RU2395725C1

RU2395725C1 - Fan impeller

Info

Publication number: RU2395725C1
Application number: RU2009110628/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Холодников (RU); Юрий Васильевич Холодников; Сергей Юрьевич Замараев (RU); Сергей Юрьевич Замараев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль"
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-07-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: fan impeller comprises main and cover disks made from composite material and vanes arranged there between. Note here that at least main disks and vanes are linked due to lamination of intervane channel made up of vane structure and main disk inner surface and that cover disk is mechanically secured thereto.

EFFECT: higher rigidity and strength of fan impeller.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к изготовлению рабочих колес вентиляторов, преимущественно высокоскоростных и высоконагруженных.The invention relates to turbomachinery, in particular to the manufacture of impellers of fans, mainly high-speed and high-load.

Традиционно известное рабочее колесо вентилятора образовано двумя дисками - коренным со ступицей и покрывным. Между дисками расположены рабочие лопатки, которые могут быть либо приварены к дискам, либо установлены в прорезях дисков и каким-либо способом в них зафиксированы, например, загибом фиксирующих усиков или клепкой (Бабак Г.А. и др. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания. Справочник. М.: Недра, 1982 г.) /1/. Такое колесо имеет большую массу и маховой момент, что затрудняет пуск и остановку вентилятора, а также сложно в сборке, балансировке и эксплуатации.The traditionally known fan impeller is formed by two disks - a main one with a hub and a cover one. Between the disks there are working blades that can either be welded to the disks or installed in the slots of the disks and fixed in some way in them, for example, by bending the fixing antennae or riveting (Babak G.A. et al. Mine ventilation units for main ventilation. Handbook. M: Nedra, 1982) / 1 /. Such a wheel has a large mass and a flywheel moment, which makes it difficult to start and stop the fan, as well as difficult to assemble, balance and operate.

Известно рабочее колесо вентилятора, выполненное из композиционных материалов (RU 2011889, публ. 1994 г.) /2/. Конструкция, выполненная склеиванием трех отдельных элементов, выполненных из армированных стекловолокнами композитов, не является жесткой. Кроме того, клей (филлер) по физико-механическим характеристикам не может обеспечить прочность соединения элементов рабочего колеса, достаточную для высокоскоростных и высоконагруженных центробежных машин. Соединения на основе клея плохо выдерживают вибрацию и изгибающие нагрузки, сопровождающие работу рабочего колеса любой турбомашины.Known impeller of the fan, made of composite materials (RU 2011889, publ. 1994) / 2 /. The structure made by gluing three separate elements made of fiberglass-reinforced composites is not rigid. In addition, glue (filler) in terms of physical and mechanical characteristics cannot provide the strength of the connection of the elements of the impeller, sufficient for high-speed and highly loaded centrifugal machines. Glue-based joints do not withstand vibration and bending loads that accompany the operation of the impeller of any turbomachine.

Покрывной и коренной диски в известной конструкции выполнены из композиционного материла с хаотично ориентированными армирующими волокнами, а присоединяемые к дискам рабочие лопатки - из композиционного материала с продольным или продольно-поперечным расположением армирующих волокон. Поскольку хаотично ориентированные стекломаты и стеклопластики на их основе являются менее прочными, чем стеклопластики с ориентированными волокнами (стеклоткани), известная конструкция рабочего колеса не обладает необходимой жесткостью, а также прочностью соединения его элементов, следовательно, не является надежной для высокоскоростных и высоконагруженных вентиляторов.The cover and root disks in the known construction are made of composite material with randomly oriented reinforcing fibers, and the working blades attached to the disks are made of composite material with longitudinal or longitudinal-transverse arrangement of reinforcing fibers. Since randomly oriented glass mat and fiberglass based on them are less durable than fiberglass with oriented fibers (fiberglass), the known impeller design does not have the necessary rigidity, as well as the strength of the connection of its elements, therefore, is not reliable for high-speed and highly loaded fans.

Задача изобретения состоит в создании надежной конструкции рабочего колеса для высокоскоростных и высоконагруженных вентиляторов, выполненного из композиционных материалов.The objective of the invention is to create a reliable design of the impeller for high-speed and high-load fans, made of composite materials.

Для этого рабочее колесо вентилятора содержит выполненные из композиционного материала коренной и покрывной диски, рабочие лопатки между ними, при этом, как минимум, коренной диск и рабочие лопатки соединены между собой посредством ламинирования композиционным материалом поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью коренного диска, а покрывной диск прикреплен к ним посредством механической связи.For this, the fan impeller contains a root and cover disks made of composite material, working blades between them, at the same time, at least the main disk and the working blades are interconnected by laminating with the composite material the surface of the interscapular channel formed by the blade frame and the inner surface of the main disk , and the cover disk is attached to them by mechanical connection.

Конструкции рабочих колес большого диаметра (два и более метра) допускают ламинирование поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью не только коренного, но и покрывного дисков. Толщина ламинирования в этом случае может составить 3-5 мм, что может оказаться недостаточным для надежного крепления покрывного диска, особенно на больших скоростях вращения. Поэтому коренной диск, рабочие лопатки и покрывной диск могут быть соединены между собой посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью коренного и покрывного дисков, но для большей прочности такой конструкции в ней также предусмотрено крепление покрывного диска посредством механической связи.The design of large-diameter impellers (two or more meters) allows lamination of the surface of the interscapular channel formed by the scaffold of the blades and the inner surface of not only the main, but also the covering disc. The lamination thickness in this case can be 3-5 mm, which may be insufficient for reliable fastening of the cover disk, especially at high speeds of rotation. Therefore, the root disk, rotor blades and the cover disk can be interconnected by laminating the surface of the interscapular channel formed by the blade frame and the inner surface of the root and cover disks, but for the greater strength of this design, it also provides for fixing the cover disk by mechanical connection.

Коренной и покрывной диски, рабочие лопатки колеса могут быть выполнены из композиционного материала с одним типом связующего, либо из материалов с идентичными связующими.The root and cover discs, rotor blades of the wheel can be made of composite material with one type of binder, or of materials with identical binders.

Соединение элементов колеса в заявляемой конструкции выполнено без применения клея, оно представляет собой композиционный материал, покрывающий поверхность межлопаточного канала, образованного каркасом лопаток и внутренней поверхностью дисков, что обеспечивает колесу высокую прочность. При этом конструкция является более жесткой, чем известная, т.к. механическому соединению подвергаются не более двух деталей: цельный элемент, состоящий из коренного диска, выполненного заодно с лопатками, и покрывной диск. Наличие механического крепления для покрывного диска в колесах большого диаметра является дополнительным фактором усиления их жесткости. Идентичность смолы композиционного материала для изготовления элементов колеса также способствует повышению прочности соединения коренного диска с лопатками.The connection of the elements of the wheel in the claimed design is made without the use of glue, it is a composite material covering the surface of the interscapular channel formed by the frame of the blades and the inner surface of the disks, which provides the wheel with high strength. Moreover, the design is more rigid than the known one, because no more than two parts are subjected to mechanical connection: a solid element consisting of a main disk made integral with the blades, and a cover disk. The presence of a mechanical fastener for the cover disk in large diameter wheels is an additional factor in enhancing their stiffness. The identity of the resin of the composite material for the manufacture of wheel elements also helps to increase the strength of the connection of the main disk with the blades.

Новый технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении жесткости и прочности конструкции рабочего колеса вентилятора.A new technical result achieved by the claimed invention is to increase the rigidity and structural strength of the fan impeller.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен фрагмент соединения коренного диска и лопаток, на фиг.2 - фрагмент соединения коренного диска, лопаток и покрывного диска, на фиг.3 - колесо в сборе.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a fragment of the connection of the root disk and the blades, Fig. 2 is a fragment of the connection of the root disk, the blades and the capping disk, and Fig. 3 is a complete wheel.

Колесо содержит ступицу 1, коренной диск 2, соединенный с лопатками посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала 3, образованного каркасом лопаток 4 и внутренней поверхностью коренного диска 2. Ламинирование - процесс нанесения смолы на стекломатериал, в результате полимеризации которой получается композиционный материал, представляющий собой стекломатериал, пропитанный термореактивной смолой холодного отверждения. В качестве стекломатериала может быть выбран стекломат, стеклоткань, стеклорогожа или их комбинации. Вид применяемой термореактивной смолы - эпоксидная, полиэфирная, фурановая и т.п. Толщина ламинирования и количество слоев смолы определено требуемой прочностью и жесткостью конструкции и условиями эксплуатации, например, требованиями абразивного износа.The wheel contains a hub 1, the main disk 2, connected to the blades by laminating the surface of the interscapular channel 3, formed by the frame of the blades 4 and the inner surface of the main disk 2. Lamination - the process of applying resin to the glass material, the polymerization of which results in a composite material, which is a glass material, impregnated with thermosetting resin of cold curing. As glass material can be selected glass mat, fiberglass, glass cloth or combinations thereof. The type of thermosetting resin used is epoxy, polyester, furan, etc. The lamination thickness and the number of resin layers are determined by the required strength and rigidity of the structure and operating conditions, for example, the requirements of abrasive wear.

После полимеризации смолы лопатки и коренной диск представляют собой монолитную конструкцию из композиционного материала, к которой посредством механической связи, например крепежных элементов 5, прикреплен покрывной диск 6. В частном случае колесо может быть выполнено так, что коренной диск 2, лопатки и покрывной диск 6 соединены посредством ламинирования поверхности межлопаточного канала 3, образованного каркасом лопаток 4, внутренней поверхностью коренного диска 2 и внутренней поверхностью покрывного диска 6. Для большей прочности такой конструкции в ней предусмотрено крепление покрывного диска посредством механической связи.After polymerization of the resin, the blades and the root disk are a monolithic structure made of composite material, to which, by means of mechanical coupling, for example fasteners 5, a cover disk 6 is attached. In a particular case, the wheel can be made so that the root disk 2, the blades and the cover disk 6 are connected by laminating the surface of the interscapular channel 3, formed by the frame of the blades 4, the inner surface of the main disk 2 and the inner surface of the covering disk 6. For greater strength, of the second design, it provides for fastening the cover disk by means of mechanical coupling.

Для предотвращения перетекания рабочей среды из зоны повышенного давления в зону пониженного давления место контакта лопатки с покрывным диском с обеих сторон покрыто шпатлевкой 7.To prevent the flow of the working medium from the zone of high pressure to the zone of low pressure, the contact point of the blade with the cover disk on both sides is covered with putty 7.

Claims

1. The impeller of the fan, comprising root and cover discs made of composite material, rotor blades between them, at least the root rotor and rotor blades are interconnected by laminating the surface of the interscapular channel formed by the blade frame and the inner surface of the molar disc , and the cover disk is attached to them by mechanical connection.

2. The fan wheel according to claim 1, characterized in that the cover disk is additionally connected to the root disk and the blades by laminating the surface of the interscapular channel and is attached to the root disk by additional mechanical connection.