PL249900B1 - Wirnik wentylatora promieniowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest wirnik wentylatora promieniowego w wersji składanej. Cel ten osiągnięto poprzez określone łopatki (1) jako wymienne wytworzone z kompozytów szklano — węglowych, wmontowane w obudowę konstrukcji spawanej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest wirnik wentylatora promieniowego, wysoko obciążonego i wielkogabarytowego, konstrukcji składanej. Wentylatory promieniowe tego typu są stosowane w energetyce, jako wentylatory podmuchu do kotła i wyciągania spalin spod kotła oraz w kopalniach głębinowych, jako wentylatory głównego przewietrzania. Ze względu na wysokie wartości parametrów przepływowych (wydajność, spiętrzenie) wymiary średnicy zewnętrznej wirnika wynoszą około 5 m i powyżej, a prędkość końca łopatek jest powyżej 120 m/s. W konstrukcji wentylatorów promieniowych stosowane są zarówno wirniki jednostrumieniowe, jak też dwustrumieniowe. Wentylatory z wirnikami jednostrumieniowymi umożliwiają uzyskanie wyższej sprawności w stosunku do wentylatorów z wirnikami dwustrumieniowymi oraz uproszczenie konstrukcji. Wynika to z możliwości wyeliminowania podparcia wału od strony wlotu, a więc braku kieszeni wlotowej i osiowy napływ czynnika na wirnik. W celu zastąpienia wentylatora z wirnikiem dwustrumieniowym wentylatorem z wirnikiem jednostrumieniowym należy szerokość wirnika znacznie poszerzyć. W tym przypadku powstaje dodatkowy problem wytrzymałościowy w postaci występowania gięcia tarczy nośnej wirnika.

Pociąga to za sobą odpowiednie wzmocnienie tarczy nośnej wirnika, znane między innymi z patentów PL228694B1 i PL238568B1. Wadą tych rozwiązań jest wzrost masy wirnika. Masa wirnika wpływa na wielkość momentu bezwładności, a to objawia się wydłużonym czasem rozruchu i zwiększonym obciążeniem łożysk wału wentylatora. W znanych dotychczas rozwiązaniach konstrukcyjnych wentylatorów promieniowych o dużych gabarytach wirniki są konstrukcji spawanej, przeważnie ze stali o podwyższonych własnościach wytrzymałościowych. Właśnie ze względów wytrzymałościowych w tego typu wentylatorach stosowane są wirniki z łopatkami dwupowłokowymi. Masa łopatek dwupowłokowych jest znacznie większa od masy łopatek jednopowłokowych. Wyższa masa łopatek powoduje wzrost obciążeń tarczy nośnej i tarczy nakrywającej (pokrywy) wirnika. Przykładowo wirnik o średnicy zewnętrznej około 5 m i poborze mocy około 2,5 MW posiada masę około 10 ton. Tak duża masa wirnika oddziałuje na obciążenie promieniowe łożysk oraz wału wentylatora.

Szczególnie jest to istotne w wentylatorach z wirnikami łożyskowanymi wysięgnikowo, bez podparcia wału od strony wlotu. Prowadzone są prace w kierunku obniżenia masy wirnika. Znane to jest między innymi z patentów PL234932B1 i PL233826B1.

W wyniku zastosowania rozwiązań konstrukcyjnych objętych powyższymi patentami istnieje możliwość uzyskania oszczędności na masie wirnika rzędu 5% do 10%. Niestety te wartości są stosunkowo małe.

Zasadniczy wpływ na stan naprężeń w elementach wirnika oraz na jego masę jest masa łopatek. Obniżając masę łopatek - wskaźniki powyższe ulegają poprawie. Oznacza to, że należy koncentrować się na zagadnieniu obniżenia masy łopatek.

W budowie wentylatorów osiowych rozpowszechniona jest technologia wytwarzania łopatek wirnika z kompozytów szklano-węglowych. Wykonanie kompletnego wirnika z kompozytów szklano-węglowych być może jest do zrealizowania, ale będzie to bardzo kosztowne. Stąd powstał pomysł wykonawstwa wirników w wersji składanej, co jest przedmiotem wynalazku.

Wirnik wentylatora promieniowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że łopatki wirnika wyposażone są w obudowy, które na wlocie posiadają obejmy czołowe połączone z tarczą nośną i pokrywą a na wlocie obejmy zewnętrzne oraz od strony tarczy nośnej obejmy boczne i od strony pokrywy też obejmy.

Korzystnie, łopatki wirnika w części środkowej wyposażone są w oprawy stabilizujące. Korzystnie, tarcza nośna posiada wykroje o kształcie zarysu zewnętrznego łopatki równomiernie rozmieszczone na obwodzie w ilości równej ilości łopatek, a w które zamontowane są łopatki. Korzystnie obejmy czołowe posiadają na krawędzi natarcia śruby regulacyjne w ilości od 3 do 10. Korzystnie, tarcza nośna od strony zewnętrznej posiada tarczę zamykającą połączoną śrubami, a która centrowana jest na pierścieniu przyspawanym do tarczy nośnej.

Korzystnie, łopatki wirnika wytworzone są z materiałów lekkich typu laminaty - wykonane z żywic epoksydowych lub poliestrowych wzmocnione włóknami lub tkaninami szklano-węglowymi. Należy zaznaczyć, że wirnik według wynalazku spowoduje obniżenie masy w granicach od 40% do 50% oraz dzięki wysokiej dokładności wykonania łopatek i gładkości powierzchni łopatek spowoduje uzyskanie przez wentylator wyższej sprawności.

Niestety, koszt wytworzenia wirnika według wynalazku będzie znacznie wyższy od wirnika w wersji typowej, lecz uzyskane w eksploatacji efekty techniczno-ekonomiczne skompensują z nadmiarem powiększone koszty produkcyjne.

Przedmiot wynalazku pokazano na przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przekrój osiowy wirnika, fig. 2 - przekrój merydionalny wirnika, fig. 3 - przekrój łopatki, fig. 4 - widok tarczy nośnej od strony łopatek.

Wirnik wentylatora promieniowego, którego łopatki 1 wirnika 2 wyposażone są w obudowy 3, które na wlocie 4 posiadają obejmy czołowe 5 połączone z tarczą nośną 6 i pokrywą 7 a na wylocie 8 obejmy zewnętrzne 9 oraz od strony 10 tarczy nośnej 6 obejmy boczne 11 i od strony pokrywy 7 obejmy 12.

Łopatki 1 wirnika 2 w części środkowej wyposażone są w oprawy stabilizujące 13. Tarcza nośna 6 posiada wykroje 14 o kształcie zarysu zewnętrznego łopatki 1 równomiernie rozmieszczone na obwodzie w ilości równej ilości łopatek 1, a w które zamontowane są łopatki 1.

Obejmy czołowe 5 posiadają na krawędzi natarcia 15 śruby regulacyjne 16 w ilości od 3 do 10. Tarcza nośna 6 od strony zewnętrznej 17 posiada tarczę zamykającą 18 połączoną śrubami 19, a która centrowana jest na pierścieniu 20 przyspawanym do tarczy nośnej 6. Łopatki 1 wirnika 2 wytworzone są z materiałów lekkich typu laminatów - wykonane z żywic epoksydowych lub poliestrowych wzmocnionych włóknami lub tkaninami szklano-węglowymi.

Claims (6)

1. Wirnik wentylatora promieniowego znamienny tym, że łopatki (1) wirnika (2) wyposażone są w obudowy (3), które na wlocie (4) posiadają obejmy czołowe (5) połączone z tarczą nośną (6) i pokrywą (7) a na wylocie (8) obejmy zewnętrzne (9) oraz od strony (10) tarczy nośnej (6) obejmy boczne (11) i od strony pokrywy (7) obejmy (12).

2. Wirnik wentylatora promieniowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że łopatki (1) wirnika (2) w części środkowej wyposażone są w oprawy stabilizujące (13).

3. Wirnik wentylatora promieniowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że tarcza nośna (6) posiada wykroje (14) o kształcie zarysu zewnętrznego łopatki (1) i równomiernie rozmieszczone na obwodzie w ilości równej ilości łopatek (1), a w które zamontowane są łopatki (1).

4. Wirnik wentylatora promieniowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że obejmy czołowe (5) posiadają na krawędzi natarcia (15) śruby regulacyjne (16) w ilości od 3 do 10.

5. Wirnik wentylatora promieniowego według zastrzeżenia 1 albo 3 znamienny tym, że tarcza nośna (6) od strony zewnętrznej (17) posiada tarczę zamykającą (18) połączoną śrubami (19), a która centrowana jest na pierścieniu (20) przyspawanym do tarczy nośnej (6).

6. Wirnik wentylatora promieniowego według zastrzeżenia 1 albo 2 albo 3 znamienny tym, że łopatki (1) wirnika (2) wytworzone są z materiałów lekkich typu laminatów - wykonane z żywic epoksydowych lub poliestrowych wzmocnione włóknami lub tkaninami szklano-węglowymi.