CN205371033U - 电力机车用离心式轴流牵引通风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：包括竖直安装在电力机车上的导风筒，导风筒包括外风筒和通过后导叶连接的内风筒，外风筒的底部设有接线盒；通过过渡法兰与外风筒的端面法兰连接的集流器；安装在内风筒的内风筒法兰上的电机；固定在电机的电机轴上的离心风机叶轮，离心风机叶轮的叶轮前盘是自与集流器相接的位置向外风筒方向延伸的弧面，叶轮后盘是自与内风筒相接的位置向离心风机叶轮中心位置延伸的斜面；叶轮前盘和叶轮后盘构成一个倾斜的扩压流道；导流罩固定在离心风机叶轮的中心上。本实用新型通过各部件的配合及离心风机叶轮的设计，使静压效率超过70％，具有重量轻、结构紧凑、可靠性高、效率高等优点。

Description

电力机车用离心式轴流牵引通风机

技术领域

本实用新型涉及流体机械领域，具体地说是一种轻量化的电力机车用离心式轴流牵引通风机。

背景技术

目前，我国现有机车普遍比国际先进机车笨重，其轻量化一直是国内机车研究生产厂商不懈的追求。

现有改进的结构是将牵引通风机竖直安装在电力机车车厢内，受电力机车结构限制，牵引通风机需为轴流通风机。但是，电力机车牵引电机的通风管道很复杂，还需要给机械间供风，沿途流动阻力大，需要通风机提供4000Pa以上的静压才能予以克服。常用单级轴流通风机的特点是压力低流量大，要提供4000Pa以上静压，在空间受限的电力机车上，至少需要2级以上的轴流风机才可能达到该要求。多级轴流风机设计难度大，且制造成本高，可靠性也略低。最终，选择离心式轴流通风机，但该类型风机也存在些许不足，现有运行的离心转轴流风机效率很低，部分风机静压效率甚至不足50％。因此，如何设计一种具有较高离心转轴流风机效率、轻量化的离心通风机成为目前亟待解决的问题。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种电力机车用离心式轴流牵引通风机。本实用新型主要通过离心风机叶轮的设计及各部件的配合以及材质的改进，通风机实现静压效率提高，静压效率超过70％，且实现轻量化，结构紧凑、可靠性高等效果。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：

包括一竖直安装在电力机车上的导风筒，所述导风筒包括外风筒和通过后导叶连接的内风筒，所述外风筒的底部设有接线盒；

一通过过渡法兰与所述外风筒的端面法兰连接的集流器；

一安装在所述内风筒的内风筒法兰上的电机；

一固定在所述电机的电机轴上的离心风机叶轮，所述离心风机叶轮的叶轮前盘是自与所述集流器相接的位置向所述外风筒方向延伸的弧面，叶轮后盘是自与所述内风筒相接的位置向所述离心风机叶轮中心位置延伸的斜面；所述叶轮前盘和所述叶轮后盘构成一个倾斜的扩压流道；

一导流罩固定在所述离心风机叶轮的中心上。

上述离心风机叶轮的设计形式更促使从离心风机叶轮流道中流出的气流更容易转向轴流。

进一步地，所述叶轮后盘的斜面倾斜角α为所述叶轮后盘与径向夹角，所述斜面倾斜角α通过所述通风机的静压和轴向尺寸确定，所述斜面倾斜角α在5°-45°之间取值。设计静压越低、轴向尺寸裕度越大，则斜面倾斜角α越大，反之，则越小。

进一步地，所述离心风机叶轮的出口为倾斜式出口，与轴向形成叶片出口倾斜角β，所述叶片出口倾斜角β通过静压和通风机的内、外风筒直径比确定，所述叶片出口倾斜角β在10°-35°之间取值。在限定空间尺寸的前提下，设计静压越高，则叶片出口倾斜角β越小；内、外风筒直径比越大，则叶片出口倾斜角β越大。上述倾斜式出口的设计使离内风筒最近的叶轮后盘的直径尺寸更小，有利于抑制气流从径向转向轴向时引起的脱流。

进一步地，所述叶片前盘的外侧设有导流板，所述导流板与所述外风筒配合使靠近所述叶轮前盘流出的空气逐渐转为轴向流动。

导风筒要把气流动能转换为压力能，并减少能量转换过程中的能量损失，提高静压效率。而导流板与外风筒的配合可以迫使靠近叶轮前盘流出的空气逐渐转为轴向流动，同时能够大大减少空气向前回流，减轻空气在集流器、叶轮前盘和外风筒形成的腔内的涡流烈度，降低能量损失，提高通风机效率。

进一步地，通过调整所述内风筒法兰的直径大小从而调整所述内风筒的进气端口径，使得所述导风筒为扩压式风道；所述内风筒上设有导流环，所述导流环与所述导流板、所述外风筒形成一个渐缩流道。

空气从叶轮流出时，其切向分速度远远高于轴向分速度，即空气的离心力远大于轴向流动的惯性力，必然在叶轮后盘与内风筒之间的过渡段形成很大的涡流。为了限制涡流的发展，降低涡流损失，本实用新型把内风筒进气端放大，即内风筒法兰直径变大，减小涡流发展空间，使导风筒成为扩压式风道。导流环与导流板、外风筒形成的渐缩流道，能够引导空气顺流道通畅地流动，进一步减少气流分离。扩大内风筒进气端和增加导流环的结构可使通风机仿真计算静压效率提高近2％。

进一步地，所述外风筒的端面法兰上设有密封海绵橡胶圈。密封海绵橡胶圈有很好的可压缩性，在安装在电力机车上时，可以通过挤压密封海绵橡胶圈起到密封连接作用。

进一步地，所述导风筒、所述电机均采用铝合金材质制作而成。

进一步地，所述后导叶与所述内风筒和所述外风筒为插入式焊接结构。

本实用新型为了达到轻量化设计，导风筒采用铝合金。铝合金密度低，但是，其强度指标也低于碳钢。为提高结构强度，减轻焊缝受力情况，把现有技术中的后导叶与内、外风筒的焊接结构更改为插入式，即在内、外风筒上切割出槽，把叶片插入槽中，再在外风筒的外面和内风筒的内表面把叶片与风筒焊接起来。这样，电机和内风筒的重力传递给后导叶后，后导叶的受力为压应力，焊缝主要起后导叶与内、外风筒之间的连接作用，受力情况获得改善。现有技术中常用导风筒是叶片直接与内外风筒焊接，叶片作为一个悬臂梁，在焊缝区域存在应力集中现象，受力状态恶化。另外，本实用新型采用的插入式焊接是在内外表面外面焊接，焊接空间大，消除了叶片相互间的干扰，可提升焊接效率和焊接质量。

同样，电机是轻量化设计的关键部件，为减轻重量，电机的壳体全部采用铝合金。由于本实用新型风量大静压高，电机功率大，达到32kW，电机的整机重量仍然接近200kg，在机车和动车应用领域，如此大功率的电机采用铝合金壳体铸造属首次。考虑到铝合金强度低，且电机是悬臂安装，最后调整安装方式，把吊装结构更改为电机坐在内风筒法兰上面，改变现有的吊装结构。

进一步地，所述后导叶出气边后方设有电缆护套管，所述电缆护套管的外径与所述后导叶的压力面相切。

电缆护套管安装位置选择在后导叶出气边后面，且使护套管的外径基本与后导叶的压力面相切。在后导叶吸力面出口附近一般都会存在一个分离区，让电缆护套管布置在分离区，能够最大地降低电缆护套管对气流流场的不利影响。现有技术中常用风机的电缆护套管一般直接安装在两个后导叶中间的流道中，这样严重影响了该流道内的气流流场，降低通风效率，且增大噪音。

较现有技术相比，本实用新型通过离心风机叶轮的设计及各部件的配合以及材质的改进，通风机实现静压效率提高，静压效率超过70％，基本达到了目前离心通风机中的较好水平；且实现轻量化，与相同规格的普通机车牵引通风机比较，整体重量只有普通风机的57％左右，减轻约43％，具有结构紧凑、可靠性高等优点。基于上述理由本实用新型可广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的剖视图Ⅰ。

图2是本实用新型的剖视图Ⅱ。

图3是本实用新型的剖视图Ⅲ。

图4是本实用新型电缆出线布置示意图。

图5是图4中A-A向的示意图。

图中：1、密封海绵橡胶圈2、集流器3、过渡法兰4、离心风机叶轮5、导流罩6、导风筒7、电机8、接线盒9、叶轮前盘10、导流板11、叶轮后盘12、导流环13、电机法兰14、内风筒法兰15、内风筒16、后导叶17、外风筒18、电缆护套管。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种电力机车用离心式轴流牵引通风机，包括竖直安装在电力机车上的导风筒6，所述导风筒6包括外风筒17和通过后导叶16连接的内风筒15，所述外风筒17的底部设有接线盒8；所述后导叶16与所述内风筒15和所述外风筒17为插入式焊接结构，如4、图5所述后导叶16出气边后方设有电缆护套管18，所述电缆护套管18的外径与所述后导叶16的压力面相切。所述外风筒17的端面法兰上设有密封海绵橡胶圈1。

通过过渡法兰3与所述外风筒17的端面法兰连接的集流器2；

安装在所述内风筒15的内风筒法兰14上的电机7；电机法兰13坐装固定在内风筒法兰14上；所述导风筒6、所述电机7均采用铝合金材质制作而成。

固定在所述电机7的电机轴上的离心风机叶轮4，所述离心风机叶轮4的叶轮前盘9是自与所述集流器2相接的位置向所述外风筒17方向延伸的弧面，叶轮后盘11是自与所述内风筒15相接的位置向所述离心风机叶轮4中心位置延伸的斜面；所述叶轮前盘9和所述叶轮后盘11构成一个倾斜的扩压流道；

导流罩5固定在所述离心风机叶轮4的中心上。

如图3所示，所述叶轮后盘11的斜面倾斜角α为所述叶轮后盘11与径向夹角，所述斜面倾斜角α通过所述通风机的静压和轴向尺寸确定，所述斜面倾斜角α在5°-45°之间取值。

所述离心风机叶轮4的出口为倾斜式出口，与轴向形成叶片出口倾斜角β，所述叶片出口倾斜角β通过静压和通风机的内、外风筒直径比确定，所述叶片出口倾斜角β在10°-35°之间取值。

例如，需要实现4000Pa的高静压要求，同时控制风机径向尺寸在限定范围内，需要选择较小的斜面倾斜角α角，斜面倾斜角α角为15°，选择较大的叶片出口倾斜角β角，叶片出口倾斜角β角为30°。

所述叶片前盘9的外侧设有导流板10，所述导流板10与所述外风筒17配合使靠近所述叶轮前盘9流出的空气逐渐转为轴向流动。

通过调整所述内风筒法兰14的直径大小从而调整所述内风筒15的进气端口径，使得所述导风筒6为扩压式风道；所述内风筒15上设有导流环12，所述导流环12与所述导流板10、所述外风筒17形成一个渐缩流道。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：

包括一竖直安装在电力机车上的导风筒(6)，所述导风筒(6)包括外风筒(17)和通过后导叶(16)连接的内风筒(15)，所述外风筒(17)的底部设有接线盒(8)；

一通过过渡法兰(3)与所述外风筒(17)的端面法兰连接的集流器(2)；

一安装在所述内风筒(15)的内风筒法兰(14)上的电机(7)；

一固定在所述电机(7)的电机轴上的离心风机叶轮(4)，所述离心风机叶轮(4)的叶轮前盘(9)是自与所述集流器(2)相接的位置向所述外风筒(17)方向延伸的弧面，叶轮后盘(11)是自与所述内风筒(15)相接的位置向所述离心风机叶轮(4)中心位置延伸的斜面；所述叶轮前盘(9)和所述叶轮后盘(11)构成一个倾斜的扩压流道；

一导流罩(5)固定在所述离心风机叶轮(4)的中心上。

2.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述叶轮后盘(11)的斜面倾斜角α为所述叶轮后盘(11)与径向夹角，所述斜面倾斜角α通过所述通风机的静压和轴向尺寸确定，所述斜面倾斜角α在5°-45°之间取值。

3.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述离心风机叶轮(4)的出口为倾斜式出口，与轴向形成叶片出口倾斜角β，所述叶片出口倾斜角β通过静压和通风机的内、外风筒直径比确定，所述叶片出口倾斜角β在10°-35°之间取值。

4.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述叶轮前盘(9)的外侧设有导流板(10)，所述导流板(10)与所述外风筒(17)配合使靠近所述叶轮前盘(9)流出的空气逐渐转为轴向流动。

5.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：通过调整所述内风筒法兰(14)的直径大小从而调整所述内风筒(15)的进气端口径，使得所述导风筒(6)为扩压式风道；所述内风筒(15)上设有导流环(12)，所述导流环(12)与所述导流板(10)、所述外风筒(17)形成一个渐缩流道。

6.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述外风筒(17)的端面法兰上设有密封海绵橡胶圈(1)。

7.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述导风筒(6)、所述电机(7)均采用铝合金材质制作而成。

8.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述后导叶(16)与所述内风筒(15)和所述外风筒(17)为插入式焊接结构。

9.根据权利要求1所述的电力机车用离心式轴流牵引通风机，其特征在于：所述后导叶(16)出气边后方设有电缆护套管(18)，所述电缆护套管(18)的外径与所述后导叶(16)的压力面相切。