EA031251B1 - Диагональный вентилятор - Google Patents

Abstract

Использование: диагональный вентилятор для охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов. Сущность изобретения: диагональный вентилятор, содержащий рабочее колесо, выполненное в виде двух усеченных конусов, жестко скрепленных с помощью диагональных лопаток, направляющий коллектор, а внутренняя поверхность направляющего коллектора выполнена по форме, аналогичной внутренней поверхности сопла Лаваля и аэродинамически сопряжена с поверхностью наружного усеченного конуса, при этом на нижнем торце внутреннего конуса установлена ступица с дисками, с помощью которых рабочее колесо крепится на валу электродвигателя. При этом узлы крепления электродвигателя выполнены в виде цилиндрических втулок со шпангоутами и содержат жесткие упругие элементы для фиксации электродвигателя. Преимущества данного диагонального вентилятора заключаются в простоте его монтажа и надежности в процессе эксплуатации, а также в его эффективности при любых режимах работы в качестве охладителя.

Description

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе на транспорте в качестве системы охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов.

Известен осевой вентилятор, включающий цилиндрический корпус, внутри которого с помощью втулки и по меньшей мере с тремя радиальными выступами закреплен электродвигатель, на валу которого установлено рабочее колесо с лопастями (описание изобретения RU № 2384747 C1, МПК F04D 19/00, 2008 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что оно малоэффективно и не приемлемо для использования в качестве вентилятора для тяговых электродвигателей магистральных электровозов. При этом напор нагнетающего воздуха при консальном закреплении лопастей не велик, а сама конструкция вентилятора не обеспечивает тех условий, которые необходимы для их промышленного использования на транспорте.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному устройству является другой известный диагональный вентилятор (описание изобретения RU № 2455528 C2 МПК F04D 17/08; F04D 19/00; F04D 29/26; F04D 29/66, 2011 г.), в котором корпус вентилятора выполнен с конической частью, а рабочее колесо выполнено с конической втулкой, на которой консально закреплены лопатки, при этом отношение углов конусности втулки и конусной части корпуса, где расположено рабочее колесо, составляет 1,33-1,28.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном источнике отсутствуют конструктивные элементы и технологические приемы, обеспечивающие достижение нижеуказанного технического результата. К тому же, консально закрепленные диагональные лопатки на конической втулке не позволяют обеспечить соответствующую надежность при использовании данного устройства в сложных условиях его эксплуатации, например в качестве средства охлаждения для тяговых электродвигателей магистральных электровозов. Следует также отметить, что технология сборки таких устройств часто является доминирующей при достижении надежности и, как правило, не всегда согласуется с теоретическими предложениями. Надежность - вот основной критерий, которому необходимо следовать при создании данных устройств для нужд промышленности, особенно транспортной отрасли.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, присущих известным устройствам, путем создания и реализации новой конструкции диагонального вентилятора.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в получении новой конструкции диагонального вентилятора с более высокой надежностью и эффективностью в процессе эксплуатации, а также снижения всех затрат, включая технологические и эксплуатационные.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту - устройству достигается в диагональном вентиляторе, включающем цилиндрический корпус, электродвигатель, рабочее колесо с диагональными лопатками, направляющий коллектор и спрямляющий аппарат. Особенностью предлагаемого диагонального вентилятора является то, что рабочее колесо его выполнено в виде двух усеченных конусов, жестко соединенных с помощью диагональных лопаток, а его направляющий коллектор выполнен по форме, аналогичной внутренней поверхности сопла Лаваля, аэродинамически сопряженного с верхним торцом наружного усеченного конуса, при этом на нижнем торце внутреннего конуса установлена ступица с дисками, с помощью которых рабочее колесо крепиться на валу электродвигателя.

Указанный технический результат достигается также тем, что цилиндрический корпус его выполнен в виде двух разъемных секций, внутри которых последовательно установлены вдоль по потоку: направляющий коллектор, рабочее колесо и спрямляющий аппарат с электродвигателем.

Указанный технический результат достигается также тем, что узлы крепления электродвигателя внутри цилиндрического корпуса выполнены совместно с радиальными лопатками спрямляющего аппарата, при этом радиальные лопатки переднего узла крепления расположены под острым углом к набегающему потоку, в то время как радиальные лопатки заднего узла крепления электродвигателя расположены параллельно набегающему потоку и установлены с наклоном к продольной оси цилиндрического корпуса.

Указанный технический результат достигается также тем, что узлы крепления электродвигателя выполнены в виде цилиндрических втулок со шпангоутами, жестко соединенными с помощью радиальных лопаток с цилиндрическим корпусом вентилятора.

Указанный технический результат достигается также тем, что между шпангоутами и фланцами электродвигателя установлены жесткие упругие элементы, преимущественно тарельчатые пружины из углеродистой стали.

На чертеже изображен общий вид диагонального вентилятора в продольном разрезе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью указанного технического результата, состоят в следующем.

Заявленный диагональный вентилятор включает цилиндрический корпус, выполненный в виде двух разъемных секций 1, 2, электродвигатель 3, рабочее колесо 4, выполненное из двух усеченных корпусов

- 1 031251 (внешнего), 6 (внутреннего) и диагональных лопаток 7, направляющий коллектор 8, спрямляющий аппарат, выполненный из радиальных лопаток 9 (переднего ряда), 10 (заднего ряда) и втулок 11, 12 (переднего и заднего узлов крепления электродвигателя). При этом рабочее колесо 4 закреплено на валу электродвигателя 3 с помощью ступицы 13 и кольцевых дисков 14, 15, установленных внутри внутреннего усеченного конуса 6, что создает благоприятные условия для восприятия любых нагрузок, включая вибрационные. Для восприятия осевых и термических нагрузок между шпангоутами втулок 11, 12 и фланцами электродвигателя 3 установлены дополнительно жесткие упругие элементы 16. При этом радиальные лопатки 9 спрямляющего аппарата в переднем узле крепления электродвигателя 3 установлены под острым углом по отношению к набегающему потоку, в то время как радиальные лопатки 10 заднего узла крепления электродвигателя 3 установлены параллельно набегающему потоку и с наклоном к продольной оси электродвигателя 3. Такое конструктивное исполнение обеспечивает восприятие всех видов нагрузок, включая вибрационные и термические. Все основные узлы диагонального вентилятора могут быть изготовлены из листовой стали с применением сварки, однако это не исключает использование других технологических процессов, например применение литьевых или прессованных узлов из специальных сплавов или армированных пластиков.

Диагональный вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 3 (чертеж) начинает вращаться рабочее колесо 4, создавая лопатками 7 поток воздуха. При этом в направляющем коллекторе 8 воздушный поток разгоняется и с минимальным лобовым сопротивлением поступает к диагональным лопаткам 7. С помощью диагональных лопаток 7 воздушный поток отклоняется к периферии и тем самым повышает компрессию. Диагональные вентиляторы занимают промежуточное положение между осевыми и центробежными вентиляторами. Первые создают низкое давление нагнетания при максимальном потоке воздуха, а вторые развивают повышенное давление при сравнительно малом воздушном потоке. Диагональные вентиляторы позволяют при сравнительно высоком давлении нагнетания обеспечить сравнительно высокую производительность, что весьма существенно отличает их как от осевых, так и от центробежных вентиляторов. Далее закрученный вихревой поток поступает в первую ступень спрямляющего аппарата, где он с помощью радиальных лопаток 9 вновь приобретает осевое направление. При своем движении поток воздуха омывает корпус электродвигателя 3 и охлаждает его. При этом тепло, генерируемое в электродвигателе 3, несоизмеримо с охлаждающей мощностью вихревого потока, что исключает перегрев электродвигателя 3 при любом режиме его работы, включая аварийные, т.е. нестационарные режимы его работы. После прохождения второй ступени, т.е. через лопатки 10, спрямляющего аппарата, воздушный поток полностью стабилизируется и перемещает уже только параллельно продольной оси вентилятора. Данный диагональный вентилятор предназначен, прежде всего, для системы охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов, что накладывает определенные требования как к техническим и аэродинамическим характеристикам, так и к прочности, в том числе к вибрационным и термическим. Выполнение рабочего колеса 4 из двух усеченных конусов 5, 6 способствует не только улучшению аэродинамической устойчивости, но и существенно улучшает его прочностные и усталостные характеристики. Срыв и завихрения, возникающие при традиционном исполнении рабочих колес, в данной конструкции рабочего колеса 4 просто исключены. К другим достоинствам конструктивного исполнения данного диагонального вентилятора следует отнести то, как крепится рабочее колесо 4 на валу электродвигателя 3, как и крепление самого электродвигателя 3 внутри секции 2 его цилиндрического корпуса. С помощью цапфы 13 и дисков 14, 15 создается единая рамная конструкция, устойчивая к любым вибрационным нагрузкам, а совместные компоновка узлов крепления электродвигателя 3 и спрямляющего аппарата не только улучшает аэродинамические характеристики, но и существенно улучшает съем паразитного тепла, которое возникает при работе электродвигателя 3 при нештатном режиме его работы. К тому же установка жестких компрессоров 16 между шпангоутами втулок 11, 12 и фланцами электродвигателя 3 снимает все проблемы, связанные с термическими напряжениями, которые при эксплуатации данных вентиляторов в системе охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов являются неизбежными и чуть ли не штатными ситуациями. От того, как конструкция вентилятора воспринимает все виды нагрузок, зависит не только его надежность, но и безаварийность всей системы в целом, включая сам магистральный электровоз.

Технический эффект от использования предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Предложенный диагональный вентилятор обеспечивает все необходимые требования, предъявляемые требования, предъявляемые к данному классу устройств. Данный вентилятор предназначен для принудительного охлаждения тяговых электродвигателей магистральных электровозов и представляет собой одноступенчатый вентилятор с рабочим колесом диагонального типа с осевым направлением потока воздуха. Привод рабочего колеса - прямой асинхронный двигатель повышенной надежности. Более суровых условий эксплуатации трудно представить. Предварительные стендовые испытания подтвердили все технические, аэродинамические и акустические характеристики, заложенные в данную конструкцию. Вскоре будут проведены натурные промышленные испытания опытного образца на магистральном электровозе, и авторы надеются, что они подтвердят его эксплуатационные качества, включая высокую надежность и безотказность в любых климатических условиях при различных режимах его работы.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изо

- 2 031251 бретения выполнена следующая совокупность условий:

средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в качестве диагонального вентилятора в системе охлаждения тяговых электродвигателей магистрального электровоза;

для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

средства, воплощающие заявляемое изобретение при его осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Диагональный вентилятор, включающий цилиндрический корпус, направляющий коллектор, рабочее колесо, выполненное из двух усеченных конусов, жестко соединенных между собой с помощью диагональных лопаток, спрямляющий аппарат и электродвигатель, отличающийся тем, что направляющий коллектор, рабочее колесо и спрямляющий аппарат концентрично и последовательно установлены вдоль по потолку внутри цилиндрического корпуса, выполненного в виде двух разъемных секций, причем в первой секции установлен направляющий коллектор, который выполнен в виде сужающегося и расширяющегося сопла, аэродинамически сопряженного с верхним торцом наружного усеченного корпуса, и рабочее колесо, в объеме внутреннего усеченного корпуса которого установлена ступица для жесткого закрепления его непосредственно на конце вала электродвигателя, а во второй секции установлен спрямляющий аппарат с входным и выходным венцами радиальных лопаток и электродвигатель с передним и задним узлами крепления, при этом узлы крепления электродвигателя внутри цилиндрического корпуса выполнены совместно с венцами радиальных лопаток спрямляющего аппарата, причем радиальные лопатки переднего узла крепления электродвигателя расположены под острым углом к набегающему потоку, в то время как радиальные лопатки заднего узла крепления электродвигателя расположены параллельно набегающему потоку и установлены с наклоном к продольной оси цилиндрического корпуса.
2. 2. Диагональный вентилятор по п.1, отличающийся тем, что в рабочем колесе применены листовые лопатки с выходным углом в пределах 84-115°, переменным по радиусу высоты лопатки.
3. 3. Диагональный вентилятор по п.1, отличающийся тем, что передний и задний узлы крепления электродвигателя внутри второй секции корпуса содержат цилиндрические втулки и кольцевые шпангоуты, которые жестко соединены с радиальными лопатками спрямляющего аппарата и упруго сопряжены с торцевыми фланцами электродвигателя через жесткие упругие элементы, преимущественно через тарельчатые пружины из углеродистой стали.
4. 4 J 8 £ \ \ ι Г Г