CN105156346A - 一种轴向离心式风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴向离心式风机，包括圆筒形的机壳，设置于机壳轴向前端的进风口和轴向尾端的出风口，机壳内从轴向前端至尾端依次设置的进风集流器、离心式叶轮和电机支撑筒，设置在电机支撑筒内的电机，径向上设置在机壳与离心式叶轮之间的挡风环，以及径向上设置在机壳与电机支撑筒之间的导叶；所述离心式叶轮包括连接在电机主轴上的轮毂以及从轴向的前端至尾端依次设置的前轮盘、叶片和后轮盘，所述后轮盘包括第一弧状体，所述挡风环包括第二弧状体，所述第一弧状体和第二弧状体的外表弯曲方向均为利于气体流向出风口的方向。本发明提供的风机具有体积小、便于安装、噪音小、风量和压力可按需设计且运转效率高的特点。

Description

一种轴向离心式风机

技术领域

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种机车牵引电机用高效轴向离心式通风机。

背景技术

牵引电机是机车运行的关键部件。牵引电机工作时，电机内部绕组产生大量的热量。为防止牵引电机过热损坏，保证动车组的正常工作，需配套通风机给牵引电机强迫散热，配套的通风机是牵引系统中不可或缺的部件。另外，因牵引电机的冷却风机安装于机车车头，紧挨着司机室，为了减小机车机械舱噪音，避免影响司机工作和健康，必须尽量降低风机的噪音，其噪声须控制在80dB以下；另外机械舱的空间限制，对风机的尺寸和安装空间有严格的控制，因此须研发符合低噪音、高效率、结构紧凑、流量和压力满足要求的牵引电机用风机，而现有的牵引电机冷却用风机为轴流风机或离心风机，二者均因存在的固有缺陷而常常难以满足要求。

轴流风机是一种进气流、出气流均与旋转轴同方向的风机，其性能特点是流量大、压力低；使用优点是与管道同轴、安装简便。其不足在于压力较低，无法实现长距离输送，且噪音相对较大。而离心风机是一种气流从叶轮(轴向)前端吸入，经叶轮做功后，气流沿叶轮的径向向外甩出，再由机壳切线方向的出风口排出气体的风机，其性能特点是可以按要求设计成各种不同流量压力比的产品，能满足长距离输送的需求，且噪音相对较低。其不足之处在于：其进风口与出风口呈90°排布，其安装位置较大且不在同一轴线上布置风道。

中国发明专利CN201110049606.0涉及一种既具有轴流风机流量大，可以按要求设计成各种不同流量压力比的气流轴向进出的管道式离心风机及离心导流方法。机壳呈管道结构，进风端板、出风端板分别安装于机壳的前后端，气流从进风端板的圆口进入风机，从出风端板的圆口排出，达到气流同轴进出的目的；电机位于管道中心，离心式叶轮安装在电机轴上且离心式叶轮与进风端板之间设有集流器，其集流器收敛口适度插入叶轮的入口，顺利规束气流进入离心式叶轮；出风导流器安装于机壳内壁后部，其收敛端对准出风端板的圆口，规束气流由此排出；整流导流器焊接于机壳内壁，其收敛端与离心式叶轮的上部外缘间隙配合。启动所述风机的电机后，电机带动离心式叶轮旋转，离心式叶轮旋转产生吸甩作用，使气流从进风端板的圆口进入集流器，使气流由通常的切线方向的出风口排出改变为经出风导流器导流由出风端板的圆口排出，达到气流同轴进出的目的。

上述设计在一定程度上既弥补了轴流风机的不足，又弥补了离心风机的缺陷。但该风机并未对其内部结构做出细化的设计和优化，使得该风机的效率最高只能达到55％左右。因此，本领域需要设计一种同时具有流量大、噪音低、所占空间小、安装简便且效率高的风机。

发明内容

因此，本发明设计一种既具有轴流风机流量大的特点，又具有离心风机可以按要求设计成各种不同流量压力比的特点，且具有高效率的风机。

本发明提供一种轴向离心式风机，包括圆筒形的机壳，设置于机壳轴向前端的进风口和轴向尾端的出风口，机壳内从轴向前端至尾端依次设置的进风集流器、离心式叶轮和电机支撑筒，设置在电机支撑筒内的电机，径向上设置在机壳与离心式叶轮之间的挡风环，以及径向上设置在机壳与电机支撑筒之间的导叶；所述离心式叶轮包括连接在电机主轴上的轮毂以及从轴向的前端至尾端依次设置的前轮盘、叶片和后轮盘，所述后轮盘包括第一弧状体，所述挡风环包括第二弧状体，所述第一弧状体和第二弧状体的外表弯曲方向均为利于气体流向出风口的方向。

本发明中，风从进风集流器3沿轴线方向进入离心式叶轮4，从径向排出离心式叶轮4并经所述第一弧状体431和第二弧状体51间的通道进入导叶8，最后从出风口10轴向排出风机。在一种具体的实施方式中，所述第一弧状体431为弧形环板，所述第二弧状体52同样为弧形环板。

在一种具体的实施方式中，所述后轮盘还包括连接在第一弧状体径向内侧的第一平板，所述挡风环还包括连接在第二弧状体径向内侧的第二平板，且所述第二弧状体焊接在机壳上，第二平板在轴向上与前轮盘尾端平齐或位于前轮盘尾端的轴向前端。

在一种具体的实施方式中，所述电机支撑筒为前端大、尾端小的锥筒，且锥筒侧壁与轴线夹角为6～10°。

在一种具体的实施方式中，所述风机还包括用于将离心式叶轮固定连接在电机的主轴前端的轴头制动装置。

在一种具体的实施方式中，所述风机还包括设置在机壳外壁上的加强筋。

在一种具体的实施方式中，所述进风集流器通过安装螺栓安装在机壳上。

在一种具体的实施方式中，导叶出口安装角为85°～87°。现有技术中，位于电机支撑筒和机壳间的导叶的出口安装角一般为90°，本发明相比而言要小3°～5°，即85°～87°。

在一种具体的实施方式中，所述电机与电机支撑筒的前端经法兰结构连接。

在一种具体的实施方式中，所述第一弧状体的尾端与电机支撑筒的前端在径向和轴向上均匹配。第一弧状体431的尾端与电机支撑筒7的前端在径向匹配是指二者的直径相当或相同且二者位于同一轴线上，第一弧状体431的尾端与电机支撑筒7的前端在轴向匹配是指随电机主轴旋转的第一弧状体431与静止的电机支撑筒7间轴向留有尽可能小的缝隙，例如小于5mm，优选小于1mm，更优选在0.2mm以内。

本发明还提供一种如上所述风机在冷却轨道机车牵引电机方面的应用。

总的来说，采用本发明提供的优选方案，挡风环可以减少风机的内循环泄漏损失，且挡风环可同本发明中的后轮盘配合进行导流，让气流由径向转为轴向；当气流转为轴向流动后，在一种渐扩式电机支撑筒和导叶作用下，将气流的部分动压逐渐转化为静压，以提高风机的效率。

附图说明

图1为本发明中轴向离心式风机的结构示意图，

图2为图1的主剖视图，

图3为图1中的挡风环的结构和位置示意图，

图4为离心式叶轮的三维结构示意图，

图5为图4的主视图，

图6为图4的主剖视图。

1、机壳，2、进风口，3、进风集流器，4、离心式叶轮，41、前轮盘，411、前轮盘尾端，42、叶片，43、后轮盘，431、第一弧状体，432、第一平板，44、轮毂，5、挡风环，51、第二弧状体，52、第二平板，6、加强筋，7、电机支撑筒，8、导叶，9、电机，91、轴头制动装置，10、出风口，11、安装螺栓。

具体实施方式

图1～2提供了一种高效轴向离心式通风机，它包括进风集流器3、安装螺栓11、轴头制动装置91、叶轮4、挡风环5、加强筋6、电机支撑筒7、导叶8、电机9和呈管状结构的机壳1。进风集流器3通过安装螺栓11安装于机壳1的前端，气流从集流器3进入风机；电机9位于管道中心，即电机9与电机支撑筒7的法兰结构用固定螺栓联接；离心式叶轮4安装在电机9的轴上，并使用轴头制动装置91固定叶轮，将集流器3收敛口适度插入叶轮4的入口，顺利规束气流进入离心式叶轮4；挡风环5焊接在机壳上，其第二平板52位置同叶轮4的前轮盘尾端在轴向上平齐，挡风环5和叶轮4的后轮盘通过弧形结构引导气流向轴向方法运动，能够减少气流转弯带来的损失；通过挡风环5和叶轮4的作用，气流会由径向运动慢慢转为轴向运动，但是径向速度还较大，为了提高风机效率，在电机支撑筒7和机壳1之间焊接导叶8，导叶通过整流，将气流径向速度逐步校正为轴向速度，同时不断增加气流的静压；气流从导叶8流出后，基本上为轴向方向速度流动，从机壳1后端轴向方向的出风口10流出。加强筋6焊接于机壳10外壁面，加强筋6一者可以增加机壳的强度，二者便于风机起吊运输和安装装配。

使用本发明提供的风机特别适用于对轨道机车电机进行通风降温。一是由于机车上空间有限，利用轴流风机前后轴向进出气能节约空间，安装方便且结构紧凑；二是与轴流风机相比能提高风机压力，本发明的风机在轴流风机机型结构上，设置离心风机的离心式叶轮对风做功，使得本发明提供的风机流量较大且压力高；三是高效低噪，降低加工费用，便于系列化设计。

本发明中，第一，风机机壳并非蜗壳形式，而是同轴流风机相同的圆筒状结构，气流在同一轴线方向进出气，这种结构较一般的离心风机而言，节省了大量空间，在安装方面可以采用立式和卧式安装。第二，离心式叶轮的后轮盘设计成直线加圆弧的型式，该设计方法有别于现有技术中的直板后轮盘，采用这种结构有利于气流轴向导流且可以抑制气流倒流。至于离心式叶轮中的叶片则可以选择前向、后向和径向叶片，但为了提升效率优选采用后向型叶片。三是为了减少泄漏损失，在叶轮前轮盘尾端的轴向平齐位置增加一种挡风环，该挡风环为直板加圆弧形式，这种方式一者能够很好的减少风机的泄漏损失，二者可以更好使气流由径向导流转为轴向方向。四是电机支撑筒设计为一种锥形渐扩式内筒，内筒锥度在6°～10°为最佳方案，此结构能够将气流的部分动压更好地转化为静压。五是在内筒和外筒之间设计导叶，由于采用离心式叶轮，气流的径向不平衡量较大，设计一种较长的圆弧型导叶能够较好整流。一般轴流风机导叶出口安装角为90°，该导叶出口安装角设计为小3°～5°。导叶跟锥形电机支撑筒相互配合，能够更好的将气流调整为轴向出气，且对风机效率提高有较好效果。

本发明中的各部件根据使用要求的不同可采用优质碳素钢、耐腐蚀不锈钢或非金属材料制造，经严格的动平衡校验，运转平稳。机壳和电机支撑筒制成能承载负压的高强度结构，其制造材料也可按使用要求的不同采用优质碳素钢或耐腐蚀不锈钢。

在一种具体的实施方式中，电机9位于机壳1的径向中心，由电机支撑筒的前端连接的法兰结构同电机配合；离心式叶轮4安装在电机9的轴上，使用轴头止动装置91将其固定；集流器3设计为收敛口，适度插入叶轮的入口，将气流顺利导入离心式叶轮；在前轮盘尾端旁的位置，将挡风环焊接于机壳内壁上，挡风环的弧形结构同叶轮后轮盘的弧形结构相互配合，将气流由径向方向转为轴向方向；电机支撑筒主要用于支撑电机和气流扩压，导叶焊接在电机支撑筒和机壳之上，导叶同锥形内筒(电机支撑筒)相互配合，将气流由径向完全调整为轴向方法，把气体动压逐步转化为静压，达到提高风机全压效率的目的。

本发明与现有技术中的轴流风机相比，风机的压力上限由轴流风机的表压1000Pa提高到本发明的表压4100Pa，极大地拓展了轴向进出气风机的应用范围，满足了机车牵引电机的冷却需求，也为其他行业同类风机提供了较好的设计思路和样机；二是风机的噪音值，较同尺寸和转速的轴流风机比较，其噪音由93分贝降低到了78分贝左右，极大地降低了风机的噪音，有利于机车节能降噪。三是外形坚固、简洁、美观；四是安装极其简便，仅需装入管道中间即可使用；五是选材广泛，既可选用普通钢材，也可选用不锈钢材或塑料制造；六是风机损耗小，运行效率高，由现有技术中最相近风机效率的55％提升至本发明中风机效率达70％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴向离心式风机，包括圆筒形的机壳(1)，设置于机壳轴向前端的进风口(2)和轴向尾端的出风口(10)，机壳内从轴向前端至尾端依次设置的进风集流器(3)、离心式叶轮(4)和电机支撑筒(7)，设置在电机支撑筒(7)内的电机(9)，径向上设置在机壳(1)与离心式叶轮(4)之间的挡风环(5)，以及径向上设置在机壳(1)与电机支撑筒(7)之间的导叶(8)；所述离心式叶轮(4)包括连接在电机主轴上的轮毂(44)以及从轴向的前端至尾端依次设置的前轮盘(41)、叶片(42)和后轮盘(43)，所述后轮盘(43)包括第一弧状体(431)，所述挡风环(5)包括第二弧状体(51)，所述第一弧状体(431)和第二弧状体(51)的外表弯曲方向均为利于气体流向出风口(10)的方向。

2.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述后轮盘(43)还包括连接在第一弧状体(431)径向内侧的第一平板(432)，所述挡风环(5)还包括连接在第二弧状体(51)径向内侧的第二平板(52)，且所述第二弧状体(51)焊接在机壳(1)上，第二平板(52)在轴向上与前轮盘尾端(411)平齐或位于前轮盘尾端(411)的轴向前端。

3.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述电机支撑筒(7)为前端大、尾端小的锥筒，且锥筒侧壁与轴线夹角为6～10°。

4.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述风机还包括用于将离心式叶轮(4)固定连接在电机(9)的主轴前端的轴头制动装置(91)。

5.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述风机还包括设置在机壳(1)外壁上的加强筋(6)。

6.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述进风集流器(3)通过安装螺栓(11)安装在机壳(1)上。

7.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，导叶出口安装角为85°～87°。

8.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述电机(1)与电机支撑筒(7)的前端经法兰结构连接。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的风机，其特征在于，所述第一弧状体(431)的尾端与电机支撑筒(7)的前端在径向和轴向上均匹配。

10.一种如权利要求1～9中任意一项所述风机在冷却轨道机车牵引电机方面的应用。