CZ287302B6 - Rotor blade - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká lopatky rotoru, která je určena k připevnění k hlavě rotoru, jako je například lopatka, určená k připevnění k hlavě ventilátoru.

Dosavadní stav techniky

Lopatky ventilátorů jsou obvykle vyráběny z kovového materiálu, například z oceli nebo z hliníku.

Dnes však již existuje potřeba vyrábět lopatky ventilátorů takového materiálu, který by byl chemicky mnohem odolnější než je kovový materiál a který by tedy v důsledku toho mohl odolávat chemicky agresivnímu prostředí mnohem lepším způsobem než kovový materiál, a to například v chemických průmyslových procesech.

Rovněž tak existuje potřeba vyrábět lopatky ventilátorů mnohem lehčí, což znamená, že ventilátor, na který budou takové lopatky připevněny, bude moci pracovat při mnohem větších rychlostech, a že rovněž v některých případech bude moci být takový ventilátor vyráběn mnohem menší a tím také mnohem lacinější.

Byly proto činěny četné pokusy vyrábět lopatky ventilátorů z kompozitního materiálu z vlákny vyztužené plastické hmoty. Takovéto lopatky jsou chemicky odolné a jsou lehké, avšak je jen s obtížemi připevnit k hlavě ventilátoru uspokojujícím způsobem.

Spojení lopatky s hlavou ventilátoru je obvykle prováděno šroubovým spojením, kde šrouby procházejí základnou lopatky a jsou přišroubovány k hlavě ventilátoru nebo k příslušnému držáku, uspořádanému na této hlavě.

Bylo však bohužel zjištěno, že lopatky ventilátorů, vyrobené z kompozitního materiálu, jsou náchylné k poškození při vysokých rychlostech ventilátorů, při kterých dochází k velkému pnutí až k prasknutí v oblasti základny lopatky v prostoru šroubového spojení.

Podstata vynálezu

Úkolem tohoto vynálezu je proto vyvinout lopatku ventilátoru, která bude mít požadované vlastnosti a která kromě toho může být připojena k hlavě ventilátoru velmi uspokojivým způsobem.

Obecněji je úkolem tohoto vynálezu vyvinout lopatku ventilátoru, která bude mít požadované vlastnosti a která bude moci být připevněna k hlavě rotoru, aniž by došlo k jejímu poškození při vysokých rychlostech a při jejím podrobení velkému pnutí či napětí.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu je shora uvedených úkolů dosaženo pomocí lopatky rotoru, která je charakterizována tím, že lopatka rotoru je vyrobena v podstatě z kompozitního materiálu z vlákny vyztuženého plastického materiálu, přičemž základna lopatky rotoru je opatřena kovovým kruhovým prstencem s prostředky pro připojení lopatky rotoru k hlavě, uvedený kovový kruhový prstenec je opatřen otvorem, jehož průřezová oblast se ve směru ven z lopatky rotoru zvětšuje, přičemž v otvoru kovového kruhového prstence je uspořádán pevný výztužný prvek a přičemž je v kovovém kruhovém prstenci uložen kompozitní materiál a

-1 CZ 287302 B6 výztužná vlákna v základně lopatky rotoru probíhají do otvoru kovového kruhového prstence mezi pevným výztužným prvkem a stěnou otvoru v podstatě rovnoběžně s tímto pevným výztužným prvkem a s touto stěnou otvoru.

U příkladného provedení předmětu tohoto vynálezu má otvor kovového kruhového prstence tvar komolého kužele.

Výztužný prvek obsahuje s výhodou uhlíková vlákna a u výhodného provedení je vytvořen z pásu z uhlíkových vláken, který je navinut do kotoučovitého válce a který je v průběhu výroby lopatky rotoru ve formě uspořádán v otvoru kovového kruhového prstence za účelem přitlačování výztužných vláken v otvoru ve směru stěny otvoru.

Složení kompozitního materiálu z vláken a z plastického materiálu v základně lopatky rotoru je zvoleno tak, že tento kompozitní materiál má lineární charakteristiku roztažnosti, přizpůsobenou materiálu kovového kruhového prstence.

Kompozitním materiálem je s výhodou epoxidový plastický materiál, vyztužený skelnými vlákny.

U výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu je vyztužení skelnými vlákny v základně lopatky rotoru doplněno vyztužením uhlíkovými vlákny, která probíhají v podstatě příčně ke skelným vláknům, obsaženým ve vyztužení základny skelnými vlákny.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech jeho provedení, a to s přihlédnutí k připojeným obrázkům výkresů, kde obr. 1 znázorňuje boční pohled na lopatku ventilátoru podle tohoto vynálezu, obr. 2 znázorňuje půdorysný pohled na lopatku ventilátoru podle tohoto vynálezu, obr. 3 znázorňuje pohled v řezu na lopatku ventilátoru podle tohoto vynálezu, a to pohled v řezu, vedeném podél čáry III - ΙΠ z obr. 1, a obr. 4 odpovídá vyobrazení na obr. 3, avšak znázorňuje základnovou část lopatky ventilátoru podle tohoto vynálezu ve zvětšeném měřítku.

Příklady provedení vynálezu

Na shora uvedených obrázcích výkresů je zobrazena lopatka 1 ventilátoru, která má být připojena k hlavě na ventilátoru prostřednictvím čtyř spojovacích šroubů, které mají být zašroubovány do hlavy ventilátoru nebo do držáku, uspořádaného na této hlavě.

Lopatka 1 ventilátoru je vyrobena z kompozitního materiálu z vlákny vyztužené plastické hmoty. U jednoho výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu je kompozitním materiálem epoxidová plastická hmota, vyztužená skelnými vlákny a uhlíkovými vlákny. Zde je však nutno zdůraznit, že jako výztužných vláken lze použít i jiných vláken, než jsou skelná vlákna a uhlíková vlákna, a to například aramidových vláken. Rovněž je nutno zdůraznit, že jako základní materiál lze použít i jiných polymerů, než jen epoxidový plastický materiál.

-2CZ 287302 B6

Při výrobě lopatky 1 ventilátoru jsou formy umístěny dva povlaky či rohože, každý sestávající z několika vrstev orientovaných skelných vláken, a mezi nimi ležící plastické jádro 2 podle obr. 4, přičemž je na jednom konci formy uspořádán kruhový prstenec 3 z kovového materiálu, například z oceli.

Tento kruhový prstenec 3 je opatřen otvorem 4, který má tvar komolého kužele, jehož průřezová oblast se směrem ven z formy zvětšuje.

Skelná vlákna na konci povlaků, nejblíže kruhovému prstenci 3, kde tento konec představuje konec základny hotové lopatky 1 ventilátoru, jsou vložena do otvorů 4 kruhového prstence 3 a jsou přitlačena na stěnu otvoru 4.

Balík skelných vláken je uspořádán v zašpičatělé části A, která je na obr. 4 vyznačena čárkovanou čarou, kruhového prstence 3. Pás uhlíkových vláken, který je navinut do válce kotoučovitého tvaru a který má v hotové lopatce 1 vytvářet pevný výztužný prvek 5, je uspořádán do otvorů 4 kruhového prstence 3 na vnější straně balíku skelných vláken, přičemž má za úkol udržovat skelná vlákna v jejich poloze při jejich přitlačování ve směru stěny otvoru 4 kruhového prstence 3.

Forma je poté uzavřena, načež je do ní vstřikována epoxidová plastická hmota za účelem vytvoření lopatky 1 ventilátoru.

Hotová lopatka 1 ventilátoru tak sestává včetně zašpičatělé oblasti A z kompozitního materiálu 6, z epoxidové plastické hmoty, vyztužené skelnými vlákny, a má jádro 2 z plastické hmoty a pevný výztužný prvek 5 ve formě epoxidového plastického kompozitního materiálu, vyztuženého uhlíkovými vlákny.

Základna lopatky 1 ventilátoru sestává z kovového kruhového prstence 3, z pevného výztužného prvku 5 a z té části kompozitního materiálu 6, která je umístěna v otvoru 4 kruhového prstence 3 a ve které probíhají skelná vlákna kuželovité podél stěny otvoru 4 mezi touto stěnou a výztužným prvkem 5, čímž je zabraňováno tomu, aby skelná vlákna v kruhovém prstenci 3 byla přitlačována směrem ke středu kruhového prstence 3 při podrobení lopatky 1 velkým napětím a by bylo těleso lopatky 1 vytahováno směrem ven z kruhového prstence 3.

Kruhový prstenec 3 je opatřen šroubovým otvorem pro prostředek 7 pro připojení, prostě pro spojovací šroub. Jak již bylo výše uvedeno, je každá lopatka 1 připevněna k hlavě ventilátoru prostřednictvím spojovacích šroubů, které jsou vloženy do šroubových otvorů v kruhovém prstenci 3 a které jsou zašroubovány do hlavy ventilátoru nebo do držáku, uspořádaného na této hlavě.

Shora popsaná lopatka 1 ventilátoru je v porovnání s doposud používanými kovovými lopatkami velmi lehká a kromě toho odolává i velmi vysokým rychlostem otáčení ventilátoru, aniž by docházelo k poškození její základny v oblasti šroubového spojení.

Složení vláken a plastické hmoty v kompozitním materiálu 6 základny lopatky 1 je zvoleno tak, že tento kompozitní materiál 6 má lineární charakteristiku roztažnosti, která je přizpůsobena materiálu kovového kruhového prstence 3 čímž se pokud možno co nejvíce snižuje účinky roztahování a smršťování kovového kruhového prstence 3 při různých teplotních podmínkách, to znamená tak, že kompozitní materiál 6 je schopen následovat kovový kruhový prstenec 3 v jeho pohybu, který je závislý na teplotě.

Za tímto účelem je vyztužení základny lopatky 1 kovovými vlákny u příkladného provedení lopatky 1 ventilátoru podle tohoto vynálezu doplněno rovněž vyztužením uhlíkovými vlákny, které je při výrobě lopatky 1 ve formě uspořádáno mezi skelnými vlákny v oblasti kovového

-3CZ 287302 B6 kruhového prstence 3 tak, že v hotové lopatce 1 probíhá v podstatě příčně k těmto skelným vláknům v kompozitním materiálu 6.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Lopatka rotoru, určená k připojení k hlavě rotoru, jako je lopatka (1), určená k připojení k hlavě ventilátoru, vyznačující se tím, že lopatka (1) rotoru je vyrobena v podstatě z kompozitního materiálu (6) z vlákny vyztuženého plastického materiálu, přičemž základna lopatky (1) rotoru je opatřena kovovým kruhovým prstencem (3) s prostředky (7) pro připojení lopatky (1) rotoru k hlavě, uvedený kovový kruhový prstenec (3) je opatřen otvorem (4), jehož průřezová oblast se ve směru ven z lopatky (1) rotoru zvětšuje, přičemž v otvoru (4) kovového kruhového prstence (3) je uspořádán pevný výztužný prvek (5) a přičemž je v kovovém kruhovém prstenci (3) uložen kompozitní materiál (6) a výztužná vlákna v základně lopatky (1) rotoru probíhají do otvoru (4) kovového kruhového prstence (3) mezi pevným výztužným prvkem (5) a stěnou otvoru (4) v podstatě rovnoběžně s tímto pevným výztužným prvkem (5) a s touto stěnou otvoru (4).
2. 2. Lopatka rotoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že otvor (4) kovového kruhového prstence (3) má tvar komolého kužele.
3. 3. Lopatka rotoru podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pevný výztužný prvek (5) obsahuje uhlíková vlákna.
4. 4. Lopatka rotoru podle nároku 3, vyznačující se tím, že pevný výztužný prvek (5) je vytvořen z pásu z uhlíkových vláken, který je navinut do kotoučovitého válce a který je v průběhu výroby lopatky (1) rotoru ve formě uspořádán v rotoru (4) kovového kruhového prstence (3) za účelem přitlačování výztužných vláken v otvoru (4) ve směru stěny otvoru (4).
5. 5. Lopatka rotoru podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že složení kompozitního materiálu (6) z vláken a z plastického materiálu v základně lopatky (1) rotoru je zvoleno tak, že tento kompozitní materiál (6) má lineární charakteristiku roztažnosti, přizpůsobenou materiálu kovového kruhového prstence (3).
6. 6. Lopatka rotoru podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že kompozitním materiálem (6) je epoxidový plastický materiál, vyztužený skelnými vlákny.
7. 7. Lopatka rotoru podle nároků 5a 6, vyznačující se tím, že vyztužení skelnými vlákny je v základně lopatky (1) rotoru doplněno vyztužením uhlíkovými vlákny, která probíhají v podstatě příčně ke skelným vláknům, obsaženým ve vyztužení základny skelnými vlákny.