RU2790499C1 - Axial fan - Google Patents

Axial fan Download PDF

Info

Publication number
RU2790499C1
RU2790499C1 RU2022113504A RU2022113504A RU2790499C1 RU 2790499 C1 RU2790499 C1 RU 2790499C1 RU 2022113504 A RU2022113504 A RU 2022113504A RU 2022113504 A RU2022113504 A RU 2022113504A RU 2790499 C1 RU2790499 C1 RU 2790499C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
parts
flanges
axial fan
blades
Prior art date
Application number
RU2022113504A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Игоревич Белоусов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
Application granted granted Critical
Publication of RU2790499C1 publication Critical patent/RU2790499C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: thermal control systems.
SUBSTANCE: claimed axial fan can be used as part of thermal control systems for products of rocket and space technology. Existing axial fans have high aerodynamic resistance and insufficient vibration resistance. Axial fan comprises a housing of two parts fastened by means of a centering connection, a sleeve installed in the housing with radial protrusions having an outer spherical surface in contact with the conical surfaces of the first and second parts of the housing facing each other, as well as an electric motor placed inside the sleeve with a motor mounted on its shaft. working wheel. The radial protrusions are made in the form of straightener blades, and both parts of the body are provided with flanges, tightened to each other by means of fasteners, and the flanges are installed with a given axial clearance.
EFFECT: reduction of aerodynamic resistance with a simultaneous increase in the vibration resistance of the axial fan.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий ракетно-космической техники.The invention relates to fan engineering and can be used as part of thermal control systems for products of rocket and space technology.

Известен осевой вентилятор, содержащий корпус с внутренней цилиндрической поверхностью и профилированной расточкой на ней, установленную в нем втулку с не менее чем тремя радиальными выступами, имеющими наружную сферическую поверхность, контактирующую с поверхностью профилированной расточки корпуса, размещенный внутри втулки электродвигатель с установленным на его валу рабочим колесом, а также штифты и винты, соединяющие корпус с радиальными выступами (патент Российской федерации №2061907, МПК: F04D 19/00, 1996 г.). Недостатком этого осевого вентилятора является низкая технологичность, вызванная сложностью точного изготовления и контроля профилированной расточки на внутренней поверхности корпуса, а также наличием винтов, служащих для технологической фиксации втулки с выступами к корпусу при засверловке отверстий под штифты и установке штифтов. Другим недостатком прототипа является низкая вибропрочность, так как изготовление сферических поверхностей расточки и выступов практически недостижимо из-за наличия допусков на их изготовление, и вследствие наличия зазоров между деталями все вибрационные нагрузки будут передаваться на штифты, что приведет к сминанию поверхностей отверстий под штифты в деталях, изготовленных, как правило, из алюминиевых сплавов.An axial fan is known, comprising a housing with an inner cylindrical surface and a profiled bore on it, a sleeve installed in it with at least three radial protrusions having an outer spherical surface in contact with the surface of the profiled bore of the housing, an electric motor located inside the sleeve with a working motor installed on its shaft. wheel, as well as pins and screws connecting the body with radial protrusions (patent of the Russian Federation No. 2061907, IPC: F04D 19/00, 1996). The disadvantage of this axial fan is the low manufacturability caused by the difficulty of precise manufacturing and control of the profiled bore on the inner surface of the housing, as well as the presence of screws used for technological fixation of the sleeve with protrusions to the housing when drilling holes for pins and installing pins. Another disadvantage of the prototype is low vibration strength, since the manufacture of spherical surfaces of bores and protrusions is practically unattainable due to the presence of tolerances for their manufacture, and due to the presence of gaps between the parts, all vibration loads will be transferred to the pins, which will lead to crushing of the surfaces of the holes for the pins in the parts. usually made from aluminum alloys.

Первого из этих недостатков лишен осевой вентилятор, содержащий корпус из двух скрепленных посредством центрирующего соединения частей с посадочным буртом на торце первой части, входящим в центрирующую расточку на торце второй части корпуса, установленную в корпусе втулку с не менее чем тремя радиальными выступами, имеющими наружную сферическую поверхность, контактирующую с обращенными друг к другу коническими поверхностями первой и второй частей корпуса, соосными поверхностям посадочного бурта для первой части корпуса и центрирующей расточки для второй части корпуса, а также размещенный внутри втулки электродвигатель с установленным на его валу рабочим колесом (патент Российской федерации №2450166, МПК: F04D 19/00, 2012 г.), выбранный в качестве прототипа. Также этот осевой вентилятор имеет лучшую вибропрочность по сравнению с описанным аналогом.The axial fan is deprived of the first of these shortcomings, containing a housing of two parts fastened by means of a centering connection with a landing shoulder at the end of the first part, which is included in the centering bore at the end of the second part of the housing, a sleeve installed in the housing with at least three radial protrusions having an outer spherical the surface in contact with the conical surfaces of the first and second parts of the housing facing each other, coaxial surfaces of the landing shoulder for the first part of the housing and the centering bore for the second part of the housing, as well as the electric motor located inside the bushing with the impeller mounted on its shaft (patent of the Russian Federation No. 2450166, IPC: F04D 19/00, 2012), selected as a prototype. Also, this axial fan has a better vibration resistance compared to the described counterpart.

Недостатком этого осевого вентилятора является повышенное аэродинамическое сопротивление, вызванное сужением его аэродинамического тракта радиальными выступами достаточно большой ширины, обусловленной необходимостью размещения в этих выступах штифтов для фиксации выступов втулки с частями корпуса. Сужение аэродинамического тракта вызывает возрастание скорости создаваемого рабочим колесом потока при обтекании выступов с последующим ее снижением - при сходе с выступов, что сопровождается аэродинамическими потерями. Другим недостатком прототипа является недостаточная вибропрочность, поскольку при незначительном числе штифтов напряжения смятия в контактирующих со штифтами частях корпуса и выступах втулки будут весьма значительными. При достаточно большом ресурсе вентилятора, особенно в случае его неоднократного повторного применения в составе космического корабля многоразового использования, испытывающего значительные ударные и виброперегрузки на этапе выведения на орбиту, возможно сминание поверхностей отверстий под штифт в частях корпуса и выступах втулки, изготовленных, как правило, из алюминиевых сплавов, существенно уступающих по прочностным характеристикам материалу стального штифта. Следствием этого является постепенное ослабление штифтовых соединений, возможность незначительных перемещений втулки относительно корпуса и возможность касания лопатками рабочего колеса внутренней поверхности корпуса. Это, в худшем случае, может привести к полному отказу вентилятора, а в лучшем - повышению его шума за счет появления шума от трения лопаток по корпусу, что также неприемлемо на борту космического корабля. В прототипе количество штифтов, равное количеству выступов втулки, не менее трех. Увеличение количества штифтов с соответственным увеличением количества выступов втулки снижает напряжения в штифтовых соединениях, но одновременно приводит к еще большему сужению аэродинамического тракта и, соответственно, к увеличению аэродинамического сопротивления, т.е. усиливает первый недостаток.The disadvantage of this axial fan is the increased aerodynamic drag caused by the narrowing of its aerodynamic path by radial protrusions of a sufficiently large width, due to the need to place pins in these protrusions to fix the protrusions of the sleeve with body parts. The narrowing of the aerodynamic path causes an increase in the speed of the flow created by the impeller when flowing around the ledges, followed by its decrease - when leaving the ledges, which is accompanied by aerodynamic losses. Another disadvantage of the prototype is the lack of vibration resistance, since with a small number of pins, the collapse stresses in the body parts in contact with the pins and the protrusions of the sleeve will be very significant. With a sufficiently long resource of the fan, especially in the case of its repeated use as part of a reusable spacecraft, which experiences significant shock and vibration overloads at the stage of launching into orbit, it is possible to crush the surfaces of the holes for the pin in the parts of the body and the protrusions of the bushing, made, as a rule, from aluminum alloys, which are significantly inferior in strength characteristics to the material of the steel pin. The consequence of this is a gradual weakening of the pin connections, the possibility of minor displacements of the sleeve relative to the casing, and the possibility of the impeller blades touching the inner surface of the casing. This, in the worst case, can lead to a complete failure of the fan, and in the best case, an increase in its noise due to the appearance of noise from the friction of the blades on the body, which is also unacceptable on board the spacecraft. In the prototype, the number of pins equal to the number of protrusions of the sleeve is at least three. An increase in the number of pins with a corresponding increase in the number of bushing protrusions reduces the stresses in the pin connections, but at the same time leads to an even greater narrowing of the aerodynamic path and, accordingly, to an increase in aerodynamic drag, i.e. exacerbates the first disadvantage.

Техническим результатом, достигаемым заявленным изобретением, является снижение аэродинамического сопротивления с одновременным повышением вибропрочности осевого вентилятора.The technical result achieved by the claimed invention is the reduction of aerodynamic resistance with a simultaneous increase in the vibration resistance of the axial fan.

Технический результат достигается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем корпус из двух скрепленных посредством центрирующего соединения частей с посадочным буртом на торце первой части, входящим в центрирующую расточку на торце второй части корпуса, установленную в корпусе втулку с радиальными выступами, имеющими наружную сферическую поверхность, контактирующую с обращенными друг к другу коническими поверхностями первой и второй частей корпуса, соосными поверхностям посадочного бурта для первой части корпуса и центрирующей расточки для второй части корпуса, а также размещенный внутри втулки электродвигатель с установленным на его валу рабочим колесом, согласно изобретению, радиальные выступы выполнены в виде лопаток спрямляющего аппарата, а обе части корпуса снабжены фланцами, стянутыми друг с другом посредством крепежных деталей, причем фланцы установлены с заданным осевым зазором.The technical result is achieved due to the fact that in a well-known axial fan containing a housing of two parts fastened by means of a centering connection with a landing collar at the end of the first part, which is included in the centering bore at the end of the second part of the housing, a sleeve installed in the housing with radial protrusions having an outer a spherical surface in contact with the conical surfaces of the first and second parts of the housing facing each other, coaxial surfaces of the landing shoulder for the first part of the housing and the centering bore for the second part of the housing, as well as an electric motor located inside the bushing with an impeller mounted on its shaft, according to the invention, the radial protrusions are made in the form of straightener vanes, and both parts of the housing are provided with flanges tightened to each other by means of fasteners, the flanges being installed with a given axial clearance.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, сечение выступа втулки, на фиг. 3 - расчетная схема для определения заданного осевого зазора, на фиг. 4 приведен общий вид разработанной для перспективного вентилятора втулки с выступами в виде лопаток спрямляющего аппарата.In FIG. 1 shows an example of a specific implementation of an axial fan, a longitudinal section, in Fig. 2 - the same, section of the protrusion of the sleeve, in Fig. 3 - calculation scheme for determining the specified axial clearance, in Fig. 4 shows a general view of a bushing designed for a prospective fan with protrusions in the form of straightener blades.

Осевой вентилятор содержит корпус 1, выполненный состоящим из первой 2 и второй 3 частей, скрепленных посредством центрирующего соединения 4. На торце первой части 2 выполнен посадочный бурт 5, входящий в центрирующую расточку 6 на торце второй части 3 корпуса. Части корпуса 2 и 3 снабжены фланцами 7 и 8 соответственно, стянутыми друг с другом посредством крепежных деталей 9 - в данном примере конкретного исполнения винтами, которые ввернуты в резьбовые отверстия 10 на фланце 8. На внутренней части частей 2 и 3 корпуса 1 выполнены обращенные друг к другу конические поверхности 11 и 12 соответственно. Коническая поверхность 11 соосна поверхности посадочного бурта 5, а коническая поверхность 12 соосна поверхности центрирующей расточки 6. В корпусе 1 установлена втулка 13 с радиальными выступами 14, имеющими наружную сферическую поверхность 15, контактирующую с коническими поверхностями 11 и 12. Внутри втулки 13 размещен электродвигатель 16 посредством разрезного кольца 17 и гайки 18, ввернутой во втулку 13. На валу электродвигателя 16 установлено рабочее колесо 19 с лопатками 20. Радиальные выступы 14 выполнены в виде лопаток 21 спрямляющего аппарата. Фланцы 7 и 8 установлены с заданным осевым зазором δ. Формулировка «радиальные выступы 14 выполнены в виде лопаток 21 спрямляющего аппарата» определяет как их профиль, показанный на фиг. 2 и определяемый по известным методикам, так и их количество, которое также выбирается по известным рекомендациям. Для данного примера конкретного исполнения число лопаток спрямляющего аппарата равно девяти.The axial fan comprises a housing 1, made up of the first 2 and the second 3 parts, fastened by means of a centering joint 4. At the end of the first part 2, a landing shoulder 5 is made, which is included in the centering bore 6 at the end of the second part 3 of the body. Housing parts 2 and 3 are provided with flanges 7 and 8, respectively, tightened to each other by means of fasteners 9 - in this particular example, screws that are screwed into threaded holes 10 on flange 8. On the inside of parts 2 and 3 of housing 1, facing each other to each other conical surfaces 11 and 12, respectively. The conical surface 11 is coaxial with the surface of the landing shoulder 5, and the conical surface 12 is coaxial with the surface of the centering bore 6. In the housing 1, a bushing 13 is installed with radial protrusions 14 having an outer spherical surface 15 in contact with the conical surfaces 11 and 12. Inside the bushing 13, an electric motor 16 is placed by means of a split ring 17 and a nut 18 screwed into the sleeve 13. An impeller 19 with blades 20 is installed on the shaft of the electric motor 16. The radial protrusions 14 are made in the form of blades 21 of the straightener. Flanges 7 and 8 are installed with a given axial clearance δ. The wording "radial protrusions 14 are made in the form of guide vanes 21" defines how their profile shown in FIG. 2 and determined by known methods, as well as their number, which is also selected according to known recommendations. For this particular example, the number of straightening vanes is nine.

Осевой вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 16 начинает вращаться рабочее колесо 19, создавая лопатками 20 поток воздуха внутри корпуса 1, состоящего из первой 2 и второй 3 частей, скрепленных посредством центрирующего соединения 4, обеспечивающего целостность конструкции осевого вентилятора. Центрирующее соединение - достаточно широко применяемое в технике понятие, см., например, П.И. Орлов, «Основы конструирования», справочно-методическое пособие, М, «Машиностроение», 1988 г., книга 2, стр. 244. Равные зазоры между лопатками 20 рабочего колеса 19 и внутренней поверхностью части 2 корпуса 1 по всему ее периметру обеспечивается разворотом втулки 13 до необходимого положения (зазоры контролируются индикатором в процессе сборки, при этом конические поверхности 11 и 12 служат опорой для наружной сферической поверхности 15 выступов 14, выполненных в виде лопаток 21 спрямляющего аппарата), поджатая частей 2 и 3 технологическим приспособлением друг к другу для обеспечения контакта поверхностей 11 и 12 с поверхностью 15 и последующей установки крепежных деталей 9 и их ввинчивания в резьбовые отверстия 10 для обеспечения стягивания фланцев 7 и 8 частей 2 и 3 корпуса 1. Стягивание фланцев 7 и 8 вызывает значительные нормальные реакции в местах касания сферической поверхности 15 выступов 14 с коническими поверхностями 11 и 12, что позволяет обеспечить значительный момент трения между выступами 14 и поверхностями 11 и 12 неизменное взаимное положение частей 2 и 3 корпуса 1 и выступов 14 втулки 13. Поскольку поверхности 11 и 12 контактируют со сферической поверхностью 15, т.е. выполнены касательными к ней, то между этими поверхностями и поверхностью 15 всегда будет линейный контакт, позволяющий вращать втулку 13 (до момента затягивания крепежных деталей 9) до достижения равенства зазоров между лопатками 20 рабочего колеса 19 и внутренней поверхностью части 2 корпуса 1 по всему ее сечению. Конкретная величина угла наклона конических поверхностей 11 и 12 определятся обычным проектированием: максимальный угол определяется условием касательности поверхностей 11 и 12 к поверхности 15 в крайних ее точках на лопатках 21 в направлении продольной оси вентилятора, а минимальный определяется, исходя из размера между посадочным буртом 5 и задними кромками лопаток 20 на их наружной цилиндрической поверхности, чтобы избежать увеличения зазора между лопатками и цилиндрической поверхностью 7, которое приводит к снижению к.п.д. вентилятора. При этом поток воздуха распределяется лопатками 21 спрямляющего аппарата с оптимальным к.п.д., поскольку профиль лопаток не расширяется искусственно для размещения штифтов, как в прототипе. Профиль лопаток 21 спрямляющего аппарата, показанный на фиг. 2, определяется по известным методикам, например - 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. 165. Количество лопаток 21 также выбирается по известным рекомендациям - например, Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, Н.Ф. Егоров, Борьба с шумом вентиляторов, М., Энергоиздат, 1981, стр. 40, формула (71). В данном примере конкретного исполнения осевого вентилятора при диаметре проточной части D2=0,2 м, числе лопаток 20 zp=4, частоте вращения n=50 об/с и скорости распространения импульсов давления (скорости звука в воздухе, перекачиваемом вентилятором) с=343 м/с число лопаток спрямляющего аппарата должно находиться в пределахThe axial fan operates as follows: when the electric motor 16 is turned on, the impeller 19 starts to rotate, creating an air flow with blades 20 inside the housing 1, consisting of the first 2 and second 3 parts, fastened by means of a centering connection 4, ensuring the integrity of the axial fan design. Centering connection is a concept widely used in technology, see, for example, P.I. Orlov, "Fundamentals of Design", reference manual, M, "Engineering", 1988, book 2, p. bushings 13 to the required position (the gaps are controlled by the indicator during the assembly process, while the conical surfaces 11 and 12 serve as a support for the outer spherical surface 15 of the protrusions 14, made in the form of straightener blades 21), pressed parts 2 and 3 with a technological device to each other for ensuring contact of surfaces 11 and 12 with surface 15 and subsequent installation of fasteners 9 and screwing them into threaded holes 10 to ensure tightening of flanges 7 and 8 of parts 2 and 3 of body 1. The tightening of flanges 7 and 8 causes significant normal reactions at the points of contact of the spherical surface 15 protrusions 14 with conical surfaces 11 and 12, which allows for a significant friction moment i between the protrusions 14 and surfaces 11 and 12, the invariable mutual position of parts 2 and 3 of the body 1 and the protrusions 14 of the sleeve 13. Since the surfaces 11 and 12 are in contact with the spherical surface 15, i. are made tangent to it, then between these surfaces and surface 15 there will always be a linear contact that allows you to rotate the sleeve 13 (until the fasteners 9 are tightened) until the gaps between the blades 20 of the impeller 19 and the inner surface of part 2 of the housing 1 are equal throughout its entire cross section . The specific value of the angle of inclination of the conical surfaces 11 and 12 is determined by the usual design: the maximum angle is determined by the condition of the tangency of the surfaces 11 and 12 to the surface 15 at its extreme points on the blades 21 in the direction of the longitudinal axis of the fan, and the minimum is determined based on the size between the landing shoulder 5 and trailing edges of the blades 20 on their outer cylindrical surface, in order to avoid an increase in the gap between the blades and the cylindrical surface 7, which leads to a decrease in efficiency. fan. In this case, the air flow is distributed by the blades 21 of the straightener with optimal efficiency, since the profile of the blades is not artificially expanded to accommodate the pins, as in the prototype. The profile of the straightening vanes 21 shown in FIG. 2 is determined by known methods, for example - K.A. Ushakov, I.V. Brusilovsky, A.R. Bushel, Aerodynamics of axial fans and elements of their designs, M., State scientific and technical publishing house of literature on mining, 1960, p. 165. The number of blades 21 is also selected according to well-known recommendations - for example, G.A. Khoroshev, Yu.I. Petrov, N.F. Egorov, Fighting fan noise, M., Energoizdat, 1981, p. 40, formula (71). In this example of a specific design of an axial fan with a diameter of the flow path D 2 =0.2 m, the number of blades 20 z p =4, rotational speed n=50 rpm and the velocity of pressure pulses (speed of sound in the air pumped by the fan) with =343 m/s the number of straightener blades must be within

7,7 ≤ zст ≤ 9,9,7.7 ≤ z st ≤ 9.9,

т.е., поскольку число лопаток спрямляющего аппарата целое, то оно может быть равно либо восьми, либо девяти. Но по рекомендациям того же источника, (Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, Н.Ф. Егоров, Борьба с шумом вентиляторов, М., Энергоиздат, 1981, стр. 37) числа лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата должны быть взаимно простыми, поэтому при выбранном zp=4 значение zст должно быть выбрано равным девяти.i.e., since the number of straightener blades is an integer, it can be either eight or nine. But according to the recommendations of the same source, (G.A. Khoroshev, Yu.I. Petrov, N.F. Egorov, Fighting fan noise, M., Energoizdat, 1981, p. 37), the number of blades of the impeller and straightener should be coprime, therefore, with the chosen z p =4, the value of z st should be chosen equal to nine.

Заявленная конструкция обладает минимальным аэродинамическим сопротивлением, позволяет оптимально реализовать расчетные профили лопаток спрямляющего аппарата, поскольку элементы фиксации корпуса и втулки полностью вынесены из потока, создаваемого вентилятором. В то же время, за счет большого числа лопаток спрямляющего аппарата - при минимальном числе лопаток рабочего колеса zp=3 (колеса с двумя лопатками практически не применяются из-за крайне низкого к.п.д.), вышеприведенная зависимость дает минимально возможное число лопаток спрямляющего аппарата zст=7 - обеспечивается надежный момент трения поверхности 15, следствием чего является неизменность положения втулки 13 относительно корпуса 1. Фиксация втулки 13 осуществляется как минимум в 14 участках сферической поверхности 15 (при минимально возможном числе лопаток спрямляющего аппарата, равном семи). Фланцы 7 и 8 установлены с заданным осевым зазором δ, который необходим для контроля того, что фланцы 7 и 8 стянуты между собой и фиксируют выступы 14. Осевой зазор δ может быть рассчитан методами обычного проектирования и опытным путем. На фиг. 3 приведена расчетная схема для его определения. Буквами на ней обозначены:The claimed design has a minimum aerodynamic resistance, allows you to optimally implement the calculated profiles of the straightener blades, since the fixing elements of the housing and bushing are completely removed from the flow created by the fan. At the same time, due to the large number of straightener blades - with a minimum number of impeller blades z p = 3 (wheels with two blades are practically not used due to extremely low efficiency), the above dependence gives the minimum possible number straightener blades z st =7 - a reliable moment of friction of the surface 15 is ensured, resulting in the invariance of the position of the sleeve 13 relative to the body 1. The sleeve 13 is fixed in at least 14 sections of the spherical surface 15 (with the minimum possible number of straightener blades equal to seven) . Flanges 7 and 8 are installed with a given axial clearance δ, which is necessary to control that the flanges 7 and 8 are pulled together and fix the protrusions 14. The axial clearance δ can be calculated by conventional design methods and empirically. In FIG. 3 shows the calculation scheme for its determination. The letters on it are:

О - центр сферической поверхности 15 с радиусом R; лежащий на продольной оси вентилятора;About - the center of the spherical surface 15 with radius R; lying on the longitudinal axis of the fan;

D - диаметр внутренней поверхности частей 2, 3 корпуса 1;D is the diameter of the inner surface of the parts 2, 3 of the housing 1;

α - угол между направляющими конических поверхностей 11, 12 и продольной осью вентилятора;α is the angle between the guides of the conical surfaces 11, 12 and the longitudinal axis of the fan;

А, В - точки касания конических поверхностей 11, 12 соответственно со сферической поверхностью 15;A, B - points of contact of the conical surfaces 11, 12, respectively, with the spherical surface 15;

F, G - точки на линии пересечения конических поверхностей 11, 12 с диаметром D частей 2, 3 соответственно;F, G - points on the line of intersection of the conical surfaces 11, 12 with a diameter D of parts 2, 3, respectively;

с, d - расстояния между плоскостями фланцев 7, 8 и точками F и G соответственно;c, d - distances between the planes of the flanges 7, 8 and points F and G, respectively;

e, f - горизонтальные размеры между точками А и F, В и G соответственно;e, f - horizontal dimensions between points A and F, B and G, respectively;

γ - теоретический осевой зазор между фланцами 7 и 8 перед затяжкой стягивающих их винтов 9;γ is the theoretical axial clearance between flanges 7 and 8 before tightening screws 9 tightening them;

ρ - величина осевого смещения фланцев друг относительно друга после затяжки стягивающих их винтов 9;ρ is the value of the axial displacement of the flanges relative to each other after tightening the screws 9 tightening them;

δ - заданный осевой зазор.δ - given axial clearance.

Как видно из фиг. 3, угол ЕОВ равен углу α, как углы с соответственно перпендикулярными сторонами. Отсюда следуетAs can be seen from FIG. 3, the angle EOB is equal to the angle α, as are the angles with respectively perpendicular sides. this implies

Figure 00000001
Figure 00000001

Из рассмотрения фиг. 3 также следует:From a consideration of FIG. 3 also follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

Также очевидноAlso obvious

Figure 00000003
Figure 00000003

ТогдаThen

Figure 00000004
Figure 00000004

В выражение (4) входят только конструктивные параметры, известные из чертежей деталей осевого вентилятора. Зазор γ - теоретический осевой зазор между фланцами 7 и 8 перед затяжкой стягивающих их винтов при достижении касания сферической поверхностью 15 поверхностей 11 и 12. После затяжки винтов 9 фланцы 7 и 8 сдвинутся по направлению друг к другу на величину ρ вследствие упругой деформации материала частей 2 и 3 и лопаток 21 в зонах их контакта. Упругая деформация в соответствии с законом Гука неизбежна при достижении значительных сил нормальной реакции в упомянутых зонах контакта, и как следствие - при достижении значительного момента трения между поверхностью 15 и поверхностями 11, 12. Вследствие большой громоздкости математического вычисления величины ρ, и неполного соответствия расчетной модели реальным процессам деформации, величину ρ предпочтительней получить опытным путем, замерив ее величину на опытном образце осевого вентилятора при заданном в документации моменте затяжки винтов 9. Определив это значение, получимExpression (4) includes only the design parameters known from the drawings of the axial fan parts. Gap γ is the theoretical axial clearance between flanges 7 and 8 before tightening the screws tightening them when the spherical surface 15 reaches surfaces 11 and 12. After tightening screws 9, flanges 7 and 8 will move towards each other by an amount ρ due to elastic deformation of the material of parts 2 and 3 and blades 21 in their contact areas. Elastic deformation in accordance with Hooke's law is inevitable when significant forces of normal reaction are reached in the mentioned contact zones, and as a result, when a significant moment of friction between surface 15 and surfaces 11, 12 is reached. real deformation processes, it is preferable to obtain the value of ρ empirically, by measuring its value on a prototype of an axial fan at the screw tightening torque 9 specified in the documentation. Having determined this value, we obtain

Figure 00000005
Figure 00000005

Заданный осевой зазор необходим для того, чтобы после сборки гарантировать достаточный момент затяжки винтов 9, т.к. при отсутствии такого зазора невозможно судить о достаточности осевой силы, стягивающей части 2 и 3 корпуса 1, и момента сопротивления вращению втулки 13 с лопатками 21, поскольку даже если прикладывать заданный момент затяжки к винтам 19, после соприкосновения фланцев 7 и 8 этот момент будет использован на деформацию резьбы, но не будет достаточен для развития сил нормальной реакции в местах контакта поверхности 15 с поверхностями 11, 12. Минимальное значение заданного осевого зазора δ определяется измерительными средствами, которыми он может быть достоверно замерен - например, щупом толщиной от 0,2 мм (более тонкие щупы тоже можно применять, но с ними трудней работать из-за их малой жесткости на изгиб). Надо понимать, что заданный осевой зазор - это минимально допустимый зазор, т.к. величина теоретического осевого зазора γ может меняться в зависимости от фактических размеров входящих в выражение (4) геометрических параметров из-за наличия допусков. При изготовлении осевого вентилятора после затяжки винтов 9 необходимо убедиться, что заданный осевой зазор δ больше или равен заданной величине, например, 0,2 мм. Общий вид разработанной для перспективного вентилятора втулки с выступами в виде лопаток спрямляющего аппарата приведен на фиг. 4.The specified axial clearance is necessary in order to guarantee a sufficient tightening torque of the screws 9 after assembly, since in the absence of such a gap, it is impossible to judge the adequacy of the axial force tightening parts 2 and 3 of the body 1, and the moment of resistance to rotation of the sleeve 13 with blades 21, since even if a given torque is applied to the screws 19, after the contact of the flanges 7 and 8 this moment will be used to thread deformation, but will not be sufficient for the development of normal reaction forces at the points of contact of surface 15 with surfaces 11, 12. (Thinner styli can also be used, but are more difficult to work with due to their low bending stiffness). It must be understood that the specified axial clearance is the minimum allowable clearance, because the value of the theoretical axial clearance γ may vary depending on the actual dimensions of the geometric parameters included in expression (4) due to the presence of tolerances. When manufacturing an axial fan, after tightening the screws 9, it is necessary to make sure that the specified axial clearance δ is greater than or equal to the specified value, for example, 0.2 mm. A general view of the bushing with protrusions in the form of straightener blades developed for a promising fan is shown in Fig. 4.

В результате использования изобретения снижается аэродинамическое сопротивление осевого вентилятора, так как из аэродинамического тракта полностью удалены искусственно расширенные выступы, и возможно выполнение спрямляющего аппарата в полном соответствии с известными рекомендациями по его профилированию. Одновременно повышается вибропрочность осевого вентилятора за счет существенного, более чем в 2 раза, увеличения зон контакта сферической поверхности выступов втулки с коническими поверхностями частей корпуса. Оптимальное с точки зрения аэродинамики число выступов втулки в прототипе равно трем, минимально рекомендованное для заявленного устройства равно семи. Расположение крепежных деталей вне аэродинамического тракта дает практически неограниченные возможности достижения необходимого стягивающего части корпуса усилия - как за счет увеличения числа стягивающих фланцы крепежных деталей, так и за счет увеличения их диаметра - в прототипе увеличение диаметра штифтов с целью снижения действующих напряжений приведет к увеличению толщины выступов и повышению аэродинамического сопротивления. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное решение к широкому использованию в агрегатах космической техники.As a result of using the invention, the aerodynamic drag of the axial fan is reduced, since artificially expanded protrusions are completely removed from the aerodynamic path, and it is possible to make the directing vane in full accordance with the known recommendations for its profiling. At the same time, the vibration resistance of the axial fan is increased due to a significant, more than 2-fold increase in the contact zones of the spherical surface of the bushing protrusions with the conical surfaces of the housing parts. Optimal from the point of view of aerodynamics, the number of protrusions of the sleeve in the prototype is three, the minimum recommended for the claimed device is seven. The location of the fasteners outside the aerodynamic path provides almost unlimited opportunities to achieve the necessary tightening of the body part of the force - both by increasing the number of fasteners tightening the flanges, and by increasing their diameter - in the prototype, an increase in the diameter of the pins in order to reduce the acting stresses will lead to an increase in the thickness of the protrusions and increasing aerodynamic drag. These advantages make it possible to recommend the claimed solution for wide use in space technology units.

Claims (1)

Осевой вентилятор, содержащий корпус из двух скрепленных посредством центрирующего соединения частей с посадочным буртом на торце первой части, входящим в центрирующую расточку на торце второй части корпуса, установленную в корпусе втулку с радиальными выступами, имеющими наружную сферическую поверхность, контактирующую с обращенными друг к другу коническими поверхностями первой и второй частей корпуса, соосными поверхностям посадочного бурта для первой части корпуса и центрирующей расточки для второй части корпуса, а также размещенный внутри втулки электродвигатель с установленным на его валу рабочим колесом, отличающийся тем, что радиальные выступы выполнены в виде лопаток спрямляющего аппарата, а обе части корпуса снабжены фланцами, стянутыми друг с другом посредством крепежных деталей, причем фланцы установлены с заданным осевым зазором.An axial fan, comprising a housing of two parts fastened by means of a centering connection with a landing shoulder at the end of the first part, which is included in the centering bore at the end of the second part of the housing, a bushing installed in the housing with radial protrusions having an outer spherical surface in contact with conical ones facing each other surfaces of the first and second parts of the housing, coaxial surfaces of the landing shoulder for the first part of the housing and the centering bore for the second part of the housing, as well as an electric motor located inside the sleeve with an impeller mounted on its shaft, characterized in that the radial protrusions are made in the form of straightener blades, and both parts of the housing are provided with flanges tightened to each other by means of fasteners, the flanges being installed with a given axial clearance.
RU2022113504A 2022-05-20 Axial fan RU2790499C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790499C1 true RU2790499C1 (en) 2023-02-21

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1590672A1 (en) * 1988-10-10 1990-09-07 Рижское Производственное Объединение "Компрессор" Axial-flow fan
RU2061907C1 (en) * 1993-11-09 1996-06-10 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Axial fan and method of assembling same
RU2113627C1 (en) * 1994-11-09 1998-06-20 Открытое акционерное общество "Рыбинские моторы" Axial-flow fan
CN111396343A (en) * 2020-04-26 2020-07-10 湖南金诺动力设备制造有限公司 Axial flow fan
CN111396344A (en) * 2020-04-26 2020-07-10 湖南金诺动力设备制造有限公司 Axial flow fan

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1590672A1 (en) * 1988-10-10 1990-09-07 Рижское Производственное Объединение "Компрессор" Axial-flow fan
RU2061907C1 (en) * 1993-11-09 1996-06-10 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Axial fan and method of assembling same
RU2113627C1 (en) * 1994-11-09 1998-06-20 Открытое акционерное общество "Рыбинские моторы" Axial-flow fan
CN111396343A (en) * 2020-04-26 2020-07-10 湖南金诺动力设备制造有限公司 Axial flow fan
CN111396344A (en) * 2020-04-26 2020-07-10 湖南金诺动力设备制造有限公司 Axial flow fan

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160245297A1 (en) Impeller comprising variably-dimensioned fillet to secure blades and compressor comprised thereof
JPS6118001B2 (en)
KR870000957A (en) Liquid mixing device, suitable impeller and impeller mounting device
EP2592281A1 (en) An Axial Fan
US11346233B2 (en) Damping device
Ehrich Rotor whirl forces induced by the tip clearance effect in axial flow compressors
RU2790499C1 (en) Axial fan
US11421534B2 (en) Damping device
Galerkin et al. Universal modeling method: the instrument for centrifugal compressor gas dynamic design
DK155848B (en) AXIAL FAN WHEELS
EP2467608B1 (en) Rotor coupling
Valentini et al. Experimental validation of a reduced order for radial turbopump design
Galerkin et al. Analysis of geometric and gas-dynamic parameters of centrifugal compressor stages in tenfold range of design flow rate
Yoshida et al. Effects of seal geometry on dynamic impeller fluid forces and moments
RU2450166C1 (en) Axial ventilator
US11378014B2 (en) Torque transmission device with reduced friction
RU2695869C1 (en) Two-stage centrifugal pump
US11536157B2 (en) Damping device
RU2642877C2 (en) Electric pump unit
GB2571419A (en) Damping device
RU2560133C1 (en) Single-flow four-stage turbomolecular pump
US958129A (en) Construction of rotating wheels for rotary fluid-compressors.
RU2170856C1 (en) Fan unit
Apollonio et al. Theoretical optimization of splitter blade geometry in high-efficiency centrifugal turbopumps
KR102587521B1 (en) Single-axis eccentric screw pump