej 4, wymuszony siłownikiem elektrycznym 1, wywołuje pośrednio ruch obrotowy łopatek 7 wirnika zmieniając ich ustawienie kątowe. Obrotowe łopatki wirnika 7 mogą być wykonane z materiału lżejszego niż stal, korzystnie tytanu, włókna węglowego, włókna aramidowego lub ich kompozytów, w postaci konstrukcji spawanej lub laminatu wykonanego jak skorupa dwupowłokowa. Obrotowe łopatki wirnika 7 zamocowane są standardowo do tarczy nośnej 9 oraz do tarczy pokrywającej 10 wirnika za pośrednictwem zespołów łożyskowych 8. Oś obrotu łopatki przechodzi w bliskim sąsiedztwie środka ciężkości zespołu łopatki 7 i dźwigienki 6. Energia elektryczna dostarczana jest do napędu siłownika przez kable umieszczone w wierceniu wału, lub bezkontaktowo przez złącze transformatorowe. Wał rurowy 11 wentylatora wykonany jest jako konstrukcja rurowa-spawana, dzielona i skręcana kołnierzowo, w celu uzyskania dostępu do siłownika elektrycznego oraz przekładni zębatej.Fig. 1.1 and Fig. 1.2 show an example of a radial fan with a lever drive of the blade angle adjustment system in the form of an electric actuator. Inside the tubular shaft 11 of the radial fan illustrated in Fig. 1.1, there is an electric actuator 1. The actuator is equipped with an electric motor with a reduction gear, from which the drive is transmitted through the central gear wheel 12 to gear wheels 2 with rolling or sliding bearings directly in the tubular shaft 11. The toothed wheels 2 drive the toothed ring 3 with internal toothing, connected by means of a bushing 18 to an adjustment disc 4, on which intermediate rods 5 are articulated. They transmit the drive to the levers 6 mounted directly on the axes of rotor blades. The rotation of the regulating disc 4, forced by the electric actuator 1, indirectly causes the rotation of the blades 7 of the rotor, changing their angular position. The rotating blades of the rotor 7 can be made of a material lighter than steel, preferably titanium, carbon fiber, aramid fiber or their composites, in the form of a welded structure or a laminate made as a double-shell shell. The rotary blades of the rotor 7 are normally fixed to the support plate 9 and to the cover plate 10 of the rotor by means of bearing units 8. The axis of rotation of the blade passes in close proximity to the center of gravity of the blade 7 and lever assembly 6. Electric energy is supplied to the actuator drive by cables located in shaft drilling, or contactless through a transformer joint. The tubular shaft 11 of the fan is made as a tubular-welded structure, split and flanged, in order to gain access to the electric actuator and toothed gear.

Na Fig. 2.1 oraz Fig. 2.2 przedstawiono przykładowo wentylator promieniowy z napędem zazębionym układu regulacji kąta ustawienia łopatek w postaci obrotowego siłownika 1 olejowego zamocowanego bezpośrednio na wale 11 wentylatora we wspólnej obudowie 13 z łożyskiem głównym zespołu wirującego. Siłownik napędza ułożyskowaną na wale 11 tuleję 18, do której przymocowana jest tarczaFig. 2.1 and Fig. 2.2 show an example of a radial fan with an interlocking drive of the blade angle adjustment system in the form of a rotary oil actuator 1 mounted directly on the fan shaft 11 in a common housing 13 with the main bearing of the rotating assembly. The actuator drives the sleeve 18 mounted on the shaft 11, to which the disk is attached

PL 231 504 B1 regulacyjna 4 z zamocowanym na jej obwodzie kołem zębatym 14, które zazębia się z wycinkami kół zębatych 15, osadzonych na osiach łopatek obrotowych 7. Zmiana położenia kątowego tarczy regulacyjnej 4 wywołana działaniem siłownika olejowego powoduje bezpośrednio zmianę położenia kątowego łopatki obrotowej 7 wirnika. Olej do napędu siłownika 1 olejowego doprowadzany jest poprzez drążony wał z przekaźnika olejowego 16. Przekaźnik olejowy pozwala w sposób ciągły przekazywać olej o określonym ciśnieniu z układu nieruchomego do układu wirującego, w tym przypadku wału wentylatora 11. Obrotowe łopatki wirnika 7 mogą być wykonane z materiału lżejszego niż stal, korzystnie tytanu, włókna węglowego, włókna aramidowego lub ich kompozytów, w postaci konstrukcji spawanej lub laminatu wykonanego jak skorupa dwupowłokowa. Obrotowe łopatki wirnika 7 zamocowane są standardowo do tarczy nośnej 9 oraz do tarczy pokrywającej 10 wirnika za pośrednictwem zespołów łożyskowych 8.Control 4 with a gear wheel 14 mounted on its periphery, which meshes with sections of toothed wheels 15, mounted on the axes of rotating blades 7. Changing the angular position of the control disc 4 caused by the action of the oil actuator causes a direct change in the angular position of the rotating blade 7 of the rotor . The oil for the drive of the oil cylinder 1 is supplied through a hollow shaft from the oil relay 16. The oil relay allows for a continuous transmission of oil of a certain pressure from the stationary system to the rotating system, in this case the fan shaft 11. The rotating blades of the rotor 7 can be made of the material lighter than steel, preferably titanium, carbon fiber, aramid fiber or composites thereof, in the form of a welded structure or a laminate made as a double-shell shell. The rotary blades of the rotor 7 are fixed as standard to the support plate 9 and to the cover plate 10 of the rotor by means of bearing units 8.

* Rysunki oznaczone jako Fig. 1.2 oraz Fig. 2.2 są przekrojami poprzecznymi elementów przedstawionych na rysunkach Fig. 1.1 oraz Fig. 2.1.* The drawings labeled Fig. 1.2 and Fig. 2.2 are cross-sectional views of the elements shown in Figs. 1.1 and Fig. 2.1.

Claims

Patent claims

1. A centrifugal fan with a new system for adjusting the angle of the rotor blades during movement, including an adjustment disc (4) connected to the sleeve (18) rotatably mounted on the fan shaft (11), and also containing an electric, hydraulic or pneumatic drive actuator (1), from which the drive to the rotor blades (7) is transferred via a drive system equipped with a lever system, in which intermediate rods (5) are permanently connected at one end to the levers (6) mounted directly on the axes of rotor blades (7), and the other end is articulated with the adjustment disc (4), and the rotation angle of the blades (7) about its axis is 0 ° <a <90 °, characterized in that the drive actuator (1) is mounted on the fan shaft (11) or in its inside,

2. A fan according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the rotating blades (7) of the rotor are made of a material with a specific weight lower than steel.

3. A fan according to claim A method according to claim 1 or 2, characterized in that the rotating blades (7) of the rotor are made of titanium, carbon fiber, aramid fiber or composites thereof.

4. A fan according to claim 3. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the rotating blades (7) of the rotor have a welded structure or a laminate made in the form of a double-shell shell.

5. A fan according to claim The fan shaft (11) according to claim 1, characterized in that having the electric actuator (1), the fan shaft (11) is a tubular shaft.

6. A fan according to claim The method of claim 1 or 5, characterized in that in the electric actuator (1) the electric motor and the reduction gear are attached to the inner surface of the tubular shaft (11) of the fan.

7. A fan according to claim 1, 5 or 6, characterized in that, having the actuator (1), the electric drive system has an intermediate gear transmission in the form of a central gear wheel (12) and at least two gear wheels (2), rolling or slidingly bearing in the shaft (11) tubular fan, which mesh with the toothed ring (3) connected by means of the sleeve (18) with the adjustment disc (4), while the toothed ring (3) with the sleeve (18) and the adjustment disc (4) are located on outside the tubular shaft (11).

8. A fan according to claim The method of claim 1, characterized in that having a hydraulic cylinder (1), the cylinder is mounted directly on the fan shaft (11).

9. A fan according to claim Device according to claim 8, characterized in that the hydraulic cylinder (1) is located in a common housing (13) with the main bearing of the rotating assembly.

10. A fan according to claim The method of claim 1, characterized in that having a pneumatic actuator (1), the actuator is mounted directly on the fan shaft (11).

11. A fan according to claim 10. A device as claimed in claim 10, characterized in that the pneumatic actuator (1) is housed in a common housing (13) with the main bearing of the rotating assembly.

12. A centrifugal fan with a new rotor blade angle adjustment system (7) while in motion, including an adjustment disc (4) connected to a sleeve (18) rotatably mounted on the fan shaft (11), furthermore containing an electric, hydraulic actuator (1) or pneumatic, and the angle of rotation of the blades (7) about its axis is 0 ° <a <90 °, characterized in that the drive actuator (1) is mounted on the fan shaft (11) or in its

PL 231 504 Β1 inside, and the drive to the rotating blades (7) of the rotor is transmitted via a drive system equipped with a mesh system.

13. A fan according to claim 12. The toothed arrangement as claimed in claim 12, characterized in that the toothed arrangement has a toothed wheel (14) mounted on the regulating disc (4), and toothed wheel sections (15) mounted directly on the axes of the rotor blades (7) of the rotor.