RU2717866C1 - Centrifugal fan impeller with hollow blades - Google Patents

Abstract

FIELD: ventilation and air conditioning.SUBSTANCE: invention relates to fan-making, in particular, to impellers of centrifugal fans. Impeller of centrifugal fan, containing root and cover discs, blades with filler in form of foam plastic, installed between them, is characterized by that discs have through slots, equidistant to inner end contours of blades, adjacent to discs, and in body of blades on side of their ends are installed and connected profiled inserts along contours of through grooves in discs with projecting ends by value of thickness of adjacent discs, protruding ends of inserts are installed in through slots of discs and are welded by arc welding from outer side along conjugated closed contours of slots of disks and inserts.EFFECT: invention can be used for ventilation of premises, in transport machine building, etc.3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к сварным рабочим колесам центробежных вентиляторов и направленно на повышение их прочности, надежности и долговечности, а также повышения параметров расхода и напора.The invention relates to the field of engineering, in particular to welded impellers of centrifugal fans and is aimed at increasing their strength, reliability and durability, as well as increasing flow and pressure parameters.

Известно рабочее колесо центробежного вентилятора с лопатками (авторское свидетельство №1314147 МКП F04D 1987.19.09). Внутренняя полость лопатки содержит каркас в виде ребер жесткости с закрепленными на них листами рабочей и тыльной поверхностей. Крепление лопаток к дискам выполнено болтами.Known impeller of a centrifugal fan with blades (copyright certificate No. 1314147 MKP F04D 1987.19.09). The inner cavity of the blade contains a frame in the form of stiffeners with sheets of working and back surfaces fixed to them. The mounting of the blades to the disks is made by bolts.

Недостатком лопатки является неравномерная нагрузка на поверхности листовой лопатки из-за применения каркасной системы во внутренней ее полости (Под ред. Т.С. Соломаховой. Центробежные вентиляторы. Москва: Машиностроение, 1975, с. 405) - см. с. 340.The disadvantage of the blade is the uneven load on the surface of the leaf blade due to the use of the frame system in its internal cavity (Ed. By TS Solomakhova. Centrifugal fans. Moscow: Mashinostroenie, 1975, p. 405) - see p. 340.

Другим недостатком колеса является возникновение пиковых напряжений на поверхности дисков в местах установки болтов из-за их точечного расположения неравномерно нагруженных от центробежных сил лопаток и дисков.Another disadvantage of the wheel is the occurrence of peak stresses on the surface of the disks in the places of installation of the bolts due to their point arrangement of the blades and disks unevenly loaded from centrifugal forces.

Известно рабочее колесо центробежного нагнетателя (патент RU №2224169 МКП F04D 29/22, 2005-10-01), содержащее ведущий и покрывной диски с расположенными между ними сплошными лопатками. По торцевым краям лопаток имеются локально расположенные шипы, а в дисках выполнены сквозные отверстия, в которых установлены шипы и приварены к дискам заподлицо с наружной стороны, т.е. имеет место точечное сварное крепление.Known impeller of a centrifugal supercharger (patent RU No. 2224169 MKP F04D 29/22, 2005-10-01), containing the drive and cover discs with continuous blades located between them. There are locally located spikes along the end edges of the blades, and through holes are made in the disks, in which spikes are installed and are welded to the disks flush from the outside, i.e. spot welded place.

Недостатком такого колеса является возникновение высоких напряжений в дисках в местах установки шипов, ввиду передачи всей нагрузки от центробежных сил лопаток конечным числом шипов, что приводит к неравномерному повышенному нагружению шипов с передачей ее на диски. Учитывая результаты эксплуатации рабочих колес нагнетателей подобного типа, разрушение которых происходит в дисках в местах крепления лопаток по крепежным отверстиям, указывает на одну из причин возникновения высокого уровня напряжений, подтверждающее вышесказанное.The disadvantage of this wheel is the occurrence of high voltages in the disks in the places where the spikes are installed, due to the transfer of the entire load from the centrifugal forces of the blades to a finite number of spikes, which leads to an uneven increased loading of the spikes with its transfer to the disks. Considering the results of the operation of impellers of superchargers of this type, the destruction of which occurs in the disks in the places where the blades are attached to the mounting holes, indicates one of the causes of a high voltage level, confirming the above.

Наиболее близким рабочим колесом по конструктивному исполнению является рабочее колесо центробежного вентилятора с пустотелыми лопатками, заполненными пенопластом (В.И. Ковалевская, Г.А. Бабак, В.В. Пак. Шахтные центробежные вентиляторы. Москва «Недра», 1976. - с. 319. Глава V) - см. стр. 213. В этом рабочем колесе лопатки выполнены пустотелыми с наполнителем в виде пенопласта и приварены к дискам без отбортовки угловым швом. Так как обечайка пустотелой лопатки изготавливается из листового материала толщиной не более 2 мм (по рекомендациям для пустотелых лопаток), катет сварного шва при этом max составляет k=2+0,4 мм, что является ограничением повышения прочности указанного сварного соединения лопаток с дисками и является недостатком такого колеса. Недостатком рабочего колеса являются также гидравлические сопротивления в межлопаточных каналах из-за наличия сварных швов для крепления лопаток к дискам.The closest impeller in design is the impeller of a centrifugal fan with hollow blades filled with foam (V.I. Kovalevskaya, G.A. Babak, V.V. Pak. Mine centrifugal fans. Moscow "Nedra", 1976. - 319. Chapter V) - see page 213. In this impeller, the blades are hollow with a filler in the form of polystyrene foam and are welded to the disks without flanging with a fillet weld. Since the shell of the hollow blade is made of sheet material with a thickness of not more than 2 mm (according to the recommendations for hollow blades), the weld leg in this case, max is k = 2 + 0.4 mm, which is a limitation of increasing the strength of the specified welded connection of the blades with disks and is the disadvantage of such a wheel. The impeller also has a hydraulic resistance in the interscapular channels due to the presence of welds for attaching the blades to the disks.

Задачей изобретения является повышение прочности, надежности и ресурса рабочих колес центробежных вентиляторов за счет снижения уровня номинальных напряжений в сварных соединениях лопаток с дисками.The objective of the invention is to increase the strength, reliability and resource of the impellers of centrifugal fans by reducing the level of nominal stresses in the welded joints of the blades with disks.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении напряжений в соединениях лопаток с дисками путем конструктивного усовершенствования узлов их крепления.The technical result achieved by the invention is to reduce the stresses in the joints of the blades with the disks by constructive improvement of their attachment points.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в рабочем колесе центробежного вентилятора, содержащем коренной и покрывной диски, лопатки с наполнителем в виде пенопласта, установленные между ними, согласно изобретению, диски имеют сквозные пазы, эквидистантные внутренним торцевым контурам лопаток, прилегающих к дискам, а в тело лопаток со стороны их торцов установлены и соединены спрофилированные вкладыши по контурам сквозных пазов в дисках с выступающими концами на величину толщин прилегающих дисков, выступающие же концы вкладышей установлены в сквозные пазы дисков и приварены электродуговой сваркой с наружной стороны по сопрягаемым замкнутым контурам пазов дисков и вкладышей с разделкой кромок.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the impeller of a centrifugal fan containing the root and cover disks, blades with a filler in the form of foam, installed between them, according to the invention, the disks have through grooves equidistant to the inner end contours of the blades adjacent to disks, and profiled inserts are installed and connected into the body of the blades from the ends of the blades along the contours of the through grooves in the disks with protruding ends by the thickness of the adjacent disks the falling ends of the liners are installed in the through grooves of the disks and are welded by electric arc welding from the outside along the mating closed contours of the grooves of the disks and liners with cutting edges.

Кроме того, согласно изобретению, соединение вкладышей с лопатками может быть выполнено контактно-роликовой сваркой по замкнутым контурам.In addition, according to the invention, the connection of the liners with the blades can be performed by contact-roller welding in closed loops.

Прочность соединения вкладышей с оболочками лопаток при помощи контактно-роликовой сварки по замкнутым контурам соизмерима с прочностью соединения дисков с вкладышами лопаток, так как ширина шва контактно-роликовой сварки не имеет таких ограничений как для тавровых соединений оболочки лопаток с дисками.The strength of the connection of the liners with the shells of the blades by contact-roller welding in closed loops is comparable with the strength of the connection of the disks with the liners of the blades, since the width of the seam of the contact-roller welding does not have such limitations as for T-joints of the shell of the blades with the disks.

Кроме того, согласно изобретению, соединения вкладышей с лопатками могут быть связаны клеесварными соединениями с применением контактной точечной электросварки (клеесварное соединение).In addition, according to the invention, the connections of the inserts with the blades can be connected by glue-welded joints using contact spot welding (glue-welded joint).

В таких соединениях на склеиваемые поверхности, после их предварительной подготовки наносят слой клея, при этом толщина слоя в соединении не должна превышать 0,05…0,15 мм, которое зависит от его вязкости и давления при склеивании. Следует отметить, что прочность такого клеевого соединения сталь со сталью составляет 46/60 мПа, а при использовании дополнительной точечной электросварки предел прочности такого соединения увеличивается более, чем в два раза в сравнении со сварным соединением, а работоспособность соединения увеличивается при переменных нагрузках путем снижения коэффициента концентрации напряжений в контактных сварных точках за счет их разгрузки клеевым соединением.In such compounds, an adhesive layer is applied to the surfaces to be bonded after their preliminary preparation, while the layer thickness in the compound should not exceed 0.05 ... 0.15 mm, which depends on its viscosity and pressure during gluing. It should be noted that the strength of such an adhesive joint between steel and steel is 46/60 MPa, and when using additional spot welding, the tensile strength of such a joint increases by more than two times in comparison with a welded joint, and the serviceability of the joint increases with variable loads by reducing the coefficient stress concentration in contact welded points due to their unloading by glue connection.

Использование отличительных признаков в заявленном изобретении позволяет существенно снизить уровень напряжений в соединениях лопаток с дисками, рабочих сечений, нагруженных центробежными силами от лопаток с дисками за счет установки вкладышей в полости лопаток и в пазы дисков, а также за счет применения контактно-роликовой сварки для соединения оболочки лопаток с вкладышами в первом варианте и применения клеесварного соединения во втором варианте.The use of distinctive features in the claimed invention can significantly reduce the level of stresses in the joints of the blades with the disks, working sections loaded with centrifugal forces from the blades with the disks due to the installation of inserts in the cavity of the blades and in the grooves of the disks, as well as through the use of contact-roller welding to connect shell blades with liners in the first embodiment and the use of adhesive joints in the second embodiment.

Существо изобретения поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3).The invention is illustrated by drawings (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3).

На фиг. 1 изображена принципиальная конструкция предлагаемого рабочего колеса центробежного вентилятора. Там же показано сечение лопатки А-А по высоте, ее поперечное сечение Б-Б и вид С со стороны коренного диска.In FIG. 1 shows the basic design of the proposed impeller of a centrifugal fan. The same section shows the section of the scapula AA in height, its cross section BB and view C from the side of the main disk.

На фиг. 2 показано продольное сечение лопатки А-А для случая соединения лопаток с вкладышами контактно-роликовой сваркой и дисками при помощи электродуговой сварки.In FIG. 2 shows a longitudinal section of the blade AA for the case of connecting the blades with bushings by contact roller welding and disks by electric arc welding.

На фиг. 3 показано сечение лопатки А-А для случая соединения лопаток с вкладышами, выполненных клеесварным соединением с применением контактно точечной электросварки.In FIG. Figure 3 shows the section of the blade A-A for the case of connecting the blades with inserts made by glue-welded connection using contact spot welding.

Рабочее колесо (фиг. 1) содержит коренной 1, покрывной 2 диски и лопатки 3, установленные между ними, заполненные пенопластом 4. Лопатки 3 же представляют собой крыловидную пустотелую форму. Толщина обечайки лопатки составляет δ ≈ 2 мм.The impeller (Fig. 1) contains a root 1, cover 2 discs and blades 3, installed between them, filled with foam 4. The blades 3 are a pterygoid hollow shape. The thickness of the shell of the blade is δ ≈ 2 mm.

Коренной 1 и покрывной 2 диски имеют сквозные пазы 5, 6 эквидистантные внутренним торцевым контурам обечаек лопаток 3, прилегающими к внутренним поверхностям дисков 1, 2. В качестве соединительных элементов лопаток с дисками применены спрофилированные вкладыши 7, 8.The primary 1 and cover 2 disks have through grooves 5, 6 equidistant to the inner end contours of the shells of the blades 3, adjacent to the inner surfaces of the disks 1, 2. As connecting elements of the blades with disks, profiled inserts 7, 8 are used.

В сварных соединениях рабочего колеса (фиг. 2) вкладыши 7, 8 установлены в тело лопаток 3 со стороны их торцов и соединены контактно-роликовой сваркой. Выступающие концы вкладышей 7, 8 установлены в сквозные пазы 6, 5 дисков, приварены электродуговой сваркой по замкнутым контурам пазов в дисках и вкладышей 7,8 с разделкой кромок. Во вкладышах со стороны покрывного диска 2 имеются сквозные отверстия 9 для наполнения лопаток пенопластом.In the welded joints of the impeller (Fig. 2), inserts 7, 8 are installed in the body of the blades 3 from the side of their ends and are connected by contact-roller welding. The protruding ends of the liners 7, 8 are installed in the through grooves 6, 5 of the disks, are welded by electric arc welding along the closed contours of the grooves in the disks and liners 7.8 with cutting edges. In the liners on the side of the cover disk 2 there are through holes 9 for filling the blades with foam.

В клеесварных соединениях рабочего колеса (фиг. 3) необходимо выдерживать толщину наносимого клея между обечайкой лопатки и сопрягаемой рабочей поверхностью вкладышей 0,05…0,15 мм.In the glue-welded joints of the impeller (Fig. 3), it is necessary to maintain the thickness of the applied adhesive between the shell of the blade and the mating working surface of the liners 0.05 ... 0.15 mm.

Рабочее колесо центробежного вентилятора работает следующим образом: вращаясь от электродвигателя или другого источника энергии лопатки 3 колеса захватывают воздух в осевом направлении и перемещают его по межлопаточным каналам в радиальном направлении. Лопатки 3 обеспечивают преобразование кинетической энергии потока в энергию (напора) вентилятора. Основной нагрузкой, которая вызывает напряженность колеса, являются диски 1, 2 и лопатки 3 совместно с вкладышами 7, 8, которые при работе становятся источником центробежных сил. В узлах крепления дисков 7, 2 и лопаток 3 возникают опорные усилия и моменты. Совокупность опорных усилий и моментов характеризует силовое взаимодействие лопаток с дисками. Опорные усилия и моменты при соединении лопаток 3 с дисками 7, 2 по замкнутым контурам при помощи электродуговой сварки снижаются путем их перераспределения по всей сопрягаемой поверхности вкладышей 7, 8 с дисками, что позволяет снизить напряжения в соединениях лопаток с дисками. Силовое же взаимодействие дисков и оболочки лопатки с вкладышем воспринимается контактно-роликовой сваркой в первом варианте, который снимает ограничения по катету шва прототипа, а также применения клеесварного соединения, которое обеспечивает повышенную прочность в сравнение со сварным соединением.The impeller of a centrifugal fan operates as follows: rotating from an electric motor or other energy source, the blades 3 of the wheel capture air in the axial direction and move it along the interscapular channels in the radial direction. The blades 3 provide the conversion of the kinetic energy of the flow into the energy (pressure) of the fan. The main load that causes the tension of the wheel are the disks 1, 2 and the blades 3 together with the liners 7, 8, which during operation become a source of centrifugal forces. In the attachment points of the disks 7, 2 and the blades 3 there are supporting forces and moments. The set of supporting forces and moments characterizes the force interaction of the blades with the disks. The supporting forces and moments when connecting the blades 3 with the disks 7, 2 in closed circuits by means of electric arc welding are reduced by redistributing them over the entire mating surface of the inserts 7, 8 with the disks, which reduces the voltage in the connections of the blades with the disks. The force interaction of the disks and the shell of the blade with the liner is perceived by contact-roller welding in the first embodiment, which removes restrictions on the leg of the prototype, as well as the use of glue-welded joints, which provides increased strength in comparison with the welded joint.

Влияние аэродинамических сил на напряженность рабочего колеса вентилятора не учитывается, ввиду незначительных параметров напора.The influence of aerodynamic forces on the impeller tension of the fan is not taken into account, due to the insignificant pressure parameters.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить прочность, надежность и ресурс рабочих колес центробежных вентиляторов за счет снижения уровня номинальных напряжений в самих дисках, а также в соединениях лопаток с дисками, а также расширить номенклатуру рабочих колес центробежных вентиляторов.So, the claimed invention allows to increase the strength, reliability and service life of the impellers of centrifugal fans by reducing the level of nominal voltages in the disks themselves, as well as in the connections of the blades with the disks, as well as expand the range of impellers of centrifugal fans.

Заявляемое изобретение позволяет снизить напряжение в дисках, а также в соединениях лопаток с дисками путем конструктивного усовершенствования узлов их крепления за счет выполнения сквозных пазов в дисках по профилю лопаток и установки промежуточных профильных вкладышей между телом лопаток и дисками с применением сварных и клеесварных соединений.The claimed invention allows to reduce the voltage in the disks, as well as in the connections of the blades with the disks by constructive improvement of their attachment points by making through grooves in the disks along the profile of the blades and installing intermediate profile inserts between the body of the blades and the disks using welded and glue-welded joints.

Claims (3)

1. Рабочее колесо центробежного вентилятора, содержащее коренной и покрывной диски, лопатки с наполнителем в виде пенопласта, установленные между ними, отличающееся тем, что диски имеют сквозные пазы, эквидистантные внутренним торцевым контурам лопаток, прилегающих к дискам, а в тело лопаток со стороны их торцов установлены и соединены спрофилированные вкладыши по контурам сквозных пазов в дисках с выступающими концами на величину толщин прилегающих дисков, выступающие же концы вкладышей установлены в сквозные пазы дисков и приварены электродуговой сваркой с наружной стороны по сопрягаемым замкнутым контурам пазов дисков и вкладышей.1. The impeller of a centrifugal fan, containing the main and cover disks, blades with filler in the form of foam, installed between them, characterized in that the disks have through grooves that are equidistant to the internal end contours of the blades adjacent to the disks, and into the body of the blades from their side the ends are installed and connected profiled liners along the contours of the through grooves in the disks with protruding ends by the thickness of the adjacent disks, the protruding ends of the liners are installed in the through grooves of the disks and welded ektrodugovoy welding from the outer side of the mating slots closed contours disks and inserts. 2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что соединение вкладышей с лопатками выполнено контактно-роликовой сваркой по замкнутым контурам.2. The impeller according to claim 1, characterized in that the connection of the inserts with the blades is made by contact-roller welding in closed loops. 3. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что соединение вкладышей с лопатками выполнено клеевым соединением с применением точечной электросварки.3. The impeller according to claim 1, characterized in that the connection of the inserts with the blades is made by adhesive bonding using spot welding.

Images