FI103826B

FI103826B - High pressure fan

Info

Publication number: FI103826B
Application number: FI980495A
Authority: FI
Inventors: Kaare Lindroos; Jyri Vuorenmaa
Original assignee: Flaekt Woods Ab
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-30
Also published as: FI980495A; FI980495A0; FI103826B1

Description

103826103826

KorkeapainepuhallinHigh pressure fan

Keksinnön taustaBackground of the Invention

Keksintö koskee korkeapainepuhallinta, joka käsittää ainakin yhden siipipyörän sekä moottorin ja tähän liittyvän vaihteiston siipipyörän käyttämi-5 seksi, jolloin siipipyörä on kiinnitetty suoraan vaihteiston ulostuloakselille. Keksinnön mukaisen puhaltimen käyttöalueita ovat kaikki ilman ja höyryn komprimointiin liittyvät käyttökohteet. Erityisen tärkeitä prosesseja, jossa tätä puhallinta käytetään, ovat ilmastus, flotaatio ja mekaaninen höyryn kompri-mointi.The invention relates to a high pressure blower comprising at least one impeller and a motor and associated gear for driving the impeller, wherein the impeller is mounted directly on the gearbox output shaft. The applications of the fan according to the invention include all applications related to air and steam compression. Particularly important processes in which this fan is used are aeration, flotation, and mechanical vapor compression.

10 Tavanomaisella tekniikalla toteutetulla korkeapainepuhaltimella, jossa on teräslevyrakenteinen siipipyörä erillisine siipipyörän vierintälaakerei-neen, päästään yhdessä portaassa parhaimmillaan muutaman kymmenen kPa.n paineenkorotukseen. Jotta saavutettaisiin suurempia paineenkorotuk-sia, on korkeapainepuhallin tätä tekniikkaa käytettäessä toteutettava kaksi- tai 15 useampiportaisena sarjaan kytkettynä systeeminä.10 A conventional high pressure blower with a steel plate impeller with separate impeller roller bearings achieves a pressure boost of a few tens of kPa at one stage. In order to achieve higher pressure increases, the high pressure blower using this technique must be implemented as a two or 15 step series connected system.

Määräävänä tekijänä tekniikan tason mukaisen korkeapainepuhal-timen mekaanisessa toteutuksessa on teräsmateriaalista valmistetun siipipyörän paino ja lujuus. Painava siipipyörä johtaa kompromissiin laakerimitoituk-sessa. Laakerien tulee sallia siipipyörän painosta johtuvat suuret rasitukset, ja 20 samanaikaisesti kestää suuresta pyörimisnopeudesta johtuvat keskipakoisvoimat ja lämmönmuodostus vierintäelimissä. Jotta taattaisiin puhaltimen joustava käyttö, tulee roottorisysteemin kriittisen pyörimisnopeuden olla käyt-töpyörimisnopeuden yläpuolella. Käytännössä tämä johtaa mitoitukseen, jossa vierintälaakerit ovat suhteellisen suuria, ja laakereissa syntyvä lämpö johde-25 taan pois tehokkaalla öljynkiertovoitelujärjestelmällä.The decisive factor in the mechanical implementation of the prior art high-pressure blower is the weight and strength of the steel impeller. A heavy impeller leads to a compromise in bearing design. The bearings must withstand the heavy stresses due to the weight of the impeller, and at the same time withstand the centrifugal forces due to the high rotation speed and the heat generation in the rolling members. In order to ensure flexible operation of the fan, the critical rotation speed of the rotor system must be above the operating rotation speed. In practice, this results in sizing where the rolling bearings are relatively large and the heat generated in the bearings is removed by an efficient oil circulating lubrication system.

Edellä mainituista ominaisuuksista johtuen nykyiset korkeapaine-puhaltimet joudutaan toteuttamaan sekä yksi- että useampiportaisina versioina erillislaakeroinnilla, joko vierintä- tai liukulaakeroinnilla, sillä vaihteiston omat laakerit eivät kestä teräksisen siipipyörän aiheuttamia rasituksia. Niinpä esi-30 merkiksi kaksiportainen korkeapainepuhallin joudutaan toteuttamaan kahdella erillisellä sarjaan kytketyllä puhallinyksiköllä.Due to the above-mentioned features, the present high-pressure fans have to be implemented in single and multi-stage versions with separate bearings, either roller bearings or plain bearings, since the gearbox's own bearings cannot withstand the stresses caused by the steel impeller. Thus, as a precursor to 30, a two-stage high pressure blower has to be implemented with two separate fan units connected in series.

Keksinnön lyhyt selostusBrief Description of the Invention

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on edellä kuvattujen epäkohtien poistaminen. Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisella korkeapai- 2 103826 nepuhaltimella, jolle on tunnusomaista, että siipipyörä on muodostettu ainakin pääasiallisesti hiilikuitupohjaisesta komposiittimateriaalista.It is an object of the present invention to overcome the drawbacks described above. This object is achieved by a high pressure fan according to the invention, characterized in that the impeller is formed at least mainly of carbon fiber based composite material.

Valmistamalla korkeapainepuhaltimen siipipyörä tai sen oleelliset komponentit hiilikuitupohjaisesta komposiittimateriaalista saadaan siipipyörän 5 paino laskemaan murto-osaan verrattuna teräksisen siipipyörän painoon. Kyseisestä materiaalista valmistettu siipipyörä voidaan kuitenkin mitoittaa yhtä lujaksi tai lujemmaksi kuin terässiipipyörä. Kevyt komposiittisiipipyörä voidaan asentaa suoraan käytetyn vakiovaihteiston toisio- eli ulostuloakselille ilman, että laakerirasitukset kasvavat liian suuriksi, vaikka puhallinta käytetään suu-10 rella maksimipyörimisnopeudella (> 6000 rpm).By making the impeller of the high pressure blower or its essential components from carbon fiber-based composite material, the weight of the impeller 5 is reduced to a fraction relative to the weight of the steel impeller. However, the impeller made of this material can be dimensioned as solid or stronger than a steel impeller. The lightweight composite impeller can be mounted directly on the secondary or output shaft of the standard gearbox used, without increasing the bearing load, even though the fan is operated at a high maximum speed (> 6000 rpm).

Kun keksinnön mukainen puhallinratkaisu toteutetaan vaihteistolla, joka on edullisesti kartiovaihteisto, jossa on sen läpi menevä ulostuloakseli, ja siipipyörä järjestetään vaihteiston kummallekin puolelle kulloinkin suoraan mainitulle ulostuloakselille, saadaan myös siipipyörissä syntyvät aksiaalivoi-15 mat kumoamaan toisensa ja voidaan käyttää vaihteiston vakiolaakereita. Näin toteutetun ja siipipyörien ympärille järjestetyillä puhallinkoteloilla varustetun puhaltimen eri puolet voidaan myös kytkeä välikanavalla toisiinsa ja saada aikaan kaksiportainen puhallin, joka korvaa perinteisen kahdella erillisellä pu-haltimella toteutetun version. Puhallinta voidaan käyttää tietysti kahtena erilli-20 senä rinnan kytkettynä puhaltimena ilman edellä mainittua välikanavaa.When the fan arrangement according to the invention is implemented with a gearbox, which is preferably a conical gear with an output shaft passing through it, and the impeller is disposed on each side of the gearbox directly on said output shaft, the axial forces generated in the impellers are also reversed. The different sides of the fan thus made and having fan housings arranged around the impellers can also be interconnected via an intermediate duct and provide a two-stage fan which replaces the traditional version of two separate fans. Of course, the blower can be used as two separate parallel-mounted blowers without the aforementioned intermediate duct.

Vertaamalla erityisesti keksinnön mukaista kaksipäistä puhallinta perinteiseen kahdella puhaltimella toteutettuun kaksiportaiseen puhallinratkai-suun, esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan puuttuvan erillislaakeroinnin ansiosta 4 kpl laakereita pesineen ja kiertovoiteluyksiköineen kuten myös kytki-25 met vaihteiston ja siipipyörärakenteen välissä. Rakenne on kompakti, sen alustaksi käy yksinkertainen ja halpa teräsalusta, eikä asennuksessa tarvita eritasopetiratkaisuja. Lisäksi on huomattava, että kun siipipyörarakenne kytketään vaihteiston välityksellä moottoriin, ei tarvita taajuusmuuttajaa, joka on taas välttämätön ilman vaihteistoa toteutetuissa ratkaisuissa.In particular, by comparing the double-ended fan according to the invention with the traditional two-fan impeller solution implemented with two fans, the present invention achieves 4 bearings with washer and rotary lubrication units, as well as a clutch-25 metric gearbox and impeller assembly. The design is compact, with a simple and inexpensive steel platform to support, with no need for different bedding solutions. In addition, it should be noted that when the impeller structure is coupled to the engine via a gearbox, no frequency converter is required, which is again indispensable in non-geared solutions.

30 Kuvioiden lyhyt selostus30 Brief Description of the Figures

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin yhden edullisen esimerkkito-teutuksen avulla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista korkeapainepuhallinta perspektiivikuvana; ja 35 kuvio 2 esittää keksinnön mukaisessa puhaltimessa käytettyä kar- tiovaihteistoa leikattuna.The invention will now be described in more detail by way of one preferred exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a perspective view of a high pressure blower according to the invention; and Fig. 2 shows a sectional view of a cone gearbox used in a fan according to the invention.

3 1038263, 103826

Keksinnön yksityiskohtainen selostusDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Piirustuksissa esitetyssä keksinnön mukaisessa edullisessa kor-keapainepuhaltimen toteutuksessa on käyttövoimanlähteenä toimiva moottori, edullisesti sähkömoottori 1, jonka roottoriakseli 2 on kytketty kartiovaihteiston 5 3 sisäänmeno- eli ensiöakseliin 4, joka on kohtisuorassa vaihteiston ulostulo-eli toisioakseliin 5 nähden. Ulostuloakselin 5 päät ulkonevat vaihteiston 3 molemmilta puolilta, ja molempiin päihin on kulloinkin asennettu suoraan ilman erillistä laakerointia kevyt siipipyörä 6 ja 7, joka ainakin pääasiallisesti on hiili-kuitupohjaista komposiittimateriaalia ts. ainakin sen siivet 6a, 7a ja päätylevyt 10 6b, 7b ovat mainittua materiaalia. Siipipyörän naparakenne 7c voi olla myös muuta materiaalia, esimerkiksi terästä. Tämä suora laakerointi tarkoittaa pelkästään vaihteiston 3 omien laakeroiden 8 ja 9 käyttämistä koko edellä kuvatun siipipyörärakenteen laakeroinnissa. Siipipyörät 6 ja 7 on ympäröity puhal-linkoteloilla 10 ja 11, ensimmäisen kotelon 10 paineaukko 12 on yhdistetty vä-15 likanavalla 13 toisen kotelon 11 imuaukkoon 14. Toisen kotelon paineaukko on osoitettu viitenumerolla 15 ja ensimmäisen kotelon imuaukko viitenumerolla 16. Kotelot 10 ja 11 on esitetty piirustuksessa osittain leikattuna. Edellä kuvattu puhallinrakenne kokonaisuudessaan on sijoitettu yksinkertaisen terä-salustan 17 päälle.The preferred embodiment of the high-pressure blower according to the invention shown in the drawings is powered by a motor, preferably an electric motor 1, whose rotor shaft 2 is connected to an input or primary shaft 4 of a conical gear 5 3 perpendicular to the gearbox output or secondary shaft 5. The ends of the output shaft 5 protrude from both sides of the gearbox 3 and each has a light impeller 6 and 7 mounted directly on each end without separate bearing, which is at least mainly carbon-fiber composite material, i.e. at least its wings 6a, 7a and end plates 10 6b, 7b. . The impeller hub structure 7c may also be made of other material, for example steel. This direct bearing merely means using the gearbox's own bearings 8 and 9 for the entire impeller bearing described above. The impellers 6 and 7 are surrounded by blower rollers 10 and 11, the pressure opening 12 of the first housing 10 is connected to the intake opening 14 of the second housing 11 by the dirt channel 13, the second housing 11 and 16 respectively. shown partially in the drawing. The fan assembly as a whole described above is located on a simple blade base 17.

20 Piirustuksessa esitetty puhallin toimii yhdistävän välikanavan 13 ansoista kaksiportaisena puhaitimena. Poistamalla tämä välikanava 13 saadaan kaksi erillistä rinnan kytkettyä puhallinta.The blower shown in the drawing serves as a two-stage blower of the traps of the connecting intermediate channel 13. By removing this intermediate duct 13, two separate parallel connected fans are obtained.

Edellä keksintöä on selitetty vain sen yhden edullisen esimerkkito-teutuksen avulla. Alan ammattimies voi kuitenkin toteuttaa keksinnön mukai-25 sen puhaltimen ja sen yksityiskohdat usealla vaihtoehtoisella tavalla oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä esimerkiksi siipipyörä voisi olla ainoastaan vaihteiston yhdessä päässä ja vaihteiston ulostuloakselissa voisi olla vain yksi ulostulopää. Vastaavasti voitaisiin ajatella useampia siipipyöriä vaihteiston akselin kummassakin päässä tai pelkästään yhdessä päässä. 30 Vaihteisto voi olla myös muutakin tyyppiä kuin kartiovaihteisto, esimerkiksi suorilla hampailla toteutettu, ja vaihteiston ensiö- ja toisioakselien keskinäiset suunnat toisiinsa nähden voidaan valita halutulla tavalla kuhunkin käyttökohteeseen sopiviksi. Lisäksi korkeapainepuhaltimen siipipyöriä ympäröivät ja niihin liittyvät rakenteet voidaan valita alussa mainittujen käyttökohteiden mu-35 kaisesti.The invention has been described above only by way of one preferred exemplary embodiment. However, one of ordinary skill in the art can realize the fan of the invention and its details in several alternative ways within the scope of the appended claims. Thus, for example, the impeller could be located only at one end of the gearbox and there could be only one outlet end of the gearbox output shaft. Similarly, several impellers at either end of the gearbox shaft or at one end could be thought of. The gearbox may also be of a different type than the bevel gear, for example with straight teeth, and the relative directions of the primary and secondary shafts of the gearbox relative to one another may be selected as desired to suit each application. In addition, the structures surrounding the impellers of the high pressure blower and associated structures can be selected according to the applications mentioned above.

Claims

A high-pressure fan comprising at least one wing wheel (6, 7) and a motor (1) with associated gear (3) for driving the wing wheel, the wing wheel being mounted directly on the output shaft (5) of the gear (3), characterized by The wheel (6, 7) is formed of at least substantially carbon fiber-based composite material.

2. A high-pressure fan according to claim 1, characterized in that the gearbox n (3) is passed through an output shaft (5), and that the wing wheels (6, 7) are fixed directly to the output shaft on the respective sides of the gearbox (3).

3. A high-pressure fan according to claim 1 or 2, characterized in that the gear (5) is a conical gear, the primary shaft (4) of which the gear (1) is coupled to, located vertically in relation to the output shaft (5).

A high-pressure fan according to any of the preceding claims, characterized in that the wing wheels (6, 7) are encapsulated (10, 11) and can be joined to each other through an intermediate channel (13).

A high-pressure fan according to any of the preceding claims, characterized in that the intermediate channel (13) is guided from the outlet (12) of one of the capsule (10) to the suction opening (14) of the other capsule (11).