RU2516993C2 - Impeller of axial fan (versions) - Google Patents

Impeller of axial fan (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2516993C2
RU2516993C2 RU2012124753/06A RU2012124753A RU2516993C2 RU 2516993 C2 RU2516993 C2 RU 2516993C2 RU 2012124753/06 A RU2012124753/06 A RU 2012124753/06A RU 2012124753 A RU2012124753 A RU 2012124753A RU 2516993 C2 RU2516993 C2 RU 2516993C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shank
impeller
blade
groove
axial fan
Prior art date
Application number
RU2012124753/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012124753A (en
Inventor
Николай Игоревич Белоусов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2012124753/06A priority Critical patent/RU2516993C2/en
Publication of RU2012124753A publication Critical patent/RU2012124753A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2516993C2 publication Critical patent/RU2516993C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: ventilation.
SUBSTANCE: proposed impeller of an axial fan may be used in systems of thermal regulation of items in aviation and rocket engineering. The impeller comprises a hub with bases equipped with slots having width S. Tails of sheet blades with thickness s are installed in the specified slots, being connected to the bases by means of a pin joint. Inner surfaces of the tail and the slot are made in the form of sections of circular cylinder of different radii. At the same time in the first version inner surfaces of the tail and the slot are facing each other, and in the second one - external surfaces of the tail and slot are facing each other. Mathematical expressions are given for slot radius as function of the tail radius, slot and tail thickness and tail chord.
EFFECT: group of inventions is aimed at increasing reliability and manufacturability.
6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники.The invention relates to fan building and can be used as part of thermal control systems for aircraft and rocket technology.

Известно рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с выполненными заодно с ней профилированными лопатками (см. патент РФ №2133383, МПК: F04D 19/00, 1999 г.). Недостатком этого рабочего колеса осевого вентилятора является сложность конструкции, вызванная выполнением профилированных лопаток заодно со ступицей.Known impeller of an axial fan containing a hub with profiled blades made at the same time with it (see RF patent No. 2133383, IPC: F04D 19/00, 1999). The disadvantage of this impeller of the axial fan is the design complexity caused by the implementation of profiled blades along with the hub.

Этого недостатка лишено рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с основаниями, снабженными пазами шириной S, в которых установлены хвостовики листовых лопаток толщиной s, присоединенные к основаниям посредством штифтовых соединений, выбранное в качестве прототипа (см. патент РФ N 2422681, МПК: F04D 19/02, 2011 г.) Выполнение лопаток листовыми существенно упрощает конструкцию рабочего колеса.The impeller of the axial fan, which contains a hub with bases equipped with grooves of width S, in which shanks of leaf blades of thickness s are attached to the bases by means of pin joints, is selected as a prototype (see RF patent N 2422681, IPC: F04D 19 / 02, 2011) The implementation of sheet blades significantly simplifies the design of the impeller.

Недостатком такого рабочего колеса осевого вентилятора является его низкая надежность, что вызвано наличием зазора в соединении между хвостовиком листовой лопатки и пазом за счет допусков на толщину листа и ширину паза. Наличие допусков на толщину листа, из которого изготавливают лопатки, неизбежно, также невозможно изготовление паза (а его можно сделать либо методом фрезерования, либо методом электроэрозионной обработки) с высокой точностью, обеспечивавшей бы плотную посадку хвостовика в паз. При вибрациях, свойственных изделиям авиационной, а особенно космической техники, листовая лопатка начинает колебаться в пределах указанного зазора, что приводит к увеличению амплитуды ее колебаний, и, в конечном итоге, к разрушению лопатки, вызванному циклическими напряжениями изгиба. Другим недостатком рабочего колеса является низкая технологичность, что связано с необходимостью крепления хвостовика каждой лопатки к основанию как минимум двумя штифтами - при креплении хвостовика лопатки одним штифтом невозможно обеспечить фиксацию лопатки в угловом направлении относительно оси этого штифта.The disadvantage of this impeller of the axial fan is its low reliability, which is caused by the presence of a gap in the connection between the shank of the sheet blade and the groove due to tolerances on the sheet thickness and groove width. Tolerances on the thickness of the sheet from which the blades are made are inevitable, it is also impossible to produce a groove (and it can be done either by milling or by EDM) with high accuracy, which would ensure a tight fit of the shank into the groove. With the vibrations inherent in the products of aviation, and especially space technology, the leaf blade begins to oscillate within the specified gap, which leads to an increase in the amplitude of its vibrations, and, ultimately, to the destruction of the blade caused by cyclic bending stresses. Another disadvantage of the impeller is the low adaptability, which is associated with the need to fasten the shank of each blade to the base with at least two pins - when fixing the shank of the blade with one pin, it is impossible to fix the blade in the angular direction relative to the axis of this pin.

Техническим результатом заявляемого устройства является повышение надежности и технологичности.The technical result of the claimed device is to increase reliability and manufacturability.

Указанный технический результат по первому варианту достигается за счет того, что в известном рабочем колесе осевого вентилятора, содержащем ступицу с основаниями, снабженными пазами шириной S, в которых установлены хвостовики листовых лопаток толщиной s, присоединенные к основаниям посредством штифтового соединения, в отличие от известного внутренняя поверхность хвостовика каждой листовой лопатки выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса r с образующей, параллельной продольной оси листовой лопатки, а внутренняя поверхность паза каждого основания выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса R с образующей, параллельной образующей внутренней поверхности хвостовика листовой лопатки, и внутренние поверхности хвостовика и паза обращены друг к другу, при этомThe specified technical result according to the first embodiment is achieved due to the fact that in the known impeller of an axial fan containing a hub with bases equipped with grooves of width S, in which shanks of sheet vanes of thickness s are attached to the bases by means of a pin connection, in contrast to the known internal the shank surface of each leaf blade is made in the form of a section of a circular cylinder of radius r with a generatrix parallel to the longitudinal axis of the leaf blade, and the inner surface each groove base is formed as a portion of a circular cylinder of radius R with a generatrix parallel to the sheet forming the inner surface of the blade shank, and the shank and the inner surface of the groove facing each other, wherein

R r r 2 L 2 d 2 + L 2 2 ( r r 2 L 2 d ) ,

Figure 00000001
R r - r 2 - L 2 - d 2 + L 2 2 ( r - r 2 - L 2 - d ) ,
Figure 00000001

где d=S-s, a L - половина ширины хорды хвостовика листовой лопатки по ее внутренней поверхности;where d = S-s, a L is half the width of the chord of the shank of the leaf blade on its inner surface;

Указанный технический результат по второму варианту достигается за счет того, что в известном рабочем колесе осевого вентилятора, содержащем ступицу с основаниями, снабженными пазами шириной S, в которых установлены хвостовики листовых лопаток толщиной s, присоединенные к основаниям посредством штифтового соединения, в отличие от известного, наружная поверхность хвостовика каждой листовой лопатки выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса rH с образующей, параллельной продольной оси листовой лопатки, а наружная поверхность паза каждого основания выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса R с образующей, параллельной образующей внутренней поверхности хвостовика листовой лопатки, и наружные поверхности хвостовика и паза обращены друг к другу, при этомThe specified technical result according to the second embodiment is achieved due to the fact that in the known impeller of an axial fan containing a hub with bases equipped with grooves of width S in which shanks of sheet vanes of thickness s are attached to the bases by means of a pin connection, in contrast to the known the outer surface of the shank of each sheet blade is formed as a portion of a circular cylinder of radius r H with a generatrix parallel to the longitudinal axis of the leaf blade, and the outer surface of the n for each base portion is formed as a circular cylinder of radius R with a generatrix parallel to the sheet forming the inner surface of the blade shank, and the shank exterior surface and a groove face each other, wherein

R i r i r i 2 L 2 + d 2 + L 2 2 ( r i r i 2 L 2 + d ) ,

Figure 00000002
R i r i - r i 2 - L 2 + d 2 + L 2 2 ( r i - r i 2 - L 2 + d ) ,
Figure 00000002

где d=S-s, a L - половина ширины хорды хвостовика листовой лопатки по ее наружной поверхности.where d = S-s, a L is half the width of the chord of the shank of the leaf blade on its outer surface.

Дополнительно, для максимального упрощения конструкции, при реализации как первого варианта, так и второго варианта, основания могут быть выполнены за одно целое со ступицей, при этом в конструкциях осевых вентиляторов с достаточно большим втулочным отношением, при котором окружные скорости точек в любом сечении лопатки близки по значению, вся листовая лопатка может быть выполнена с постоянным по ее длине профилем (как рабочая часть лопатки, находящаяся в потоке перекачиваемого воздуха, так и ее хвостовик).Additionally, to maximize design simplification, when implementing both the first option and the second option, the bases can be made integrally with the hub, while in the designs of axial fans with a sufficiently large sleeve ratio, at which the peripheral speeds of the points in any section of the blade are close by value, the entire leaf blade can be made with a profile that is constant along its length (both the working part of the blade located in the flow of pumped air and its shank).

На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения рабочего колеса осевого вентилятора, первый вариант, главный вид; на фиг.2 - то же, вид справа; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - расчетная схема для вывода математической зависимости, первый вариант; на фиг.5 - пример конкретного выполнения рабочего колеса осевого вентилятора, второй вариант, главный вид; на фиг.6 - то же, вид сверху; на фиг.7 - расчетная схема для вывода математической зависимости, второй вариант. Фиг.2 относится к обоим вариантам исполнения рабочего колеса осевого вентилятора.Figure 1 shows an example of a specific implementation of the impeller of the axial fan, the first option, the main view; figure 2 is the same, right view; figure 3 is the same, a top view; figure 4 is a design diagram for deriving a mathematical dependence, the first option; figure 5 is an example of a specific implementation of the impeller of the axial fan, the second option, the main view; figure 6 is the same, a top view; Fig.7 is a design diagram for deriving a mathematical dependence, the second option. Figure 2 refers to both versions of the impeller of the axial fan.

Рабочее колесо осевого вентилятора, как по первому варианту, так и по второму варианту, содержит ступицу 1 с основаниями 2, снабженными пазами 3, в которых установлены хвостовики 4 листовых лопаток 5, присоединенные к основаниям 2 посредством штифтового соединения штифтом 6. У каждой лопатки 5 есть продольная ось 7. Ширина каждого паза 3 равна S, а толщина хвостовика 4 каждой листовой лопатки 5 равна s. При выполнении рабочего колеса по первому варианту внутренняя поверхность 8 хвостовика 4 каждой листовой лопатки 5 выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса r с образующей, параллельной продольной оси 7 листовой лопатки 5, а внутренняя поверхность 9 паза 3 каждого основания 2 выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса R с образующей, параллельной образующей внутренней поверхности 8 хвостовика 4 листовой лопатки 5, внутренние поверхности 8 хвостовика 4 и 9 паза 3 обращены друг к другу, при этомThe impeller of the axial fan, both in the first embodiment and in the second embodiment, contains a hub 1 with bases 2, provided with grooves 3, in which shanks 4 of leaf blades 5 are mounted, connected to the bases 2 by means of a pin connection by a pin 6. Each blade 5 there is a longitudinal axis 7. The width of each groove 3 is equal to S, and the thickness of the shank 4 of each leaf blade 5 is equal to s. When performing the impeller according to the first embodiment, the inner surface 8 of the shank 4 of each sheet blade 5 is made in the form of a section of a circular cylinder of radius r with a generatrix parallel to the longitudinal axis 7 of the sheet blade 5, and the inner surface 9 of the groove 3 of each base 2 is made in the form of a section of a circular cylinder radius R with a generatrix parallel to the forming of the inner surface 8 of the shank 4 of the leaf blade 5, the inner surfaces 8 of the shank 4 and 9 of the groove 3 are facing each other, while

R r r 2 L 2 d 2 + L 2 2 ( r r 2 L 2 d ) ,

Figure 00000003
R r - r 2 - L 2 - d 2 + L 2 2 ( r - r 2 - L 2 - d ) ,
Figure 00000003

где d=S-s, a L - половина ширины хорды хвостовика листовой лопатки по ее внутренней поверхности.where d = S-s, a L is half the width of the chord of the shank of the leaf blade on its inner surface.

Рабочее колесо осевого вентилятора работает следующим образом: при приведении ступицы 1 во вращение от вала, установленного внутри нее (не показан), листовые лопатки 5 создают поток перекачиваемого газа. При этом за счет выполнения геометрических размеров паза и хвостовика по приведенной в формуле изобретения геометрической зависимости обеспечивается беззазорное соединение хвостовика 4 в пазу 3 - хвостовик 4 имеет три зоны линейного контакта со стенками паза 3 - одна зона контакта по образующей наружной поверхности хвостовика 4 в середине хвостовика и две зоны контакта по образующим внутренней поверхности хвостовика 4 по краям его поперечного сечения. Беззазорное соединение хвостовика с пазом позволяет устранить возможность колебаний лопаток 5 относительно пазов 3 и позволяет обеспечить угловую фиксацию лопатки 5 использованием только одного штифта 6 в каждом соединении хвостовика 4 с пазом 3. При попытке «провернуть» лопатку в угловом направлении относительно оси штифта 6 (за счет сил инерции, реакции потока перекачиваемого газа на лопатку) возникают реакции со стороны указанных трех зон линейного контакта, препятствующие этому перемещению, поскольку такое перемещение сразу вызывает упругие деформации хвостовика 4 лопатки 5, препятствующие такому перемещению. Таким образом, штифт обеспечивает фиксацию лопатки в радиальном направлении, а указанные три зоны линейного контакта - фиксацию лопатки в угловом направлении. Признак «внутренние поверхности хвостовика и паза обращены друг к другу» однозначно определяет их взаимное положение, для которого справедливы вышеприведенные выводы и расчетная схема. Теоретически возможно и другое взаимное расположение - когда внутренняя поверхность хвостовика и наружная поверхность паза обращены друг к другу - для него приведенное математическое выражение неприменимо, но такое взаимное расположение не имеет практического смысла, т.к. может быть обеспечено лишь при большой величине d = S-s, что будет сильно снижать аэродинамические характеристики колеса за счет сильной турбулизации потока. Для наглядности проведем расчет значения R для хвостовика лопатки со следующими параметрами: s = 1 мм, L = 6 мм, S = 1+0,2мм, r = 35 мм. Подставив эти значения (приняв для S максимально возможное с учетом допуска S = 1,2 мм, получим по математическому выражению: R ≥ 56, 41 мм.The impeller of the axial fan operates as follows: when bringing the hub 1 into rotation from a shaft installed inside it (not shown), the leaf blades 5 create a flow of pumped gas. In this case, due to the geometric dimensions of the groove and the shank according to the geometric dependence given in the claims, the gap-free connection of the shank 4 into the groove 3 is provided — the shank 4 has three zones of linear contact with the walls of the groove 3 — one contact zone along the generatrix of the outer surface of the shank 4 in the middle of the shank and two contact zones along the generatrix of the inner surface of the shank 4 at the edges of its cross section. The gap-free connection of the shank with the groove allows you to eliminate the possibility of vibrations of the blades 5 relative to the grooves 3 and allows you to provide angular fixation of the blades 5 using only one pin 6 in each connection of the shank 4 with the groove 3. When you try to "turn" the blade in the angular direction relative to the axis of the pin 6 (for due to inertia forces, reactions of the flow of the pumped gas to the blade) there are reactions from the side of these three zones of linear contact, preventing this movement, since such a movement immediately causes elastic deformation of the shank 4 of the blade 5, preventing such movement. Thus, the pin provides the fixation of the blade in the radial direction, and these three zones of linear contact - the fixation of the blade in the angular direction. The sign “the inner surfaces of the shank and the groove facing each other” unambiguously determines their mutual position, for which the above conclusions and the design scheme are valid. Theoretically, another mutual arrangement is possible - when the inner surface of the shank and the outer surface of the groove are facing each other - the mathematical expression for him is not applicable, but such a mutual arrangement does not make practical sense, because can be provided only with a large value of d = Ss, which will greatly reduce the aerodynamic characteristics of the wheel due to the strong turbulization of the flow. For clarity, we calculate the value of R for the shank of the blade with the following parameters: s = 1 mm, L = 6 mm, S = 1 +0.2 mm, r = 35 mm. Substituting these values (assuming the maximum possible value for S taking into account the tolerance S = 1.2 mm, we obtain from the mathematical expression: R ≥ 56, 41 mm.

Ниже приведен вывод математической зависимости для первого варианта. На фиг.4 приведена расчетная схема, где точка А - середина хорды внутренней поверхности хвостовика, В - крайняя точка внутренней поверхности хвостовика, О и О1- центры внутренних поверхностей паза 3 и хвостовика 4 соответственно, точка С - точка касания наружной поверхности хвостовика 4 и наружной поверхности паза 3. На фиг.4 приведен случай, когда наружная поверхность хвостовика 4 точно касается (без зазора и натяга) наружной поверхности паза 3.The following is the conclusion of the mathematical dependence for the first option. Figure 4 shows the design scheme, where point A is the middle of the chord of the inner surface of the shank, B is the extreme point of the inner surface of the shank, O and O 1 are the centers of the inner surfaces of the groove 3 and the shank 4, respectively, point C is the tangent point of the outer surface of the shank 4 and the outer surface of the groove 3. Figure 4 shows the case when the outer surface of the shank 4 exactly touches (without clearance and interference) the outer surface of the groove 3.

Тогда расстояние Then the distance

O 1 C = r + s ( 1 )

Figure 00000004
O one C = r + s ( one )
Figure 00000004

Примем расстояние AC=h (высота верхней точки профиля наружной поверхности хвостовика 4 над хордой внутренней поверхности хвостовика.We take the distance AC = h (the height of the upper point of the profile of the outer surface of the shank 4 above the chord of the inner surface of the shank.

h = O 1 C O 1 A = r + s r 2 L 2 ( 2 )

Figure 00000005
h = O one C - O one A = r + s - r 2 - L 2 ( 2 )
Figure 00000005

- следует из свойств прямоугольного треугольника O1AB.- follows from the properties of a right triangle O 1 AB.

Аналогично, приняв расстояние АС - Н (высота верхней точки профиля наружной поверхности паза 3 над хордой внутренней поверхности хвостовика - в общем случае величины Н и h не равны друг другу, но на фиг.4 приведен частный случай равенства), из свойств треугольника ОАВ получим:Similarly, taking the AC - H distance (the height of the upper point of the profile of the outer surface of the groove 3 above the chord of the inner surface of the shank - in the general case, the values of H and h are not equal to each other, but Fig. 4 shows a special case of equality), we obtain from the properties of the triangle OAV :

H = O C O A = R + S R 2 L 2 ( 3 )

Figure 00000006
H = O C - O A = R + S - R 2 - L 2 ( 3 )
Figure 00000006

очевидно, что условием беззазорного соединения будет неравенство Н ≤ h (4), т.е. хвостовик лопатки, опираясь краями (точка В и вторая, не показанная на фиг.4, но симметричная ей относительно прямой О1О) на внутреннюю поверхность паза 3, своей наружной поверхностью опирается на наружную поверхность паза 3 в точке С.it is obvious that the inequality Н ≤ h (4) is the condition for the gapless connection, i.e. the shank of the blade, resting on the edges (point B and the second, not shown in figure 4, but symmetrical to it with respect to the straight line O 1 O) on the inner surface of the groove 3, with its outer surface resting on the outer surface of the groove 3 at point C.

Подставив в (4) значения Н и h из выражений (3) и (2), получим Substituting in (4) the values of H and h from expressions (3) and (2), we obtain

R + S R 2 L 2 r + s r 2 L 2         ( 5 )

Figure 00000007
R + S - R 2 - L 2 r + s - r 2 - L 2 ( 5 )
Figure 00000007

Введя обозначение d=S-s, получим, перенеся некоторые члены неравенства:Introducing the notation d = S-s, we obtain, transferring some terms of the inequality:

R + d r + r 2 L 2 R 2 L 2 ( 6 )

Figure 00000008
R + d - r + r 2 - L 2 R 2 - L 2 ( 6 )
Figure 00000008

Введем обозначение N = r r 2 L 2 d      (7)

Figure 00000009
и подставим в (6):We introduce the notation N = r - r 2 - L 2 - d (7)
Figure 00000009
and substitute in (6):

R N R 2 L 2 ( 8 )

Figure 00000010
R - N R 2 - L 2 ( 8 )
Figure 00000010

Возведя обе части неравенства в квадрат и приведя подобные члены, получим:Having squared both sides of the inequality and bringing similar terms, we get:

2 R N + N 2 L 2 ( 9 ) ,

Figure 00000011
- 2 R N + N 2 - L 2 ( 9 ) ,
Figure 00000011

илиor

2 R N N 2 + L 2 ( 10 )

Figure 00000012
2 R N N 2 + L 2 ( 10 )
Figure 00000012

Поскольку N - величина положительная (на фиг.4 это расстояние от точки А до внутренней поверхности паза 3, измеренное по прямой ОС), то R ≥N/2+L2/2N (11), откуда, подставив значение N из (7), получим приведенное в формуле изобретения для первого варианта математическое выражение.Since N is a positive value (in Fig. 4, this is the distance from point A to the inner surface of groove 3, measured along the straight line of the OS), then R ≥N / 2 + L 2 / 2N (11), whence, substituting the value of N from (7 ), we obtain the mathematical expression given in the claims for the first embodiment.

Конструкция рабочего колеса осевого вентилятора (второй вариант) в основном схожа с конструкцией рабочего колеса по первому варианту. Отличия в следующем: наружная поверхность 10 хвостовика 4 каждой листовой лопатки 5 выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса RH с образующей, параллельной продольной оси 7 листовой лопатки 5, а наружная поверхность 11 паза 3 каждого основания 2 выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса RH с образующей, параллельной образующей наружной поверхности 10 хвостовика 4 листовой лопатки 5, наружные поверхности 10 хвостовика 4 и 11 паза 3 обращены друг к другу, при этомThe design of the impeller of the axial fan (second option) is basically similar to the design of the impeller of the first option. The differences are as follows: the outer surface 10 of the shank 4 of each leaf blade 5 is made in the form of a portion of a circular cylinder of radius R H with a generatrix parallel to the longitudinal axis 7 of the leaf blade 5, and the outer surface 11 of the groove 3 of each base 2 is made in the form of a portion of a circular cylinder of radius R H with a generatrix parallel to the forming of the outer surface 10 of the shank 4 of the leaf blade 5, the outer surfaces 10 of the shank 4 and 11 of the groove 3 are facing each other, while

R i r i r i 2 L 2 + d 2 + L 2 2 ( r i r i 2 L 2 + d ) ,

Figure 00000013
R i r i - r i 2 - L 2 + d 2 + L 2 2 ( r i - r i 2 - L 2 + d ) ,
Figure 00000013

где d=S-s, a L - половина ширины хорды хвостовика листовой лопатки по ее наружной поверхности.where d = S-s, a L is half the width of the chord of the shank of the leaf blade on its outer surface.

Рабочее колесо осевого вентилятора (второй вариант) работает следующим образом: при приведении ступицы 1 во вращение от вала, установленного внутри нее (не показан), листовые лопатки 5 создают поток перекачиваемого газа. При этом за счет выполнения геометрических размеров паза и хвостовика по приведенной в формуле изобретения геометрической зависимости обеспечивается беззазорное соединение хвостовика 4 в пазу 3 - хвостовик 4 имеет три зоны линейного контакта со стенками паза 3 - одна зона контакта по образующей внутренней поверхности хвостовика 4 в середине хвостовика и две зоны контакта по образующим наружной поверхности хвостовика 4 по краям его поперечного сечения. Беззазорное соединение хвостовика с пазом позволяет устранить возможность колебаний лопаток 5 относительно пазов 3, и позволяет обеспечить угловую фиксацию лопатки 5 использованием только одного штифта 6 в каждом соединении хвостовика 4 с пазом 3. При попытке «провернуть» лопатку в угловом направлении относительно оси штифта 6 (за счет сил инерции, реакции потока перекачиваемого газа на лопатку) возникают реакции со стороны указанных трех зон линейного контакта, препятствующие этому перемещению, поскольку такое перемещение сразу вызывает упругие деформации хвостовика 4 лопатки 5, препятствующие такому перемещению. Таким образом, штифт обеспечивает фиксацию лопатки в радиальном направлении, а указанные три зоны линейного контакта - фиксацию лопатки в угловом направлении. Признак «наружные поверхности хвостовика и паза обращены друг к другу» однозначно определяет их взаимное положение, для которого справедливы вышеприведенные выводы и расчетная схема. Теоретически возможно и другое взаимное расположение - когда внутренняя поверхность хвостовика и наружная поверхность паза обращены друг к другу - для него приведенное математическое выражение неприменимо, но такое взаимное расположение не имеет практического смысла, т.к. может быть обеспечено лишь при большой величине d = S-s, что будет сильно снижать аэродинамические характеристики колеса за счет сильной турбулизации потока.The impeller of the axial fan (second option) works as follows: when bringing the hub 1 into rotation from a shaft installed inside it (not shown), the leaf blades 5 create a flow of pumped gas. In this case, due to the geometric dimensions of the groove and the shank according to the geometric dependence given in the claims, the gap-free connection of the shank 4 into the groove 3 is provided — the shank 4 has three zones of linear contact with the walls of the groove 3 — one contact zone along the generatrix of the inner surface of the shank 4 in the middle of the shank and two contact zones along the generatrix of the outer surface of the shank 4 along the edges of its cross section. The gap-free connection of the shank with the groove eliminates the possibility of vibrations of the blades 5 relative to the grooves 3, and allows for the angular fixing of the blade 5 using only one pin 6 in each connection of the shank 4 with the groove 3. When trying to “turn” the blade in the angular direction relative to the axis of the pin 6 ( due to inertia forces, the reaction of the pumped gas flow to the blade), reactions occur from the side of these three linear contact zones, preventing this movement, since such a movement immediately causes elastic deformation of the shank 4 of the blade 5, impeding such movement. Thus, the pin provides the fixation of the blade in the radial direction, and these three zones of linear contact - the fixation of the blade in the angular direction. The sign “the outer surfaces of the shank and the groove facing each other” unambiguously determines their mutual position, for which the above conclusions and the design scheme are valid. Theoretically, another mutual arrangement is possible - when the inner surface of the shank and the outer surface of the groove are facing each other - the mathematical expression for him is not applicable, but such a mutual arrangement does not make practical sense, because can be ensured only with a large value of d = S-s, which will greatly reduce the aerodynamic characteristics of the wheel due to the strong turbulization of the flow.

Ниже приведен вывод математической зависимости для второго варианта. На фиг.7 приведена расчетная схема, где точка D -середина хорды наружной поверхности хвостовика, Е - крайняя точка наружной поверхности хвостовика, Q и Q1 - центры наружных поверхностей паза 3 и хвостовика 4 соответственно, точка F - точка касания внутренней поверхности хвостовика 4 и внутренней поверхности паза 3. На фиг.7 приведен случай, когда внутренняя поверхность хвостовика 4 точно касается (без зазора и натяга) внутренней поверхности паза 3.Below is the conclusion of the mathematical dependence for the second option. Figure 7 shows the design scheme, where point D is the middle of the chord of the outer surface of the shank, E is the extreme point of the outer surface of the shank, Q and Q 1 are the centers of the outer surfaces of the groove 3 and the shank 4, respectively, point F is the point of contact of the inner surface of the shank 4 and the inner surface of the groove 3. Figure 7 shows the case when the inner surface of the shank 4 exactly touches (without clearance and interference) the inner surface of the groove 3.

Тогда расстояние Q1F = rH - s (12)Then the distance Q 1 F = r H - s (12)

Примем расстояние FD= z (расстояние от центра профиля внутренней поверхности хвостовика 4 до хорды наружной поверхности хвостовикаWe take the distance FD = z (the distance from the center of the profile of the inner surface of the shank 4 to the chord of the outer surface of the shank

z = Q 1 D Q 1 F = r i 2 L 2 r H + s ( 13 )

Figure 00000014
- следует из свойств прямоугольного треугольника Q1ED. z = Q one D - Q one F = r i 2 - L 2 - r H + s ( 13 )
Figure 00000014
- follows from the properties of a right triangle Q 1 ED.

Аналогично, приняв расстояние DF - Z (расстояние от центра профиля внутренней поверхности паза 3 до хорды наружной поверхности хвостовика в общем случае величины Z и z не равны друг другу, но на фиг.7 приведен частный случай равенства), из свойств треугольника QED получим:Similarly, taking the distance DF - Z (the distance from the center profile of the inner surface of the groove 3 to the chord of the outer surface of the shank in the general case, the values of Z and z are not equal to each other, but Fig. 7 shows a special case of equality), we obtain from the properties of the triangle QED:

Z = F G D G = F G ( Q G Q D ) = S ( R H R i 2 L 2 ) = S R H + R i 2 L 2          ( 14 )

Figure 00000015
Очевидно, что условием беззазорного соединения будет неравенство Z ≤ z (15), т.е. хвостовик лопатки, опираясь краями (точка Е и вторая, не показанная на фиг.7, но симметричная ей относительно прямой Q1Q) на наружную поверхность паза 3, своей внутренней поверхностью опирается на внутреннюю поверхность паза 3 в точке F. Z = F G - D G = F G - ( Q G - Q D ) = S - ( R H - R i 2 - L 2 ) = S - R H + R i 2 - L 2 ( fourteen )
Figure 00000015
Obviously, the condition for a gapless connection is the inequality Z ≤ z (15), i.e. the shank of the blade, resting on the edges (point E and the second, not shown in Fig. 7, but symmetrical to it with respect to the straight line Q 1 Q) on the outer surface of the groove 3, with its inner surface rests on the inner surface of the groove 3 at point F.

Подставив в (15) значения Z и z из выражений (14) и (13), получимSubstituting in (15) the values of Z and z from expressions (14) and (13), we obtain

S R H + R i 2 L 2 r i 2 L 2 r H + s ( 16 )

Figure 00000016
S - R H + R i 2 - L 2 r i 2 - L 2 - r H + s ( 16 )
Figure 00000016

Введя обозначение d-S-s, получим, перенеся некоторые члены неравенства:

Figure 00000017
Introducing the notation dSs, we obtain, transferring some terms of the inequality:
Figure 00000017

R i 2 L 2 R H d r H + r i 2 L 2 ( 17 )

Figure 00000018
R i 2 - L 2 R H - d - r H + r i 2 - L 2 ( 17 )
Figure 00000018

Введем обозначение M = d + r H r i 2 L 2

Figure 00000019
(18) и подставим в (17):We introduce the notation M = d + r H - r i 2 - L 2
Figure 00000019
(18) and substitute in (17):

R H M R i 2 L 2                      ( 19 )

Figure 00000020
R H - M R i 2 - L 2 ( 19 )
Figure 00000020

Возведя обе части неравенства в квадрат и приведя подобные члены, получим:Having squared both sides of the inequality and bringing similar terms, we get:

2 R H M + M 2 L 2 ( 20 )

Figure 00000021
,или - 2 R H M + M 2 - L 2 ( twenty )
Figure 00000021
,or

2 R H M M 2 + L 2 ( 21 )

Figure 00000022
2 R H M M 2 + L 2 ( 21 )
Figure 00000022

Поскольку М величина положительная (на фиг.4 это расстояние DG),тоSince M is a positive value (in Fig. 4, this is the distance DG), then

R H M / 2 + L 2 / 2 M ( 22 )

Figure 00000023
R H M / 2 + L 2 / 2 M ( 22 )
Figure 00000023

откуда, подставив значение М из (18), получим приведенное в формуле изобретения для второго варианта математическое выражение.whence, substituting the value of M from (18), we obtain the mathematical expression given in the claims for the second embodiment.

В приведенных примерах конкретного исполнения рабочего колеса, как по первому варианту, так и по второму варианту, основания выполнены за одно целое со ступицей в виде фрезерованных выступов на внутренней стороне ступицы. Однако, возможно и крепление лопатки к поворотному (как в прототипе) основанию, поэтому в независимых пунктах формулы изобретения приведен обобщающий признак «основание», которое может быть как элементом ступицы, так и установленной в ней отдельной детали. Также в примерах конкретного исполнения приведен случай, когда вся листовая лопатка выполнена с постоянным по ее длине профилем. Однако заявленное изобретение может быть использовано и в случае разных сечений хвостовика и рабочей части лопатки. Приведенные математические выражения накладывают точный предел только с одной стороны - минимальное значение радиуса внутренней поверхности паза для первого варианта, и максимальное значение радиуса наружной поверхности паза для второго варианта. Конкретное значение этих радиусов определяется методами обычного проектирования, например, исходя из критерия, чтобы при установке хвостовиков в пазы деформации хвостовиков оставались бы упругими.In the given examples of a specific design of the impeller, both in the first embodiment and in the second embodiment, the bases are made in one piece with the hub in the form of milled protrusions on the inside of the hub. However, it is also possible to fasten the blades to a rotary (as in the prototype) base, therefore, in the independent claims, a generalizing attribute “base” is given, which can be either an element of the hub or a separate part installed in it. Also in the examples of specific performance, the case is given when the entire leaf blade is made with a profile that is constant along its length. However, the claimed invention can be used in the case of different sections of the shank and the working part of the scapula. The above mathematical expressions impose an exact limit on one side only - the minimum value of the radius of the inner surface of the groove for the first option, and the maximum value of the radius of the outer surface of the groove for the second option. The specific value of these radii is determined by conventional design methods, for example, on the basis of the criterion so that when the shanks are installed in the grooves, the deformation of the shanks would remain elastic.

В результате использования изобретения существенно повышается надежность рабочего колеса, т.к. беззазорное соединение хвостовика с пазом позволяет устранить возможность колебаний лопаток 5 относительно пазов 3. Также повышается и технологичность рабочего колеса за счет обеспечения фиксации лопатки использованием только одного штифта. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в изделиях авиационной и космической техники.The use of the invention significantly increases the reliability of the impeller, because the gap-free connection of the shank with the groove allows you to eliminate the possibility of vibrations of the blades 5 relative to the grooves 3. Also increases the manufacturability of the impeller by ensuring the fixation of the blades using only one pin. These advantages allow us to recommend the claimed technical solution for use in aviation and space technology products.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2133383, МПК: F04D 19/00, 1999 г.1. RF patent No. 2133383, IPC: F04D 19/00, 1999

2. Патент РФ N 2422681, МПК: F04D 19/02, 2011 г. (прототип).2. RF patent N 2422681, IPC: F04D 19/02, 2011 (prototype).

Claims (6)

1. Рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с основаниями, снабженными пазами шириной S, в которых установлены хвостовики листовых лопаток толщиной s, присоединенные к основаниям посредством штифтового соединения, отличающееся тем, что внутренняя поверхность хвостовика каждой листовой лопатки выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса r с образующей, параллельной продольной оси листовой лопатки, а внутренняя поверхность паза каждого основания выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса R с образующей, параллельной образующей внутренней поверхности хвостовика листовой лопатки, и внутренние поверхности хвостовика и паза обращены друг к другу, при этом
R r r 2 L 2 d 2 + L 2 2 ( r r 2 L 2 d ) ,
Figure 00000024

где d=S-s, a L - половина ширины хорды хвостовика листовой лопатки по ее внутренней поверхности.
1. The impeller of the axial fan, comprising a hub with bases equipped with grooves of width S, in which shanks of leaf blades of thickness s are attached to the bases by means of a pin connection, characterized in that the inner surface of the shank of each leaf blade is made in the form of a section of a circular cylinder of radius r with a generatrix parallel to the longitudinal axis of the leaf blade, and the inner surface of the groove of each base is made in the form of a section of a circular cylinder of radius R with a generatrix, steam allelic generatrix of the inner surface of the shank of the leaf blade, and the inner surface of the shank and groove facing each other, while
R r - r 2 - L 2 - d 2 + L 2 2 ( r - r 2 - L 2 - d ) ,
Figure 00000024

where d = Ss, a L is half the width of the chord of the shank of the leaf blade on its inner surface.
2. Рабочее колесо осевого вентилятора по п.1, отличающееся тем, что основания выполнены за одно целое со ступицей.2. The impeller of the axial fan according to claim 1, characterized in that the base is made in one piece with the hub. 3. Рабочее колесо осевого вентилятора по п.1, отличающееся тем, что вся листовая лопатка выполнена с постоянным по ее длине профилем.3. The impeller of the axial fan according to claim 1, characterized in that the entire sheet blade is made with a profile that is constant along its length. 4. Рабочее колесо осевого вентилятора, содержащее ступицу с основаниями, снабженными пазами шириной S, в которых установлены хвостовики листовых лопаток толщиной s, присоединенные к основаниям посредством штифтового соединения, отличающееся тем, что наружная поверхность хвостовика каждой листовой лопатки выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса rн с образующей, параллельной продольной оси листовой лопатки, а наружная поверхность паза каждого основания выполнена в виде участка кругового цилиндра радиуса Rн с образующей, параллельной образующей наружной поверхности хвостовика листовой лопатки, и наружные поверхности хвостовика и паза обращены друг к другу, при этом
R i r i r i 2 L 2 + d 2 + L 2 2 ( r i r i 2 L 2 + d ) ,
Figure 00000025

где d=S-s, a L - половина ширины хорды хвостовика листовой лопатки по ее наружной поверхности.
4. The impeller of the axial fan, containing a hub with bases equipped with grooves of width S, in which shanks of sheet vanes of thickness s are installed, attached to the bases by means of a pin connection, characterized in that the outer surface of the shank of each sheet blade is made in the form of a section of a circular cylinder of radius r n with a generatrix parallel to the longitudinal axis of the leaf blade, and the outer surface of the groove of each base is made in the form of a section of a circular cylinder of radius R n with a generatrix, a pair the llelic generatrix of the outer surface of the shank of the leaf blade, and the outer surfaces of the shank and the groove face each other, while
R i r i - r i 2 - L 2 + d 2 + L 2 2 ( r i - r i 2 - L 2 + d ) ,
Figure 00000025

where d = Ss, a L is half the width of the chord of the shank of the leaf blade on its outer surface.
5. Рабочее колесо осевого вентилятора по п.4, отличающееся тем, что основания выполнены за одно целое со ступицей.5. The impeller of the axial fan according to claim 4, characterized in that the base is made in one piece with the hub. 6. Рабочее колесо осевого вентилятора по п.4, отличающееся тем, что вся листовая лопатка выполнена с постоянным по ее длине профилем. 6. The impeller of the axial fan according to claim 4, characterized in that the entire sheet blade is made with a profile that is constant along its length.
RU2012124753/06A 2012-06-14 2012-06-14 Impeller of axial fan (versions) RU2516993C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124753/06A RU2516993C2 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Impeller of axial fan (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124753/06A RU2516993C2 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Impeller of axial fan (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012124753A RU2012124753A (en) 2013-12-20
RU2516993C2 true RU2516993C2 (en) 2014-05-27

Family

ID=49784639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012124753/06A RU2516993C2 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Impeller of axial fan (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516993C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1003313A (en) * 1960-11-17 1965-09-02 Bristol Siddeley Engines Ltd Improvements in blades for ducted axial flow machines
SU868130A1 (en) * 1979-08-20 1981-09-30 Предприятие П/Я Р-6837 Axial compressor impeller
RU2133383C1 (en) * 1998-01-08 1999-07-20 Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" Axial-flow fan and method of assembly of such fan
RU2422681C1 (en) * 2009-12-24 2011-06-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Impeller of axial fan

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1003313A (en) * 1960-11-17 1965-09-02 Bristol Siddeley Engines Ltd Improvements in blades for ducted axial flow machines
SU868130A1 (en) * 1979-08-20 1981-09-30 Предприятие П/Я Р-6837 Axial compressor impeller
RU2133383C1 (en) * 1998-01-08 1999-07-20 Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" Axial-flow fan and method of assembly of such fan
RU2422681C1 (en) * 2009-12-24 2011-06-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Impeller of axial fan

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012124753A (en) 2013-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6755612B2 (en) Guide vane for a gas turbine engine
US5286168A (en) Freestanding mixed tuned blade
US10358938B2 (en) Undulating stator for reducing the noise produced by interaction with a rotor
US6290465B1 (en) Rotor blade
US7832981B2 (en) Stator vane having both chordwise and spanwise camber
EP2878771B1 (en) Axial flow fluid machine
US20220163039A1 (en) Low Noise High Efficiency Centrifugal Blower
ITCO20100045A1 (en) FORM OF AODINAMIC PROFILE BY COMPRESSOR
KR20150129617A (en) Airfoil with improved cooling
RU2516993C2 (en) Impeller of axial fan (versions)
CN107614867B (en) Impeller of fluid machinery with detachable blades
Cho et al. Propeller blade shape optimization for efficiency improvement
ES2747958T3 (en) Alabe and turbomachine
US10385711B2 (en) Elastic sheet used for turbine follow-up suspended steam seal belt and steam seal structure thereof
CN110418874B (en) Blade and damping sleeve for rotor assembly
Badreddinne et al. Optimum project for horizontal axis wind turbines ‘OPHWT’
Henderson et al. An approximate analysis of the unsteady lift on airfoils in cascade
JP7148273B2 (en) steam turbine
EP2778350B1 (en) Modular turbomachine inlet assembly and related inlet transition section
EP2808491A1 (en) Stator vane and corresponding assembly
CN112160795B (en) Full-rotating-speed low-pressure-stage moving blade, moving blade group and industrial steam turbine
CN109690025B (en) Sealing segment of a turbomachine, device for externally defining a flow path of a turbomachine, and stator-rotor sealing device
EP3321471B1 (en) Structure for cooling rotor of turbomachine, rotor and turbomachine having the same
RU2342541C1 (en) Gas turbine stator
Wood et al. Assessment of the accuracy of representing a helical vortex by straight segments