PL182614B1 - Łopatka wirnika - Google Patents

Abstract

1. Lopatka wirnika do zamocowania do piasty w wirniku, taka jak lopatka do zamocowa- nia do piasty wentylatora, znam ienna tym , ze lopatka ( 1 ) wirnika jest zasadniczo z materialu kompozytowego ( 6) z tworzywa sztucznego wzmocnionego wlóknami, a podstawa lopatki ( 1 ) wirnika zawiera metalowy pierscien (3) z ele- mentami (7) do zamocowania lopatki (1) wirnika do piasty, przy czym pierscien (3) posiada otwór (4), którego pole przekroju poprzecznego zwie- ksza sie w kierunku od lopatki ( 1 ) wirnika, zas w otworze (4) pierscienia (3) jest umieszczony szty- wny element wzmacniajacy (5) oraz material kompozytowy ( 6), przy czym wlókna wzmac- niajace materialu kompozytowego ( 6) w podsta- wie lopatki (1) wirnika sa ulozone w otworze (4) pierscienia (3) pomiedzy elementem wzmac- niajacym (5) i sciana otworu (4) równolegle do nich. Fig. 4 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest łopatka wirnika. Obecny wynalazek dotyczy łopatki wirnika przeznaczonej do zamocowania do piasty w wirniku, takiej jak łopatka do zamocowania do piasty wentylatora.

Łopatki wentylatora są zwykle wykonane z metalu, na przykład ze stali lub aluminium. Obecnie istnieje potrzeba wytwarzania łopatek wentylatora z materiału bardziej odpornego chemicznie niż metal, a konsekwentnie takiego, który będzie odporny na chemicznie agresywne środowisko w lepszy sposób niż metal, na przykład dla zastosowania w przemyśle chemicznym.

Istnieje również potrzeba wykonywania lżejszych łopatek wentylatora, co oznacza, że wentylator, na którym łopatki są mocowane może pracować przy większych prędkościach oraz w niektórych przypadkach, można wykonać wentylator mniejszy i tym samym tańszy.

Dlatego podjęto próby produkowania łopatek wentylatora z materiału kompozytowego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami.

Takie łopatki wentylatora są chemicznie odporne oraz lekkie, jednak napotkano trudności z zamocowaniem ich do piasty wentylatora w zadawalający sposób. Połączenie pomiędzy łopatką i piastąjest zazwyczaj połączeniem śrubowym ze śrubami, które przechodzą przez podstawę łopatki i są wkręcone w piastę lub umieszczoną na niej obsadę. Niestety, zauważono, że łopatki wentylatora wykonane z materiału kompozytowego mają tendencję do niszczenia się przy dużych prędkościach wentylatora, a zatem przy dużym naprężeniu, ponieważ pęknięcia pojawiają się w podstawie łopatki w obszarze połączenia śrubowego.

Celem wynalazku jest skonstruowanie łopatki wirnika, zwłaszcza łopatki wentylatora, która ma pożądane własności oraz może być zamocowana do piasty wirnika tak, że nie ulegnie zniszczeniu przy dużych prędkościach, gdy jest poddana dużemu naprężeniu.

182 614

Łopatka wirnika do zamocowania do piasty w wirniku, taka jak łopatka do zamocowania do piasty wentylatora, według wynalazku charakteryzuje się tym, że łopatka wirnika jest wykonana zasadniczo z materiału kompozytowego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami, a podstawa łopatki wirnika zawiera metalowy pierścień z elementami do zamocowania łopatki wirnika do piasty, przy czym pierścień posiada otwór, którego pole przekroju poprzecznego zwiększa się w kierunku od łopatki wirnika, zaś w otworze pierścienia jest umieszczony sztywny element wzmacniający oraz materiał kompozytowy, przy czym włókna wzmacniające materiału kompozytowego w podstawie łopatki wirnika są ułożone w otworze pierścienia pomiędzy elementem wzmacniającym i ścianą otworu równolegle do nich.

Korzystnie otwór w pierścieniu ma kształt stożka ściętego.

Korzystnie element wzmacniający zawiera włókna węglowe.

Korzystnie element wzmacniający jest utworzony ze splotki włókien węglowych, która jest zwinięta w zwój o kształcie tarczy.

Korzystnie materiałem kompozytowymjest tworzywo epoksydowe wzmocnione włóknami szklanymi.

Korzystnie wzmocnienie włóknami szklanymi w podstawie łopatki wirnikajest uzupełnione przez wzmocnienie włóknami węglowymi, które są ułożone poprzecznie do włókien szklanych we wzmocnieniu włóknami szklanymi w podstawie.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 jest widokiem z boku łopatki wentylatora według obecnego wynalazku, fig. 2 jest widokiem z góry łopatki wentylatora, fig. 3 jest przekrojem łopatki wentylatora wzdłuż linii ΙΠ-ΠΙ z fig. 1, oraz fig. 4 odpowiada fig. 3, lecz pokazuje część podstawy łopatki wentylatora w większej skali.

Rysunek przedstawia łopatkę wentylatora 1, która ma zostać zamocowana do piasty (nie pokazanej) w wentylatorze (nie pokazanym) za pomocą czterech śrub mocujących (nie pokazanych), które zostaną wkręcone w piastę lub umieszczoną na niej obsadę.

Łopatka 1 jest wykonana z materiału kompozytowego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami.

W korzystnym przykładzie wykonania, materiał kompozytowyjest tworzywem epoksydowym wzmocnionym włóknami szklanymi i węglowymi. Jednakże, również inne włókna niż włókna szklane i włókna węglowe, na przykład włókna aramidowe, mogą zostać użyte jako włókna wzmacniające. Także inne polimery niż tworzywo epoksydowe mogą być stosowane jako osnowa.

W procesie wytwarzania łopatki 1, dwie maty, każda składająca się z kilku warstw ukierunkowanych włókien szklanych, oraz umieszczony pomiędzy nimi rdzeń 2 z tworzywa sztucznego (fig. 4) sąukładane w formie, po czym kolisty pierścień 3 z metalu, na przykład ze stali, jest umieszczany w formie na jednym jej końcu. Pierścień 3 posiada otwór 4 o kształcie stożka ściętego, którego pole przekroju poprzecznego zwiększa się w kierunku od formy. Włókna szklane, na tym końcu mat, który znajduje się najbliżej pierścienia 3 (ten koniec stanowi koniec z podstawągotowej łopatki 1), są wprowadzone w otwór 4 pierścienia 3 i dociskane do ściany otworu 4. Wiązka włókien szklanych jest umieszczona w części A, pokazanej liniami przerywanymi na fig. 4, pomiędzy włóknami szklanymi mat dociśniętymi do ściany otworu 4. Splotka włókien węglowych, która jest zwinięta w zwój o kształcie tarczy i która ma utworzyć sztywny element wzmacniający 5 w gotowej łopatce 1, jest umieszczona w otworze 4 pierścienia 3 przy wiązce włókien szklanych w celu przytrzymywania włókien szklanych w tej pozycji, gdy są dociskane w kierunku ściany otworu 4. Forma jest zamykana, po czym wtryskiwane jest tworzywo epoksydowe tak, aby uformować łopatkę 1.

Tak więc, gotowa łopatka 1 składa się z materiału kompozytowego 6, (włączając w to obszar A) ze wzmocnionego włóknami szklanymi tworzywa epoksydowego, posiadającego rdzeń 2 z tworzywa sztucznego oraz elementu wzmacniającego 5 w postaci kompozytu włókna węglowe/ tworzywo epoksydowe.

Podstawa łopatki 1 składa się z metalowego pierścienia 3, elementu wzmacniającego 5 oraz tej części materiału kompozytowego 6, która znajduje się w otworze 4 pierścienia 3 i w któ4

182 <414 rej włókna szklane rozciągająsię stożkowo wzdłuż ścian otworu 4, pomiędzy ścianąa elementem wzmacniającym 5, co chroni włókna szklane w pierścieniu 3 przed wciskaniem w kierunku środka pierścienia, gdy łopatka 1 jest poddawana dużemu naprężeniu oraz chroni korpus łopatki 1 przed wypchnięciem z pierścienia 3.

Pierścień 3 ma otwory 7 na śruby dla każdej śruby mocującej. Jak wspomniano powyżej, łopatka 1 jest zamocowana do piasty za pomocą śrub mocujących, które wkłada się w otwory 7 w pierścieniu 3 i wkręca w piastę lub umieszczoną na niej obsadę. Wyżej opisana łopatka 1 wentylatora jest lekka w porównaniu ze stosowanymi wcześniej łopatkami metalowymi, a ponadto wytrzymuje duże szybkości wentylatora bez zniszczenia podstawy w sąsiedztwie połączenia śrubowego.

Kompozycja włókien i tworzywa sztucznego w materiale kompozytowym 6 w podstawie łopatki 1 została dobrana w taki sposób, że znajdujący się w niej materiał kompozytowy ma liniową charakterystykę rozszerzalności, która jest dostosowana do metalowego pierścienia 3, zmniejszając dzięki temu, maksymalnie jak to możliwe, efekt rozszerzania i kurczenia się pierścienia 3 pod wpływem różnych warunków temperaturowych, to jest w taki sposób, że materiał kompozytowy jest w stanie dostosować się do pierścienia 3, jeżeli chodzi o jego ruchy zależne od temperatury. Wzmocnienie włóknami szklanymi w podstawie łopatki 1 jest, w korzystnym przykładzie wykonania łopatki 1 wentylatora, uzupełnione przez wzmocnienie włóknami węglowymi z włóknami węglowymi, które w procesie wytwarzania łopatki w formie, są umieszczone pomiędzy włóknami szklanymi w obszarze pierścienia tak, że rozciągają się w gotowej łopatce 1 zasadniczo poprzecznie do włókien szklanych w materiale kompozytowym.

182 614

Fig. 4

182 614

Fig. 3

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Łopatka wirnika do zamocowania do piasty w wirniku, takajak łopatka do zamocowania do piasty wentylatora, znamienna tym, że łopatka (1) wirnika jest zasadniczo z materiału kompozytowego (6) z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami, a podstawa łopatki (1) wirnika zawiera metalowy pierścień (3) z elementami (7) do zamocowania łopatki (1) wirnika do piasty, przy czym pierścień (3) posiada otwór (4), którego pole przekroju poprzecznego zwiększa się w kierunku od łopatki (1) wirnika, zaś w otworze (4) pierścienia (3) jest umieszczony sztywny element wzmacniający (5) oraz materiał kompozytowy (6), przy czym włókna wzmacniające materiału kompozytowego (6) w podstawie łopatki (1) wirnika są ułożone w otworze (4) pierścienia (3) pomiędzy elementem wzmacniającym (5) i ścianą otworu (4) równolegle do nich.
2. 2. Łopatka według zastrz. 1, znamienna tym, że otwór (4) w pierścieniu (3) ma kształt stożka ściętego.
3. 3. Łopatka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że element wzmacniający (5) zawiera włókna węglowe.
4. 4. Łopatka według zastrz. 3, znamienna tym, że element wzmacniający (5) jest utworzony ze splotki włókien węglowych, która jest zwinięta w zwój o kształcie tarczy.
5. 5. Łopatka według zastrz. 1, znamienna tym, że materiałem kompozytowym (6) jest tworzywo epoksydowe wzmocnione włóknami szklanymi.
6. 6. Łopatka według zastrz. 5, znamienna tym, że wzmocnienie włóknami szklanymi w podstawie łopatki (1) wirnika jest uzupełnione przez wzmocnienie włóknami węglowymi, które są ułożone poprzecznie do włókien szklanych we wzmocnieniu włóknami szklanymi w podstawie.