CN110081005A - 一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，包括内设定子线圈的外筒体和风筒一体转子组件组装构成的无轴风机，风筒内的每件风叶均采用伺服电机进行风叶角度调节，并采用无线供电模块给伺服电机供电，信号处理器接收到风速传感器的反馈数据发送给信号收发模块后送入控制箱集成运算，控制箱集成按预先设定的程序发出指令到信号收发模块，信号收发模块送入信号处理器后驱动伺服电机执行工作指令旋转并同步调整风叶的角度，本发明采用伺服电机数字化控制风叶达到真正的动叶可调，风叶的故障率答复都降低，实现真正的数字控制风机效果，整体节能，能效比提高，风量大，同时也解决了大型风机启动时因电流巨大需要软启动的问题。

Description

一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机
技术领域
本发明涉及一种送风设施类技术领域，尤其是一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机。
背景技术
众所周知，轴流风机我们习惯常见的一般都是以电机轴位中心的叶片圆周运动而产生送风或达到空气抽吸的功能和效果，在某些特殊场如地铁、隧道内专用大型轴流风机因电机功率巨大，电机横截面积太大，较大影响了此类风机的轴功率，目前市场上设计最佳的类似风机轴功率一般只能是60％左右，并且因电机功率巨大，启动时启动电流也同时巨大，目前的轴流风机启动属于带负载启动，启动电流一般在额定电流的12倍以上，常用的启动方式为用软启动(降压启动)的启动方式来启动此类大电机，但也同时增加了自动时间、启动的故障率、加速电线和电机的老化程度和软启动(降压启动)的配套设施。
随着国民经济的发展，道路交通建设一直保持着迅猛发展的势头，高速公路从平原地区逐渐向边远山区延伸，开挖和通车的隧道越来越多，隧道的长度也越来越长，特别是中西部，隧道既多又长，为满足行车安全和保证人的舒适度，通风设备是必不可少的装备。但由于隧道通车后，前期和远期的车流量大不一样，白天和晚上的车流量也不一样，所需的通风量差异巨大。采用普通风机，只能过量送风，造成电力的巨大浪费。为适应这种使用条件，采用动叶可调的风机，就能理想地实现按需送风的要求，达到节能环保、可持续发展的目的。
目前也有新开发的无轴风机，如公开号：(CN107461354A，)和公开号：(CN207500161U)，首先，上述两件技术方案均为固定叶片，叶片不能角度调整，也就是不能动叶可调功能；并且，公开号CN107461354A的方案为齿轮传动，工作噪音大，实用性很小。
也有一些动叶可调采用在有轴风机上增设液压式结构，来实现动叶可调和锁定的功能，但是，类似的结构方案使风机的旋转部分体积大大增加，风阻系数急剧上升，大大降低了风机的能耗比和送风效率和风量，并且中间旋转送风部分的体积和重量也大大增加。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，包括内设定子线圈的外筒体及风筒一体转子组件，二者组装后构成能旋转的无轴风机，风筒内的每件风叶均采用伺服电机进行风叶角度调节，并采用无线供电模块给伺服电机供电，信号处理器接收到风速传感器的反馈数据发送给信号收发模块后送入控制箱集成运算，控制箱集成按预先设定的程序发出指令到信号收发模块，信号收发模块送入信号处理器后驱动伺服电机执行工作指令旋转并同步调整风叶的角度，本发明采用伺服电机数字化控制风叶达到真正的动叶可调，风叶的故障率答复都降低，实现真正的数字控制风机效果，整体节能，能效比提高，风量大，同时也解决了大型风机启动时因电流巨大需要软启动的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，包括外筒体、风筒、伺服电机、无线供电模块、信号收发模块、磁缸、定子线圈、风叶、控制箱集成、供电装置、伺服驱动器、操作系统、人机互动系统集成、信号处理器、风速传感器、无线充电模块，所述外筒体为内部连通式结构，筒体内部中间的定子固定孔内装入定子线圈，定子固定孔两端各设轴承安装孔，轴承安装孔内设轴承，所述轴承内侧设盘形支架，左侧的盘形支架的孔内安装无线供电模块，右侧的盘形支架的孔内安装信号收发模块，风筒筒体的中间体均布若干内沟槽，所述内沟槽内设磁缸，中间体在相邻内沟槽间设凹槽，所述凹槽设贯穿风道的定位孔，所述风叶的定位传动轴与定位孔配合连接，伺服电机的外圆周包裹式设置无线充电模块，所述伺服电机的驱动轴连接联轴器后从凹槽外圆周装入定位孔与风叶的定位传动轴连接，凹槽内设信号处理器，所述信号处理器与风叶根部侧面安装的风速传感器连通，风筒与上述各部件连接组装后构成转子组件，把转子组件装入外筒体后，转子组件两端的轴承安装端与外筒体内两侧的轴承连接，所述端盖与外筒体两侧的端盖安装孔连接并用螺丝固定，无线供电模块与信号收发模块的连接电线从穿线孔和出线孔引出至到外筒体的外部后接入控制箱集成，控制箱集成设接入电缆，所述控制箱集成的内设供电装置、伺服驱动器和操作系统，外筒体外设操作面朝下的人机互动系统集成，所述人机互动系统集成与控制箱集成电路连通。
进一步设置，所述定子固定孔的圆周壁均布若干散热槽。
进一步设置，所述定子线圈与定子固定孔为紧密配合连接。
进一步设置，所述磁缸为永磁体。
进一步设置，所述转子组件外圆周与定子线圈内孔壁间设有间隙。
进一步设置，所述外筒体上端设和连接支架。
进一步设置，所述连接电线与穿线孔和出线孔间均设拉不脱。
进一步设置，所述无线供电模块与无线充电模块相对应，所述信号收发模块与信号处理器相对应。
本发明的有益效果是：本发明采用伺服电机数字化控制风叶达到真正的动叶可调，风叶的故障率答复都降低，实现真正的数字控制风机效果，整体节能，能效比提高，风量大，同时也解决了大型风机启动时因电流巨大需要软启动的问题。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为图1的A向剖面图；
图3为图1的部分部件安装示意图；
图4为图3中外筒体的示意图；
图5为图4的左视图；
图6为图3中风筒的示意图；
图7为图6的左视图；
图8为图2中转子组件的截面图。
图中：外筒体1、定子固定孔101、散热槽102、轴承安装孔103、端盖安装孔104、出线孔105、风筒2、风道201、筒体203、内沟槽204、中间体205、轴承安装端206、凹槽207、定位孔208、伺服电机3、联轴器301、端盖4、轴承5、盘形支架6、穿线孔601、无线供电模块7、信号收发模块71、磁缸8、定子线圈9、风叶10、定位传动轴1010、连接支架11、拉不脱12、连接电线13、接入电缆14、控制箱集成15、供电装置16、伺服驱动器17、操作系统18、人机互动系统集成19、信号处理器20、风速传感器21、转子组件22、无线充电模块23。
具体实施方式
如图1～图8所示：对本发明的技术方案作进一步具体的说明，一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，包括外筒体1、风筒2、伺服电机3、无线供电模块7、信号收发模块71、磁缸8、定子线圈9、风叶10、控制箱集成15、供电装置16、伺服驱动器17、操作系统18、人机互动系统集成19、信号处理器20、风速传感器21、无线充电模块23，所述外筒体1为内部连通式结构，筒体1内部中间的定子固定孔101内装入定子线圈9，定子固定孔101两端各设轴承安装孔103，轴承安装孔103内设轴承5，所述轴承5内侧设盘形支架6，左侧的盘形支架6的孔内安装无线供电模块7，右侧的盘形支架6的孔内安装信号收发模块71，风筒2筒体203的中间体205均布若干内沟槽204，所述内沟槽204内设磁缸8，中间体205在相邻内沟槽204间设凹槽207，所述凹槽207设贯穿风道201的定位孔208，所述风叶10的定位传动轴1010与定位孔208配合连接，伺服电机3的外圆周包裹式设置无线充电模块23，所述伺服电机3的驱动轴连接联轴器301后从凹槽207外圆周装入定位孔208与风叶10的定位传动轴1010连接，凹槽207内设信号处理器20，所述信号处理器20与风叶10根部侧面安装的风速传感器21连通，风筒2与上述各部件连接组装后构成转子组件22，把转子组件22装入外筒体1后，转子组件22两端的轴承安装端206与外筒体1内两侧的轴承5连接，设有中间孔的端盖4与外筒体1两侧的端盖安装孔104连接并用螺丝固定，无线供电模块7与信号收发模块71的连接电线13从穿线孔601和出线孔105引出至到外筒体1的外部后接入控制箱集成15，控制箱集成15设接入电缆14，所述控制箱集成15的内设供电装置16、伺服驱动器17和操作系统18，外筒体1外设操作面朝下的人机互动系统集成19，所述人机互动系统集成19与控制箱集成15电路连通，利于调试或更改参数时，工程师能在地面用遥控方式修改和参数或程序维护，也能物理式触摸进行操作，本发明采用伺服电机数字化控制风叶达到真正的动叶可调，风叶的故障率大幅度降低，实现真正的数字控制风机效果，整体节能，能效比提高，风量大，同时也解决了大型风机启动时因电流巨大需要软启动的问题，动叶可调的技术，它在启动时风叶10角度与圆周运动平面夹角较小，风叶10的风阻小，电机启动负载小，启动电流也相应的小，能直接启动运行，风速传感器21检测到风速达到一定的值时，信号收发模块71把风速传感器21送入的信号传输给控制箱集成15，控制箱集成15的操作系统18根据预先设定程序的数值运算后给出信号反馈给伺服驱动器17，伺服驱动器17传达给信号收发模块71发出运行指令给伺服电机3工作旋转并同步带动风叶10旋转使风叶10与风叶10圆周转动方向平面的夹角调整，风叶10与圆周运动方向的夹角调整范围为0°～90°，其工况范围不是一条曲线，而是一个面。流量变化范围大以及高效率运行区宽广，对于大风量机组，特别是长隧道配置的风机，其节能效果非常显著，降低运行成本；无轴式的结构消除了结构上的风阻系数，风机整体节能至少30％，能效比可达90％左右，两侧端盖4中间的通孔直径大于风道201直径，流通的风道201畅通无阻，无论正转或反转的风量能达到100％，风量的传输通畅无阻。
所述定子固定孔101的圆周壁均布若干散热槽102，利于散热，也能在两侧的端盖4上设若干端盖壁的小孔，构成流通通道，把工作时产生的热量迅速排出降温，有效的降低了风机的定子线圈9工作时的温升和发热程度，延长电机的定子线圈9使用寿命，提高电机的工作效率和功率。
所述定子线圈9与定子固定孔101为紧密配合连接，不排除在对应位置设外部贯穿的螺孔，在螺孔内旋入紧固螺丝进一步把定子线圈9与定子固定孔101固定。
所述磁缸8为永磁体，稳定、可靠。
所述转子组件22外圆周与定子线圈9内孔壁间设有间隙，两者间的间隙根据电机设计参数而定。
所述外筒体1上端设和连接支架11，连接支架11的安装位置能圆周角度调整安装，利于隧道、地铁顶部或周边安装。
所述连接电线13与穿线孔601和出线孔105间均设拉不脱12，有效的把连接电线13与穿线孔601和出线孔105间位置固定，并能承受19.5KG的拉力下无位移，安全并可靠。
所述无线供电模块7与无线充电模块23相对应，控制箱集成15内的供电装置16电缆连接固定在外筒体1内静止的无线供电模块7，无线供电模块7采用无线方式给与转子组件22同步旋转的无线充电模块23提供用电保障，无线充电模块23同时为伺服电机3、信号处理器20和风速传感器21提供工作电源；
所述信号收发模块71与信号处理器20相对应，固定在外筒体1内静止的信号收发模块71能无线接收并处理、双向发送信号给与转子组件22同步旋转的信号处理器20，并按设定程序命令伺服电机3运行并执行风叶10的动叶可调指令。
本技术方案中，应用的伺服电机3、无线供电模块7、信号收发模块71、连接电线13、控制箱集成15、供电装置16、伺服驱动器17、操作系统18、人机互动系统集成19、信号处理器20、风速传感器21、无线充电模块23按需做好磁屏蔽防护。
控制箱集成15能接入网络，可就地控制也可远程联网电脑控制，风机的启动、工况的调节、停机和切换完全可以实现自动化。
风叶10与圆周运动方向的夹角调整范围为0°～90°，实际工作状态时，因隧道内或地铁内的通风需求状态，风叶10与圆周运动方向的夹角调整范围一般在15°～35°间，使风机在满足通风的同时达到节能优化和能效比最大化的效果。
风机通电启动后，内部的电器件处于持续通电状态，单件风叶10有单台微型的伺服电机3控制，每台伺服电机3由其对应的伺服驱动器17驱动指令，操作系统18能根据设定的程序命令所有伺服电机3同步工作使风叶10的角度调整至统一，也能命令单台伺服电机3工作调整其对应的单件风叶10进行角度调整，改变上述单件风叶10的送风方向，增加风机送风的扩散面；伺服电机3执行完指令后仍处于持续通电状态，伺服电机3的自锁功能同步锁定了风叶10的角度处于恒定状态。
本技术方案，完整的解决了外部机构采用齿轮传动结构的无轴风机噪音大的缺陷，也消除了有轴式风机采用液压结构的原理调整风叶的结构风阻系数大的缺陷。
本技术方案代表着目前轴流风机很高的水平，它所具有的优点是其他采用任何调节方式的风机所不能比拟的，其具体的特点如下：
1,满足远近期不同车流量的使用要求；
2，满足日常使用中不同负荷时使用要求，在紧急状态下，一台风机能满足一台半普通风机负荷的要求；
3,风机启动时,可将叶片角度关小到极限位置,此时风机所需的功率只为平时的十分之一左右,故风机不需配软启动,就能顺利地启动,而对电网不产生任何冲击影响，
4，利用风机高效区宽广的特点，通过叶片安装角的调整，满足系统阻力特性发生变化时的使用要求，使工况点始终落在高效区，一般风机能效比可保持在90％左右，节能降低30％，无轴的结构使风机的风量达到100％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：包括外筒体(1)、风筒(2)、伺服电机(3)、无线供电模块(7)、信号收发模块(71)、磁缸(8)、定子线圈(9)、风叶(10)、控制箱集成(15)、供电装置(16)、伺服驱动器(17)、操作系统(18)、人机互动系统集成(19)、信号处理器(20)、风速传感器(21)、无线充电模块(23)，所述外筒体(1)为内部连通式结构，筒体(1)内部中间的定子固定孔(101)内装入定子线圈(9)，定子固定孔(101)两端各设轴承安装孔(103)，轴承安装孔(103)内设轴承(5)，所述轴承(5)内侧设盘形支架(6)，左侧的盘形支架(6)的孔内安装无线供电模块(7)，右侧的盘形支架(6)的孔内安装信号收发模块(71)，风筒(2)筒体(203)的中间体(205)均布若干内沟槽(204)，所述内沟槽(204)内设磁缸(8)，中间体(205)在相邻内沟槽(204)间设凹槽(207)，所述凹槽(207)设贯穿风道(201)的定位孔(208)，所述风叶(10)的定位传动轴(1010)与定位孔(208)配合连接，伺服电机(3)的外圆周包裹式设置无线充电模块(23)，所述伺服电机(3)的驱动轴连接联轴器(301)后从凹槽(207)外圆周装入定位孔(208)与风叶(10)的定位传动轴(1010)连接，凹槽(207)内设信号处理器(20)，所述信号处理器(20)与风叶(10)根部侧面安装的风速传感器(21)连通，风筒(2)与上述各部件连接组装后构成转子组件(22)，把转子组件(22)装入外筒体(1)后，转子组件(22)两端的轴承安装端(206)与外筒体(1)内两侧的轴承(5)连接，所述端盖(4)与外筒体(1)两侧的端盖安装孔(104)连接并用螺丝固定，无线供电模块(7)与信号收发模块(71)的连接电线(13)从穿线孔(601)和出线孔(105)引出至到外筒体(1)的外部后接入控制箱集成(15)，控制箱集成(15)设接入电缆(14)，所述控制箱集成(15)的内设供电装置(16)、伺服驱动器(17)和操作系统(18)，外筒体(1)外设操作面朝下的人机互动系统集成(19)，所述人机互动系统集成(19)与控制箱集成(15)电路连通。
2.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述定子固定孔(101)的圆周壁均布若干散热槽(102)。
3.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述定子线圈(9)与定子固定孔(101)为紧密配合连接。
4.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述磁缸(8)为永磁体。
5.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述转子组件(22)外圆周与定子线圈(9)内孔壁间设有间隙。
6.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述外筒体(1)上端设和连接支架(11)。
7.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述连接电线(13)与穿线孔(601)和出线孔(105)间均设拉不脱(12)。
8.如权利要求1所述一种无轴式动叶可调并同步锁叶的大型轴流风机，其特征在于：所述无线供电模块(7)与无线充电模块(23)相对应，所述信号收发模块(71)与信号处理器(20)相对应。
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