CN103047157B - 电机侧向外置式调速型轴流通风机 - Google Patents

Abstract

一种电机侧向外置式调速型轴流通风机。它主要是解决现有轴流风机结构复杂、检修不便、成本较高等技术问题。由内筒体(6)、外筒体（7）、叶轮(11)、传动箱(4)、调速装置(16)、传动轴（14）、电机（18）等组成，传动箱（4）的输入轴与输出轴成90°布置，输入轴通过联轴器与布置在筒体外侧的调速器（16）和电机（18）相联接。它改善电机的工作环境和受力状况，工作更为可靠，使用寿命长，整机制造成本大幅降低，并且检查维修及叶片的调整更加方便。并可实现风机的软启动及防止过载。它可广泛用于矿山，冶金、化工、电厂等行业中，特别是用于具有爆炸、高温、腐蚀等工作场合的通风装置。

Description

电机侧向外置式调速型轴流通风机

技术领域

本发明涉及一种通风机，特别是一种轴流式通风机。

背景技术

通风机是广泛应用于国民经济各行业的通用机械。分离心风机和轴流风机两大类。所谓轴流风机，就是指在轴向剖面上，气流在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动的通风机，从外表看，轴流风机的壳体又是风道的一部分，风机的叶片沿圆周方向均匀布置在轮毂上，轮毂固定安装在沿轴线方向布置的电机轴伸上。这种风机因具有流量大，体积小，压头低的特点，主要应用在各种需要大流量的通风系统中。通过多级组合，提高压力，并应用于矿井的通风系统，则更为普遍。比较成熟的产品有FBCDZ系列隔爆对旋轴流式主通风机。这种风机跟普通的轴流风机的结构基本相同。电机沿筒体轴向布置，叶轮固定在电机轴伸上。但是，考虑到输送的介质中含有一定的可燃可爆成份。配套的电机要求具有防爆性能，并且，要求把电机与气体流道完全隔离。于是，在结构上将筒体设计为内、外套装的形式。内、外筒体之间的环形空间为流道。电机安装在内筒中。并采取密闭措施。考虑到电机安装座的结构强度及电机通风散热的需要，在内外筒体间设置若干个棱形或椭圆形通风管。因电机是轴向安装的，长度尺寸较大，又考虑到电机安装、维护及通风的需要，风机的筒体长度一般比电机还要长500-800mm，这样，使得整个风机的长度尺寸较大。一般地，单级风机主机的长度为叶轮直径的0.8-1.1倍。

现有结构的轴流风机的叶轮，都是固定支承在电机前端的轴伸上，形成悬臂支承。由于，叶轮的重量较大，在运行过程中，既有径向的动载荷，又有轴向载荷，电机前端的轴承受力状况不好。轴承的润滑条件也差，虽然设计了进、出油管从筒体外面注油。但是，因多种原因，电机轴承的润滑问题一直没有很好解决，电机轴承烧坏和过早磨损并因此造成烧毁电机的现象常有发生。电机或轴承损坏等故障频繁，其维护，检修工作却并不容易。因为，电机很笨重，又有叶轮固定安装在轴上，无论是拆卸还是吊装，工作量和工作难度都相当大。尽管，风机筒体大都是对开式可拆结构，要揭开筒体上部分，卸下叶轮，把电机取出来或装上去，都不是件容易的事。需动用大吨位吊车且不说，解体后再安装上去，其安装精度是很难保证的。

电机的维护工作难道很大，叶片的调整和检查也存在相当的难度。应用于煤矿的主通风机，为了适应矿井工况条件的需要，常常需要对叶片的角度进行调整，以改变其风量风压的大小。在调整过程中，通常的办法是，在风机主机筒体下部设置滚动装置和轨道，在需要调整时，把主机拖离安装位置，然后逐个叶片调整，然后，再把主机拖回原位安装。

为了解决轴流风机电机工作环境差及受力状况不良的问题，一种长轴风机应运而生。所谓长轴风机，就是将电机安装在风机主机轴向方向的外侧，将叶轮支承在由两个固定轴座支承的轴端。支承叶轮的轴和电机轴用长轴及联轴器联接起来。由于，风机主机的两端还要连接进风口、集流器、扩散塔、消声器、内外筒体等部件，长轴要一一穿过这些部件，才能连接到机体之外的电机上。其传动轴的长度通常有十多米。最少也有七、八米。如此长的传动轴，且不论制造难道如何，就其安装精度的保证，就是一件很棘手的事情。叶轮支承在两个简易的固定支承座上。轴承的受力状况也没有根本好转，也容易损坏。

应用于矿井通风的轴流风机，安全运行问题尤其关键。处理的介质是含有可燃可爆的气体，风机的运行直接影响到矿井生产和人身的安全。电机安装在流道中，很多因素的的影响都会造成风机的运行安全。因此，电机一般选用具有防爆性能的产品。而防爆电机的造价或采购价，一般为普通电机的1.3-1.5倍。因电机价格影响及结构设计中安全因素的考虑。矿用防爆轴流风机的造价不菲，动辄上百万，个别高达千万。

应用于矿井通风的轴流风机，存在上述问题。应用于高温、腐蚀，含湿量大的烟气处理场合的轴流风机，同样也存在一些问题。那就是电机安装在相对密闭的内筒中，尽管有通风管保证散热。但是，散热效果并不理想。电机轴承的温升速度更高。为保证电机的安全工作，通常的做法是提高电机的防护等级，造成造价的显著增加。

通风机的在运行中，系统对风量、风压的要求不是一成不变的，通常要采用机械或电气装置调节风机的转速，改变性能值以适应系统的要求。对大型风机，还要求有软起动和防过载装置保证电机的启动和运行安全。离心风机一般都采用液力耦合器或液粘调速器，来满足上述要求，但是，传动结构型式的轴流风机，电机安装在风道里面，不便于安装调速装置，需要调速时，唯一的办法是采用变频调速装置，而大型风机一般采用高压电机，其高压变频器的造价非常昂贵，比如一台1000Kw的电机，高压变频器的价格通常在80-100万元，是普通机械调速装置的3-5倍。

发明内容：

为了彻底解决现有轴流通风机电机的工作环境差和受力状况不良以及检查维修难道大等一系统的技术问题，本发明提供一种工作更为可靠、使用寿命更长、生产成本大幅降低、且检查维修及叶片的调整更加方便的电机侧向外置式调速型轴流通风机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包括壳体、筒圈10、叶轮11、传动箱4、传动轴14、调速装置16、电机18。所述壳体由内筒体6、外筒体7同轴套装并在两筒体之间形成环形空间作为气流通道，并在外筒体7与内筒体6之间设置内筒支撑2，且内筒体6的外径小于外筒体7的内径，外筒体7的长度大于内筒体6的长度；筒圈10与外筒体7的一端相配合连接，在内筒体6内装传动箱。传动箱的输出轴与安装在筒圈10内的叶轮11相连接；传动箱的输出轴与输入轴及传动轴14成90°布置。

所述叶轮传动装置采用箱式结构，它包括传动箱4、叶轮驱动轴和支撑轴承；在外筒体7内腔下部设置内筒支撑2，在内筒体内腔下部设置支座3，传动箱4安装在支座3上，传动箱4输出轴与输入轴的轴线，在水平面上可以在同一平面上，也可以不在同一平面上。传动箱4输出轴与传动轴14的轴线也互成90°，并且可视需要布置在同一平面上或两个平行的不同平面上；在传动箱4内设置储油空腔和循环水冷却通道；储油腔与循环水通道互不相通。在内筒体7的两端分别设置有内筒端板5，传动箱的输出轴穿过内筒端板与安装在筒圈10内的叶轮11相连接。传动箱的输出轴的两支承之间设置齿轮，同时，在传动箱4的输入轴上相应设置齿轮，输出轴上齿轮与输入轴上的齿轮相互啮合。齿轮可采用圆弧锥齿轮传动或交错轴斜齿轮。

本发明的传动轴14的外端与电机18相连接，并在传动轴14与电机18之间设置联轴器和调速装置16。电机18和调速装置16安装在电机支座17上。传动轴14和中心线与壳体的中心轴线成90°布置。传动轴一端与电机18输出轴相接，另一端穿过外筒体7和内筒体6与传动箱输入轴相联接。所述调速装置采用液力传动。

本发明也可将壳体的内筒体6、外筒体7沿水平方向在直径处剖分成上下两部分，在外筒体7一侧的上下两半部分之间设置铰接座15和销轴使上下两半部分相互铰接，在外筒体7下半部分的另一侧设置推杆支座13，推杆支座13上设置电液推杆12，外筒体7上半部分另一侧与电液推杆12的上端连接。还可在外筒体7的一侧或上部设置外筒检查孔并配合安装有外筒检查孔盖板8；在内筒体6对应外筒检查孔位置设置内筒检查孔并配合安装有内筒检查孔盖板9。

本发明是在传统结构形式的轴流通风机基础上进行的大量改进，即把电机安装在主机筒体之外的侧向位置，把风机叶轮安装传动箱的输出轴上，传动箱与电机之间用传动轴、调速装置、联轴器连接，从而可使电机工作环境和受力状况得到很大的改善，工作更为可靠，使用寿命长，特别是应用于煤矿等需要防爆的场合，可采用普通电机代替防爆电机，应用于高温场合，不需考虑电机的通风措施，从而使整机的制作成本大幅降低，且检查维修及叶片的调整更加方便。它可广泛用于矿山，冶金、化工、电厂等行业，特别是用于具有爆炸、高温、腐蚀等工作场合的通风装置。

附图说明

图1是本发明的正向结构剖视示意图。

图2是本发明的A-A剖面示意图，亦是本发明的摘要附图。

图3是本发明的传动箱正向结构示意图。

图4是本发明的传动箱侧向示意图。

图5是本发明的筒体结构正向示意图。

图6是本发明的筒体结构侧向示意图。

图7是本发明的筒体旋转后的侧向示意图。

图8是本发明两台组合对旋式结构实施例示意图。

图9是本发明对旋轴流风机配套全部组件的实施例结构示意图。

图中：1-支撑装置，2-内筒支撑，3-支座，4-传动箱，5-内筒端板，6-内筒体，7-外筒体，8-外筒检查孔盖板，9-内筒检查孔盖板，10-筒圈，11-叶轮，12-电液推杆，13-推杆支座，14-传动轴，15-铰接座，16-调速装置，17-电机支座，18-电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，它包括壳体、筒圈10、叶轮11、传动箱、联轴器、调速装置和电机18，所述壳体由内筒体6、外筒体7同轴套装，并在两筒体之间形成环形空间作为气流通道，在外筒体7与内筒体6之间设置内筒支撑2，筒圈10与外筒体7的一端相配合连接，在内筒体6内安装传动箱，在传动箱的输出轴上穿过内筒端板与安装在筒圈10内的叶轮11相连接；传动装置上的输出轴与传动轴14、电机输出轴成90°直角布置，并形成活动联接。在外筒体7内腔下部设置内筒支撑2，在内筒内腔下部设置支座3，传动箱4安装在支座3上。传动装置的输出轴与输入轴，及输入轴与传动轴14的轴线，可以视需要设置在同一水平面上，或设置在平行的两水平面上；在传动箱4内设置有储油空腔和循环水冷却通道；在内筒体7的两端分别设置有内筒端板5，传动箱的输出轴穿过内筒端板与安装在筒圈10内的叶轮11相连接。传动箱的输出轴的两支承之间设置齿轮，在输入轴上前也设置齿轮，输出轴和输入轴上的齿相互啮合。齿轮采用相互啮合圆弧锥齿轮或交错轴斜齿轮。传动轴14通过联轴器与布置在筒体外侧的调速装置16和电机18相联接。这种结构的轴流风机，电机的工作环境和受力状况得到很大的改善，工作更为可靠，使用寿命长，特别是应用于煤矿等需要防爆的场合，可采用普通电机代替防爆电机，可应用于高温场合，不需考虑电机的通风措施。从而，减少电机的制造或采购成本。加之，结构件的材料消耗大量减少，整机的制作成本大幅降低。由于结构的改进，检查维修及叶片的调整更加方便。

传动箱4采用是箱式结构的齿轮变速箱，变速箱的输入输出速比可以大于或小于或等于1，输入轴和输出轴通过箱体上的轴承支承；在传动箱4内设置储油空间和冷却水通道，并互相隔离。冷却水主要对传动箱4的轴承进行散热，箱内润滑油对齿轮和轴承进行润滑和冷却。箱内的冷却水的进、出口可通过管道接到筒体外，与室外供水管道相连接。传动箱4的传动轴14可通过联轴器和较短的传动轴14与安装在筒体侧向位置之外的调速装置连接，调速装置16与电机18的输出轴联接，叶轮驱动轴与传动轴14联接。电机18轴线方向一般与筒体的轴线方向垂直，但不一定在同一水平面上。电机可不采用防爆或防护等级较高的产品，而可采用普通电机，只作简单的防雨防尘措施即可。

传动箱的齿轮和轴承可通过采用稀油润滑和冷却措施，有效提高工作可靠性和延长使用寿命。传动箱4的长度尺寸较电机小很多。并且，不需考虑通风和散热等问题，主机的总长度可减少，单机的材料消耗和制作难度均有减少，制作成本也要下降很多。同时，使风机的整个机组的安装空间减少。同时，在结构上进行优化和完善，使之结构更为紧凑，检查维护更简单方便。电机外置在筒体之外，内筒中的传动箱也不需采取严格的密闭措施。

壳体除非在考虑运输问题需做成剖分式结构外，一般可做成整体结构。参阅图1至9。

实施例2，本发明的传动轴14的外端与电机18相连接，并在传动轴14与电机18之间设置联轴器和调速装置。电机18和调速装置安装在电机支座17的同一轴线上并与风机筒体的中心轴线成90°分布，与电机18输出轴相接的传动轴14穿过外筒体7和内筒体6并与叶轮转轴相配合形成驱动配合联接。所述调速装置可采用液力耦合器16，即在电机18的输出轴与传动轴14之间设置液力耦合器16，电机18和液力耦合器16安装在电机支座17的同一轴线上。

调速装置除可采用液力耦合器外，也可采用液粘调速器，并安装在传动轴14和电机18之间。这种调速装置的工作原理是：偶合器工作腔内充入一定量的工作液，工作轮泵从电机上获得机械能，并转化为液体能，推动涡轮旋转，涡轮把液体能转化为机械能，通过输出，带动工作机工作，周而复始，实现了从原动机到工作机之间的能量传递。该装置具有以下几方面的优点：用于需要调速的流体机械(如风机、泵类)时，有显著的节电效果，节电率可达20％～40％。能使电动机空载起动，又能利用其尖峰力矩作起动力矩，提高其起动能力，缩短电动机起动时间而使工作机滞后于电机缓慢起动。能协调功率平衡，减少电网冲击电流。减少冲击，防止动力过载，保护电机工作，不会因过载而损坏。结构简单，可靠，无机械磨损，能在环境恶劣的条件下工作，无需特殊维护，使用寿命长。

采用液力式机械调速装置，可实现风机的软启动及防止过载，更重要的是，它可通过采用液力调速装置调整风机的转速，改变风量风压等性能参数，以适应不同工作过程中对风量和风压的不同需要，实现“按需供（排）风”，达到节能之目的，节能效果明显。对电机功率小的工作场合，可以不配套调速装置，电机输出轴直接与传动轴联接。参阅图1至图9，其余同实施例1。

实施例3，本发明也可在外筒体7的下部设置支撑装置1。还可在内、外筒体上分别设计有可拆卸或快速开启的检查门，以方便检修人员从通孔门进入内筒或内、外筒体之间的环形空间中，进行调整、检查、维护等工作。具体来说，即可在外筒体7的一侧或上部设置外筒检查孔并配合安装有外筒检查孔盖板8；在内筒体6对应外筒检查孔位置设置内筒检查孔并配合安装有内筒检查孔盖板9。风机用于常温、无潮湿、无腐蚀、无可燃可爆的气体中，内筒可以省掉，传动箱直接安装在外筒内腔内的电机支座3上。

因传动箱4的外形尺寸较小，内部空间较大，检修人员可以拆除内、外筒体7上的检修门，进入内筒中或内、外筒体7间的环形空间，对传动箱4进行检查和维护，也可以对叶片进行调整。对机型较大的轴流风机，内部空间比较大，进行检修工作时可活动自如。参阅图1至9，其余同上述实施例。

实施例4，考虑运输问题或者小型轴流风机的检修问题，本技术方案还可将筒体做成剖分式结构。即可将壳体的内筒体6、外筒体7沿水平方向在直径处剖分成上下两部分，在外筒体7一侧的上下两半部分之间设置铰接座15和销轴使上下两半部分相互铰接，在外筒体7下半部分的另一侧设置推杆支座13，推杆支座13上设置电液推杆12，外筒体7上半部分另一侧与电液推杆12的上端连接。参阅图1至9，其余同上述实施例。

根据上述技术方案设计的电机侧向外置式调速型轴流通风机与传统结构的轴流通风机及长轴式轴流风机比较，有如下优势：

1、设计新颖。现有的轴流通风机，叶轮大都是固定在电机的轴端上，没有固定在传动箱上的。大型离心风机的叶轮有固定在传动箱上的，但是，电机与传动箱之间，都是通过皮带轮或轴端联轴器连接的，电机的轴线方向一般是与传动箱输出轴的轴线平行或同轴。本发明是把离心风机的传动箱在结构上进行改进移植到轴流风机上来。改进后有以下几方面的结构特点：一是电机18与传动箱4的连接方式改用传动轴14；二是电机18的轴线方向与传动箱4的叶轮驱动轴线垂直。同时，传动箱4的输出轴与输入轴在水平面上方向成90°布置，输出轴采用双支承，并且，尽量的增大双支承之间的距离，保证轴的受力状况良好。三是传动箱设计成可以输出大于或小于或等于输入转速的变速箱，不同于普通的减速箱。

2、制造成本低。轴流风机虽然结构简单，但是，应用于特殊工况场合的大型风机，电机安装在风机筒体内，要考虑防爆，防潮，防腐、耐高温。电机的造价或采购价一般都很高。对于同规格型号的电机，煤矿用的防爆电机比普通电机要高30-50%，对电厂、钢厂用的耐高温轴流风机，电机的防护等级要高，制作成本比普通电机高20%左右。对化工等行业用的防潮防腐轴流风机，制作成本则更高。采用本技术方案的电机侧向外置式调速型轴流通风机，可采用普通电机代替防爆电机和防护等级较高的电机，仅这一项的是成本就下降很多。举例说，矿用的30#对旋轴流风机，每台普通电机比防爆电机约节省20万元。

电机外置后，风机内部的结构简化，风机的筒体长度减少约三分之一。材料消耗减少，制造工艺简单，也要节省不少费用。还是以矿用30#对旋轴流风机来说，该部分的费用将近减少2万元。

采用液力耦合器作为风机的启动、调速装置，增加的费用，比采用高压启动柜的费用，也相对要少一些。

3、运行可靠性、安全性及使用寿命提高。轴流风机在运行过程中的故障，主要是电机方面的问题，如过载等原因引起轴承烧坏，如供油管道堵塞引起的润滑不良，如通风管道堵塞引起电机温升过高等等。采用传动箱和外置电机，并且在传动箱内增加水冷装置和稀油润滑等措施，轴承烧坏的可能性大在降低，即使有损坏，更换也要方便很多。电机不需供油管道进行润滑，也不需通风管道，基本上避免了电机的运行故障。电机安装在壳体之外，不与流道里的介质接触，在应用于煤矿排放含有瓦斯气体的场合，完全杜绝了爆炸的可能性。运行安全性得到很大提高。

4、适应性广。本技术方案把电机外置在筒体之外，不仅适应于可燃可爆工况场合的使用，如煤矿的通风。而且也适应于高温烟气的工况场合，如电厂钢厂。此外，电机外置后，内筒内只需外形尺寸较少的传动箱，内筒直径大小变化的随意性较大，从而使风机叶片和轮毂比设计的自由度更大，同机号风机的性能值范围更宽，适应性也得到提高。

5、外型尺寸少，节省安装空间。采用本技术方案的电机外置式结构，传动箱的长度比电机长度在小很多，安装传动箱的内筒长度也可以减少。从而，风机主机长度可以减少了三分之一至二分之一。

6、检修，维护和调整更为方便。传统结构方式的轴流风机，电机的维护和检查必须拆开外筒体，把电机拿出来。进行叶片的调整时，需把整个风机拖离安装位置才能进行。采用本技术方案，在外筒体上都有可拆卸通孔门，安装传动箱的内筒空间又相对宽敞。对大型的轴流风机，人员可以直接进入内筒中进行检查、维护和调整工作。对小型的轴流风机，风机筒体在剖分位置设计了铰接座和销轴，只需通过电液推杆把筒体的上半部分沿铰接轴旋转一定角度，人员就可以进入到内筒体中，而不需把整机拖离安装位置。

7、节能效果显著。传统的轴流通风机，很少有采用调速装置的。不管系统对风量风压的实际需求如何，风机都以同一转速运转。因此，在工矿企业，通风机都是耗能大户。采用本技术方案的轴流风机与离心风机一样，都可以采用液力耦合器进行调速，不仅能做到“按需供风”，而且，具有一定的节能效果。

Claims (6)

1.一种电机侧向外置式调速型轴流通风机，其特征在于：它包括壳体、筒圈（10）、叶轮（11）、传动箱(4)、传动轴(14)、调速装置(16)和电机（18），所述壳体由内筒体（6）、外筒体（7）同轴套装，两筒体之间形成环形空间作为气流通道，并在外筒体（7）与内筒体（6）之间设置内筒支撑（2），筒圈（10）与外筒体（7）的一端相连接，在内筒体（6）内安装传动箱(4)，在传动箱的输出轴一端安装叶轮（11）；传动箱(4)的输出轴与传动轴（14）成90°布置，传动箱（4）采用是箱式结构的齿轮变速箱，变速箱的输入输出速比可以大于或小于或等于1，输入轴和输出轴通过箱体上的轴承支承；在外筒体（7）内腔下部设置内筒支撑（2），支承内筒体（6）；传动箱（4）安装在内筒体（6）下侧的支座（3）上，输出轴与传动轴（14）成90°布置；叶轮驱动轴与传动轴（14）在水平方向，可在同一水平面上，也可以两个平行的水平面上；在内筒体（7）的两端分别设置有内筒端板（5），在传动箱（4）输出轴穿过内筒端板与叶轮叶轮（11）相连接；所述叶轮传动箱采用箱式结构；在传动箱（4）内设置有储油空腔及循环水冷却通道；循环水通道与储油空腔互不相通；在传动箱（4）输出轴的两支承之间设置齿轮，在传动箱输入轴上相应设齿轮，输出轴上的齿轮与输入轴上齿轮相互啮合。

2.根据权利要求1所述电机侧向外置式调速型轴流通风机，其特征还在于：在传动箱的输出轴与输入轴上的传动齿轮，采用相互啮合圆弧锥齿轮或交错轴斜齿轮。

3.根据权利要求1所述电机侧向外置式调速型轴流通风机，其特征还在于：传动轴（14）的外端与电机（18）相连接，并在传动轴（14）与电机（18）之间设置联轴器和调速装置（16）。

4.根据权利要求1所述电机侧向外置式调速型轴流通风机，其特征在于：电机（18）和调速装置（16）安装在电机支座（17）上，电机（18）和调速装置（16）的轴线与风机筒体的中心轴线成90°布置；与电机（18）输出轴相接的传动轴（14）穿过外筒体（7）和内筒体（6）与传动箱(4)的输入轴相联接。

5.根据权利要求1所述电机侧向外置式调速型轴流通风机，其特征还在于：壳体的内筒体（6）、外筒体（7）沿水平方向在直径处剖分成上下两部分，在外筒体（7）一侧的上下两半部分之间设置铰接座（15）和销轴使上下两半部分相互铰接，在外筒体（7）下半部分的另一侧设置推杆支座（13），推杆支座（13）上设置电液推杆（12），外筒体（7）上半部分另一侧与电液推杆（12）的上端连接。

6.根据权利要求1所述电机侧向外置式调速型轴流通风机，其特征还在于：在外筒体（7）的一侧或上部设置外筒检查孔并配合安装有外筒检查孔盖板（8）；在内筒体（6）对应外筒检查孔位置设置内筒检查孔并配合安装有内筒检查孔盖板（9）。