RU2030644C1 - Axial fan - Google Patents

Abstract

FIELD: aircraft engine engineering. SUBSTANCE: axial fan has working wheel with blades mounted on the shaft coupled with a drive and additional working wheel with blades mounted on the additional shaft. The additional shaft is provided with a gear coupled with the drive through the intermediate shaft. The speed of rotation of the main working wheel is less than the speed of rotation of the additional working wheel. The shaft of the main working wheel is positioned inside the shaft of the additional working wheel and provided with a gear. The gears of the main and additional shafts are rigidly secured to the shafts. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение может применяться в авиадвигателестроении при проектировании вентиляторов двухконтурных ГТД, для ТВД взамен винта, для винтовентиляторов ТВВД спутного вращения, для аэродинамических труб, для перекачки жидкостей и газов, в вентиляторах вытяжных, для вакуумирования. The invention can be used in aircraft engine design when designing double-circuit turbine engine fans, for replacing a propeller engine, for satellite-type propeller fan fans, for wind tunnels, for pumping liquids and gases, in exhaust fans, for evacuation.

Известен осевой трехступенчатый вентилятор (компрессор низкого давления) двигателя АИ-25, [1], включающий корпус с неподвижно установленными в нем направляющими аппаратами, ротор, на котором неподвижно установлены три рабочих колеса с лопатками, реактивное сопло. Однако данная конструкция осевого вентилятора не позволяет обеспечить достаточную тягу из-за относительно высокого статического давления на выходе из реактивного сопла, не устраняет возможность появления газодинамических неустойчивостей, ухудшающих надежность и безопасность работы, особенно на переходных режимах, так как рабочие колеса жестко установлены на одном роторе. Known axial three-stage fan (low-pressure compressor) of the AI-25 engine, [1], comprising a housing with motionless devices fixed in it, a rotor on which three impellers with blades are fixedly mounted, a jet nozzle. However, this design of the axial fan does not allow sufficient traction due to the relatively high static pressure at the outlet of the jet nozzle, does not eliminate the possibility of gas-dynamic instabilities that impair the reliability and safety of operation, especially in transition modes, since the impellers are rigidly mounted on one rotor .

Известен центробежный компрессор [2], выбранный за прототип, содержащий рабочее колесо с лопатками, установленное на валу, связанном с приводом, дополнительное рабочее колесо с лопатками, установленное на дополнительном валу, снабженном шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем частота вращения основного рабочего колеса меньше частоты вращения дополнительного рабочего колеса. Однако данная конструкция центробежного компрессора не позволяет обеспечить достаточную тягу из-за относительно высокого статического давления на выходе, конструктивно сложна из-за наличия двух автономных приводов рабочих колес. A known centrifugal compressor [2], selected for the prototype, containing an impeller with blades mounted on a shaft associated with the drive, an additional impeller with blades mounted on an additional shaft equipped with a gear connected through an intermediate shaft of the gearbox with the drive, and the rotation frequency the main impeller is less than the speed of the additional impeller. However, this design of the centrifugal compressor does not allow sufficient traction due to the relatively high static pressure at the outlet, it is structurally difficult due to the presence of two autonomous impeller drives.

Целью изобретения является увеличение тяги и повышение надежности работы. The aim of the invention is to increase traction and increase reliability.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом осевом вентиляторе вал основного рабочего колеса расположен внутри вала дополнительного рабочего колеса и снабжен шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем шестерни основного и дополнительного валов жестко закреплены на последних. This goal is achieved by the fact that in the proposed axial fan, the shaft of the main impeller is located inside the shaft of the additional impeller and is equipped with a gear connected through an intermediate shaft of the gearbox with a drive, and the gears of the main and additional shafts are rigidly fixed to the latter.

На чертеже дан вариант предлагаемого осевого вентилятора в разрезе. The drawing shows a variant of the proposed axial fan in the context.

Осевой вентилятор включает основное рабочее колесо с лопатками 1, жестко связанное с валом 2, который расположен внутри вала 3 дополнительного рабочего колеса 4 и снабжен шестерней 5, жестко установленной на валу 2 и связанной через промежуточный вал 6 редуктора 7 с приводом 8. The axial fan includes a main impeller with blades 1, rigidly connected with the shaft 2, which is located inside the shaft 3 of the additional impeller 4 and is equipped with a gear 5, rigidly mounted on the shaft 2 and connected through the intermediate shaft 6 of the gearbox 7 with the drive 8.

Работа осевого вентилятора осуществляется следующим образом. The operation of the axial fan is as follows.

Kрутящий момент от ротора турбины, или компрессора, или электродвигателя (на чертеже не показаны) передается на приводной вал 8 цилиндрического редуктора 7 и далее через промежуточный вал 6 на шестерни 5, жестко связанные с основным 2 и дополнительными валами 3, на которых жестко установлены основное 1 и дополнительные рабочие колеса с лопатками 4, при этом передаточные отношения зубчатых пар обеспечивают меньшую частоту вращения предыдущего по ходу потока рабочего колеса, чем последующего. Такая кинематика обеспечивает постоянное уменьшение статического давления перед каждым рабочим колесом по ходу потока. Постоянно нарастающее разрежение от рабочего колеса к рабочему колесу способствует непрерывному осевому ускорению потока не только в межлопаточных каналах предыдущего рабочего колеса, но и в промежутке между рабочими колесами. Ускорение потока в межлопаточных каналах способствует увеличению относительной скорости и при сохранении расхода требует сужающегося газодинамического тракта. Torque from the rotor of the turbine, or compressor, or electric motor (not shown in the drawing) is transmitted to the drive shaft 8 of the cylindrical gearbox 7 and then through the intermediate shaft 6 to the gears 5, rigidly connected to the main 2 and additional shafts 3, on which the main 1 and additional impellers with blades 4, while the gear ratios of the gear pairs provide a lower rotational speed of the previous impeller along the stream of flow than the next. Such kinematics provides a constant decrease in static pressure in front of each impeller along the flow. Constantly increasing vacuum from the impeller to the impeller contributes to the continuous axial acceleration of the flow not only in the interscapular channels of the previous impeller, but also in the gap between the impellers. The acceleration of the flow in the interscapular channels increases the relative speed and, while maintaining the flow rate, requires a narrowing gas-dynamic path.

Последнее рабочее колесо до входной кромки всегда вакуумирует поток после входной кромки, вне зависимости от диффузорности лопаток, всегда работает в режиме сжатия воздушного потока. The last impeller to the inlet edge always evacuates the stream after the inlet edge, regardless of the diffuser nature of the blades, it always works in air compression mode.

При этом статическое давление на выходе из предлагаемого вентилятора всегда меньше статического давления на выходе из одинарного рабочего колеса, и при скорости полета равной 0 всегда меньше атмосферного давления. Необходимость в направляющих аппаратах отпадает полностью, так как осевая скорость потока обеспечивается соответствующей геометрией лопаток. Moreover, the static pressure at the outlet of the proposed fan is always less than the static pressure at the outlet of the single impeller, and at a flight speed of 0 is always less than atmospheric pressure. The need for guide vanes disappears completely, since the axial flow velocity is ensured by the corresponding geometry of the blades.

Таким образом, уменьшение статического давления и площадей на выходе путем увеличения осевой скорости истечения потока регламентирует увеличение тяги и повышение надежности работы за счет устранения газодинамических неустойчивостей. Thus, a decrease in the static pressure and areas at the outlet by increasing the axial velocity of the flow outflow governs the increase in thrust and increase the reliability by eliminating gas-dynamic instabilities.

Нужно отметить, что предлагаемое изобретение с тем же самым и более лучшим, в пределах КПД, техническим результатом может работать и без наружного обтекателя, так как центробежные силы никогда не превосходят силы вакуумно-динамического поля, направленные к оси по ходу потока, т.е. предлагаемый осевой вентилятор без наружного обтекателя может быть применен и для винтовентиляторных двигателей спутного вращения воздушных винтов. It should be noted that the present invention with the same and better technical efficiency result can work without an external fairing, since centrifugal forces never exceed the forces of a vacuum-dynamic field directed to the axis along the flow, i.e. . the proposed axial fan without an external cowling can be applied to propeller-driven motors for the satellite rotation of propellers.

Режим авторотации предыдущих по ходу потока рабочих колес исключен, гидравлические потери меньше, чем у прототипа. Autorotation of previous impellers along the flow is excluded, hydraulic losses are less than that of the prototype.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет экономично, в режиме работы винта (ТВД самые экономичные) повысить тягу до требуемого значения в зависимости от подведенной мощности привода при соблюдении только прочностных ограничений, повысить газодинамическую устойчивость работы на всех режимах, включая переходные, снизить гидравлические потери, шум. Thus, the present invention allows economically, in the mode of operation of the propeller (the most efficient fuel assemblies), to increase the thrust to the required value depending on the drive power supplied, subject to only strength constraints, to increase the gas-dynamic stability of operation in all modes, including transitional ones, to reduce hydraulic losses, noise .

Применение данной схемы осевого вентилятора для цеховых нужд позволит при меньших габаритах дать требуемый расход воздуха, например, 200-миллиметровый предлагаемый осевой вентилятор заменяет вентилятор N 5 (500 мм). The application of this axial fan circuit for workshop needs will allow for smaller dimensions to give the required air flow, for example, the 200-mm axial fan proposed replaces fan N 5 (500 mm).

Расчеты показывают также, что, например, модернизация любого ТВД типа АИ или ТВВД типа НК-12М по предлагаемому изобретению позволит уменьшить их вес, улучшить технологичность, повысить тягу на 10-15% при сохранении мощности и уменьшении габаритов лопастей, что сделает эти двигатели конкурентноспособными ТРДД при больших дозвуковых скоростях полета. Применение предлагаемого осевого вентилятора в двухконтурных ГТД позволит увеличить тягу последних на 8-12% при одной и той же мощности двигателя. Calculations also show that, for example, the modernization of any theater type AI or fuel engine type NK-12M according to the invention will reduce their weight, improve manufacturability, increase traction by 10-15% while maintaining power and reducing the dimensions of the blades, which will make these engines competitive Turbojet engine at high subsonic flight speeds. The use of the proposed axial fan in double-circuit gas turbine engines will increase the thrust of the latter by 8-12% at the same engine power.

Claims (1)

ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР, содержащий основное рабочее колесо с лопатками, установленное на основном валу, связанном с приводом, дополнительное рабочее колесо с лопатками, установленное на дополнительном валу, снабженном шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем частота вращения основного рабочего колеса меньше частоты вращения дополнительного рабочего колеса, отличающийся тем, что, с целью увеличения тяги и повышения надежности в работе вал основного рабочего колеса расположен внутри вала дополнительного рабочего колеса и снабжен шестерней, связанной через промежуточный вал редуктора с приводом, причем шестерни основного и дополнительного валов жестко закреплены на последних. AXIAL FAN, comprising a main impeller with blades mounted on a main shaft connected to the drive, an additional impeller with blades mounted on an additional shaft equipped with a gear connected through an intermediate shaft of the gearbox with the drive, and the rotational speed of the main impeller is less than the rotational speed additional impeller, characterized in that, in order to increase traction and increase reliability in operation, the shaft of the main impeller is located inside the shaft of the additional work other wheels and is equipped with a gear connected through an intermediate shaft of the gearbox with the drive, and the gears of the main and additional shafts are rigidly fixed to the latter.

Images