CN113217417B - 一种射程可调的轴流风机 - Google Patents

Abstract

一种射程可调的轴流风机，包括由进风扣至出风口依次顺序设置的一级吸风部(10)、导风部(30)和出风部(40),在一级吸风部和导风部之间设置喉部(20)，喉部(20)包括喉筒外壁(21)、可伸缩内壁(22)，在喉筒外壁(21)、可伸缩内壁(22)之间形成封闭的内腔(23)，内腔压力(P)增大和减小使得可伸缩内壁(22)膨胀或收缩，从而使得喉部(20)的横截面积减小或增大。射程可调的轴流风机,通过喉部横截面的变化协同配合二级送风部的转速改变，实现了流量不变前提下射雾器的射程调节，普通马达实现较远射程，比肩大功率远射程必须选用较为昂贵的液压马达。

Description

一种射程可调的轴流风机

技术领域

本发明涉及专用风机的技术领域，具体涉及一种射程可调的轴流风机。

背景技术

风送式远程射雾技术，在干雾抑尘、农药覆盖、消防灭火领域应用广泛。轴流风机是风送式远程射雾器的核心。轴流风机是将叶片旋转的机械能转换成流动空气总压的增加而使空气连续流动，能量的转换是通过改变流体动量来实现的。对于射雾轴流风机，其主要性能参数由喷雾量及输送距离决定，而输送距离则主要依靠风机的风量及风速决定。在给定射程下，如何保证机器体积较小、功率较小的前提下，输送水量最大。对于工作时，电机的转速通常为额定转速，关键参数为叶片与轮毂夹角θ、叶片与射雾风筒的径向间隙h、导流叶片入角α及导流弦长b，导流叶片个数n和射雾风筒倾斜角β。

现有的远程射雾器仅能通过调节电机的功率大小来改变水雾喷洒的射程及范围，使用存在一定不足。

应急管理部四川消防研究所公开了一种水雾风扇(CN212272581U，20210101)，其驱动电机201的输出轴连接叶片组件，驱动电机通过滑套206与滑杆305滑动连接。叶片组件转动，风由筒形壳体301入口进入，从扩径筒体302吹出。当驱动电机201靠近扩径筒体302时，水雾可扩散的范围随扩径筒体302的内腔形状内增加，从而使最终被风力吹出的水雾在扩径筒体302形成散射状态，最终达到喷洒范围更大、射程相应变短(阻力作用)但作用面更大的目的；反之，当驱动电机201远离扩径筒体302时，水雾可扩散的范围在筒形壳体301内几乎不变(聚流状态)，从而使最终被风力吹出的水雾的喷洒更集中、射程相应变长。也就是说，其内置可滑动的叶片组件，叶片组件前移，水雾半径增大。叶片组件可滑动的安装方式，使得运行噪音增大，射程的增加也不明显。

浙江江宇电机有限公司公开了一种可调整射程的风机结构(申请号：CN201910825933 20190903)，为了解决“电机转速的提高虽然在一定程度上增加风机的出风量，但是其出风口覆盖的面积并未扩大；再者，单纯通过提高电机转速的方法来提升出风量，成本相对较高，且会降低电机的寿命。”的技术问题，前罩1和后罩2铰接连接，前罩1由4片罩片依次连接形成圆形结构，即形成圆形的出风口，并且相邻罩片之间通过滑动板28可伸缩连接；4个可变伸缩杆5沿内齿盘的径向可伸缩设置于内齿盘上，径向可伸缩通过支撑机构实现，支撑机构包括多个可伸缩杆17-20的末端分别与各个罩片13-16固定连接，可伸缩杆在滑套27内滑动，可伸缩杆首端可转动连接铰接杆23-26,铰接杆23-26铰接连接内齿盘21。如图5所示，内齿盘21逆时针转动，铰接杆23-26分别进入4个滑套27内，铰接杆和可伸缩杆17-20在滑套内伸直，前套1内径增大；如图4所示，内齿盘21顺时针转动，铰接杆23-26从滑套27内拉出，可伸缩杆17-20下移，拉动前罩1直径缩小至原始直径。采用以上技术方案，能够有效扩大风机出风口的直径，从而扩大风机出风面积，提高风机的出风量。但是，四个罩片可伸缩地合围成一个圆的结构，并不实用。

在动力方面，多采用电机直接带动叶轮轴，使叶轮旋转增压，但是普通电机由于转速较低，一般为1440r/min—2850r/min，电机提速必须使用变频器来实现，变频器比较昂贵，安装也不方便，且能耗相对高，不能满足远程射雾。

总之，设计射程可调，普通低速电机，组装简便，维修成本低，已经成为迫切需要解决的业界难题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种射程可调的轴流风机。

本发明的目的是这样实现的，一种射程可调的轴流风机，包括由进风扣至出风口依次顺序设置的一级吸风部、导风部和出风部,一级吸风部包括吸风机筒，一级吸风部包括吸风机筒，吸风机筒内可旋转地设有一组吸风叶片；吸风叶片固定于吸风轮毂,吸风轮毂固定连接一级电机，所述一级电机通过固定架固定于吸风机筒轴向的前方；

在一级吸风部和导风部之间设置喉部，喉部包括喉筒外壁、可伸缩内壁，在喉筒外壁、可伸缩内壁之间形成封闭的内腔，内腔连通液压泵泵入或泵出高压油，内腔压力增大和减小使得可伸缩内壁膨胀或收缩，从而使得喉部的横截面积减小或增大。

进一步地，所述一级电机为外转子电机，外转子电机的输出轴为转筒，转筒通过加速机构加速后由输出轴输出转动；所述加速机构包括设置在转筒内壁的齿圈、行星齿轮和太阳齿轮，行星齿轮通过行星架固定，太阳齿轮固定连接输出轴,输出轴与转筒同轴设置。

进一步地，还包括紧邻在喉部后的二级送风部，二级送风部包括送风筒身部和送风叶片，多个送风叶片中心对称地设置在二级轮毂并置于送风筒身部的入风口；二级电机通过导风部同轴地固定于送风筒身部的出风口，二级电机输出轴固定连接二级轮毂。

进一步地，还包括变频器，二级电机连接变频器，内腔设有压力传感器，还包括控制部，根据压力传感器的信号，所述控制部同时控制液压泵和二级电机实现对应的线性改变，所述线性改变为：从内腔的初始压力P₀对应喉部横截面100％和二级电机的最低转速V₀到最高压力P₁对应喉部横截面70％和二级电机的最高转速V₁的线性改变；当压力从初始压力P₀连续升至最高压力P₁时，控制部操控变频器从最低转速V₀升至最高转速V₁，而使得射雾器射程由最短射程S₁增加至最大射程S₂，而射雾的覆盖面不变。

进一步地，所述多个送风叶片整体的轮廓为叶片中部向下游侧弯曲，叶片尖端向上游侧弯曲。

进一步地，所述吸风叶片大致位于吸风轮毂和吸风机筒之间的环形空间的中间部位向下游弯曲，同时使得吸风叶片根部边大致与吸风轮毂具有相同的倾斜角度。

进一步地，吸风机筒包括固定缘部、入口导风部和定径筒部，固定架包括两十字交叉一体连接的前固定架和后固定架，前固定架一端固定连接一级电机的前部，另一端固定连接环板，后固定架一端固定连接一级电机的尾部，另一端固定连接环板，环板固定连接固定缘部；一级电机置于入口导风部的轴向外侧。

进一步地，所述吸风叶片包括轴向间隔设置的前叶片组和后叶片组，前叶片组正对入口导风部设置，后叶片组正对定径筒部设置。

进一步地，前叶片组中心对称地设于转筒，后叶片组中心对称地设于输出轴，前叶片组和后叶片组的旋转方向相反。

进一步地，前叶片组和后叶片组仅叶片下半部相连或者具有轴向间隔空间，所述轴向间隔空间正对定径筒部的入风口。

所述一种射程可调的轴流风机，通过以下特殊结构解决“射程可调，普通低速电机，组装简便，维修成本低”的技术问题：

1)喉部横截面胀缩协同二级电机调速实现射程可调

喉部20通过内腔压力增大或减小导致可伸缩内壁22膨胀或收缩，从而使得喉部20的横截面积缩小或增大。一级吸风部10送来相同流量的压缩空气，经过缩小的喉部横截面时，压力和流速会增加，因此，轴流风机的射雾射程就增加。

更优的，一级吸风部送来相同流量的压缩空气，经过缩小的喉部横截面时，压力和流速会增加；二级送风部60协同地调频至相应更高的转速转动送风叶片62，从而使得射雾射程增加更明显。

低转速电机经加速机构增速输出，实现低成本电机实现高转速驱动

普通电机的转速通常为1440r/min—2850r/min，经过加速机构50，输出轴52的转速可达到4320-8550r/min，满足了远射程的要求。而普通电机的购买成本和后续的维修成本也更为低廉。

一级吸风部实现对旋吸风

一级吸风部10，前叶片组181固定连接转筒51，后叶片组182固定连接输出轴52，转筒51内壁设有齿圈53，输出轴52连接太阳齿轮55，齿圈53和转筒51的转速相对较慢，而太阳齿轮55和输出轴52的转速相对较快，被转筒51带动的前叶片组181的等效旋转半径R_前相对较大，而后叶片组182的旋转半径R_后相对较小，大半径的前叶片组181转速较慢，而小半径的后叶片组182反向旋转的转速较快，这样，如果按经过相同流量的空气来计算，可以达到一个平衡。该平衡状态下，相当于实现了前叶片组和后叶片组的对旋吸风，而且其吸风量大于仅有一组后叶片组182的吸风量。

所述射程可调的轴流风机,通过喉部横截面的变化协同配合二级送风部的转速改变，实现了流量不变前提下射雾器的射程调节，普通马达实现较远射程，比肩大功率远射程必须选用较为昂贵的液压马达。

附图说明

图1为本发明一种射程可调的轴流风机的实施例一的主剖视图。

图2为本发明一种射程可调的轴流风机的实施例一的俯剖视图。

图3为本发明一种射程可调的轴流风机的实施例二的主剖视图。

图4为本发明一种射程可调的轴流风机的实施例三的主剖视图。

图5为本发明一种射程可调的轴流风机的实施例三的优选方式的主剖视图。

上述图中的附图标记：

10一级吸风部,11吸风机筒，12入口导风部，13定径筒部,14一级电机,15固定架，16固定缘部，17吸风轮毂，18吸风叶片，181前叶片组，182后叶片组，19环板

20喉部，21喉筒部，22可伸缩内壁，23内腔，24高压油，25压力传感器

30导风部，31导风轮毂，32导风叶片，33导风筒身

40出风部，41导风固定部，42锥形筒部

50加速机构,51转筒,52输出轴，53齿圈，54行星齿轮，55太阳齿轮

60二级送风部，61送风筒身部，62二级电机，63二级轮毂，64送风叶片，65变频器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图所示，一种射程可调的轴流风机，包括由进风扣至出风口依次顺序设置的一级吸风部10、喉部20、导风部30和出风部40，一级吸风部10包括吸风机筒11，吸风机筒11包括固定缘部16、入口导风部12和定径筒部13，一级电机14通过固定架15固定于固定缘部16，使得一级电机14的全部置于入口导风部12的轴向外侧，头部边缘距离固定缘部16的安装距离L满足0≤L≤30mm。一级电机14的输出轴141固连吸风轮毂17，吸风叶片18固定于吸风轮毂17且置于定径筒部13内。固定架15包括两十字交叉布置的前固定架15.1和后固定架15.2，前固定架15.1一端固定连接一级电机的前部，另一端固定连接环板19，后固定架15.2一端固定连接一级电机的尾部，另一端固定连接环板19，所述环板19与一级电机14的输出轴的垂直度小于等于0.01。环板19固定连接固定缘部16。

所述吸风叶片18大致位于吸风轮毂17和吸风机筒11之间的环形空间的中间部位向下游弯曲，同时使得吸风叶片根部边18.1大致与吸风轮毂具有相同的倾斜角度β。

喉部20包括喉筒外壁21、可伸缩内壁22和内腔23，内腔23中设有高压油24使得内腔具有压力P，该压力P增大和减小使得可伸缩内壁22在膨胀或收缩，喉部半径R变化范围为：R0-R1，从而使得喉部20的横截面积在70％-100％之间变动。

导风部30包括导风轮毂31、导风叶片32和导风筒身33，导风叶片3中心对称地置于导风轮毂31外周和导风筒身33内周。

出风部40包括导风固定部41和锥形筒部42，导风部30通过外圆筒33置于导风固定部41内并法兰固定连接导风部30。不同的锥形筒部42对应不同的出风锥角α，锥形筒部42内壁光洁度Ra0.1-0.006μm。

所述一级电机14为外转子电机，外转子电机的输出轴为转筒51，转筒51通过加速机构50加速后由输出轴52输出转动。所述加速机构50包括设置在转筒51内壁的齿圈53、行星齿轮54和太阳齿轮55，上述加速机构50，齿圈53作为输入，行星齿轮54通过行星架固定，太阳齿轮55作为输出，加速传动比i＝n₀/n₁≥3，齿圈齿数n₀至少是太阳齿轮n₁齿数的3倍。太阳齿轮55固定连接输出轴52，作为一级电机14的输出轴。普通电机的转速通常为1440r/min—2850r/min，经过加速机构50，输出轴52的转速可达到4320-8550r/min，满足了远射程的要求。

加速机构50配合喉部20对于过风横截面的截面变化在70-100％，可使得喷雾器的射程可调整，喉部横截面100％时对应最小射程，喉部横截面缩小至70％时对应最大射程。

实施例2

增加二级电机反向对旋，其他结构与实施例1相同。

一种射程可调的轴流风机，包括由进风扣至出风口依次顺序设置的一级吸风部10、喉部20、二级送风部60和出风部40，二级送风部60包括送风筒身部61和二级电机62，二级电机62通过耦合连接加速机构50倍速后由输出轴52旋转输出，输出轴52连接二级轮毂63，二级轮毂63中心对称地设有多个送风叶片64，多个送风叶片64置于送风筒身部61的入风口；二级电机62外壁和送风筒身部61之间设有导风部30，导风部30在轴向上位于送风筒身部61的出风口。导风轮毂31固定连接于二级电机62的外周，外圆筒33的右边缘与送风筒身部61的右边缘对齐。送风叶片65与吸风叶片18的旋转方向相反。所述多个送风叶片65整体的轮廓为叶片中部向下游侧弯曲，叶片尖端向上游侧弯曲。

一级电机14和二级电机62均为低转速的普通外转子电机，通过加速机构50加速后输出。还包括变频器66，二级电机62连接变频器66。喉部20内腔设有压力传感器25。

还包括控制部，所述控制部同时连接压力传感器25和二级电机62，压力腔的初始压力P₀对应喉部横截面100％，最高压力P₁对应喉部横截面70％；当压力从初始压力P₀连续升至最高压力P₁时，控制部操控变频器65从最低转速V₀升至最高转速V₁，而使得射雾器射程由最短射程S₁增加至最大射程S₂，而射雾的覆盖面不变。由于一级吸风部的吸风流量不变，在喉部横截面减小时，喉部出风口压力增高，所以需要送风叶片以更高转速将风送出，以免造成喉部和二级送风部之间形成局部窝风现象。

二级电机62先通过加速机构50升速为高转速，再通过喉部的横截面变化配合变频器调速，实现一级吸风部10进风流量不变化的前提下，实现射程的远近调节。

实施例3

改进吸风叶片，其他结构与实施例1、2相同。

一种射程可调的轴流风机，所述吸风叶片18包括轴向间隔设置的前叶片组181和后叶片组182，前叶片组181的顶端与入口导风部12形状相同，所以前叶片组181可估算出等效旋转半径R_前。后叶片组182的顶端为平行于旋转轴的直线，所以后叶片组具有旋转半径R_后。所述前叶片组181的旋转半径R_前大于后叶片组182的旋转半径R_后。前叶片组181正对入口导风部12设置，后叶片组182正对定径筒部13设置，；前叶片组181叶片中部向下游侧弯曲程度大于后叶片组182中部向下游侧的弯曲程度。前叶片组和后叶片组均固中心对称地设于一级电机14的输出轴52。

更为优选的是，

前叶片组181中心对称地设于转筒51，后叶片组182中心对称地设于输出轴52,前叶片组181与后叶片组182的旋转方向相反，调整太阳齿轮的直径和齿数，满足

因为前叶片组的叶片顶端与入口导风部12的外形相同，其叶片顶端的旋转半径是连续变化的，假设前叶片组181的等效的旋转半径平均为R_前，所述前叶片组181的旋转半径R_前大于后叶片组182的旋转半径R_后。

根据行星齿轮的变速公式，旋筒51的转速V₀与输出轴52的转速V₁满足：

其中n₀为齿圈齿数，n₁为太阳齿轮的齿数。流过前叶片组181的流量等于后叶片组182的流量，所以满足V₀*ЛR_前 ²＝V₁*ЛR_后 ²，

于是满足关系：

所述射程可调的轴流风机,通过喉部横截面的变化协同配合二级送风部的转速改变，实现了流量不变前提下射雾器的射程调节，普通马达实现较远射程，比肩大功率远射程必须选用较为昂贵的液压马达。

Claims (13)

1.一种射程可调的远程射雾轴流风机，包括轴向顺序设置的一级吸风部（10）、喉部（20）、二级送风部（60）, 其特征在于，

一级吸风部（10）包括吸风机筒（11），吸风机筒（11）内可旋转地设有一组吸风叶片（18）；吸风叶片（18）固定于吸风轮毂（17）, 吸风轮毂（17）固定连接一级电机（14），所述一级电机（14）通过固定架（15）固定于吸风机筒（11）轴向的前方一定距离；

喉部（20）包括喉筒外壁（21）、可伸缩内壁（22），在喉筒外壁（21）、可伸缩内壁（22）之间形成封闭的内腔（23），内腔（23）连通液压泵（26）泵入或泵出高压油(24)，内腔压力增大或减小使得可伸缩内壁（22）膨胀或收缩，从而使得喉部（20）的横截面积减小或增大；

所述二级送风部（60）包括二级电机（62）,所述二级电机（62）的转速响应喉部（20）的横截面积的改变而对应的线性改变；

还包括变频器（66）和控制部，所述二级电机（62）连接变频器（66），内腔（23）设有压力传感器（25），根据压力传感器(25)的信号，所述控制部同时控制液压泵（26）和二级电机(62)实现所述对应的线性改变。

2.如权利要求1所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述一级电机（14）为外转子电机，外转子电机的输出轴为转筒（51），转筒（51）通过加速机构（50）加速后由输出轴（52）输出转动；所述加速机构（50）包括设置在转筒（51）内壁的齿圈（53）、行星齿轮（54）和太阳齿轮（55），行星齿轮（54）通过行星架固定，太阳齿轮（55）固定连接输出轴(52),输出轴（52）与转筒（51）同轴设置。

3.如权利要求1所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述二级送风部（60）包括送风筒身部（61）和送风叶片（65），多个送风叶片（65）中心对称地设置在二级轮毂（63）并置于送风筒身部（61）的入风口；所述二级电机（62）通过导风部（30）同轴地固定于送风筒身部（61）的出风口，二级电机输出轴固定连接二级轮毂。

4.如权利要求1所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述线性改变为：从内腔（23）的初始压力P₀对应喉部横截面100%和二级电机（62）的最低转速V₀到最高压力P₁对应喉部横截面70%和二级电机(62)的最高转速V₁的线性改变；当压力从初始压力P₀连续升至最高压力P₁时，控制部操控变频器从最低转速V₀升至最高转速V₁，而使得射雾器射程由最短射程S₁增加至最大射程S₂，而射雾的覆盖面不变。

5.如权利要求3所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述多个送风叶片（65）整体的轮廓为叶片中部向下游侧弯曲，叶片尖端向上游侧弯曲。

6.如权利要求1所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述吸风叶片（18）大致位于吸风轮毂（17）和吸风机筒（11）之间的环形空间的中间部位向下游弯曲，同时使得吸风叶片根部边（18.1）大致与吸风轮毂具有相同的倾斜角度（β）。

7.如权利要求1所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，吸风机筒(11)包括固定缘部(16)、入口导风部(12)和定径筒部(13)，固定架(15)包括两十字交叉一体连接的前固定架(15.1)和后固定架(15.2)，前固定架（15.1）一端固定连接一级电机的首部，另一端固定连接环板（19），后固定架（15.2）一端固定连接一级电机的尾部，另一端固定连接环板（19）；环板（19）固定连接固定缘部(16)；一级电机(14)置于入口导风部(12)的轴向前方一定距离。

8.如权利要求7所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述吸风叶片（18）包括轴向间隔设置的前叶片组（181）和后叶片组（182），前叶片组(181)正对入口导风部(12)设置，后叶片组(182)正对定径筒部(13)设置。

9.如权利要求2所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，所述吸风叶片（18）包括轴向间隔设置的前叶片组（181）和后叶片组（182），前叶片组(181)中心对称地设于转筒(51)，后叶片组(182)中心对称地设于输出轴(52), 前叶片组（181）与后叶片组（182）的旋转方向相反。

10.如权利要求8所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，前叶片组（181）和后叶片组（182）的叶片根部具有轴向间隔空间，叶片顶部前后紧邻设置，所述轴向间隔空间正对定径筒部（13）的入风口。

11.如权利要求3-10任一所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，还包括设于二级送风部（60）后的导风部（30），导风部（30）包括导风轮毂（31）、导风叶片（32）和导风筒身（33），导风叶片（32 ）中心对称地置于导风轮毂（31）外周和导风筒身（33）内周。

12.如权利要求11所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，还包括设于导风部（30）后的出风部（40），所述出风部（40）包括一体连接的导风固定部（41）和锥形筒部（42），导风部（30）通过导风筒身（33）置于导风固定部（41）内并法兰固定连接导风部（30）。

13.如权利要求12所述射程可调的远程射雾轴流风机，其特征在于，吸风机筒（11）、喉筒外壁（21）、送风筒身部（61）、导风筒身（33）和锥形筒部（42）首尾抵接形成所述远程射雾轴流风机的风机壳体的送风通道。

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