RU2176035C1

RU2176035C1 - Axial fan and method of its assembling

Info

Publication number: RU2176035C1
Application number: RU2000123748A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2001-11-20

Abstract

FIELD: fan industry, fans of transport facilities. SUBSTANCE: axial fan contains housing, electric engine built into the housing , working wheel made of boss with blades mounted on the engine shaft, protecting register located before the blades. The register is and integral part of the housing and is made of pins projecting from the housing sidewise the fan axis. The free end of the pins are arranged around the circumference of diameter equal or lager than the boss diameter. The locus of the working wheel produced by helical lines of variable lead is embraces by the pins of the register at least for one low of changing the lead of a helix. In assembling the fan the working wheel is led through the spaces between the pins of the register via the rotation of the wheel around the fan axis and simultaneous translational motion in the direction of the electric engine. EFFECT: simplified structure, enhanced technological effectiveness. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретения относятся к вентиляторостроению и могут быть использованы в составе вентиляторов транспортных средств. The invention relates to fan engineering and can be used as part of the fans of vehicles.

Известен осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус, установленную в нем втулку с радиальными выступами, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу [1]. Недостатком этого осевого вентилятора является повышенная травмоопасность, вызванная свободным доступом к вращающимся лопастям рабочего колеса. Known axial fan, containing a cylindrical body, a sleeve installed therein with radial protrusions, in which an electric motor is placed, and an impeller mounted on its shaft [1]. The disadvantage of this axial fan is the increased risk of injury caused by free access to the rotating impeller blades.

Известен способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке втулки с выступами внутрь корпуса, монтаже электродвигателя и рабочего колеса и закреплении втулки на корпусе, причем перед установкой втулку разворачивают до положения, в котором она имеет максимальный габаритный размер меньше диаметра цилиндрической поверхности корпуса, совмещают оси сферических поверхностей втулки и корпуса, производят разворот втулки до совмещения продольных осей втулки и корпуса и совмещения сферических поверхностей выступов втулки и корпуса [1]. Недостатком этого способа являются накладываемые им ограничения на длину втулки для обеспечения возможности ее разворота, а также необходимость монтажа электродвигателя внутри установленной в корпусе втулки. There is a method of assembling an axial fan, which consists in installing a sleeve with protrusions inside the housing, mounting an electric motor and impeller and fixing the sleeve on the housing, and before installing the sleeve is deployed to a position in which it has a maximum overall dimension less than the diameter of the cylindrical surface of the housing, the spherical axes are aligned of the surfaces of the sleeve and the body, make the turn of the sleeve to align the longitudinal axes of the sleeve and the body and combine the spherical surfaces of the protrusions of the sleeve and the body a [1]. The disadvantage of this method is the restrictions imposed on it by the length of the sleeve to ensure the possibility of its rotation, as well as the need to install an electric motor inside the sleeve installed in the housing.

Недостатка, свойственного указанному ранее вентилятору, лишен выбранный в качестве прототипа осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом в виде ступицы с лопастями, а также защитную решетку, размещенную перед лопастями [2]. Защитная решетка, конструктивно оформленная в виде фланца с сеткой, преграждает доступ к вращающимся лопастям рабочего колеса. Недостатка, свойственного указанному ранее способу, лишен выбранный в качестве прототипа способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке электродвигателя в корпус, монтаже рабочего колеса на его валу и креплении защитной решетки [2]. The disadvantage inherent to the previously mentioned fan is deprived of the axial fan selected as a prototype, comprising a housing, an electric motor mounted in it with an impeller placed on its shaft in the form of a hub with blades, and also a protective grill placed in front of the blades [2]. A protective grill, structurally designed in the form of a flange with a mesh, blocks access to the rotating impeller blades. The disadvantage inherent in the above method, deprived of the selected as a prototype method of assembling an axial fan, which consists in installing the electric motor in the housing, mounting the impeller on its shaft and attaching the protective grill [2].

Недостатком осевого вентилятора - прототипа является сложность конструкции, что вызвано выполнением решетки в виде отдельной сборочной единицы, крепящейся к корпусу вентилятора. Недостатком способа - прототипа является низкая технологичность, вызванная наличием в технологическом процессе сборки операции установки и крепления решетки к корпусу. The disadvantage of the axial fan of the prototype is the complexity of the design, which is caused by the lattice in the form of a separate assembly unit, attached to the fan casing. The disadvantage of the prototype method is the low manufacturability caused by the presence in the manufacturing process of the assembly operation of the installation and attachment of the grill to the housing.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленных изобретений, является упрощение конструкции и повышение технологичности. The technical result achieved using the claimed inventions is to simplify the design and improve manufacturability.

Технический результат достигается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем корпус, установленный в нем электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом в виде ступицы с лопастями, а также защитную решетку, размещенную перед лопастями, согласно изобретению решетка выполнена заодно с корпусом в виде выступающих из него в сторону оси вентилятора пальцев, свободные концы которых размещены на окружности диаметром, равным или большим диаметра ступицы, а пальцы решетки выполнены охватывающими геометрическое место образованных винтовыми линиями переменного шага траекторий точек рабочего колеса хотя бы при одном законе изменения шага. The technical result is achieved due to the fact that in the known axial fan comprising a housing, an electric motor installed in it with an impeller placed on its shaft in the form of a hub with blades, as well as a protective grill placed in front of the blades, according to the invention, the grill is integral with the housing in in the form of fingers protruding from it towards the fan axis, the free ends of which are placed on a circle with a diameter equal to or greater than the hub diameter, and the lattice fingers are made covering geometric places about the trajectories of the points of the impeller formed by helical lines of variable pitch with at least one law of change in pitch.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе сборки осевого вентилятора, заключающемся в установке электродвигателя в корпус и монтаже рабочего колеса на его валу, согласно изобретению перед монтажом рабочее колесо проводят через щели между пальцами решетки за счет приведения колеса во вращательное движение относительно оси вентилятора одновременно с поступательным движением в направлении электродвигателя. Совокупность всех указанных существенных признаков устройства позволяет обеспечить упрощение конструкции (за счет снижения числа деталей). Совокупность всех указанных существенных признаков способа позволяет собрать описанную конструкцию и повысить технологичность сборки за счет устранения операции установки и крепления решетки к корпусу. Поскольку заявленное в формуле изобретения устройство не может быть собрано посредством какого-либо другого, кроме указанного, способа, и так как способ позволяет собрать только устройство, геометрия которого удовлетворяет лишь заявленной формуле устройства, то очевидно, что в заявке описана группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом. Так как заявленные совокупности существенных признаков устройства и способа позволяют получить указанный технический результат, то заявленные устройство и способ соответствуют критерию "изобретательский уровень". The technical result is achieved due to the fact that in the known method of assembling an axial fan, which consists in installing the electric motor in the housing and mounting the impeller on its shaft, according to the invention, before mounting, the impeller is passed through the slots between the lattice fingers by bringing the wheel into rotational motion about the axis fan simultaneously with translational movement in the direction of the electric motor. The combination of all these essential features of the device allows to simplify the design (by reducing the number of parts). The combination of all these essential features of the method allows you to collect the described design and to improve the manufacturability of the assembly by eliminating the installation and fastening of the grill to the housing. Since the device claimed in the claims cannot be assembled by any method other than the one indicated, and since the method allows only a device whose geometry satisfies only the claimed device formula, it is obvious that the application describes a group of inventions united by a single inventive concept. Since the claimed combination of essential features of the device and method allows to obtain the specified technical result, the claimed device and method meet the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, вид со стороны решетки, на фиг. 3 - поперечное сечение по цилиндрической поверхности А-А (развернуто), на фиг. 4,5 показаны операции процесса сборки. In FIG. 1 shows an example of a specific embodiment of an axial fan, a longitudinal section, in FIG. 2 is the same, view from the side of the grill, in FIG. 3 is a cross section along a cylindrical surface AA (expanded), in FIG. 4.5 shows the operation of the assembly process.

Осевой вентилятор содержит корпус 1, установленный в нем электродвигатель 2, на валу которого размещено рабочее колесо 3 в виде ступицы 4 диаметра d с лопастями 5. Перед лопастями 5 размещена защитная решетка 6. Решетка 6 выполнена заодно с корпусом 1 в виде выступающих из него в сторону оси 7 вентилятора пальцев 8, свободные концы 9 которых размещены на окружности диаметром D, большим диаметра d ступицы. Электродвигатель 2 крепится к корпусу 1 винтами 10. Пальцы 8 решетки выполнены охватывающими геометрическое место 11 образованных винтовыми линиями переменного шага 12 траекторий точек 13 рабочего колеса (или, что то же самое, след, образованный точками 13 рабочего колеса) хотя бы при одном законе изменения шага, в данном примере - при постоянной величине шага для упрощения объяснения сущности изобретения. На фиг. 3 линиями 12 показаны траектории крайних точек 13 сечений лопастей, а совокупность траекторий всех точек сечения лопасти показана областями 11. The axial fan contains a housing 1, an electric motor 2 installed in it, on the shaft of which an impeller 3 is placed in the form of a hub 4 of diameter d with blades 5. A protective grill 6 is placed in front of the blades 5. The grill 6 is integral with the housing 1 in the form of protruding the side of the axis 7 of the fan of the fingers 8, the free ends 9 of which are placed on a circle with a diameter D greater than the diameter d of the hub. The electric motor 2 is attached to the housing 1 by screws 10. The fingers 8 of the lattice are made covering a geometrical place 11 formed by helical lines of variable pitch 12 of the paths of points 13 of the impeller (or, what is the same, the trace formed by points 13 of the impeller) with at least one law of change step, in this example, at a constant step to simplify the explanation of the invention. In FIG. 3, lines 12 show the trajectories of the extreme points 13 of the sections of the blades, and the set of trajectories of all points of the section of the blades is shown by regions 11.

Вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 2 начинает вращаться колесо 3, лопасти 5 которого создают поток воздуха. При этом вращающиеся лопасти 5 ограждены от возможности случайного контакта с ними пальцами 8 защитной решетки 6. Поскольку свободные концы 9 пальцев 8 размещены на окружности диаметром D, большим диаметра d ступицы 4, то ступица при вращении не задевает их. Теоретически возможно равенство диаметров D и d при идеальной соосности вала электродвигателя 2 с окружностью, на которой размещены свободные концы 9 пальцев 8, поэтому оговаривается как наиболее обобщающее условие "равным или большим диаметра ступицы". Пальцы решетки выполнены охватывающими геометрическое место образованных винтовыми линиями переменного шага траекторий точек рабочего колеса для обеспечения возможности провести лопасти рабочего колеса сквозь щели между пальцами 8 решетки хотя бы при одном законе изменения шага. Указанная геометрическая зависимость является общей для всех возможных сочетаний геометрических параметров лопастей и пальцев и приведена в формуле, т.к. невозможно задать алгебраический закон для всех указанных возможных сочетаний. Это условие для сечения А-А (по одному конкретному значению диаметра сечения) проиллюстрировано на фиг. 3: при вращении колеса по винтовой линии постоянного шага все точки лопастей находятся внутри затемненных областей 11 и не пересекаются с сечениями пальцев 8. Аналогичное условие должно выполняться на всех цилиндрических сечениях, начиная от диаметра ступицы и кончая наружным диаметром лопастей. Наличие "пустых" промежутков между сечениями пальцев 8 объясняется разным числом лопастей (четыре) и пальцев (шестнадцать) в данном примере. В предельном же случае (при большом количестве пальцев, значительной разнице углов установки лопасти на разных радиусах сечения) проход лопастей между пальцами решетки может быть возможен только по одной траектории рабочего колеса, т. е. при одном законе изменения шага винтовой линии траекторий точек лопастей колеса (из условия сплошности материала колеса вытекает, что все различные его точки движутся по винтовым линиям разного диаметра, но одинакового между собой в каждый момент движения шага). Математически, строго говоря, каждая точка рабочего колеса (при сборке вентилятора) движется не по одной винтовой линии с переменным шагом (в определении винтовой линии подразумевается постоянство шага), а по последовательности винтовых линий с различными шагами (в частном случае - по одной винтовой линии постоянного шага), однако для краткости формулы автор использовал термин "винтовые линии переменного шага". Несмотря на большое количество возможных сочетаний профилей пальцев с профилями лопастей, задача проверки условия "охватывания" легко осуществляется методами начертательной геометрии (проверкой отсутствия интерференции между цилиндрическими сечениями лопастей и пальцев) и решением с помощью компьютерной техники. В результате использования заявленного устройства существенно упрощается конструкция вентилятора, к минимуму сводится количество деталей и сборок, а также крепежных изделий. Выполнение корпуса совместно с решеткой легко осуществимо методами литья, формования из пластмасс и приводит к существенному снижению материалоемкости вентилятора. Способ сборки осуществляют следующим образом: электродвигатель 2 устанавливают внутрь корпуса 1 и закрепляют винтами 10 (это положение показано на фиг. 4). Далее ось рабочего колеса 3 совмещают с осью 7 и колесо 3 проводят через щели между пальцами 8 решетки 6 за счет приведения его во вращательное движение относительно оси 7 вентилятора одновременно с поступательным движением в направлении электродвигателя 2 (движение схематично показано стрелкой на фиг. 5, а траектории прохода точек лопастей при этом - на фиг. 3). За счет этого движения лопасти 5 огибают пальцы 8, это движение сборщик производит от руки, т.к. пальцы 8 являются естественным ограничителем возможных перемещений колеса 3. Т.к. геометрические параметры устройства удовлетворяют изложенному в формуле изобретения критерию, то указанная операция возможна как минимум при одной траектории движения точек рабочего колеса. После проведения колеса в пространство между решеткой 6 и электродвигателем 2 (или одновременно с этой операцией) ступицу 4 рабочего колеса монтируют на его валу электродвигателя 2, т.к. их оси совпадают, и фиксируют на валу, это положение показано на фиг. 1. В граничном случае, когда пальцы охватывают лопасти в плане (на виде по оси 7, что возможно при малой ширине лопастей), движение колеса в процессе его проведения через щели в решетке вырождается в прямолинейное, что, впрочем, не противоречит формуле изобретения (его можно трактовать как вращение с нулевой скоростью одновременно с поступательным движением). В результате использования способа сборки повышается технологичность за счет устранения операции установки и крепления решетки к корпусу и снижается себестоимость. Полученные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в составе вентиляторов транспортных средств. The fan operates as follows: when the electric motor 2 is turned on, the wheel 3 starts to rotate, the blades 5 of which create an air flow. In this case, the rotating blades 5 are protected from the possibility of accidental contact with the fingers 8 of the protective lattice 6. Since the free ends 9 of the fingers 8 are placed on a circle with a diameter D larger than the diameter d of the hub 4, the hub does not touch them during rotation. It is theoretically possible that the diameters D and d are equal when the shaft of the electric motor 2 is perfectly aligned with the circle on which the free ends 9 of the fingers 8 are placed, therefore it is specified as the most generalizing condition “equal to or greater than the diameter of the hub”. The fingers of the lattice are made covering the geometrical place of the trajectories of the points of the impeller formed by helical lines of variable pitch to provide the ability to pass the blades of the impeller through the slots between the fingers 8 of the lattice with at least one step change law. The indicated geometric dependence is common to all possible combinations of geometric parameters of the blades and fingers and is given in the formula, because it is impossible to set an algebraic law for all these possible combinations. This condition for section AA (for one particular value of the diameter of the section) is illustrated in FIG. 3: when the wheel rotates along a constant-pitch helix, all points of the blades are inside the darkened areas 11 and do not intersect with the sections of the fingers 8. A similar condition should be fulfilled on all cylindrical sections, starting from the hub diameter and ending with the outer diameter of the blades. The presence of "empty" spaces between the sections of the fingers 8 is explained by the different number of blades (four) and fingers (sixteen) in this example. In the extreme case (with a large number of fingers, a significant difference in the angles of installation of the blades at different section radii), the passage of the blades between the fingers of the lattice can be possible only along one path of the impeller, i.e., with one law of change in the pitch of the helix of the path of the points of the blades of the wheel blades (from the condition of the continuity of the material of the wheel it follows that all its different points move along helical lines of different diameters, but the same at each moment the step moves). Mathematically, strictly speaking, each point of the impeller (when assembling the fan) does not move along a single helical line with a variable pitch (in the definition of a helical line, the pitch is constant), but along a sequence of helical lines with different steps (in the particular case, along one helical line constant pitch), however, for brevity, the author used the term "variable pitch helix". Despite the large number of possible combinations of finger profiles with blade profiles, the task of verifying the “covering” condition is easily carried out using descriptive geometry methods (checking the absence of interference between the cylindrical sections of the blades and fingers) and solving using computer technology. As a result of using the claimed device, the design of the fan is greatly simplified, the number of parts and assemblies, as well as fasteners, is minimized. The execution of the housing together with the grill is easily feasible by the methods of molding, molding from plastic and leads to a significant reduction in the material consumption of the fan. The assembly method is as follows: the electric motor 2 is installed inside the housing 1 and fixed with screws 10 (this position is shown in Fig. 4). Next, the axis of the impeller 3 is combined with the axis 7 and the wheel 3 is passed through the slots between the fingers 8 of the grill 6 by bringing it into rotational motion relative to the axis 7 of the fan simultaneously with the translational movement in the direction of the electric motor 2 (the movement is schematically shown by the arrow in Fig. 5, a the paths of passage of the points of the blades in this case - in Fig. 3). Due to this movement, the blades 5 bend around fingers 8, the collector makes this movement by hand, because fingers 8 are a natural limiter of the possible movements of the wheel 3. Since the geometric parameters of the device satisfy the criteria set forth in the claims, then this operation is possible with at least one trajectory of the points of the impeller. After holding the wheel into the space between the grill 6 and the electric motor 2 (or simultaneously with this operation), the hub 4 of the impeller is mounted on its shaft of the electric motor 2, because their axes coincide and are fixed on the shaft, this position is shown in FIG. 1. In the boundary case, when the fingers cover the blades in plan (in the view along the 7 axis, which is possible with a small width of the blades), the movement of the wheel during its passage through the slots in the grill degenerates into a straight line, which, however, does not contradict the claims ( it can be interpreted as rotation with zero speed simultaneously with translational motion). As a result of using the assembly method, manufacturability is increased by eliminating the installation and fastening operation of the grill to the housing and cost is reduced. The advantages obtained allow us to recommend the claimed technical solution for use in vehicle fans.

Источники информации
1. Патент Российской федерации N 2061907, кл. F 04 D 19/00, 1993.Sources of information
1. Patent of the Russian Federation N 2061907, cl. F 04 D 19/00, 1993.

2. К.А. Ушаков, И.В. Брусиловский, А.Р. Бушель. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1960, стр. 396, 398, рис. 229 (прототип). 2. K.A. Ushakov, I.V. Brusilovsky, A.R. Bushel. Aerodynamics of axial fans and their structural elements. - M .: State scientific and technical publishing house of literature on mining, 1960, p. 396, 398, fig. 229 (prototype).

Claims

1. An axial fan comprising a housing, an electric motor installed therein with an impeller placed on its shaft in the form of a hub with blades, as well as a protective grill located in front of the blades, characterized in that the grill is integral with the housing in the form of protruding from it to the side axes of the fan of fingers, the free ends of which are placed on a circle with a diameter equal to or greater than the diameter of the hub, and the fingers of the lattice are made covering the geometrical place formed by helical lines of variable pitch of the trajectories t the impeller points with at least one step change law.

2. The method of assembling an axial fan, which consists in installing the electric motor in the housing and mounting the impeller on its shaft, characterized in that before mounting the impeller is passed through the slots between the lattice fingers by bringing the wheel into rotational motion relative to the axis of the fan simultaneously with translational motion in direction of the electric motor.