CN104847696A - 一种即时调节叶轮安装角的机械装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种即时调节叶轮安装角的机械装置。目的是提供的装置应能在不同工况下即时发挥最佳性能，并且可以在不移动机械或替换叶轮的前提下使流体双向流动。技术方案是：一种即时调节叶轮安装角的机械装置，包括安装在风机机壳内且与风机机壳同轴布置的轮毂、绕圆周均布在轮毂外圆周面的若干个叶片；其特征在于所述的若干个叶片分别可转动地铰接在轮毂外圆周面上，另有一调节机构驱动并控制叶片的转动角度；所述调节机构包括一可沿风机机壳轴线移动且侧棱数量与叶轮数量相同的棱柱调节轴、将棱柱调节轴的移动转换为叶片绕铰接轴线转动的销槽配合结构以及对棱柱调节轴施加轴向推力的调节电机。

Description

一种即时调节叶轮安装角的机械装置
技术领域
本发明属于旋转机械流体控制技术领域，尤其涉及一种即时调节叶轮安装角的机械装置。
背景技术
旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。以轴流风机为例，一般的轴流通风机通常采用高效的扭曲机翼型叶片；当气流沿叶片进口端流入时，气流就沿着叶片两端分成上下两股，处于正常工况时，冲角为零或很小(气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角)，气流则绕过机翼型叶片而保持流线平稳的状态。当气流与叶片进口形成正冲角，且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况则开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓“失速”现象。冲角大于临界值越多，失速现象就越严重，流体的流动阻力也就越大，严重时还会阻塞叶道，同时风机风压也会随之迅速降低。因此，选择合理的叶轮安装角尤为重要。
通常情况下，叶轮的安装角是固定的，但在实际生产中，由于工况并不稳定，因此叶轮的最佳安装角并不是一个定值，它会随着工况的变化而改变。这就会导致旋转机械不能即时发挥它们的最佳性能。此外，如果需要使流体双向流动，安装角固定的情况下只能通过移动机械或替换叶轮来实现。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种即时调节叶轮安装角的机械装置，该装置应能在不同工况下即时发挥最佳性能，并且可以在不移动机械或替换叶轮的前提下使流体双向流动。
本发明提供的技术方案是：一种即时调节叶轮安装角的机械装置，包括安装在风机机壳内且与风机机壳同轴布置的轮毂、绕圆周均布在轮毂外圆周面的若干个叶片；其特征在于所述的若干个叶片分别可转动地铰接在轮毂外圆周面上，另有一调节机构驱动并控制叶片的转动角度；
所述调节机构包括一可沿风机机壳轴线移动且侧棱数量与叶轮数量相同的棱柱调节轴、将棱柱调节轴的移动转换为叶片绕铰接轴线转动的销槽配合结构以及对棱柱调节轴施加轴向推力的调节电机。
所述棱柱调节轴通过一平移结构定位在轮毂内腔；该平移结构包括布置在轮毂内腔且平行于风机机壳轴线的若干个滑动支杆以及开设在棱柱调节轴左侧端面且与所述滑动支杆一一配合的滑孔。
所述调节电机通过一单自由度机构对棱柱调节轴施加轴向推力；该单自由度机构包括与棱柱调节轴连为一体且带有螺纹孔的连接轴、通过滑槽结构使连接轴只能轴向移动的滑动支撑板以及固定在调节电机输出轴上且与螺纹孔配合的螺杆。
所述销槽配合结构中：与叶片连为一体的叶片铰接轴径向穿过轮毂并伸入轮毂内腔后与一滑套固定，与该滑套滑动配合的滑杆还铰接一滑块；所述棱柱调节轴的每个侧面均制有一与侧棱的长度方向成斜角且与所述滑块可滑动嵌合的直滑槽。
所述轮毂内腔的左侧端面还固定一侧棱数量与导叶叶片数量相同的棱柱套筒；棱柱套筒的左侧端面制作有若干个利于滑动支杆穿越的穿孔，每个侧面还分别制作一与棱柱长度方向垂直的长滑槽，所述滑块穿过所述的长滑槽后再嵌入所述的直滑槽。
所述叶片的铰接轴轴线垂直并相交于风机机壳轴线。
所述若干个叶片的铰接轴均位于同一个垂直于风机机壳轴线的平面上。
所述连接轴通过轴承可转动地与棱柱调节轴连为一体。
所述滑槽结构包括位于连接轴端面且轴向伸展的滑槽以及固定在滑动支撑板的端面且与所述滑槽一一对应嵌合的滑板。
所述的轮毂通过转子电机机匣支架固定在风机机壳内。
本发明的工作原理如下(参见图1)：
接通电源，转子电机2即带动轮毂5转动；根据工况变化启动调节电机9，驱动其输出轴上固定的螺杆14；螺杆14与连接轴13的内螺纹相啮合，并在滑动支撑板15的配合下，使得连接轴进行轴向滑动，同时通过轴承21带动棱柱调节轴12进行相同的运动；滑杆左端的滑块16在棱柱调节轴驱动下产生的滑动，受到棱柱调节轴12侧面直滑槽和棱柱套筒11侧面长滑槽的约束；结果，滑杆被带动着与滑套进行滑动配合，同时又带动滑套绕叶片铰接轴轴线转动，开始对与滑套固定的叶片的安装角进行调节。当达到轴流风机在该工况下的最高效率时，调节电机9停止转动，实现了即时发挥轴流风机最佳性能的目的。
当需要反向通风时，只需要按照上述方法将叶片的凹面调节到另一侧，再控制转子电机2反向转动即可。从而实现不移动风机或更换叶轮就能双向通风的目的。
本发明的有益效果是：由于能够按照需要对叶片安装角进行调节，从而改变风量、风压以及风机的静压效率，使其在不同工况下即时发挥最佳性能，因而显著改善了风机的运转使用性能，提高了风机的工作效率；而且可以在不移动机械或替换叶轮的前提下使流体双向流动；此外，只需启用调节电机即可进行调节，不但调节省力方便，还能确保调节精度，满足了广大用户的需要。
附图说明
图1是本发明的安装结构立体示意图。
图2是本发明的局部剖视结构立体示意图。
图3是本发明中轮毂内腔的立体结构剖视图(移除了可相对运动的部件)。
图4是本发明中棱柱调节轴与相关部件的配合关系立体示意图。
图5是本发明中棱柱调节轴的立体结构示意图。
图6是本发明中连接轴的立体结构示意图。
图7是本发明中滑动支撑板的立体结构示意图；
图8是本发明中棱柱套筒的立体结构示意图。
图9是本发明中叶片与相关部件配合关系的立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图所述实施例进一步说明。
如图1-图3所示，一种即时调节叶轮安装角的机械装置(以轴流风机的叶轮作为例)，包括风机机壳1、转子电机2、转子电机机匣3、转子电机机匣支架4、轮毂5、叶片6、调节电机机匣支架7、调节电机机匣8、调节电机9、滑动支杆10、棱柱套筒11、棱柱调节轴12、连接轴13、螺杆14、滑动支撑板15、滑块16、滑套17、叶片铰接轴18、滑杆19、销轴20、轴承21。
如图1-图2所示，转子电机2安装在转子电机机匣3内；转子电机机匣通过转子电机机匣支架4固定在风机机壳1内腔；轮毂5的一端与转子电机2的输出轴相连接，保证轮毂5与风机流道同轴；若干个叶片6绕圆周方向均布在轮毂外圆周面上，转子电机控制着轮毂的转动。以上是常规风机的结构。
本发明的改进是：所述若干个叶片分别可转动地铰接在轮毂外圆周面上，另有一调节机构驱动并控制叶片的转动角度；所述调节机构包括一可沿风机机壳轴线移动且侧棱数量与叶轮数量相同的棱柱调节轴12、将棱柱调节轴的移动转换为叶片绕铰接轴线转动的销槽结构以及对棱柱调节轴施加轴向推力的调节电机。
由图可知：调节电机9安装在调节电机机匣8内，调节电机机匣通过调节电机机匣支架7固定在风机机壳1内、轮毂5的右侧；所述螺杆14与调节电机9的输出轴相连接，保证螺杆与风机流道同轴。
如图3所示，若干个滑动支杆10的左端固定在轮毂5左侧端面的内壁面上；这些滑动支杆的轴向均平行于风机机壳轴线，作用是为棱柱调节轴12提供滑道，使棱柱调节轴只能轴向滑动而不能相对于轮毂5发生转动。选择多根滑动支杆10的目的是减轻每根支杆所受的载荷，本实施例选择的3根滑动支杆10，端面呈正三角形排列，轮毂5的轴线穿过正三角形的中心。
所述调节电机通过一单自由度机构对棱柱调节轴12施加轴向推力；该单自由度机构包括与棱柱调节轴连为一体且带有螺孔的连接轴13、通过滑槽结构阻止连接轴转动的滑动支撑板15以及固定在调节电机输出轴上且可与螺孔配合的螺杆14。
如图4-图7所示，棱柱调节轴12的侧棱数量与叶片6的数量相同；棱柱调节轴的每个侧面均有一个与侧棱长度方向(平行于棱柱调节轴轴线)成斜角的直滑槽12-1；该滑槽截面优选为“凸”形，直滑槽与侧棱长度方向的夹角由导叶安装角需要控制的范围确定；棱柱调节轴12的左侧端面制有若干个(图中显示3个)滑孔12-2，滑动支杆10穿过滑孔后，棱柱调节轴就可以在滑动支杆10上轴向滑动；棱柱调节轴12的右侧制有一个盲孔(与棱柱调节轴轴线同轴布置)，盲孔内设有一个凹槽，轴承21的外圈固定在该凹槽内；该轴承为既能承受径向力，也能承受一定轴向力的轴承(如角接触球轴承)；连接轴13上布置有一个用于固定轴承的凹槽13-1(轴承21的内圈固定在该凹槽内)，端面制作有轴向伸展的滑槽13-2和一个螺纹孔13-3(与连接轴轴线同轴布置)；连接轴螺纹孔中的内螺纹可与螺杆14相啮合；连接轴通过轴承定位于棱柱调节轴的盲孔内并与盲孔保持一定的径向间隙。滑动支撑板15的底座固定在调节电机9的机壳上；矗立在滑动支撑板端面的滑板15-1与连接轴端面的滑槽相配合(图中3个滑板与3个滑槽一一对应地插接配合)，使得连接轴可以与滑动支撑板进行轴向滑动配合而不发生转动；调节电机启动，即可通过螺杆、连接轴以及轴承驱动棱柱调节轴进行轴向移动，滑动支撑板与连接轴的插接配合保证了连接轴只能轴向滑动而不能转动。
如图3、图8所示，棱柱套筒11的左侧端面固定在轮毂5左侧端面的内壁面上，右侧则完全敞口；左侧端面还制有3个与滑动支杆配合的穿孔11-2，3根滑动支杆10一一对应地穿过3个穿孔，保证棱柱套筒11和棱柱调节轴12的对应侧面平行且间隙一致。该棱柱套筒的侧棱数量与叶片6数量相同；棱柱套筒的每个侧面有一个与侧棱长度方向垂直的长滑槽11-1。
如图9所示的销槽配合结构中：铰接在轮毂外圆周面上的叶片6，其叶片铰接轴(即与叶片连为一体的连接段)18径向穿越轮毂并伸入轮毂内腔后与一滑套17固定；滑杆19可插入该滑套中进行滑动配合，并且滑杆的一端还通过销轴20铰接(铰接轴线与滑杆轴线垂直)一滑块16；所述滑块的下端为立方体16-1，与棱柱调节轴12侧面的直滑槽12-1对应嵌合并可沿着直滑槽滑动；滑块15的上端的圆柱段16-2还穿插在棱柱套筒11侧面的长滑槽11-1中，使得滑块和滑杆可以精确稳定地在各自的滑道内滑动。每个叶片的调节结构应完全一致，以达到同步调节的效果。
本发明以轴流风机为实施案例，对于其它的旋转机械具有同样的技术效果。
以上所述为本发明的一个实施案例，并非限制本发明的专利范围。因此，凡是依据本发明的技术实质，对本发明作简单修改及各种相似变化，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种即时调节叶轮安装角的机械装置，包括安装在风机机壳(1)内且与风机机壳同轴布置的轮毂(5)、绕圆周均布在轮毂外圆周面的若干个叶片(6)；其特征在于所述的若干个叶片分别可转动地铰接在轮毂外圆周面上，另有一调节机构驱动并控制叶片的转动角度；
所述调节机构包括一可沿风机机壳轴线移动且侧棱数量与叶轮数量相同的棱柱调节轴(12)、将棱柱调节轴的移动转换为叶片绕铰接轴线转动的销槽配合结构以及对棱柱调节轴施加轴向推力的调节电机(9)。
2.根据权利要求1所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述棱柱调节轴通过一平移结构定位在轮毂内腔；该平移结构包括布置在轮毂内腔且平行于风机机壳轴线的若干个滑动支杆(10)以及开设在棱柱调节轴左侧端面且与所述滑动支杆一一配合的滑孔(12-2)。
3.根据权利要求2所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述调节电机通过一单自由度机构对棱柱调节轴施加轴向推力；该单自由度机构包括与棱柱调节轴连为一体且带有螺纹孔的连接轴(13)、通过滑槽结构使连接轴只能轴向移动的滑动支撑板(15)以及固定在调节电机输出轴上且与螺纹孔配合的螺杆(14)。
4.根据权利要求2或3所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述销槽配合结构中：与叶片连为一体的叶片铰接轴(18)径向穿过轮毂并伸入轮毂内腔后与一滑套(17)固定，与该滑套滑动配合的滑杆还铰接一滑块(16)；所述棱柱调节轴的每个侧面均制有一与侧棱的长度方向成斜角且与所述滑块可滑动嵌合的直滑槽(12-1)。
5.根据权利要求4所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述轮毂内腔的左侧端面还固定一侧棱数量与导叶叶片数量相同的棱柱套筒(11)；棱柱套筒的左侧端面制作有若干个利于滑动支杆穿越的穿孔(11-2)，每个侧面还分别制作一与棱柱长度方向垂直的长滑槽(11-1)，所述滑块穿过所述的长滑槽后再嵌入所述的直滑槽。
6.根据权利要求5所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述叶片的铰接轴轴线垂直并相交于风机机壳轴线。
7.根据权利要求6所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述若干个叶片的铰接轴均位于同一个垂直于风机机壳轴线的平面上。
8.根据权利要求7所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述连接轴通过轴承(21)可转动地与棱柱调节轴连为一体。
9.根据权利要求8所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述滑槽结构包括位于连接轴端面且轴向伸展的滑槽(13-2)以及固定在滑动支撑板(15)的端面且与所述滑槽一一对应嵌合的滑板(15-1)。
10.根据权利要求9所述的即时调节叶轮安装角的机械装置，其特征在于：所述的轮毂通过转子电机机匣支架(3)固定在风机机壳内。
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