» » Полимерные композиции в закрылках колес центробежных вентиляторов

Полимерные композиции в закрылках колес центробежных вентиляторов

31.08.2016

Задача регулирования потока воздуха шахтных центробежных вентиляторов за последние годы успешно решается применением на лопатках рабочих колес поворотных закрылков. Закрылки составляют 20—30% всей лопатки со стороны входной кромки. Установка закрылка на необходимый угол и фиксация его в определенном положении осуществляются специальным механизмом. При этом закрылок можно рассматривать как незамкнутую пологую цилиндрическую оболочку переменной толщины, у которой одна из прямоугольных кромок закреплена на оси поворота, а три другие свободны.
Изготовление профилированных, подкрепленных ребрами жесткости лопаток довольно сложно: необходимо большое количество штампов, особенно для лопаток крупных вентиляторов, толщины элементов которых достигают 8—10 мм. Нетехнологичны лопатки и при изготовлении рабочих колес для вентиляторов небольших размеров. В этом случае приходится сваривать пространственные конструкции малых размеров из тонколистовой стали (около 1,5 мм).
Этих недостатков в значительной мере лишены трехслойные конструкции, состоящие из стальных листовых обшивок и внутреннего пенопластового заполнителя, сравнительно малопрочного и легкого. Трехслойные профилированные лопатки центробежных вентиляторов (ЦВ) с разнесенными за счет пенопласта внешними слоями при меньшем весе, чем оребренные, обладают высокими прочностными и жесткостными характеристиками, а также другими достоинствами (хорошими вибрационными характеристиками, звуко- и теплоизоляционными свойствами и т. д.). Связывая между собой внешние слои и другие силовые элементы, заполнитель обеспечивает их совместную работу.
Применение пенопластового заполнителя способствует повышению прочности, жесткости и устойчивости конструкций. При правильно подобранном материале и технологии его введения в конструкцию обеспечивается значительный выигрыш в весе. При этом жесткость самого заполнителя обычно невысока.
Основная роль пенопластового заполнителя заключается в обеспечении устойчивости основной, несущей системы против остаточных деформаций при малых перемещениях. Сравнительно малые значения отношения площади внешних слоев к площади заполнителя обеспечивают высокую величину инерции несущей системы. Исходя из этих соображений, ВИГМом им. М. М. Федорова предложена трехслойная конструкция лопаток центробежных вентиляторов с использованием в качестве заполнителя пенопласта ФК-20 с удельным весом γп = 1800-2500 кг/м3. В.В. Паком и В.Т. Горлышкиным обоснованы параметры прочности, максимальной жесткости, технологичности переработки и поведения в конструкции лопаток названного пенопласта применительно к вентилятору ВЦД-47. Разработанная методика расчета основана на методе Ритца. Полученные вариационные уравнения смешанного типа учитывают деформации сдвига заполнителя.
Результаты расчета показали, что наибольшие напряжения возникают на выходной кромке лопатки в месте ее соединения с коренным диском: σmax=260 МПа. Проведенные экспериментальные исследования показали близкую сходимость результата (в пределах 20%).
ВИГМом им. М.М. Федорова совместно с Гипроуглемашем (В.А. Спивак, В.И. Ковалевская) разработаны закрылки рабочих колес для центробежных вентиляторов ВЦДЗ-17 и ВЦЭ-32 с пенопластовым заполнителем. Закрылки разработаны с целью не только повышения жесткости, но и предупреждения дисбаланса в зимнее время, когда вода может попасть в лопасть и, замерзнув в ней, привести к нарушению равновесия ротора, а следовательно, предрасположить его к вибрации.
Закрылок состоит из пустотелой оси и обечайки с двумя нервюрами. В коренном и покрывном дисках ось закрылка устанавливается в сферических подшипниках скольжения. Нервюры и донышки закрылка толщиной 2 мм приварены к оси и одной стороне обечайки. Обечайка изготовлена из металлического листа толщиной в 1 мм.
Тензометрические испытания вентилятора, проведенные при номинальной скорости вращения (n = 1000 об/мин), показали, что введение в закрылок пенопласта существенно снижает напряжения в нем (до σ'max = 68 МПа) по сравнению с пустотелым закрылком (σmax = 360 МПа). Это обеспечивает требуемую работоспособность конструкции.