CN112901277A - 一种加热器叶轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热器叶轮及其制备方法，涉及一种叶轮技术领域，该加热器叶轮包括第一环部、第二环部、锥面部和叶片部，所述第一环部的外径大于第二环部的外径，所述锥面部的宽口端与第一环部密封连接，窄口端与第二环部密封连接，所述锥面部的外表面沿周向均匀设有若干叶片部，叶片部的内部开设有与锥面部内侧区域连通的排风通道，该加热器叶轮的结构设计合理，其安装于送风管道中，送风管道的内径与第一环部的外径相互配合，当利用传动轴带动加热器叶轮旋转时，能够将经发动机余热加热的空气持续导入车厢中，空气经排风通道向外排出，且出风均匀，通过这种方式实现对发动机的余热利用，利于环保节能。

Description

一种加热器叶轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及叶轮技术领域，具体是一种加热器叶轮及其制备方法。
背景技术
发动机在运行时会产生大量热量，而现有的自然吸气汽油机中，不论是国产还是进口汽车，都只有不到30％的热能被利用，约40％的热能以排气方式损耗，约30％在引擎冷却过程中被损耗，这表示高达70％的可用能源因此而浪费。传统柴油机由于高的压缩比，发动机膨胀效率被有效利用，其热效率也只有约37％。目前国际上在用内燃机最高热能利用率也只有40％多一点，仍然有大量的热能以废气和冷却方式浪费。如果能将众多的热能加以有效利用，可以让能源的使用率提升到更高的程度。
为此，公开号为CN103978897B的专利说明书中公开了一种汽车发动机排气余热助力驱动系统，包括锅炉、驱动叶轮、温度开关；驱动叶轮的腔室入口端通过主管道与锅炉的气化锅连通，驱动叶轮的腔室出口端与冷凝器入口端连通，冷凝器的一个出口端通过管道与重力压水箱入口端连通，冷凝器的另一个出口端通过旁通管道与主管道连通；重力压水箱出口端与锅炉的预热锅连通；主管道上、驱动叶轮与冷凝器之间的管道上、重力压水箱出口端与预热锅之间的管道上各安装有一个截断电磁阀；重力压水箱顶部安装有驱动装置；所有的截断电磁阀、安装于重力压水箱底部的压力开关均通过继电器与外部电源连接。
但是这种系统的驱动叶轮在使用时存在不足之处，一是结构设计不够科学合理，不利于均匀地向车厢内部送风；二是耐热、耐氧化、耐疲劳以及焊接性能均不够理想，影响安装和长期使用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种加热器叶轮及其制备方法，实现叶轮的均匀送风，提高余热的利用率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括第一环部、第二环部、锥面部和叶片部，所述第一环部的顶壁上固定安装有锥面部，并且锥面部的顶部固定安装有第二环部，其中第一环部的外径大于第二环部的外径，并且锥面部的宽口端与第一环部密封连接，窄口端与第二环部密封连接，同时锥面部的外表面沿周向均匀设有若干叶片部，叶片部的内部开设有与锥面部内侧区域连通的排风通道。
作为本发明进一步的方案：所述叶片部整体呈三角块结构，且上侧面低于第二环部的开口面，下侧面延伸至第一环部的边沿处。
作为本发明进一步的方案：所述第一环部的外径为100-120mm，并且第二环部的外径为40-60mm，同时锥面部的轴向高度为20-30mm，并且叶片部的上侧面距离第二环部开口面的距离为6-10mm，其中叶片部的厚度为4-6mm。
作为本发明进一步的方案：所述锥面部的外表面沿周向均匀设有六个叶片部，相邻两个叶片部宽侧面之间的夹角为60度。
作为本发明进一步的方案：所述加热器叶轮由球墨铸铁材料制成，球墨铸铁材料中各化学组分的重量百分比为：碳3.1-3.4％、硅0.3-0.5％、锰0.2-0.3％、硼0.010-0.015％、铌0.01-0.03％、稀土0.04-0.08％、P≤0.04％、S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为本发明进一步的方案：所述加热器叶轮的制备方法如下：
步骤一：原料熔炼：将各组分原料依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1460-1480℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
步骤二：球化处理：在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1420-1430℃，完成球化处理和包内孕育处理后，随后再加入孕育剂进行型内孕育；
步骤三：砂铸：将铁水浇注至砂模中，得加热器叶轮铸件；
步骤四：热处理：将加热器叶轮铸件升温至900-910℃，保温3-4h，以3-5℃/min的速度降温至650-700℃，保温2-4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至900-910℃，以13-15℃/min的速度降温至420-430℃，空冷至室温后进行消除应力退火。
作为本发明进一步的方案：所述第二环部的位于锥型部的底壁上开设有环形槽，环形槽内固定安装有环形柱，同时环形柱远离第二环部的一侧外壁上固定安装有多个扇叶，并且扇叶靠近第一环部的一侧壁上固定安装有多个相互平行的隔板，其中隔板的底部围设有弧形杆，弧形杆的两端分别固定安装在扇叶的侧壁上，通过多个隔板和弧形杆隔设有多个增压通道，并且增压通道位于排风通道的正下方。
作为本发明进一步的方案：所述扇叶靠近环形柱的一侧壁固定安装有插块，并且环形柱的外壁上对应开设有插槽，插槽和插块的形状相同。
作为本发明进一步的方案：所述环形柱靠近第二环部的一侧外壁上固定安装有三个凸块，并且环形槽的外壁上同样对称开设有三个凹槽，其中凹槽和凸块的尺寸相同。
作为本发明再进一步的方案：所述扇叶远离环形柱的一侧外壁上开设有多个沟槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明加热器叶轮的结构设计合理，其安装于送风管道中，当利用传动轴带动旋转时，能够将经发动机余热加热的空气持续导入车厢中，空气经排风通道向外排出且出风均匀，通过这种方式实现对发动机的余热利用，利于环保节能。
2、本发明加热器叶轮的材料配方设计合理，由原料熔炼、球化处理、砂铸和热处理等步骤制成，通过合理的工艺参数改进和配方组成，制得的球墨铸铁具有较好的耐热、耐氧化、耐疲劳以及焊接性能，利于安装和长期使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的俯视图。
图4为本发明的仰视图。
图5为本发明的增压扇俯视图。
图6为本发明的扇叶结构示意图。
如图所示：1、第一环部，2、第二环部，3、锥面部，4、叶片部，5、排风通道，6、环形槽，7、环形柱，8、扇叶，9、增压通道，10、凸块，11、凹槽，12、隔板，13、弧形杆，14、插块，15、沟槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种加热器叶轮包括第一环部1、第二环部2、锥面部3和叶片部4，所述第一环部1的顶壁上固定安装有锥面部3，并且锥面部3的顶部固定安装有第二环部2，其中第一环部1的外径大于第二环部2的外径，并且锥面部3的宽口端与第一环部1密封连接，窄口端与第二环部2密封连接，同时锥面部3的外表面沿周向均匀设有若干叶片部4，叶片部4的内部开设有与锥面部3内侧区域连通的排风通道5。
其中，所述第二环部2的内侧壁通过焊接固定在传动轴上，传动轴经联轴器与转动电机的输出轴固连，锥面部3的宽口作为导入热空气的进风孔，热空气为经发动机余热加热的空气。
其中，所述叶片部4整体呈三角块结构，且上侧面低于第二环部2的开口面，下侧面延伸至第一环部1的边沿处；叶片部4相对于传统实心叶片来说，其厚度增加，连接处的强度也大幅提高。
其中，所述第一环部1的外径为100-120mm，并且第二环部1的外径为40-60mm，同时锥面部3的轴向高度为20-30mm，并且叶片部4的上侧面距离第二环部开口面的距离为6-10mm，其中叶片部的厚度为4-6mm。
其中，所述锥面部3的外表面沿周向均匀设有六个叶片部4，相邻两个叶片部4宽侧面之间的夹角为60度，并且第一环部1、第二环部2、锥面部3和叶片部4为一体结构。
根据本发明提供的上述优选实施例，本发明的工作原理为：本实施例加热器叶轮的结构设计合理，其安装于送风管道中，送风管道的内径与第一环部1的外径相互配合，当利用传动轴带动加热器叶轮旋转时，能够将经发动机余热加热的空气持续导入车厢中，空气经排风通道5向外排出，且出风均匀，通过这种方式实现对发动机的余热利用，利于环保节能。
其中，所述加热器叶轮由球墨铸铁材料制成，球墨铸铁材料中各化学组分的重量百分比为：碳3.1-3.4％、硅0.3-0.5％、锰0.2-0.3％、硼0.010-0.015％、铌0.01-0.03％、稀土0.04-0.08％、P≤0.04％、S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述加热器叶轮的制备方法如下：
步骤一：原料熔炼：将各组分原料依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1460-1480℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
步骤二：球化处理：在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1420-1430℃，完成球化处理和包内孕育处理后，随后再加入孕育剂进行型内孕育；
步骤三：砂铸：将铁水浇注至砂模中，得加热器叶轮铸件；
步骤四：热处理：将加热器叶轮铸件升温至900-910℃，保温3-4h，以3-5℃/min的速度降温至650-700℃，保温2-4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至900-910℃，以13-15℃/min的速度降温至420-430℃，空冷至室温后进行消除应力退火。
上述的加热器叶轮的材料配方设计合理，由原料熔炼、球化处理、砂铸和热处理等步骤制成，通过合理的工艺参数改进和配方组成，制得的球墨铸铁具有较好的耐热、耐氧化、耐疲劳以及焊接性能，利于安装和长期使用。
实施例二：
请参阅图1～6可知：本实施例的主体结构与实施例一相同，不同之处在于：考虑到当发电机余热较多时，排风通道5的排风速率有限，这就导致部分的余热发生冷却，造成热量的浪费，为此，我们对加热器叶轮进行增加，提高排风通道5的排风速率，进一步提高对余热的利用率。
参阅图4～6可知：所述第二环部2的位于锥型部3的底壁上开设有环形槽6，环形槽6内固定安装有环形柱7，同时环形柱7远离第二环部2的一侧外壁上固定安装有多个扇叶8，并且扇叶8靠近第一环部1的一侧壁上固定安装有多个相互平行的隔板12，其中隔板12的底部围设有弧形杆13，弧形杆13的两端分别固定安装在扇叶8的侧壁上，通过多个隔板12和弧形杆13隔设有多个增压通道9，并且增压通道9位于排风通道5的正下方；在加热器叶轮转动过程中，通过第二环部2带动扇叶8进行转动，扇叶8在转动过程中，通过增压通道9对余热进行汇流，并且增压通道9和扇叶8的顶部形成高度落差，从而有效增大了风压，增压完成的热风从对应的排风通道5排出，继而增加了排风通道5的出风量，进一步增加了加热器叶轮对余热的利用率。
优选的，所述扇叶8靠近环形柱7的一侧壁固定安装有插块14，并且环形柱7的外壁上对应开设有插槽，插槽和插块14的形状相同，扇叶8通过插块14插入环形柱7的插槽内，完成对扇叶8的预定位，方便后续对扇叶8的焊接操作，避免扇叶8在焊接过程中发生窜动。
优选的，所述环形柱7靠近第二环部2的一侧外壁上固定安装有三个凸块10，并且环形槽6的外壁上同样对称开设有三个凹槽11，其中凹槽11和凸块10的尺寸相同，环形柱7插入环形槽6内时，对应的凸块10插入凹槽11内，通过凸块10避免了环形柱7在固定焊接过程中发生转动，使得扇叶8准确对应在排风通道5的下方。
优选的，所述扇叶8远离环形柱7的一侧外壁上开设有多个沟槽15，在风扇工作过程中，沟槽15对气流进行引导，使得气流均匀导入扇叶8的端部，从而对扇叶8端部产生的涡流进行冲散，加速叶尖涡旋的耗散，减少扇叶8曲面的流场压力震荡情形，进而提升风扇的效率，并且有效减少了气流噪声。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种加热器叶轮，包括第一环部(1)、第二环部(2)、锥面部(3)和叶片部(4)，其特征在于：所述第一环部(1)的顶壁上固定安装有锥面部(3)，并且锥面部(3)的顶部固定安装有第二环部(2)，其中第一环部(1)的外径大于第二环部(2)的外径，并且锥面部(3)的宽口端与第一环部(1)密封连接，窄口端与第二环部(2)密封连接，同时锥面部(3)的外表面沿周向均匀设有若干叶片部(4)，叶片部(4)的内部开设有与锥面部(3)内侧区域连通的排风通道(5)。
2.根据权利要求1所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述叶片部(4)整体呈三角块结构，且上侧面低于第二环部(2)的开口面，下侧面延伸至第一环部(1)的边沿处。
3.根据权利要求1所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述第一环部(1)的外径为100-120mm，并且第二环部(1)的外径为40-60mm，同时锥面部(3)的轴向高度为20-30mm，并且叶片部(4)的上侧面距离第二环部开口面的距离为6-10mm，其中叶片部(4)的厚度为4-6mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述锥面部(3)的外表面沿周向均匀设有六个叶片部(4)，相邻两个叶片部(4)宽侧面之间的夹角为60度。
5.根据权利要求1所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述加热器叶轮由球墨铸铁材料制成，球墨铸铁材料中各化学组分的重量百分比为：碳3.1-3.4％、硅0.3-0.5％、锰0.2-0.3％、硼0.010-0.015％、铌0.01-0.03％、稀土0.04-0.08％、P≤0.04％、S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1-5所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述加热器叶轮的制备方法如下：
步骤一：原料熔炼：将各组分原料依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1460-1480℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
步骤二：球化处理：在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1420-1430℃，完成球化处理和包内孕育处理后，随后再加入孕育剂进行型内孕育；
步骤三：砂铸：将铁水浇注至砂模中，得加热器叶轮铸件；
步骤四：热处理：将加热器叶轮铸件升温至900-910℃，保温3-4h，以3-5℃/min的速度降温至650-700℃，保温2-4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至900-910℃，以13-15℃/min的速度降温至420-430℃，空冷至室温后进行消除应力退火。
7.根据权利要求1或5所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述第二环部(2)的位于锥型部(3)的底壁上开设有环形槽(6)，环形槽(6)内固定安装有环形柱(7)，同时环形柱(7)远离第二环部(2)的一侧外壁上固定安装有多个扇叶(8)，并且扇叶(8)靠近第一环部(1)的一侧壁上固定安装有多个相互平行的隔板(12)，其中隔板(12)的底部围设有弧形杆(13)，弧形杆(13)的两端分别固定安装在扇叶(8)的侧壁上，通过多个隔板(12)和弧形杆(13)隔设有多个增压通道(9)，并且增压通道(9)位于排风通道(5)的正下方。
8.根据权利要求7所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述扇叶(8)靠近环形柱(7)的一侧壁固定安装有插块(14)，并且环形柱(7)的外壁上对应开设有插槽，插槽和插块(14)的形状相同。
9.根据权利要求7所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述环形柱(7)靠近第二环部(2)的一侧外壁上固定安装有三个凸块(10)，并且环形槽(6)的外壁上同样对称开设有三个凹槽(11)，其中凹槽(11)和凸块(10)的尺寸相同。
10.根据权利要求7所述的一种加热器叶轮，其特征在于：所述扇叶(8)远离环形柱(7)的一侧外壁上开设有多个沟槽(15)。
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