CN115370594A - 自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机及工作方法，该系统包括进气管道、离心叶轮、排气蜗壳、永磁同步电机主轴、气浮推力盘、气浮径向轴承、电机冷气进口环腔、抽吸管路、定子铁芯、定子绕组、固定结构、永磁同步电机外壳、电机冷气出口环腔和抽吸环腔等，本发明利用鼓风机离心叶轮产生的抽吸力，通过进气管道、抽吸管路、电机冷气出口环腔和抽吸环腔的结构设置，最大限度的增加了通过高速直驱电机转子和定子间的冷空气流速和流量，增加了高速直驱电机转子和定子的冷却效率，该方法在不增加额外冷却离心叶轮的情况下，能有效带走气浮直驱离心鼓风机长时间运行过程中的电机产生的热量，防止气浮直驱离心鼓风机发生电机烧毁的事故。

Description

自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机及工作方法
技术领域
本发明涉及气体压缩及粉尘输送技术领域，具体涉及一种自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机及工作方法。
背景技术
每年鼓风机、压缩机、泵等设备的用电量约占当年发电量的三分之一，提高上述设备的能效，将直接降低企业用电支出和碳排放指标。现有300kW以下鼓风机中，气浮直驱鼓风机具有效率高、无油润滑的优点，成为替换广泛应用的传统罗茨风机的不二之选，但气浮直驱鼓风机存在高速直驱电机长时间运行散热不畅的难题。由于气浮直驱鼓风机散热技术尚不成熟，已发生过多起气浮直驱离心鼓风机因高速直驱电机超温烧毁的事故，给用户带来一定经济损失。散热不畅的根本原因是未能利用有限的真空度，在电机关键冷却位置形成最大抽吸压差，这就要求电机冷却结构设计者最大限度降低冷却气体流程上其余位置的阻力，如何布置气浮直驱离心鼓风机的内部结构使得不需要额外增加冷却叶轮的情况下实现冷却风量与最大电机发热量匹配，成为气浮直驱离心鼓风机设计的难题。目前，尚无有效的技术方案解决上述难题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机及工作方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机，包括进气管道1、离心叶轮2、排气蜗壳3、永磁同步电机主轴4、气浮推力盘5、第一气浮径向轴承6、第二气浮径向轴承7、电机冷气进口环腔8、抽吸管路9、定子铁芯10、定子绕组11、固定结构12、永磁同步电机外壳13、电机冷气出口环腔14和抽吸环腔15，其中，离心叶轮2和气浮推力盘5固定在永磁同步电机主轴4上，永磁同步电机主轴4的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7支撑，进气管道1一端通过离心叶轮2外部管道与排气蜗壳3相连，电机冷气出口环腔14和电机冷气进口环腔8均位于永磁同步电机外壳13内侧，电机冷气出口环腔14和电机冷气进口环腔8分别在定子绕组11的两侧，电机冷气进口环腔8和电机冷气出口环腔14均与永磁同步电机外壳13构成的腔室连通，抽吸管路9的一端与抽吸环腔15入口相连，另一端与电机冷气出口环腔14连通，定子绕组11固定于定子铁芯10上，定子铁芯10通过固定结构12固定在永磁同步电机外壳13上，永磁同步电机主轴4的主轴中心线与定子铁芯10和定子绕组11的中心线重合。
所述的抽吸管路9和抽吸环腔15的过流断面面积从入口到出口均呈现逐渐增大的趋势，抽吸管路9的出口面积是入口面积的3～5倍，抽吸环腔15的出口面积是入口面积的2～3倍，抽吸环腔15的内表面分别与抽吸管路9的出口表面、进气管道1侧面光滑渐变过渡。
所述的第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7为动压空气悬浮轴承，轴承工作转速范围1.6万～12万转每分钟。
所述的永磁同步电机主轴4由主轴支撑段、永磁体和高温合金护套组成，高温合金护套位于永磁体的外侧。
所述工作方法包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程是指，主流工质通过进气管道1进入离心叶轮2，经过离心叶轮2提升压力后，从排气蜗壳3的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，在离心叶轮2高速旋转产生的抽吸作用下，永磁同步电机的冷却气体从电机冷气进口环腔8进入永磁同步电机外壳13内部腔室，通过永磁同步电机主轴4、定子铁芯10、定子绕组11与永磁同步电机外壳13之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，流经电机冷气出口环腔14、抽吸管路9和抽吸环腔15进入进气管道1。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了一种造价低、可操作性高的自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机及工作方法，本发明不需要增加电机冷却离心叶轮，仅利用一个鼓风机离心叶轮产生的抽吸力，通过进气管道、抽吸管路、电机冷气出口环腔和抽吸环腔构成的通道结构，最大限度的提高通过高速直驱电机转子和定子间的冷空气流速和流量，增加了高速直驱电机转子和定子的冷却效率。本发明能有效带走气浮直驱离心鼓风机长时间运行过程中的电机产生的热量，防止气浮直驱离心鼓风机发生电机烧毁的事故。此外，抽吸环腔的过流断面面积从入口到出口逐渐增大以及抽吸环腔内表面分别与抽吸管路出口表面、进气管道侧面光滑渐变过渡均可降低流动损失，增强对冷气的抽吸作用；本发明采用动压空气悬浮轴承，最大限度降低了设备运行过程中的摩擦损耗，同时不增加供气装置；本发明的永磁同步电机主轴由高温合金护套对永磁体进行固定和保护，提高了设备的安全性。
附图说明
图1是本发明自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机，包括进气管道1、离心叶轮2、排气蜗壳3、永磁同步电机主轴4、气浮推力盘5、第一气浮径向轴承6、第二气浮径向轴承7、电机冷气进口环腔8、抽吸管路9、定子铁芯10、定子绕组11、固定结构12、永磁同步电机外壳13、电机冷气出口环腔14和抽吸环腔15，其中，离心叶轮2和气浮推力盘5固定在永磁同步电机主轴4上，永磁同步电机主轴4的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7支撑，进气管道1一端通过离心叶轮2外部管道与排气蜗壳3相连，电机冷气出口环腔14和电机冷气进口环腔8均位于永磁同步电机外壳13内侧，电机冷气出口环腔14和电机冷气进口环腔8分别在定子绕组11的两侧，电机冷气进口环腔8和电机冷气出口环腔14均与永磁同步电机外壳13构成的腔室连通，抽吸管路9的一端与抽吸环腔15入口相连，另一端与电机冷气出口环腔14连通，定子绕组11固定于定子铁芯10上，定子铁芯10通过固定结构12固定在永磁同步电机外壳13上，永磁同步电机主轴4的主轴中心线与定子铁芯10和定子绕组11的中心线重合。
作为本发明的优选实施方式，所述的抽吸管路9和抽吸环腔15的过流断面面积从入口到出口均呈现逐渐增大的趋势，抽吸管路9的出口面积是入口面积的3～5倍，抽吸环腔15的出口面积是入口面积的2～3倍，抽吸环腔15的内表面分别与抽吸管路9的出口表面、进气管道1侧面光滑渐变过渡。
作为本发明的优选实施方式，所述的第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7为动压空气悬浮轴承，轴承工作转速范围1.6万～12万转每分钟。
作为本发明的优选实施方式，所述的永磁同步电机主轴4由主轴支撑段、永磁体和高温合金护套组成，高温合金护套位于永磁体的外侧。
本发明所述的自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机工作方法，包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程是指，主流工质通过进气管道1进入离心叶轮2，经过离心叶轮2提升压力后，从排气蜗壳3的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，在离心叶轮2高速旋转产生的抽吸作用下，永磁同步电机的冷却气体从电机冷气进口环腔8进入永磁同步电机外壳13内部腔室，通过永磁同步电机主轴4、定子铁芯10、定子绕组11与永磁同步电机外壳13之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，流经电机冷气出口环腔14、抽吸管路9和抽吸环腔15进入进气管道1。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机，其特征在于：包括进气管道(1)、离心叶轮(2)、排气蜗壳(3)、永磁同步电机主轴(4)、气浮推力盘(5)、第一气浮径向轴承(6)、第二气浮径向轴承(7)、电机冷气进口环腔(8)、抽吸管路(9)、定子铁芯(10)、定子绕组(11)、固定结构(12)、永磁同步电机外壳(13)、电机冷气出口环腔(14)和抽吸环腔(15)，其中，离心叶轮(2)和气浮推力盘(5)固定在永磁同步电机主轴(4)上，永磁同步电机主轴(4)的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承(6)和第二气浮径向轴承(7)支撑，进气管道(1)一端通过离心叶轮(2)外部管道与排气蜗壳(3)相连，电机冷气出口环腔(14)和电机冷气进口环腔(8)均位于永磁同步电机外壳(13)内侧，电机冷气出口环腔(14)和电机冷气进口环腔(8)分别在定子绕组(11)的两侧，电机冷气进口环腔(8)和电机冷气出口环腔(14)均与永磁同步电机外壳(13)构成的腔室连通，抽吸管路(9)的一端与抽吸环腔(15)入口相连，另一端与电机冷气出口环腔(14)连通，定子绕组(11)固定于定子铁芯(10)上，定子铁芯(10)通过固定结构(12)固定在永磁同步电机外壳(13)上，永磁同步电机主轴(4)的主轴中心线与定子铁芯(10)和定子绕组(11)的中心线重合。
2.根据权利要求1所述的自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机，其特征在于：所述的抽吸管路(9)和抽吸环腔(15)的过流断面面积从入口到出口均呈现逐渐增大的趋势，抽吸管路(9)的出口面积是入口面积的3～5倍，抽吸环腔(15)的出口面积是入口面积的2～3倍，抽吸环腔(15)的内表面分别与抽吸管路(9)的出口表面、进气管道(1)侧面光滑渐变过渡。
3.根据权利要求1所述的自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机，其特征在于：所述的第一气浮径向轴承(6)和第二气浮径向轴承(7)为动压空气悬浮轴承，轴承工作转速范围1.6万～12万转每分钟。
4.根据权利要求1所述的自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机，其特征在于：所述的永磁同步电机主轴(4)由主轴支撑段、永磁体和高温合金护套组成，高温合金护套位于永磁体的外侧。
5.根据权利要求1至4任一项所述的自吸冷却式气浮直驱离心鼓风机的工作方法，其特征在于：所述工作方法包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程是指，主流工质通过进气管道(1)进入离心叶轮(2)，经过离心叶轮(2)提升压力后，从排气蜗壳(3)的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，在离心叶轮(2)高速旋转产生的抽吸作用下，永磁同步电机的冷却气体从电机冷气进口环腔(8)进入永磁同步电机外壳(13)内部腔室，通过永磁同步电机主轴(4)、定子铁芯(10)、定子绕组(11)与永磁同步电机外壳(13)之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，流经电机冷气出口环腔(14)、抽吸管路(9)和抽吸环腔(15)进入进气管道(1)。
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