CN203335485U - 一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机，包括叶轮、风筒、电机、出口法兰、安装梁、接线盒、支撑杆、导叶等。该冷却通风机为卧式悬挂式轴流通风机，其中叶轮机翼型叶片、轮体和轮芯组成，风筒安装于水冷装置的骨架上并通过出口法兰与过渡风道连接；出口法兰上有铆螺母用以连接过渡风道；电机通过螺栓固定于电机安装板上，整个风机结构紧凑，风机整体性能良好，振动、噪声都较低，通过试验，本风机流量为2m

/s时，静压为800pa，振动在2.0mm/s-2.4mm/s之间，噪声声压级小于90db，最高效率点达到70%以上，很好地适应了高速动车组对振动、噪声的要求。

Description

一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机

技术领域

本实用新型涉及一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机，适用于动车组牵引变流器水冷装置冷却系统要求的低振动、低噪音和较高效率的场合；

属于流体机械领域。

背景技术

 目前，部分高速动车组逆变器、变压器冷却风机仍需国外采购，该类风机性能满足冷却的要求，但成本相对较高、备品采购周期长、维修不方便。

冷却通风机是动车组牵引变流器水冷装置冷却系统的一个重要部件。动车组运行时，牵引变流器会产生大量的热量，设备温度也会随之而升高，通过与变流器内的冷却液进行热交换以达到热平衡，从而维持设备的正常运行。吸热后的冷却液从变流器出水口进入水冷装置，经换热器与外部冷却空气进行强制热交换，在降温后由主循环水泵送回至变流器进水口，而后重复上述循环。在整个循环过程中，为了让水冷装置中冷却液温度得到及时降低，就需要设计一个冷却通风机对水冷装置循环系统进行吹风冷却。如果热交换后的冷却液没有得到及时降温冷却，那么与变流器的热交换效果会明显降低，从而导致牵引变流器热量得不到及时散失，牵引变流器温度会持续升高，设备会因此产生故障甚至烧损，进而影响动车组的正常运行。

近年来我国社会经济各方面得到了快速发展，铁路在国民经济增长中起着至关重要的作用。随着我国铁路的快速发展，对高速动车组的需求也日益增加。但高速动车组由于大都是国外的设计平台，与其配套的冷却系统主要由西门子、贝尔公司生产，我国为摆脱对国外动车组设计平台的依赖，正逐步建立完善自主的设计平台，展开了高速动车组的研发工作。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的不足和缺陷，提供一种结构简单紧凑，安装方便，低振动、低噪音、较高效率的动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机。

本实用新型的技术方案：一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机，包括叶轮、风筒、电机、出口法兰、左安装梁、安装梁、右安装梁、接线盒、支撑杆、导叶，特征在于：

所述的该冷却通风机为卧式悬挂式安装的轴流冷却通风机；冷却通风机通过焊接在外筒上的三根安装梁上的螺栓固定在水冷装置的骨架上，为了减轻振动对风机和水冷装置的影响，在风机和水冷装置骨架连接处还增加了减震垫结构，即对整个风机起连接固定作用的左安装梁、安装梁、右安装梁根据接口尺寸焊接于外筒位置上，并通过减震垫与水冷装置的骨架相连，使其冷却通风机形成悬挂结构；

所述的冷却通风机中的叶轮包括叶片、轮体和轮芯，该叶轮通过盖形螺母固定于电机轴伸端上，叶片为高效低噪的机翼型叶片；

所述的风筒包括进口风道、内筒、外筒（17）、导叶和电机安装板，其中，导叶均匀的焊接于内外筒之间，一方面起到了将风机动压转为静压，提高静压效率的作用，一方面，也对内外筒起到了固定和加强作用；该风筒通过安装梁安装于水冷装置底部骨架，并通过出口法兰与过渡风道连接，即出口法兰设置在外筒出口处，出口法兰上有M8铆螺母用以连接过渡风道进口风道；上述内筒、外筒、导叶和电机安装板一起构成整个风机的流道结构；

所述的电机通过螺栓固定在内筒的电机安装板上，同时依靠支撑杆固定于外筒上，支撑杆角度与水平方向呈45°布置，即支撑杆通过螺栓连接方式与电机底座和外筒相连，一方面起到了固定电机的作用，另一方面也减缓了卧式安装结构的风机在运行过程中因电机重量而造成的不平衡振动。

支撑杆的作用是为了降低卧式安装结构的电机在运行时因重量产生过大振动而使风筒变形和风机故障，在主风筒与内筒圆周方向上还增加了四根均布且与水平方向呈45度角的支撑杆以平衡振动。

所述的接线盒包括接线盒盖、接线盒安装座，该接线盒根据电机的出线孔位置与水平方向呈35°布置于外筒上。

以上各个部件的相互协同作用，使得风机在一个相对可靠稳定的外部工作条件下，为水冷装置冷却系统的通风冷却提供了必要的动力保障，使得牵引变流器的热量能够得到及时的散失，保障了设备的正常运行，进而为高速动车组的安全、可靠运行提供了必要支持。

本通风机叶轮采用机翼型叶片，并配有圆弧形导叶，叶轮外径474mm，轮毂比0.65，叶片数为8，导叶数15，叶片旋转方向在风机入口处顺时针方向，工作方式为吸风冷却。

本实用新型涉及的是一种适用于动车组牵引变流器水冷装置冷却系统要求的低振动、低噪音和较高效率的冷却通风机。

该冷却通风机整体尺寸适中，考虑风机的整体结构强度和刚性，同时为了尽可能的减小风机重量，减轻风机振动对设备的危害，保证风机的使用寿命及使用者的舒适安全，风机结构件采用铝合金结构设计，焊接性能要求较高，可靠性要求较大。风机使用在动车组上，对于该类设备来说，噪音直接影响到乘客的舒适程度，因此对噪声的要求非常严格，可以说，噪音值的高低是评价该产品性能质量优良与否的一项重要指标，其次就是在保证风机产品满足用户性能要求的前提下，尽量提高风机效率，减小能源消耗。

本冷却通风机工作时，由于叶轮的旋转作用，风筒内将产生一个负压，冷却风在负压的作用下从进风口进入水冷装置，在对水冷装置内的冷却液进行吹风冷却后进入风机内，最后由过渡风道排向大气。其主要特点有：结构紧凑，整体采用悬挂式的安装结构，一定程度上减少了风机所占用的空间，便于安装在水冷装置的底部骨架；振动小，在风机安装过程中加入了减震垫结构，同时，在风机内部也增加了支撑杆结构，使得因风机振动而产生的不良后果得到很大程度降低；噪声低，效率较高，由于采用了机翼型叶片，叶片的气动噪声得到了降低，从而也降低了风机噪声，同时通过改进叶片设计，使得叶片的流道结构更加合理，气体紊流得到了改善，流动损失较小，效率也得到了进一步提高。正是由于其结构紧凑、振动小、低噪声、较高效率等特点，使得该风机能很好满足动车组牵引变流器冷却系统对冷却用通风机的要求。

本实用新型应用于动车组牵引变流器水冷装置冷却系统，其目的在于填补水冷装置冷却系统用冷却通风机设计的空白，提供一种结构紧凑、低噪声、较高效率水冷装置冷却系统冷却用通风机。本实用新型的技术特点：由于受到风机重量的限制，风机主要结构件采用了铝合金结构设计，叶轮（包括叶片和翼型）、风筒、电机安装板、导叶和安装梁等主要零部件在性能和结构上都采用了理论和数值模拟相结合的计算方法，从两方面保证了方案的可行性和最优性；同时，悬挂式的安装结构对整体结构强度和振动提出了更高要求，因此在安装过程中也加入了减震垫结构和支撑杆，减震垫和支撑杆对振动都起到了一定的缓解作用，同时支撑杆也在一定程度上平衡了电机因运行振动而产生的径向力，使得风机的结构强度得到了提高；难点在于由于风机安装在牵引变流器水冷装置骨架底部，安装空间有限，无法采用双叶轮结构，在此前提下要保证有足够的压力和冷却风量，对整个设计要求较高，通过理论和数值模拟相结合的设计方法，以理论计算为切入点，以模拟校核并指导理论设计，最终完成了气动性能设计。另一方面，由于风机的特殊运行场合，对噪声和振动提出了很高要求，而由于风机特殊的悬挂式安装结构，整个风机重量都依靠安装梁吊起，因此对安装梁材质及其焊接强度要求很高。为了减轻振动，一方面在满足结构强度的前提下通过以铝合金材料代替钢材，通过减轻重量来达到减振；另一方面，通过在风机和水冷装置安装处加装减震垫减振，同时，风机内部增加的加强筋结构既提高了风筒强度，也在一定程度上平衡了振动，使得整个风机在运行中的振动速度维持在2mm/s-2.4mm/s之间，达到了预期要求。同时，在降噪方面，通过采用机翼型叶片并结合气动仿真软件来提高气动性能和优化流道结构，气动损失也进一步减小，气动噪声得到很大程度降低，；机械噪声方面，通过减轻风机重量来减少振动，降低噪声，减震垫的安装和支撑杆的利用，也在一定程度上降低了噪声。综合以上方面的优化设计，使得风机在试验时的有效静压达到800Pa，流量达到2 m                                                

/s，噪声声压级在90dB（A）以下，最高效率点的静压效率达到了近70%，完全起到了对动车组牵引变流器水冷装置进行降温冷却的作用。

附图说明：

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的左视结构示意图；

图中：1-盖形螺母，2-叶轮，3-轮体，4-轮芯，5-风筒，6-电机，7-出口法兰，8-左安装梁，9-安装梁，10-右安装梁，11-接线盒，12-接线盒盖，13-接线盒安装座，14-支撑杆，15-导叶，16-导叶，17-外筒，18-电机安装板，19-叶片，20-进口风道。

具体实施方式：

参考附图，一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机，包括叶轮2、风筒5、电机6、出口法兰7、左安装梁8、安装梁9、右安装梁10、接线盒11、支撑杆14、导叶15，特征在于该冷却通风机为卧式悬挂式安装的轴流冷却通风机；冷却通风机通过焊接在外筒上的三根安装梁上的螺栓固定在水冷装置的骨架上，即对整个风机起连接固定作用的左安装梁8、安装梁9、右安装梁10根据接口尺寸焊接于外筒17位置上，并通过减震垫与水冷装置的骨架相连，使其冷却通风机形成悬挂结构；

所述的冷却通风机中的叶轮2包括叶片19、轮体3和轮芯4，该叶轮2通过盖形螺母1固定于电机6轴伸端上，叶片19为高效低噪的机翼型叶片；

所述的风筒5包括进口风道20、内筒15、外筒17、导叶16和电机安装板18，其中，导叶数量为15片，导叶16均匀的焊接于内外筒之间，一方面起到了将风机动压转为静压，提高静压效率的作用，一方面，也对内外筒起到了固定和加强作用；该风筒5通过安装梁9安装于水冷装置底部骨架，并通过出口法兰7与过渡风道连接，即出口法兰7设置在外筒17出口处，出口法兰7上有M8铆螺母用以连接过渡风道进口风道；上述内筒、外筒、导叶和电机安装板18一起构成整个风机的流道结构。

所述的电机6通过螺栓固定在内筒15的电机安装板18上，同时依靠支撑杆14固定于外筒17上接支撑杆14安装在电机尾部和外筒之间，支撑杆14角度与水平方向呈45°布置，即支撑杆14通过螺栓连接方式与电机底座和外筒17相连，一方面起到了固定电机的作用，另一方面也减缓了卧式安装结构的风机在运行过程中因电机重量而造成的不平衡振动。

所述的接线盒11包括接线盒盖12、接线盒安装座13，该接线盒11根据电机的出线孔位置与水平方向呈35°布置于外筒17上。

整个风机工作时，在叶轮2的高速旋转下，冷却空气由水冷装置入口端吸入，在对水冷装置内冷却液进行冷却后，由进口风道20进入风筒5，先后经过叶轮2、内筒15，在经过导叶16时，通过回收动压损失，再次增加了静压，提高了效率，最后冷却风由与法兰连接的过渡风道排出。由于整个风机在设计过程中结合了传统的理论计算和现代的计算仿真两种方法，把性能、噪声、振动等主要因素都详细考虑其中，因此最后通过试验证实各方面都达到了很好要求。

Claims (1)

1. 一种动车组牵引变流器水冷装置用冷却通风机，包括叶轮（2）、风筒（5）、电机（6）、出口法兰（7）、左安装梁（8）、安装梁（9）、右安装梁（10）、接线盒（11）、支撑杆（14）、导叶（15），特征在于：

所述的该冷却通风机为卧式悬挂式安装的轴流冷却通风机；冷却通风机通过焊接在外筒上的三根安装梁上的螺栓固定在水冷装置的骨架上，即对整个风机起连接固定作用的左安装梁（8）、安装梁（9）、右安装梁（10）根据接口尺寸焊接于外筒（17）位置上，并通过减震垫与水冷装置的骨架相连，使其冷却通风机形成悬挂结构；

所述的冷却通风机中的叶轮（2）包括叶片（19）、轮体（3）和轮芯（4），该叶轮（2）通过盖形螺母（1）固定于电机（6）轴伸端上，叶片（19）为高效低噪的机翼型叶片；

所述的风筒（5）包括进口风道（20）、内筒（15）、外筒（17）、导叶（16）和电机安装板（18），其中，导叶（16）均匀的焊接于内外筒之间，该风筒（5）通过安装梁（9）安装于水冷装置底部骨架，并通过出口法兰（7）与过渡风道连接，即出口法兰（7）设置在外筒（17）出口处，出口法兰（7）上有M8铆螺母用以连接过渡风道进口风道；上述内筒、外筒、导叶和电机安装板（18）一起构成整个风机的流道结构；

所述的电机（6）通过螺栓固定在内筒（15）的电机安装板（18）上，同时依靠支撑杆（14）固定于外筒（17）上，支撑杆（14）角度与水平方向呈45°布置，即支撑杆（14）通过螺栓连接方式与电机底座和外筒（17）相连；

所述的接线盒（11）包括接线盒盖(12)、接线盒安装座(13)，该接线盒（11）

根据电机的出线孔位置与水平方向呈35°布置于外筒(17)上。

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