Складальні напруження в робочому колесі відцентрового вентилятора

Abstract

Проаналізовано умови роботи відцентрових вентиляторів, причини виходу з ладу їх робочих коліс і встановлено, що найбільш небезпечним є втомне руйнування заднього диска та конічної кришки у місці їх з’єднання зі ступицею за допомогою болтів із гайками. Зроблено огляд методів складання напружених конструкцій в машинобудуванні. Сформульовано та розв’язано задачу про складальні напруження в системі «задній диск (кільцева пластина) – ступиця – конічна кришка (конічна оболонка)», які спричинені похибкою формоутворення конічної поверхні оболонки. Встановлено, що найбільші еквівалентні напруження, обчислені з використанням енергетичної теорії міцності, досягаються на внутрішній межі спряження заднього диска зі сходинкою ступиці. Запропоновано методику розрахунку величини взаємного переміщення (попереднього зазору) при складанні заднього диска, ступиці та конічної кришки, яке забезпечує заданий коефіцієнт запасу міцності робочого колеса.

The operation conditions of centrifugal fans and the reasons of the impellers’ failures were analyzed and found that the most dangerous is fatigue failure of the hub plate and a conical lid in place of their connection to the hub with bolts and washers. The review of methods for composing the stressed structures in the mechanical engineering was done. We’ve formulated and solved the problem about assembly stresses in the “hub plate (cir-cular plate) – hob – conical cap (conical shell)” system that were caused by the error of forming of a conical surface shell. To describe an axially symmetrical design of the composed structure we used an equation from the classical theory of conical shells and circular plates. Fitting conditions of the shell and the plate take into account the presence of the technological joint gap (tension). Based on the analytical solution of the problem it was revealed that the biggest equivalent stresses, calculated using the maximum-strain-energy of failure theory, can be achieved on the inner boundary of fitting hub plate and hob step. We suggest the methodology of calculating the amount of relative motion (previous gap) when composing the hub plate, hob and conical shell that provides a specified safety factor of the impeller.