лопасть

Формула изобретения

1. Лопатка ротора, подлежащая креплению к ступице в роторе, в частности, лопасть (1), подлежащая креплению к ступице вентилятора, отличающаяся тем, что она изготовлена, по существу, из композиционного материала (6) на основе пластика с усиливающими волокнами, основание лопатки содержит металлическое кольцо (3) со средствами (7) для крепления лопатки ротора к ступице, отверстие (4) которого имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся в направлении периферии лопатки, в отверстии (4) кольца (3) расположен жесткий усиливающий элемент (5), причем композиционный материал (6) заходит в кольцо, а усиливающие волокна в основании лопатки ротора проходят в отверстии (4) кольца (3) между усиливающим элементом (5) и стенкой отверстия (4), по существу, параллельно ей.

2. Лопатка ротора по п.1, отличающаяся тем, что отверстие (4) кольца (3) имеет форму усеченного конуса.

3. Лопатка ротора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усиливающий элемент (5) содержит углеводородные волокна.

4. Лопатка ротора по п.3, отличающаяся тем, что усиливающий элемент (5) представляет собой прядь углеродных волокон, свернутую в дискообразный рулон, образованный в процессе изготовления лопатки ротора в форме и расположенный в отверстии (4) кольца (3) с обеспечением прижима усиливающих волокон в отверстии в направлении стенки отверстия.

5. Лопатка ротора по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что состав композиционного материала (6) из волокон и пластика в основании лопатки ротора выбран с учетом выполнения условия, что композиционный материал в основании имеет параметр линейного расширения, адаптированный к параметру линейного расширения металлического кольца (3).

6. Лопатка ротора по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что композиционный материал (6) представляет собой эпоксидный пластик с усиливающими стекловолокнами.

7. Лопатка ротора по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что стекловолоконное усиление в основании лопатки ротора дополнено усиливающими углеродными волокнами, которые проходят, по существу, поперек стекловолокон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лопатке ротора, подлежащей креплению к ступице ротора, в частности к лопасти, подлежащей креплению к ступице вентилятора.

Лопасти вентилятора обычно изготавливают из металла, например стали или алюминия. В настоящее время существует потребность в изготовлении лопастей вентилятора из материала, который обладает большей химической стойкостью по сравнению с металлом и, следовательно, может противодействовать химически агрессивной окружающей среде лучше, чем металл, например, при использовании вентилятора в химической промышленности. Кроме того, существует необходимость в изготовлении более легких лопастей вентилятора, что позволяет вентилятору, на котором установлены лопасти, работать при более высоких скоростях и выполнить его с меньшими размерами и, тем самым, сделать его менее дорогим. Вследствие этого, были предприняты попытки изготовить лопасти вентилятора из композиционного материала на основе волокнита. Эти лопасти вентилятора отличаются химической стойкостью и легкостью, но было установлено, что их трудно крепить к ступице вентилятора надлежащим образом. Соединение между лопастью и ступицей обычно представляет собой болтовое соединение с болтами, которые проходят через основание лопасти и ввинчены в ступицу или в держатель, расположенный на ней. К сожалению, было обнаружено, что лопасти вентилятора, изготовленные из композиционного материала, имеют тенденцию к разрушению при высоких скоростях работы вентилятора и обусловленном этими скоростями большом напряжении, в связи с тем, что в зоне болтового соединения в основании лопасти возникают трещины.

Следовательно, конкретной целью настоящего изобретения является разработка лопасти вентилятора, которая обладала бы желательными свойствами и, кроме того, могла бы быть надежно прикреплена к ступице вентилятора.

Более общей целью изобретения является разработка лопатки ротора, которая обладала бы желательными свойствами, могла бы быть надежно прикреплена к ступице ротора и не разрушалась бы при высоких скоростях ротора и под действием больших напряжений.

В соответствии с изобретением эта цель достигается с помощью лопатки ротора, которая отличается тем, что она изготовлена, по существу, из композиционного материала на основе пластика с усиливающими волокнами, при этом основание лопатки ротора содержит металлическое кольцо со средствами для крепления лопатки ротора к ступице, указанное кольцо имеет отверстие, площадь поперечного сечения которого увеличивается в направлении периферии лопатки ротора, в отверстии кольца расположен жесткий усиливающий элемент, композиционный материал заходит в кольцо, причем армирующие волокна в основании лопатки ротора проходят в отверстии кольца между усиливающим элементом и стенкой отверстия, по существу, параллельно ей.

В предпочтительном варианте осуществления отверстие кольца имеет форму усеченного конуса.

Усиливающий элемент предпочтительно содержит углеродные волокна и в наиболее предпочтительном варианте осуществления образован прядью углеродных волокон, которая свернута в дискообразный рулон. Осиливающий элемент образован при изготовлении лопатки ротора в форме (пресс-форме) и расположен в отверстии кольца с обеспечением прижима армирующих волокон в отверстии в направлении стенки отверстия.

Состав композиционного материала из волокон и пластика в основании лопатки ротора предпочтительно выбирают таким, чтобы композиционный материал в основании имел параметры линейного расширения, адаптированные к параметрам линейного расширения металлического кольца. Композиционный материал предпочтительно представляет собой эпоксидный пластик, усиленный стекловолокнами. В предпочтительном варианте осуществления усиление стекловолокнами в основании лопатки ротора дополнено усилением углеводородными волокнами, которые проходят по существу поперек стекловолокон в основании.

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых

фиг. 1 представляет вид сбоку лопасти вентилятора, согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 - вид сверху лопасти вентилятора;

фиг. 3 - разрез лопасти вентилятора по линии III-III на фиг. 1;

фиг. 4 соответствует фиг. 3, но показывает основание лопасти вентилятора в большем масштабе.

На чертежах показана лопасть 1 вентилятора, которая подлежит креплению к ступице (не показана) в вентиляторе (не показан) с помощью четырех болтов-фиксаторов (не показаны), которые должны быть ввинчены в ступицу или в держатель, расположенный на ней.

Лопасть 1 изготовлена из композиционного материала на основе пластика, усиленного волокнами. В предпочтительном варианте осуществления композиционный материал представляет собой эпоксидный пластик, усиленный стекловолокном и углеводным волокном. Однако возможно в качестве усиливающих волокон использовать другие волокна, отличные от стекловолокон и углеродных волокон, например арамидные волокна. Также целесообразно в качестве матрицы использовать другие пластики, отличные от эпоксидного пластика.

При изготовлении лопасти 1 два мата, каждый из которых состоит из нескольких слоев ориентированных стекловолокон, и промежуточный пластмассовый сердечник 2 (фиг. 4) помещают в форму, после чего в форму на одном ее конце устанавливают круглое кольцо 3 из металла, например из стали. Кольцо 3 имеет отверстие 4, которое имеет форму усеченного конуса и площадь поперечного сечения которого увеличивается в направлении периферии формы. Стекловолокна, находящиеся на конце матов, ближайшем к кольцу 3 (этот конец образует базовый конец полностью изготовленной лопасти 1), вводят в отверстие 4 кольца 3 и прижимают к стенке отверстия 4. "Пучок" стекловолокон расположен в заостренной части А (показана пунктирными линиями на фиг. 4) между стекловолокнами матов, прижатыми к стенке отверстия 4. Прядь углеродных волокон, которая свернута в дискообразный рулон и которая должна образовать жесткий усиливающий элемент 5 в полностью изготовленной лопасти 1, размещают в отверстии 4 кольца 3 снаружи от пучка стекловолокон, чтобы удержать стекловолокна в положении, при котором они прижаты к стенке отверстия 4. Форму закрывают, после чего под давлением вводят эпоксидный пластик с тем, чтобы образовать лопасть 1.

Таким образом, полностью изготовленная (законченная) лопасть 1 образована из композиционного материала 6 (включая зону А) на основе эпоксидного пластика, усиленного стекловолокном, и имеет сердечник 2 из пластика и усиливающий элемент 5 в виде композита из углеродного волокна и эпоксидного пластика.

Основание лопасти 1 образовано из металлического кольца 3, усиливающего элемента 5 и той части композиционного материала 6, которая расположена в отверстии 4 кольца 3 и в которой стекловолокна проходят конусообразно вдоль стенки отверстия 4 между этой стенкой и усиливающим элементом 5, который предотвращает смещение стекловолокон в кольце 3 в направлении центра кольца, когда лопасть 1 подвергается большим нагрузкам, и, кроме того, он предотвращает вытягивание корпуса лопасти из кольца 3.

Кольцо 3 имеет отверстие 7 под каждый болт-фиксатор. Как указано выше, лопасть 1 крепится к ступице с помощью болтов-фиксаторов, которые вставлены в отверстия 7 в кольце 3 и ввинчены в ступицу или в держатель, расположенный на ней. Вышеописанная лопасть 1 вентилятора отличается легкостью по сравнению с ранее используемыми металлическими лопастями, и, кроме того, было установлено, что она выдерживает большие скорости вращения вентилятора без разрушения ее основания вблизи мест болтового соединения.

Состав волокон и пластика в композиционном материале 6 в основании лопасти выбирают таким, чтобы композиционный материал в основании имел параметр линейного расширения, который адаптирован к аналогичному параметру металлического кольца 3, тем самым это позволяет как можно в большей степени уменьшить воздействие расширения и сжатия кольца при различных температурных режимах, то есть состав композиционного материала выбирают таким, чтобы этот материал был способен "следовать" за кольцом 3 при смещениях его, обусловленных температурой. С этой целью усиление стекловолокнами в основании лопасти в предпочтительном варианте осуществления лопасти 1 вентилятора дополнено усилением углеродными волокнами, которые при изготовлении лопасти в форме располагают среди стекловолокон в зоне кольца 3 так, что в полностью изготовленной лопасти 1 они проходят, по существу, поперек этих стекловолокон в композиционном материале.