Strength Analysis of a Ducted Axial Fan Blade

• Autorzy: Rośkowicz M. , Chachurski R. , Tkaczuk S. , Leszczyński P. , Majcher M. , Omen Ł.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.7334

Warianty tytułu

PL

Analiza wytrzymałościowa łopaty osiowego wentylatora kanałowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a numerical strength analysis of a ducted axial fan blade. Ducted axial fans are a large group of fluid-flow machines. The analysis was designed to determine the causes of cyclic failures of a ventilation unit. The paper presents a reverse engineering approach to the mapping of the fan blade’s geometrical features. The geometrical features were mapped by triangulation from the scanning images produced by a 3D optical scanner. These were followed by simplifying assumptions on which the numerical calculations were based. The numerical calculations were carried out at the operating rotational speeds of the ducted axial fan’s rotor. The course of the numerical calculations is described, and their results are also presented herein. The results are represented on colour maps of stress distribution for selected structural elements of the fan blade. The stress distribution at a blade cross-section was compared to CT scans of the fractures of failed rotor blade airfoils. Final conclusions were developed which show that the design engineering process of fans should feature optimisation of the fan’s efficiency, including the strength and performance parameters, which should include the service life of the fan.

PL

W pracy przedstawiono numeryczną analizę wytrzymałościową łopaty osiowego wentylatora kanałowego. Wentylatory tego typu stanowią liczną grupę maszyn przepływowych. Wykonana analiza miała na celu określenie przyczyn powtarzających się cyklicznie awarii zespołu wentylacyjnego. Zaprezentowano sposób odwzorowania geometrii łopaty wentylatora poprzez zastosowanie metody inżynierii odwrotnej. Przy odwzorowywaniu geometrii wykorzystano skany otrzymane za pomocą skanera optycznego na zasadzie triangulacji. Następnie przedstawiono założenia upraszczające, na których oparte zostały obliczenia numeryczne. Obliczenia te przeprowadzono dla eksploatacyjnych prędkości obrotowych wirnika wentylatora. Z kolei opisano przebieg samych obliczeń numerycznych, a także przedstawiono uzyskane wyniki. Wyniki te zaprezentowano w postaci kolorowych map rozkładu naprężeń dla wybranych elementów konstrukcji łopaty. Rozkład naprężeń w przekroju poprzecznym łopaty porównano z tomograficznymi fotografiami przełomów zniszczonych piór łopat wirnika. Opracowano wnioski końcowe, z których wynika, że w procesie konstruowania wentylatorów powinna być wykonana optymalizacja nie tylko w obszarze jego sprawności, ale również w obszarze parametrów wytrzymałościowych i użytkowych, w tym między innymi trwałości eksploatacyjnej urządzenia.

Słowa kluczowe

EN

axial fan; reverse engineering; numerical calculations; strength calculations

PL

wentylator osiowy; inżynieria odwrotna; obliczenia numeryczne; obliczenia wytrzymałościowe

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 9, Nr 4 (34)
• Strony: 85--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Rośkowicz M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Chachurski R.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Tkaczuk S.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Leszczyński P.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Majcher M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Omen Ł.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Aerovent. Surge, Stall, and Instabilities in Fans. Information and Recommendations for the Engineer, Fan Engineering (FE - 600), Twin City Fan Companies Ltd., 2012.
• [2] Bamberger Konrad, Thomas Carolus. 2012. Optimization of axial fans with highly swept blades with respect to losses and noise reduction. FAN 2012 Senlis (France), 18-20 April, 2012.
• [3] Beskales Samer Anwer, Samir Sobhy Ayad, Maher Gamil Higazy, Osama Ezzet Abdellatif. 2013. The effect of tip end-blade geometry on the axial fans performance. In Proceedings of Eleventh International Conference of Fluid Dynamics ICFD11, Alexandria, Egypt, December 19-21, 2013.
• [4] Dzierżanowski Paweł, Michał Łagosz, Ryszard Prociak. 1984. Konstrukcja silników lotniczych. Wstęp. Część I. Konstrukcja silników turbinowych. Warszawa: Wydawnictwo WAT.
• [5] Dżygadło Zbigniew, Mieczysław Łyżwiński, Jerzy Otyś, Stefan Szczeciński, Ryszard. Wiatrek. 1982. Napędy lotnicze. Zespoły wirnikowe. Warszawa: Wydawnictwo WKiŁ.
• [6] Fortuna Stanisław. 1999. Wentylatory. Podstawy teoretyczne, zagadnienia konstrukcyjno-eksploatacyjne i zastosowanie. Kraków: Wydawnictwo Techwent.
• [7] Hendiger Jacek. 2012. „Akustyka instalacji wentylacyjnej, czyli: co szumi, co tłumi?”. Instal Reporter 4.
• [8] Álvarez Roberto Arias, Javier Fernando López. 2007.“Fan protection against stalling phenomenon”. EUROVENT 1/11.
• [9] Regulation (EC) No. 327/2011 of 30 March 2011.
• [10] SaskPower. Fans & Blowers. Energy Efficiency Reference Guide. CEATI International Inc., 2008.
• [11] Szczeciński Stefan, Włodzimierz Balicki, Ryszard Chachurski, Paweł Głowacki, Krzysztof Kawalec, Adam Kozakiewicz, Jerzy Szczeciński. 2009. Lotnicze zespoły napędowe. Część 1. Warszawa: Wydawnictwo WAT.
• [12] Urasiński Piotr. 2001. „Oddymianie i optymalna zabudowa wentylatorów osiowych”. Polski Instalator 2.
• [13] Xuemin Ye, Li Pengmin, Li Chunxi, Ding Xueliang. 2015. “Numerical investigation of blade tip grooving effect on performance and dynamics of an axial flow fan”. Energy 82 : 556 - 569.
• [14] Yang Li, Ouyang Hua, Du Zhao-Hui. 2007. “Optimization design and experimental study of low-pressure axial fan with forward-skewed blades”. International Journal of Rotating Machinery (10 pages).
• [15] Novovent, Winder, http://www.novovent.com/assets/files/pdf/descargas/eng/Winder-erp2015-2013-12pag-Novovent.pdf.
• [16] Zitron, Fan Protection, http://www.zitron.com/download/FanProtection.pdf.