CN117685227A - 一种冷却装置及罗茨风机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却装置及罗茨风机冷却系统。冷却装置兼有轴承座的功能，整体属于薄壁结构，使冷却气体在流通过程中可实现对壳体、转子、轴承座和油箱的整体冷却，平衡了风机内外部温度；同时冷却装置上设置的吸入口使风机在负压作用下吸入冷却气体，平衡风机内外部压力，降低了风机作业过程中的压力脉冲。该系统中冷却器包含的挡灰板，通过两级挡灰过程使进入风机的灰尘大幅降低。本发明所形成的冷却系统及方法解决了在高负压状态下风机温升快、噪声大、磨损严重等问题。

Description

一种冷却装置及罗茨风机冷却系统

技术领域

本发明专利涉及需要将气体压缩或抽取的工业领域，尤其涉及一种冷却装置及罗茨风机冷却系统。

背景技术

罗茨风机是一种常见的工业设备，广泛应用于各种领域。它的主要用途是将空气、气体压缩或者抽出，实现压送或者抽吸物料至指定位置的作用，以满足不同的工业需要。

使用罗茨风机时往往需要配套散热风扇或者高压水冷装置，以降低风机运转过程中产生的热量，从而保证轴承和润滑件的正常使用。这样势必要增加风机整体的体积及重量，进而影响风机的应用场景，并且造成一定的水资源浪费；同时，罗茨风机运转过程的噪音也直接限制了风机的可配套装备，从而影响罗茨风机的推广应用。

因此能够提出一种体积小、重量轻、环保的罗茨风机冷却方法，以解决风机使用过程中温升快、噪音大等问题，成为目前高压罗茨风机亟待攻克的技术难题。

现有技术中：申请号CN202121731135.7提出的水冷式冷却结构，可以在一定程度上起到降低壳体和轴承温度的作用，但是无法起到对壳体内气流平衡压力的作用，在转子旋转到排气位置是，壳体内压力远高于出气口压力，气流脉冲很大，进而造成风机噪声大，影响风机的应用场景。

申请号PCT/IB2016/054771提出的风冷式罗茨风机，可以对壳体进行降温、平衡壳体出气口压力，但是对轴承座的降温作用较差。

申请号PCT/IB2022/055203提出的主动冷却的风冷式罗茨风机，基座上部开设进气口，下部开设排气口，上部进气口外置冷却风扇对基座进行主动冷却。这种结构形式风扇需要外接动力源，使风机整体结构更加复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种冷却装置及罗茨风机冷却系统。提高风机整体冷却性能的同时，降低转子排气过程的压力脉冲，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种冷却装置，包括基座，所述基座开设有冷却进气口，所述基座中部贯穿设置有两个轴承座，所述基座设有两个端面，一面为内板，另一面为外板；所述基座内部为中空结构，围绕两个轴承座设有环绕式气道；所述内板设有吸入口，所述吸入口位于环绕式气道上。

进一步地，所述冷却进气口设于基座的顶部或两侧。

进一步地，两个轴承座呈左右分布，在内板上分别以两侧轴承座的圆心作为原点建立直角坐标系，靠近右侧轴承座的吸入口的上边缘与原点连线位于12°～-75°之间，下边缘与原点连线位于-46°～-137°之间；靠近左侧轴承座的吸入口的上边缘与原点连线位于168°～-105°之间，下边缘与原点连线位于-43°～-134°之间。

相应地，一种罗茨风机冷却系统，包括壳体，所述壳体至少一端设有上述的冷却装置；所述壳体设有内腔，所述内腔设有相啮合的主动转子和从动转子，主动转子和从动转子分别通过轴承连接位于冷却装置上的轴承座，位于冷却装置内板的吸入口与内腔相连通；所述壳体设有进气口和排气口。

进一步地，所述吸入口的形状与主动转子和从动转子的外轮廓相适应，主动转子和从动转子转动实现吸入口周期性完全关闭与开启。

进一步地，还包括油箱，所述油箱与冷却装置的外板密封连接，所述油箱用于容纳冷却润滑液，冷却润滑液通过轴承座对轴承进行降温以及润滑。

进一步地，还包括冷却过滤器，所述冷却过滤器连接冷却装置的冷却进气口。

进一步地，所述冷却过滤器包括进气格栅、外罩、前端机罩、后端机罩和进气连接口，所述前端机罩与后端机罩相对设置，进气格栅、外罩以及进气连接口位于前端机罩和后端机罩之间，构成过滤腔室；所述过滤腔室内设有过滤结构。

进一步地，所述过滤结构包括：除杂板和芯板，所述除杂板和芯板均为多孔板，所述除杂板设有第一弧段和第二弧段，所述第一弧段靠近进气格栅，第一弧段和第二弧段相间隔设置，第一弧段和第二弧段通过直段连接；所述芯板位于第二弧段内侧。

进一步地，所述前端机罩和后端机罩的内侧分别设有隔音板，隔音板夹杂吸音棉。

本发明具有的有益效果：

本发明的一种冷却装置及罗茨风机冷却系统，通过在冷却装置内围绕轴承座设置环绕式流道以及吸入口，利用罗茨风机转子转动形成的负压从冷却装置的冷却进气口吸入冷却气体，冷却气体首先对轴承座进行降温，接着从冷却气体吸入口进入风机壳体对转子进行降温，达到为风机整体降温的目的，同时，风机作业时壳体内的压力远低于排气端压力，依靠负压吸入的冷却气体能够很好的平衡压力，使到达排气口的气体压力值接近排气段，能够有效的缓解压力脉冲，降低因压力脉冲引起的振动及噪声。

附图说明

图1为罗茨风机冷却系统示意图；

图2为罗茨风机冷却系统分解示意图；

图3为冷却装置Ⅰ型结构示意图；

图4为冷却装置Ⅱ型结构示意图；

图5a为Ⅰ型冷却装置吸入口位置示意图；

图5b为Ⅱ型冷却装置吸入口位置示意图；

图6为冷却装置气体流向示意图；

图7a为冷却吸入口全闭合状态示意图；

图7b为冷却吸入口全开启状态示意图；

图8a为冷却过滤器装配示意图；

图8b为冷却过滤器各方位示意图；

图8c为冷却过滤器腔室图；

图9为除杂板示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、2所示，本发明的罗茨风机冷却系统，包括壳体205，壳体205两端均设置本发明提出的冷却装置，一端为第一冷却装置202，另一端为第二冷却装置206，第一冷却装置202设置第一冷却进气口101，第二冷却装置206设置第二冷却进气口103；进气口102和排气口104设置在壳体205上，进气口102和排气口104可以与外接管路连通，通过壳体205内的主动转子203和从动转子204的相对转动，使壳体205内的气体强制压缩推送至排气口104处，进而在进气口102形成负压，系统通过外接管路可用于进行气体或物料的运输。

本发明提出的冷却方法通过壳体205内产生的负压，使冷却气体主动从第一冷却进气口101和/或第二冷却进气口103进入第一冷却装置202和/或第二冷却装置206内部，首先为轴承进行降温；冷却气体最终通过吸入口302到达壳体205内，进一步的为主动转子203、从动转子204和壳体205内的高位气体降温；达到为风机整体降温的目的。系统还包括前油箱201和后油箱207，前油箱201与第一冷却装置202形成密封腔体，后油箱207与第二冷却装置206形成密封腔体，两腔体内加注冷却润滑液，为传动件进行润滑，同时为轴承进行降温。

以第二冷却装置206为例，本发明分别提供了两种冷却装置：

如图3所示，本发明提供环绕式冷却装置方案Ⅰ：基座采用中空式结构，第二冷却进气口103位于基座顶部，轴承座303贯穿基座，基座两个端面分别为内板301和外板304；吸入口303设于内板301，用于连通风机壳体；环绕式流道305围绕轴承座303设于基座内。外板304用于连接油箱；冷却气体由第二冷却进气口103进入基座后，在环绕式流道305内绕轴承座303流动，冷却气体通过环绕式流道305对轴承座303进行降温，最终通过吸入口302进入风机壳体内，达到冷却风机、降低压力脉冲的目的。内板301、外板304都是薄壁结构，基座可同步对油箱完成散热。

如图4所示，本发明提供环绕式冷却装置方案Ⅱ：第二冷却进气口103位于基座两侧，分别是第二冷却进气口103a和第二冷却进气口103b。当一侧吸入口开启时，如附图6所示第一吸入口302a关闭、第二吸入口302b开启，冷却气体由第二冷却进气口103a和第二冷却进气口103b进入基座内环绕式流道305内，首先为轴承冷却，然后经第二吸入口302b进入风机壳体内进行进一步冷却。

如图5a、5b所示，在内板301上分别以两侧轴承座303的圆心作为原点建立直角坐标系，靠近右侧轴承座303的吸入口302的上边缘与原点连线位于12°～-75°之间，下边缘与原点连线位于-46°～-137°之间；靠近左侧轴承座303的吸入口302的上边缘与原点连线位于168°～-105°之间，下边缘与原点连线位于-43°～-134°之间。

冷却进气口状态控制：本发明中，冷却吸入口的冷却过程呈周期性，靠主动转子203和从动转子204相对基座206的转动进行切换，吸入口302的形状与转子外轮廓形状相似，两转子可实现吸入口302周期性完全关闭与开启，如附图7a所示为吸入口完全闭合状态，如附图7b为另一侧吸入口完全开启状态。

本发明还提供一种冷却过滤器：为实现上述目的，防止风机吸入硬质灰尘对风机结构件结构造成磨损和损坏风机，在罗茨风机第一进气口101和第二进气口103分别前端设置冷却过滤器501，冷却过滤器501采用离心方式，主要包括进气格栅502、外罩503、前端机罩504、后端机罩505、进气连接口506等；在前端机罩504内侧设置有隔音板507，两者之间夹杂吸音棉，隔音板507为多孔板；在后端机罩505内侧也设置有隔音板507，两者之间夹杂吸音棉；在隔音板507内侧纵向的设置有除杂板508和芯板509，且都为多孔板，在除杂板508和外罩503之间、芯板509内侧设置有吸音棉。除杂板508设置有2个弧段，冷却气体进入进气格栅502后被第一弧段601阻挡，物料杂质收到垂直于弧端方向的作用力反弹至第一腔室510，完成一级除杂；气体在负压作用下延至第二腔室511继续攀升，到达第三腔室512时，因腔室截面积突然增大，气体流速突然降低，促使杂质颗粒延第二弧端602并且在芯板509的作用下，落至第四腔室513内，完成二级除杂。通过延伸纵向尺寸可提高冷却过滤器的进气截面积，提高进气量，在吸入口开启时迅速为风机冷却和平衡压力，同时降低灰尘进入风机的概率。

本发明所形成的冷却系统及方法解决了在高负压状态下风机温升快、噪声大、磨损严重等问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。且在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种冷却装置，包括基座，其特征在于，所述基座开设有冷却进气口，所述基座中部贯穿设置有两个轴承座，所述基座设有两个端面，一面为内板，另一面为外板；所述基座内部为中空结构，围绕两个轴承座设有环绕式气道；所述内板设有吸入口，所述吸入口位于环绕式气道上。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，所述冷却进气口设于基座的顶部或两侧。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，两个轴承座呈左右分布，在内板上分别以两侧轴承座的圆心作为原点建立直角坐标系，靠近右侧轴承座的吸入口的上边缘与原点连线位于12°～-75°之间，下边缘与原点连线位于-46°～-137°之间；靠近左侧轴承座的吸入口的上边缘与原点连线位于168°～-105°之间，下边缘与原点连线位于-43°～-134°之间。

4.一种罗茨风机冷却系统，其特征在于，包括壳体，所述壳体至少一端设有如权利要求1-3任一所述的冷却装置；所述壳体设有内腔，所述内腔设有相啮合的主动转子和从动转子，主动转子和从动转子分别通过轴承连接位于冷却装置上的轴承座，位于冷却装置内板的吸入口与内腔相连通；所述壳体设有进气口和排气口。

5.根据权利要求4所述的罗茨风机冷却系统，其特征在于，所述吸入口的形状与主动转子和从动转子的外轮廓相适应，主动转子和从动转子转动实现吸入口周期性完全关闭与开启。

6.根据权利要求4所述的罗茨风机冷却系统，其特征在于，还包括油箱，所述油箱与冷却装置的外板密封连接，所述油箱用于容纳冷却润滑液，冷却润滑液通过轴承座对轴承进行降温以及润滑。

7.根据权利要求4所述的罗茨风机冷却系统，其特征在于，还包括冷却过滤器，所述冷却过滤器连接冷却装置的冷却进气口。

8.根据权利要求7所述的罗茨风机冷却系统，其特征在于，所述冷却过滤器包括进气格栅、外罩、前端机罩、后端机罩和进气连接口，所述前端机罩与后端机罩相对设置，进气格栅、外罩以及进气连接口位于前端机罩和后端机罩之间，构成过滤腔室；所述过滤腔室内设有过滤结构。

9.根据权利要求8所述的罗茨风机冷却系统，其特征在于，所述过滤结构包括：除杂板和芯板，所述除杂板和芯板均为多孔板，所述除杂板设有第一弧段和第二弧段，所述第一弧段靠近进气格栅，第一弧段和第二弧段相间隔设置，第一弧段和第二弧段通过直段连接；所述芯板位于第二弧段内侧。

10.根据权利要求8所述的罗茨风机冷却系统，其特征在于，所述前端机罩和后端机罩的内侧分别设有隔音板，隔音板夹杂吸音棉。