RU2697001C1 - Соединительный элемент для присоединения лопасти к ступице промышленного осевого вентилятора и лопастное устройство, содержащее указанный соединительный элемент - Google Patents

Соединительный элемент для присоединения лопасти к ступице промышленного осевого вентилятора и лопастное устройство, содержащее указанный соединительный элемент Download PDF

Info

Publication number
RU2697001C1
RU2697001C1 RU2018111934A RU2018111934A RU2697001C1 RU 2697001 C1 RU2697001 C1 RU 2697001C1 RU 2018111934 A RU2018111934 A RU 2018111934A RU 2018111934 A RU2018111934 A RU 2018111934A RU 2697001 C1 RU2697001 C1 RU 2697001C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
connecting element
blade
axial fan
hub
fan according
Prior art date
Application number
RU2018111934A
Other languages
English (en)
Inventor
Роберто Эдуардо МОСЕВИЧ
Original Assignee
Р.Е.М. Холдинг С.Р.Л.
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 Р.Е.М. Холдинг С.Р.Л. filed Critical Р.Е.М. Холдинг С.Р.Л.
Application granted granted Critical
Publication of RU2697001C1 publication Critical patent/RU2697001C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/002—Axial flow fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/34—Blade mountings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/64—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps
    • F04D29/644—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/646—Mounting or removal of fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00—Manufacture
    • F05B2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05B2230/24—Manufacture essentially without removing material by extrusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/70—Shape
    • F05B2250/71—Shape curved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/109—Purpose of the control system to prolong engine life
    • F05B2270/1095—Purpose of the control system to prolong engine life by limiting mechanical stresses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/10—Inorganic materials, e.g. metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/40—Organic materials
    • F05B2280/4003—Synthetic polymers, e.g. plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05B2280/6003—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/24—Manufacture essentially without removing material by extrusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/11—Purpose of the control system to prolong engine life
    • F05D2270/114—Purpose of the control system to prolong engine life by limiting mechanical stresses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/40—Organic materials
    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Данное изобретение относится к соединительному элементу для присоединения лопасти или аэродинамического профиля к ступице промышленного осевого вентилятора, а также относится к лопастному устройству, содержащему указанный соединительный элемент, и к промышленному осевому вентилятору, содержащему такое лопастное устройство. Согласно данному изобретению соединительный элемент (1) для присоединения лопасти (10) к ступице (20) промышленного осевого вентилятора выполнен в виде единого L-образного элемента, содержащего первую часть (1а), имеющую по существу прямолинейную конфигурацию, и вторую часть (1b), имеющую по существу прямолинейную конфигурацию, при этом первая часть (1а) и вторая часть (1b) соединены связующей частью (1с), имеющей радиус кривизны, и лежат в по существу перпендикулярных плоскостях. Соединительный элемент согласно данному изобретению обеспечивает ряд преимуществ относительно известного уровня техники, одно из которых заключается в том, что данный элемент имеет очень простую форму и очень прост в изготовлении, что делает его преимущественным с экономической точки зрения. 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к соединительному элементу, предназначенному для присоединения лопасти или аэродинамического профиля к ступице промышленного осевого вентилятора, а также относится к лопастному устройству, содержащему указанный соединительный элемент, и к промышленному осевому вентилятору, содержащему такое лопастное устройство.
Осевые вентиляторы промышленного назначения, как правило, содержат ступицу и аэродинамические профили.
Лопасть обычно имеет две части, а именно аэродинамический профиль, выполняющий функцию перемещения воздуха, и соединительный элемент или крепление, служащий (служащее) для обеспечения связи аэродинамического профиля со ступицей.
Предметом данного изобретения является соединительный элемент, обеспечивающий присоединение аэродинамического профиля к ступице, и лопастное устройство, содержащее лопасть, ступицу и соединительный элемент согласно данному изобретению.
Еще одним предметом данного изобретения является промышленный осевой вентилятор, содержащий такое лопастное устройство.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области осевых вентиляторов известны различные технические решения для присоединения аэродинамического профиля к ступице вентилятора.
Для краткого обсуждения уровня техники важно напомнить о статических и динамических силах, действующих на лопасти промышленного осевого вентилятора в процессе его работы, в частности, о том, что касается влияния центробежных сил.
Затем будет приведено описание различных решений, которые по существу известны в данной области техники и целью которых является уменьшение стационарных и, в конечном итоге, нестационарных нагрузок на элемент, соединяющий аэродинамический профиль со ступицей осевого вентилятора.
Силы, действующие на лопасти осевого вентилятора в процессе его работы, могут быть разделены на стационарные силы А) и нестационарные силы В).
А) К стационарным силам, отмеченным на прилагаемой фиг. 4а, относятся следующие:
- аэродинамические или подъемные силы (L),
- сила (D) лобового сопротивления,
- центробежная сила (С) и
- вес (W) лопасти.
Если ось лопасти наклонена под углом а к стороне всасывания воздуха относительно идеальной плоскости вращения, центробежная сила создает изгибающий момент в осевой плоскости, направление которого противоположно направлению момента, созданного подъемной силой и весом, как показано на фиг. 4b.
Следовательно, результирующий изгибающий момент в стационарном режиме, передаваемый к ступице, уменьшается согласно следующей формуле:
Figure 00000001
где:
Oxy - система координат, в которой начало координат находится в закрепленной части опорного элемента для лопасти, при этом ось x проходит в радиальном направлении, а ось у параллельна оси вращения,
М - результирующий изгибающий момент в стационарном режиме,
Хса - радиальное положение центра аэродинамической силы,
Xcg - радиальное положение центра тяжести,
Ycg - вертикальное положение центра тяжести.
В) Нестационарные силы представляют собой силы, образованные в результате:
Figure 00000002
взаимодействия между аэродинамическим полем, созданным вокруг лопасти, и конструкцией, поддерживающей вентилятор или корпус, в котором он находится, причем данные силы пропорциональны аэродинамическим силам в стационарном режиме,
Figure 00000003
работы в критических условиях, таких как резонанс лопасти или резонанс конструкции, при этом амплитуда данных сил зависит от пассивных и активных демпфирующих свойств лопасти,
Figure 00000004
взаимодействия с окружающей средой, например с потоком ветра или с другим оборудованием,
Figure 00000005
вихревых следов, созданных профилем лопасти, так что данные силы являются самоиндуцированными.
Амплитуда указанных сил повторяется циклическим образом, и по этой причине их также часто называют периодическими силами.
Указанные силы порождают явление усталости и поэтому представляют повышенную опасность с точки зрения ресурса лопасти по сравнению со стационарными силами. Кроме того, данные силы являются причиной вибрации конструкции, поддерживающей вентилятор.
В настоящее время для уменьшения вышеописанных сил применяются различные решения, касающиеся прикрепления лопасти и обеспечивающие усовершенствование конструкции готового изделия с уменьшением действующих на него нагрузок и снижением его стоимости.
Кроме того, целью данного изобретения является создание нового крепления для лопастей промышленных осевых вентиляторов, способного уменьшить влияние как стационарных, так и нестационарных нагрузок, и снизить стоимость указанного крепления.
На прилагаемых фиг. 2а, 2b, 2с, 2d и 2е изображены соединительные элементы, по существу известные в области промышленных осевых вентиляторов и применяемые на рынке для уменьшения стационарных и/или нестационарных нагрузок, созданных силами, действующими на лопасти в процессе эксплуатации, и ниже приведено краткое описание этих элементов.
Первый соединительный элемент содержит жесткое соединение, изображенное на фиг. 2а и 2b: в данном случае используется жесткая соединительная часть или элемент, жесткость которого (которой) в радиальном направлении превышает жесткость профиля.
Опора соединительного элемента на ступицу выполнена так, что ось аэродинамического профиля наклонена в вертикальной плоскости и имеет фиксированный угол а относительно идеальной плоскости вращения. Данная конфигурация, в которой центробежная сила направлена противоположно подъемной силе, обеспечивает возможность уменьшения стационарных нагрузок согласно вышеприведенной формуле (1), но не оказывает влияния на нестационарные нагрузки.
Другой соединительный элемент, известный в данной области техники, представляет собой шарнирное соединение, изображенное на фиг. 2с: шарнир, имеющий горизонтальную ось, действует как соединение между профилем и ступицей. В данном случае профиль может свободно поворачиваться перпендикулярно плоскости вращения вентилятора, таким образом, когда вентилятор находится в рабочем режиме, он стремится удерживать положение, в котором сила тяги уравновешена центробежной силой со сведением к минимуму стационарных нагрузок.
Еще один соединительный элемент, известный в данной области техники, представляет собой гибкое соединение, содержащее только один элемент, как показано на фиг. 2d, при этом один элемент, соединяющий профиль со ступицей, имеет такую высокую гибкость, что может изгибаться в вертикальной плоскости, не подвергаясь перенапряжению, что обеспечивает уменьшение как стационарных, так и нестационарных нагрузок.
Как и в предыдущем примере, следующий соединительный элемент представляет собой гибкое соединение, содержащее два наложенных друг на друга элемента, как показано на фиг. 2е, при этом два элемента, соединяющие профиль со ступицей, взаимодействуя друг с другом, изгибаются контролируемым образом в вертикальной плоскости, не испытывая перенапряжения. Стационарные и нестационарные нагрузки уменьшаются.
Еще одно соединительное устройство, известное в данной области техники, содержит соединительный элемент, изображенный на фиг. 2f Указанный соединительный элемент имеет переменную жесткость, соответствующее удлинение и дополнительный вес вблизи вершины лопасти, что вызывает вибрацию лопасти согласно второй моде колебаний с уменьшением тем самым как стационарных, так и нестационарных сил.
Следует подчеркнуть, что в процессе эксплуатации силы, действующие в стационарном режиме, стремятся деформировать лопасть так, чтобы она приобрела форму, соответствующую первой моде колебаний консольной балки.
В то же время центробежная сила стремится противодействовать деформации лопасти. Таким образом, чем длиннее соединительный элемент лопасти, тем больше смещение центра тяжести и тем больше уменьшение результирующего изгибающего момента в стационарном состоянии.
Воздействие центробежной силы линейным образом зависит от смещения центра тяжести, которое также линейным образом зависит от длины крепления лопасти.
Динамическая реакция лопасти на переменные нагрузки зависит от ее модальных характеристик.
Лопасть вентилятора можно схематически представить как консольную балку (крепление), закрепленную на одном конце и содержащую подвешенную жесткую массу (профиль) на свободном конце. Безотносительно обсуждения, если считать, что крепление имеет неизменное поперечное сечение, собственные частоты лопасти обратно пропорциональны квадрату длины крепления согласно следующему выражению:
Figure 00000006
где:
ωi-i-я собственная частота,
L - длина крепления,
Е - модуль Юнга,
J - момент инерции при изгибе,
m = приведенная масса, приходящаяся на единицу длины.
Принимая во внимание одинаковую радиальную протяженность крепления, изобретение обеспечивает увеличение длины вследствие кривизны профиля по сравнению с известными устройствами, а это означает, что для идентичной лопасти вентилятора собственные частоты лопасти будут значительно ниже.
Если рассматривать лопасть осевого вентилятора как систему с взаимной зависимостью массы, затухания и жесткости, и предположить, что она аналогична системе с несколькими степенями свободы (MDoF системе), то при возбуждении в системе динамических колебаний под действием сил, являющихся функцией времени f(t), уравнение движения выглядит следующим образом:
Figure 00000007
где:
М - матрица массы лопасти,
С - матрица коэффициента затухания,
К - матрица жесткости лопасти,
x(t) - вектор реакции системы,
f(t) - вектор силовой функции.
Система связанных дифференциальных уравнений (3) может быть преобразована из геометрической системы координат в систему из N несвязанных дифференциальных уравнений в модальных координатах с помощью хорошо известного метода модального анализа:
Figure 00000008
где:
mi - масса, соответствующая i-й моде,
ci - затухание, соответствующее i-й моде,
ki - жесткость, соответствующая i-й моде,
pi(t) - нагрузка, соответствующая i-u моде,
qi(t) - координата, соответствующая i-й моде,
i=1, 2, … N.
Уравнение (4) может быть переписано в терминах динамических переменных: ωi, которая представляет собой частоту системы, и δi, которая представляет собой коэффициент затухания моды, при этом указанные переменные определяются следующим образом:
Figure 00000009
Figure 00000010
Формула Рэлея для коэффициента затухания моды является хорошим приближением нелинейного затухания, типичного для узла из нескольких элементов:
Figure 00000011
Подставляя уравнение (7) в уравнение (6), затухание моды можно переписать в терминах собственной частоты:
Figure 00000012
где а0 и a1 представляют собой постоянные коэффициенты, зависящие от массы и параметров жесткости системы.
Функция (8) показана на фиг. 10.
Реакция лопасти в системе геометрических координат может быть получена в результате суперпозиции сдвигов, соответствующих каждой отдельной моде.
Очевидно, что уменьшение вклада, вносимого сдвигом для каждой отдельной моды, приводит к уменьшению общей реакции лопасти и, следовательно, к уменьшению влияния нагрузки на лопасть.
Вклад отдельной моды строго зависит от двух основных модальных параметров, указанных выше: частоты и затухания моды. Как показано на фиг. 10, уменьшение частоты лопасти приводит к большему затуханию, что означает уменьшение реакции лопасти и, как указанно выше, нагрузок на лопасть.
Таким образом, в данной области техники существует необходимость создания соединительного элемента, который при одном и том же радиальном размере и под воздействием одинаковых нагрузок обеспечивает возможность получения большего сдвига и, следовательно, большего противодействующего эффекта по сравнению с известными лопастными узлами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения, соответственно, является создание соединительного элемента для промышленных осевых вентиляторов, который может обеспечить вынужденное изменение модальных параметров лопасти, а именно частот и видов деформации, при воздействии на нее нестационарных нагрузок. В рамках указанной цели задачей данного изобретения является создание соединительного элемента, предназначенного для присоединения аэродинамического профиля к ступице осевого промышленного вентилятора и способного минимизировать влияние нестационарных нагрузок на лопастное устройство.
Более конкретно, задачей данного изобретения также является создание соединительного элемента, который может обеспечить уменьшение реакции лопасти на переменные нагрузки в целом и на резонансный режим в частности.
Другой задачей данного изобретения является создание соединительного элемента, который обеспечивает возможность минимизации собственных частот устройства относительно известных устройств, при этом для первых мод соответствующее затухание выше по сравнению с известными решениями, а для мод более высокого порядка соответствующее затухание ниже.
Для достижения указанной цели, а также указанных и других задач, которые станут более понятны из нижеприведенного подробного описания предпочтительного варианта выполнения, являющегося исключительно иллюстративным и не ограничивающего данное изобретения, в изобретении предложен соединительный элемент, имеющий прямоугольное поперечное сечение и L-образное продольное сечение, причем короткая сторона буквы «L» соединена со ступицей, а ее длинная сторона - с профилем, при этом типичное соотношение между указанными двумя сторонами составляет 0,1.
Собственные частоты лопастного устройства, содержащего соединительный элемент согласно данному изобретению, ниже собственных частот известных устройств, при этом для первых мод соответствующее затухание выше, чем в известных решениях, а для мод более высокого порядка соответствующее затухание ниже. Вследствие распределения возбуждающих сил, только первые три моды вносят существенный вклад в реакцию лопасти, таким образом, реакция лопасти на циклические нагрузки сильно ослаблена. Кроме того, возбуждающие циклические нагрузки имеют пространственное (радиальное) распределение, амплитуда которого является функцией времени согласно следующей формуле:
Figure 00000013
где:
g(x) - функция только радиального положения,
h(t) - периодическая функция.
Это означает, что по прошествии половины периода силовая функция имеет точно такую же амплитуду, но с противоположным знаком. Деформированная форма устройства имеет другую симметрию, поскольку закрепление не является симметричным, как лучше видно на фиг. 3а и 3b. Первым главным следствием данного конкретного вида деформации является тот факт, что реакция лопасти является более ослабленной. Вторым следствием является то, что собственная частота лопасти не является постоянной и, следовательно, фактически отсутствует резонансное состояние.
Таким образом, по сравнению с известным лопастным устройством, которое вследствие усиления реакции, как правило, не может работать в большом диапазоне скоростей, приближенных к критической, в лопастном устройстве согласно данному изобретению, которое содержит соединительный элемент согласно данному изобретению и также является частью данного изобретения, указанный диапазон скоростей существенно уменьшен, и во многих случаях ограничение по диапазону рабочих скоростей отсутствует.
В сравнении с уровнем техники соединительный элемент согласно данному изобретению обеспечивает возможность уменьшения реакции лопастного устройства на переменные нагрузки в целом и на резонансный режим в частности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные особенности и преимущества данного изобретения станут более понятны из нижеприведенного подробного описания предпочтительного варианта выполнения, являющегося исключительно иллюстративным, а не ограничивающим, и изображенного на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг. 1a, 1b, 2а, 2b, 2с, 2d, 2е и 2f изображают различные примеры лопастных узлов осевых вентиляторов согласно уровню техники,
фиг. 3а и 3b изображают два состояния деформации лопастного устройства, содержащего соединительный элемент согласно данному изобретению,
фиг. 4а и 4b изображают силы, действующие на лопастное устройство, содержащее соединительный элемент согласно данному изобретению,
фиг. 5 изображает вид сбоку лопасти, присоединенной к ступице с помощью соединительного элемента согласно данному изобретению,
фиг. 6 изображает вид сверху соединительного элемента согласно одному варианту выполнения данного изобретения,
фиг. 7 изображает вид в аксонометрии соединительного элемента, показанного на фиг. 6, после изгибания,
фиг. 8 изображает соединительный элемент согласно второму варианту выполнения данного изобретения, полученный путем поперечной экструзии или пултрузии,
фиг. 9 изображает вид сбоку соединительного элемента, показанного на фиг. 8, на котором можно видеть переменное поперечное сечение, полученное путем экструзии или пултрузии, и увеличение толщины в самой критической области,
фиг. 10 изображает график затухания колебаний как функции собственной частоты лопастного устройства,
фиг. 11а и 11b изображают различные возможные конфигурации соединительного элемента согласно данному изобретению, повернутого соответственно вверх и вниз,
фиг. 12 иллюстрирует пример установки промышленного осевого вентилятора, содержащего лопастное устройство с соединительным элементом согласно данному изобретению,
фиг. 13 изображает соединительный элемент согласно данному изобретению, присоединенный к ступице болтами,
фиг. 14 изображает соединительный элемент согласно третьему варианту выполнения данного изобретения, в котором угол между двумя частями соединительного элемента представляет собой угол конусности лопасти,
фиг. 15 и 16 изображают соединительный элемент согласно третьему варианту выполнения данного изобретения, в котором угол конусности получают различными, но простыми способами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с вышеперечисленными чертежами основной задачей данного изобретения является создание соединительного элемента для присоединения аэродинамического профиля к ступице промышленного осевого вентилятора.
Как указано выше, данное изобретение относится к соединительному элементу 1, который состоит из очень простого элемента (см., например, фиг. 5-7), имеющего по существу прямоугольное поперечное сечение и L-образное продольное сечение, имеющее первую часть 1а, проходящую по существу прямолинейным образом, и вторую часть 1b, проходящую прямолинейным образом, при этом первая часть 1а и вторая часть 1b соединены связующей частью 1с, имеющей радиус кривизны, так, что указанные части 1а и 1b лежат в по существу перпендикулярных плоскостях.
Первая часть 1а L-образного профиля, которая является более короткой частью, предназначена для присоединения к ступице 20, тогда как вторая часть 1b, являющаяся более длинной частью, предназначена для присоединения к аэродинамическому профилю 10, при этом связующая часть 1с соединяет короткую часть 1а и длинную часть 1b.
Лопастное устройство 100, содержащее соединительный элемент 1 согласно данному изобретению, также является частью изобретения.
Лопастное устройство 100 для промышленных осевых вентиляторов отличается тем, что под воздействием нестационарных нагрузок лопасть вынужденно изменяет свои модальные характеристики, а именно частоты и виды деформации, как описано выше.
Авторами изобретения были проведены функциональные испытания для сравнения лопастного устройства 100, выполненного согласно данному изобретению и содержащего соединительный элемент 1 согласно изобретению, с устройствами, известными из уровня техники. Результаты подтвердили, что при использовании соединительного элемента 1 согласно данному изобретению собственные частоты устройства на 20% ниже по сравнению с уровнем техники, а коэффициенты затухания первых трех мод колебаний соответственно на 24%, 15% и 3% выше, чем те же коэффициенты для известного лопастного устройства, при этом только затухание четвертой моды на 4% ниже.
Для обычного режима нагрузки лопастного устройства относительный коэффициент участия первых четырех мод составляет соответственно 0,43, 0,24, 0,14 и 0,09. Таким образом, реакция лопасти устройства на данную систему нагрузок полностью определяется суперпозицией реакций указанных четырех мод.
Вследствие разностей в коэффициенте затухания максимальная реакция лопастного устройства 100 согласно данному изобретению, содержащего предложенный соединительный элемент 1, на 22% ниже по сравнению с реакцией лопастного устройства, известного из уровня техники. Учитывая, что нагрузки на лопасть пропорциональны ее реакции, изобретение обеспечивает существенное уменьшение нагрузок, действующих на лопасть.
Кроме того, соединительный элемент 1 согласно данному изобретению имеет дополнительную, очень важную характеристику, а именно является несимметричным.
Влияние указанных факторов на поведение устройства пояснено ниже со ссылкой на фиг. 3а и 3b.
В процессе эксплуатации стационарные статические силы (вес W и подъемная сила L) стремятся деформировать лопасть 10 так, чтобы она приобрела форму, соответствующую первой моде колебаний консольной балки.
В то же время центробежная сила С стремится противодействовать деформации лопасти.
Воздействие центробежной силы С линейным образом зависит от смещения центра тяжести, которое также линейным образом зависит от длины крепления лопасти.
Для одного и того же радиального размера и под воздействием одинаковых нагрузок лопастное устройство согласно данному изобретению, содержащее соединительный элемент, длина которого больше длины известных соединительных элементов, может обеспечить большее смещение лопасти и, следовательно, больший противодействующий эффект по сравнению с лопастью, известной из уровня техники.
Как ясно видно из фиг. 5-7, конструкция и профиль соединительного элемента 1 согласно данному изобретению являются очень простыми для изготовления. Соединительный элемент 1 может быть выполнен с сохранением его индивидуальных особенностей несколькими различными способами, что обеспечивает возможность достижения очень низких производственных расходов по сравнению с расходами на соединительные элементы, доступные на рынке в настоящее время.
Другие преимущества, обеспечиваемые лопастным устройством согласно данному изобретению благодаря соединительному элементу согласно изобретению, заключаются в следующем:
- соединительный элемент 1 может быть получен в результате простого процесса изготовления, включающего первый этап резки и второй этап сверления, начиная с заготовки листа из алюминия, стали или другого соответствующего материала и в соответствии с требуемой формой, и окончательный этап изгибания (см. фиг. 5-7),
- соединительный элемент 1 может быть получен в результате процесса изготовления, включающего первый этап резки и второй этап сверления, начиная с заготовки, полученной путем экструзии или пултрузии (ссылка сделана на фиг. 8 и 9), при этом следует понимать, что данная экструзия обеспечивает возможность простой реализации различных форм, которые могут обеспечить дополнительные важные преимущества: например, может быть обеспечена увеличенная толщина там, где предполагаются более высокие механические напряжения, т.е. в зоне соединения со ступицей (см. фиг. 9),
- соединительный элемент 1 может быть получен в результате процесса изготовления, включающего первый этап резки и второй этап сверления, начиная с элемента, полученного путем пултрузии или формования из пластмассового или стекловолокнистого материала,
- соединительный элемент 1 может быть получен в результате процесса изготовления, включающего первый этап резки и второй этап сверления, начиная с простого L-образного профиля.
L-образный соединительный элемент согласно данному изобретению может быть в конечном счете объединен с известным устройством для усиления его полезных эффектов.
Другое преимущество, обеспечиваемое соединительным элементом согласно данному изобретению, заключается в его асимметричной форме: благодаря L-образному несимметричному профилю элемент 1 может быть собран так, что связующая часть 1с повернута либо вверх, либо вниз (фиг. 5а и 5b), при этом несимметричная форма соединительного элемента обеспечивает возможность подъема или опускания плоскости вращения лопасти в соответствии с требованиями установки (см. фиг. 12).
Разумеется, соединительный элемент может быть прикреплен к ступице 20 при помощи одного или нескольких болтов в зависимости от условий эксплуатации (см. фиг. 13).

Claims (19)

1. Канальный промышленный осевой вентилятор, содержащий лопастные устройства (100), причем каждое лопастное устройство (100) содержит:
- лопасть (10),
- ступицу (20),
- соединительный элемент (1) для присоединения лопасти (10) к ступице (20), выполненный в виде единого L-образного элемента, содержащего первую, более короткую часть (1а), имеющую по существу прямолинейную конфигурацию, и вторую, более длинную часть (1b), имеющую по существу прямолинейную конфигурацию, при этом указанные первая часть (1а) и вторая часть (1b) соединены связующей частью (1c), имеющей радиус кривизны, и лежат в по существу перпендикулярных плоскостях, и
при этом указанный соединительный элемент (1) прикреплен к ступице (20) с помощью одного или нескольких болтов.
2. Осевой вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что указанная первая часть (1а) и указанная вторая часть (lb) лежат в плоскостях, наклоненных под углом, образующим конструктивный угол конусности лопасти непосредственно на соединительном элементе, а не на ступице.
3. Осевой вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) имеет четырехугольное поперечное сечение.
4. Осевой вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) имеет прямоугольное поперечное сечение.
5. Осевой вентилятор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) выполнен из металлического материала.
6. Осевой вентилятор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) выполнен из пластмассового материала.
7. Осевой вентилятор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) выполнен из стекловолокнистого материала.
8. Осевой вентилятор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) получен в результате процесса изготовления, включающего следующие этапы:
использование листа из металлического, пластмассового или стекловолокнистого материала,
резку и сверление указанного металлического листа,
изгибание вырезанного и просверленного листа с получением готового L-образного элемента.
9. Осевой вентилятор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительный элемент (1) получен в результате процесса изготовления, включающего следующие этапы:
использование заготовки, полученной путем экструзии или пултрузии,
резку и сверление указанной заготовки,
изгибание вырезанной и просверленной заготовки.
RU2018111934A 2015-10-16 2015-10-16 Соединительный элемент для присоединения лопасти к ступице промышленного осевого вентилятора и лопастное устройство, содержащее указанный соединительный элемент RU2697001C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/074027 WO2017063712A1 (en) 2015-10-16 2015-10-16 Connecting element for connecting a blade to the hub in an industrial axial fan, and blade system comprising said connecting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697001C1 true RU2697001C1 (ru) 2019-08-08

Family

ID=54697535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018111934A RU2697001C1 (ru) 2015-10-16 2015-10-16 Соединительный элемент для присоединения лопасти к ступице промышленного осевого вентилятора и лопастное устройство, содержащее указанный соединительный элемент

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180291913A1 (ru)
EP (1) EP3362689A1 (ru)
CN (1) CN108138786A (ru)
RU (1) RU2697001C1 (ru)
WO (1) WO2017063712A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112016026558B1 (pt) * 2014-05-13 2022-03-03 R.E.M. Holding S.R.L Lâmina para ventilador axial industrial e ventilador axial industrial compreendendo tal lâmina
DE102017106233A1 (de) * 2017-03-23 2018-09-27 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Anschlusselement
TWI667415B (zh) * 2018-06-22 2019-08-01 建準電機工業股份有限公司 葉片之轉接盤及其吊扇

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6010308A (en) * 1997-12-01 2000-01-04 Youn; Fang-Chan Ceiling fan blade
RU2172434C2 (ru) * 1996-04-17 2001-08-20 АББ Флэкт АБ Лопасть
RU2270936C2 (ru) * 2000-10-05 2006-02-27 Диандра С.А. Осевой вентилятор
JP2008248700A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Kobe Steel Ltd 羽根車及び羽根車の製造方法
US20170314569A1 (en) * 2014-11-11 2017-11-02 Cofimco S.R.L. Blade unit for industrial fans

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US979949A (en) * 1910-04-04 1910-12-27 Frederick Herkert Jr Pull-out bracket.
IL46416A (en) * 1974-01-22 1978-09-29 Paturle Sa Ets Construction material containing plastics and process and apparatus for its production
JPS54135709U (ru) * 1978-03-14 1979-09-20
DK142624B (da) * 1978-04-13 1980-12-01 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til fremstilling af en metanrig gas.
GB2263943B (en) * 1992-01-29 1996-05-08 Hunter Fan Co Ceiling fan
US5441391A (en) * 1994-01-05 1995-08-15 Patton Electric Company, Inc. Air propelling apparatus with fan shaft mounted on guards
CN2332837Y (zh) * 1998-03-24 1999-08-11 刘安盛 改良构造的吊扇
CN2345753Y (zh) * 1998-06-01 1999-10-27 王裕雄 一种吊扇
EP0979949A1 (en) * 1998-08-10 2000-02-16 San-Chi Wu Fan blade assembly of a ceiling fan
US6139276A (en) * 1998-11-20 2000-10-31 Aloha Housewares Co., Ltd. Ceiling fan assembly and method for assembling same
CN2437887Y (zh) * 2000-07-10 2001-07-04 安徽天大(集团)股份有限公司工程塑料厂 具有卷边叶片的轴流通风机
US6431834B1 (en) * 2000-08-30 2002-08-13 Prime Home Impressions, Llc Multi-connection, stable fan blade attachment mount
CN2575346Y (zh) * 2002-10-25 2003-09-24 无锡申达空调设备有限公司 移动车载上的轴流风机装置
US6758626B1 (en) * 2003-01-09 2004-07-06 Min-Chi Tseng Connecting device of a ceiling fan for connecting a blade to a bracket
CN2823617Y (zh) * 2005-07-22 2006-10-04 盛才良 叶根零弯矩结构的大型轴流风机
US20070154315A1 (en) * 2006-01-05 2007-07-05 Bucher John C Ceiling fan with high efficiency ceiling fan blades
US7955055B1 (en) * 2006-04-14 2011-06-07 Macroair Technologies, Inc. Safety retaining system for large industrial fan
EP2025947B1 (en) * 2007-07-31 2013-02-27 R.E.M. Holding S.R.L. Hub-profile connection system for axial fan and axial fan provided with this connection system
PL2276990T3 (pl) * 2008-03-24 2020-08-10 Prime Datum, Inc. Zintegrowany układ napędowy wentylatora wymiennika ciepła chłodzonego powietrzem (ache)
CN201650791U (zh) * 2009-11-16 2010-11-24 佛山市顺德区科霸菱电机有限公司 交流无刷吊扇
US9039377B2 (en) * 2010-08-09 2015-05-26 Lowe's Companies, Inc. Fan assemblies and methods for assembling same
CN102297159B (zh) * 2011-09-16 2013-09-18 威海克莱特菲尔风机股份有限公司 一种叶片与轮毂复合铰接的轴流叶轮
CN102588340A (zh) * 2012-04-01 2012-07-18 上海尔华杰机电装备制造有限公司 一种预置锥角的风机叶轮

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172434C2 (ru) * 1996-04-17 2001-08-20 АББ Флэкт АБ Лопасть
US6010308A (en) * 1997-12-01 2000-01-04 Youn; Fang-Chan Ceiling fan blade
RU2270936C2 (ru) * 2000-10-05 2006-02-27 Диандра С.А. Осевой вентилятор
JP2008248700A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Kobe Steel Ltd 羽根車及び羽根車の製造方法
US20170314569A1 (en) * 2014-11-11 2017-11-02 Cofimco S.R.L. Blade unit for industrial fans

Also Published As

Publication number Publication date
US20180291913A1 (en) 2018-10-11
WO2017063712A1 (en) 2017-04-20
CN108138786A (zh) 2018-06-08
EP3362689A1 (en) 2018-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2697001C1 (ru) Соединительный элемент для присоединения лопасти к ступице промышленного осевого вентилятора и лопастное устройство, содержащее указанный соединительный элемент
Hamdi et al. Dynamic response of a horizontal axis wind turbine blade under aerodynamic, gravity and gyroscopic effects
JPWO2012144066A1 (ja) 制振装置、風力発電装置及び制振方法
KR20150119990A (ko) 수평방향 가진을 이용한 풍력터빈 블레이드의 플랩방향 피로시험 방법 및 2축 공진 피로시험 방법
Poon et al. Dynamic stability of a curved beam under sinusoidal loading
CN115391881B (zh) 一种桥塔尾流区吊索风致振动数值预测方法
Phan Passive winglet control of flutter and buffeting responses of suspension bridges
KR101041016B1 (ko) 회전체 블레이드의 진동해석방법
CN107143463B (zh) 一种控制风力机叶片挥舞的空间拉索***及优化方法
KR20230047166A (ko) 부유식 풍력 터빈용 무어링 시스템
RU2665191C2 (ru) Лопасть для промышленного осевого вентилятора и промышленный осевой вентилятор, содержащий такую лопасть
Kwon et al. Vibration localization of a mistuned rotating multi-packet blade system undergoing external cyclic harmonic force
Liu et al. Influence of the vibration of large-scale wind turbine blade on the aerodynamic load
EP2942484A1 (en) Blade element cross-ties
Mane et al. Comparative analysis of natural frequency for cantilever beam through analytical and software approach
CN210838892U (zh) 一种惯性放大式输电线减振阻尼索
CN109946029A (zh) 一种涡轮增压器的多频疲劳试验方法
Kim et al. A development and assessment of variable-incidence angle vortex generator at low Reynolds number of~ 5× 10 4
Sado et al. Note on chaos in three degree of freedom dynamical system with double pendulum
Gordan et al. Interaction of across-wind and along-wind with tall buildings
JP2019157495A (ja) 塔状構造物の制振構造
EP4390115A1 (en) A floating wind turbine with passive vibration control system
CN113865853B (zh) 风电叶片静力结构试验装置及试验方法
CN115539560A (zh) 一种风机叶片减振***
Tawfik et al. Aeroelastic behavior of a wind turbine blade by a fluid-structure interaction analysis