RU2079722C1

RU2079722C1 - Centrifugal blower

Info

Publication number: RU2079722C1
Application number: RU93041648A
Authority: RU
Inventors: Имануил Аврамович Слуцкий; Григорий Юрьевич Алексеев; Алексей Борисович Андрианов
Original assignee: Имануил Аврамович Слуцкий; Григорий Юрьевич Алексеев; Алексей Борисович Андрианов
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1997-05-20

Abstract

FIELD: manufacture of pumps and fans, namely centrifugal blowers used for transferring liquid and gas from one reservoir to another. SUBSTANCE: centrifugal blower has housing with partition dividing the blower into drive section and flow-through section with inlet and delivery branch pipes. Stator and magnetic circuit are arranged in drive section. Impeller rigidly connected with circular disk rotor of multipole magnetizing and magnetic circuit are arranged in flow-through section. Rotor and stator are located between two magnetic circuits. Rotor and magnetic circuits are made in form of disks. Diameter of disks of rotor and magnetic circuits and diameter of outer boundary of active wire bundles of stator winding which has form of circle are equal to diameter of impeller. Axes of all disks are coaxial relative to axis of impeller. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и вентиляторостроению, а именно к центробежным нагнетателям (насосам и вентиляторам), используемым при перекачивании жидкости или газа из одной емкости в другую, а также при встраивании в трубопроводы, вентиляционные каналы, системы водяного отопления и т.п. The invention relates to pump engineering and fan engineering, namely to centrifugal blowers (pumps and fans) used when pumping liquid or gas from one tank to another, as well as when incorporating them into pipelines, ventilation ducts, water heating systems, etc.

Известны центробежные герметичные электронасосы [1, 2] в которых вращение рабочему колесу от электропривода передается через герметичную перегородку с помощью магнитных полумуфт. Недостатком таких устройств является сложность передачи в них вращения рабочему колесу, протяженный ротор, а отсюда сложность и громоздкость конструкции, особенно приводного отделения, что не позволяет применять насосы в условиях ограниченного объема. Known centrifugal sealed electric pumps [1, 2] in which the rotation of the impeller from the electric drive is transmitted through the sealed partition using magnetic coupling halves. The disadvantage of such devices is the difficulty of transmitting rotation of the impeller in them, an extended rotor, and hence the complexity and cumbersome design, especially the drive compartment, which does not allow the use of pumps in conditions of limited volume.

Известен центробежный вентилятор [3] который для снижения трудоемкости и уменьшения габаритов снабжен закрепленным в корпусе диском, выполняющим роль перегородки, с установленными на нем по обе стороны статорами электродвигателя, в диске закреплен вал, на концах которого установлены несущие диски двустороннего рабочего колеса с закрепленными внутри них роторами электродвигателя. Недостатком этого вентилятора является неоптимальное соотношение объемов проточной и приводной части из-за использования протяженного ротора. A centrifugal fan [3] is known which, to reduce the complexity and dimensions, is equipped with a disk fixed in the casing, acting as a partition, with electric motor stators installed on both sides of the disk, a shaft is fixed in the disk, at the ends of which are mounted double-sided impeller disks with fixed inside them with electric motor rotors. The disadvantage of this fan is the non-optimal ratio of the volumes of the flow and drive parts due to the use of an extended rotor.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является центробежный насос [4] содержащий корпус с перегородкой, разделяющей насос на проточное и приводное отделения. В приводном отделении расположен статор и магнитопровод. В проточном цилиндрическом отделении дисковый ротор с постоянными магнитами. Насос снабжен входным и нагнетательными патрубками. Closest to the proposed device is a centrifugal pump [4] comprising a casing with a baffle separating the pump into the flow and drive compartments. The stator and the magnetic circuit are located in the drive compartment. In the flowing cylindrical compartment, a disc rotor with permanent magnets. The pump is equipped with inlet and discharge nozzles.

Вместе с тем объем проточной части насоса в прототипе существенно меньше объема его приводной части из-за неоптимального соотношения высот и диаметров катушек статорной обмотки. Кроме того, наружная граница активных пучков проводников статорной обмотки расположена на окружности, диаметр которой меньше диаметра рабочего колеса. Все это вместе взятое снижает КПД и компактность насоса при заданных его производительности и напоре. However, the volume of the flow part of the pump in the prototype is significantly less than the volume of its drive part due to the non-optimal ratio of the heights and diameters of the stator coil coils. In addition, the outer boundary of the active bundles of stator winding conductors is located on a circle whose diameter is less than the diameter of the impeller. All this taken together reduces the efficiency and compactness of the pump at a given performance and pressure.

Задачей изобретения является создание компактной плоскостной конструкции нагнетателя одновременно с увеличением его КПД за счет уменьшения объема приводного отделения по отношению к объему проточного отделения нагнетателя. The objective of the invention is to create a compact planar design of the supercharger simultaneously with an increase in its efficiency by reducing the volume of the drive compartment relative to the volume of the flow compartment of the supercharger.

Для решения этой задачи предложен центробежный нагнетатель, содержащий корпус с перегородкой, делящий его на приводное отделение, в котором размещен статор электродвигателя и магнитопровод, и проточное отделение, имеющее входной и нагнетательный патрубки, в котором на оси размещено рабочее колесо, жестко связанное с кольцевым дисковым ротором электродвигателя, выполненным с многополюсным намагничиванием и магнитопроводом, при этом ротор и статор расположены между двумя магнитопроводами, отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены в форме дисков, наружная граница расположения активных пучков проводников статорной обмотки выполнена в виде окружности, диаметр которой, как и диаметры ротора и магнитопроводов, равен диаметру рабочего колеса, а ее ось и оси ротора и магнитопроводов соосны оси рабочего колеса. Кроме того нагнетатель может отличаться тем, что электродвигатель снабжен дополнительным ротором, идентичным имеющемуся, причем ось дополнительного ротора соосна оси рабочего колеса. To solve this problem, a centrifugal supercharger is proposed, comprising a housing with a partition dividing it into a drive compartment, in which the stator of the electric motor and the magnetic circuit are located, and a flow compartment, which has an inlet and discharge nozzles, in which an impeller rigidly connected to the circular disk is placed on the axis a rotor of an electric motor made with multi-pole magnetization and a magnetic circuit, wherein the rotor and stator are located between two magnetic cores, characterized in that the magnetic cores are made in the form of discs, the outer boundary of the active tuft conductors of the stator winding is formed as a circle whose diameter as the diameters of the rotor and the magnetic cores is equal to the diameter of the impeller, and its axis and the axis of the rotor and the magnetic cores are coaxial impeller axis. In addition, the supercharger may differ in that the electric motor is equipped with an additional rotor identical to the existing one, the axis of the additional rotor being aligned with the axis of the impeller.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что мощность плоскостного электропривода пропорциональна диаметру дискового ротора [5] также как и производительность, одновременно пропорциональная диаметру рабочего колеса нагнетателя [6] Данная конструкция учитывает эти факторы, то есть конструктивные элементы привода (ротор, магнитопроводы, статор) по форме и размерам согласованы с формой и размерами рабочего колеса, что позволяет получить максимальную производительность нагнетателя при заданных размерах рабочего колеса и одновременно уменьшить габаритные размеры нагнетателя по высоте, что делает конструкцию компактной. С другой стороны, в предлагаемом нагнетателе соотношение объема его проточного отделения к объему приводного отделения больше, чем в аналогах и прототипе, что приводит к повышению КПД насоса при заданных габаритах нагнетателя или к уменьшению его габаритов при заданной величине рабочей полости (проточной части). Следует отметить, что оптимальными характеристиками обладает нагнетатель, у которого диаметры дисков роторов, магнитопроводов и диаметр окружности, ограничивающей наружную границу расположения активных пучков проводников статорной обмотки, равны диаметру рабочего колеса. Однако, как показала экспериментальная проверка, выполнение размеров диаметров роторов, магнитопроводов и статора возможно в пределах от 0,8 до 1,2 от диаметра рабочего колеса, так как такие отклонения не оказывают существенного влияния на параметры устройства и его КПД. The invention consists in the following. It is known that the power of a planar electric drive is proportional to the diameter of the disk rotor [5] as well as the productivity, which is simultaneously proportional to the diameter of the impeller of the supercharger [6] This design takes into account these factors, that is, the structural elements of the drive (rotor, magnetic circuits, stator) are matched in shape and size with the shape and dimensions of the impeller, which allows you to get the maximum performance of the supercharger at a given size of the impeller and at the same time reduce the overall dimensions of the pump Tutelo height, which makes the construction compact. On the other hand, in the proposed supercharger, the ratio of the volume of its flow compartment to the volume of the drive compartment is greater than in the analogues and prototype, which leads to an increase in the efficiency of the pump at given dimensions of the supercharger or to a decrease in its dimensions at a given value of the working cavity (flow part). It should be noted that the supercharger has optimal characteristics, in which the diameters of the rotor disks, magnetic circuits, and the diameter of the circle limiting the outer boundary of the arrangement of active bundles of stator winding conductors are equal to the diameter of the impeller. However, as shown by experimental verification, the execution of the diameters of the rotors, magnetic circuits and the stator is possible in the range from 0.8 to 1.2 of the diameter of the impeller, since such deviations do not significantly affect the parameters of the device and its efficiency.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид нагнетателя, выполняющего функцию насоса, на фиг. 2 вид сверху фиг. 1 при снятом входном патрубке, на фиг. 3 конструкция статора, на фиг. 4 общий вид нагнетателя с дополнительным ротором. The inventive device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a supercharger acting as a pump; FIG. 2 is a top view of FIG. 1 with the inlet pipe removed, in FIG. 3 design of the stator, in FIG. 4 general view of a supercharger with an additional rotor.

Центробежный нагнетатель содержит корпус 1 (фиг. 1), снабженный немагнитной перегородкой 2, разделяющей нагнетатель на проточное 3 и приводное 4 отделения. Внутренняя поверхность проточного отделения представляет собой спиральную полость (улитку), которая соединяется с нагнетательным патрубком 5. Входной патрубок 6 крепится к торцу корпуса 1, с другого торца которого расположена крышка 7. В перегородке 2 закреплена ось 8, на которой установлен подшипник 9 с ротором 10, имеющим форму диска. С ротором 10, выполненным с многополюсным аксиальным намагничиванием, жестко связан дисковый магнитопровод 11 и рабочее колесо 12. В приводном отделении 4 расположен статор 13, с нижней стороны которого установлен дополнительный магнитопровод 14, выполненный в форме диска. Статор 13 представляет собой 4 плоские катушки 15, расположенные на плате 16 (фиг. 3) из изоляционного материала, которая крепится к перегородке 2. Натужная граница расположения активных пучков проводников 17 статорной обмотки 17, представляет собой окружность (окружность А), диаметр которой, как и диаметры дисков ротора 10 и магнитопроводов 11, 14, равен диаметру рабочего колеса 12, а ось, как и оси ротора и магнитопроводов, соосны оси рабочего колеса. Если нагнетатель используется в качестве насоса, то статор должен быть герметизирован, например, залит компаундом, рабочее колесо может иметь вид, представленный на фиг. 2. The centrifugal supercharger comprises a housing 1 (Fig. 1) equipped with a non-magnetic partition 2 dividing the supercharger into a flowing 3 and a driving 4 compartment. The inner surface of the flow compartment is a spiral cavity (cochlea), which is connected to the discharge pipe 5. The inlet pipe 6 is attached to the end of the housing 1, from the other end of which there is a cover 7. An axis 8 is mounted on the partition 2, on which the bearing 9 with the rotor is mounted 10 having a disk shape. A disk magnetic circuit 11 and an impeller 12 are rigidly connected to a rotor 10 made with multi-pole axial magnetization. A stator 13 is located in the drive compartment 4, and an additional magnetic circuit 14 made in the form of a disk is mounted on its lower side. The stator 13 is 4 flat coils 15 located on the board 16 (Fig. 3) of insulating material that is attached to the partition 2. The strained boundary of the arrangement of active bundles of conductors 17 of the stator winding 17 is a circle (circle A), the diameter of which, as well as the diameters of the disks of the rotor 10 and the magnetic circuits 11, 14, is equal to the diameter of the impeller 12, and the axis, like the axis of the rotor and magnetic circuits, are aligned with the axis of the impeller. If the supercharger is used as a pump, then the stator must be sealed, for example, filled with a compound, the impeller can be as shown in FIG. 2.

Для увеличения мощности нагнетателя соосно ротору 10 между статором 13 и магнитопроводом 14 в приводном отделении 4 устанавливается дополнительный ротор 18 (фиг. 4), идентичный имеющемуся. Установка дополнительного ротора обеспечивает его надежное сцепление за счет многополюсного намагничивания с основным ротором 10 и силовое замыкание с торцами оси 8. Наличие дополнительного ротора 18 приводит к увеличению магнитной индукции и соответственно мощности привода. Кроме того, на дополнительный ротор 18 может быть установлен дополнительный рабочий орган, например, рабочее колесо, что позволяет при минимальном увеличении размеров нагнетателя значительно увеличить его производительность. В качестве рабочего органа может быть использован патрон для установки рабочего инструмента (шлифовальной головки, сверла, отвертки). В этом случае нагнетатель может выполнять дополнительные функции. To increase the power of the supercharger coaxially to the rotor 10 between the stator 13 and the magnetic circuit 14 in the drive compartment 4, an additional rotor 18 is installed (Fig. 4), identical to the existing one. The installation of an additional rotor ensures its reliable coupling due to multi-pole magnetization with the main rotor 10 and a power circuit with the ends of the axis 8. The presence of an additional rotor 18 leads to an increase in magnetic induction and, accordingly, drive power. In addition, an additional working element, for example, an impeller, can be installed on the additional rotor 18, which allows significantly increasing its performance with a minimum increase in the size of the supercharger. As a working body, a cartridge can be used to install a working tool (grinding head, drill, screwdriver). In this case, the supercharger can perform additional functions.

Нагнетатель работает следующим образом. The supercharger operates as follows.

На статор через электронный коммутатор 19 (фиг. 3) подается напряжение питания, при этом вокруг активных пучков проводников формируется магнитное поле, которое взаимодействует с соответствующими магнитными полюсами ротора (или роторами в случае выполнения нагнетателя в форме, представленной на фиг. 4) и приводит его во вращение. Ротор 10, будучи жестко связанным с рабочим колесом, передает последнему вращение, при этом жидкость или газ поступает через входной патрубок в спиралевидную полость проточного отделения, а оттуда выталкивается через нагнетательный патрубок. A supply voltage is supplied to the stator through an electronic switch 19 (Fig. 3), and a magnetic field is generated around the active bundles of conductors, which interacts with the corresponding magnetic poles of the rotor (or rotors in the case of a supercharger in the form shown in Fig. 4) and leads him into rotation. The rotor 10, being rigidly connected with the impeller, transmits rotation to the latter, while the liquid or gas enters through the inlet pipe into the spiral cavity of the flow compartment, and from there is pushed out through the discharge pipe.

По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемый нагнетатель позволяет получить максимальную производительность при заданных размерах рабочего колеса. Кроме того есть габаритные размеры уменьшены по высоте, что позволило создать плоскостную и компактную конструкцию и расширить сферы применения устройства. Compared with analogues and prototype, the proposed supercharger allows you to get maximum performance at a given impeller size. In addition, there are overall dimensions reduced in height, which allowed to create a planar and compact design and expand the scope of application of the device.

Литература
1. авт. свид. N 687259, F 04 D 13/00, заявл. 04.08.77, опубл. БИ N 35, 1979.Literature
1. ed. testimonial. N 687259, F 04 D 13/00, decl. 08/04/77, publ. BI N 35, 1979.

Авт. свид. N 918534, F 04 D 13/06, заявл. 05.08.80, опубл. БИ N 13, 1982. Auth. testimonial. N 918534, F 04 D 13/06, decl. 08/05/80, publ. BI N 13, 1982.

3. Авт. свид. N 1603063, F 04 D 17/08, заявл. 11.08.88, опубл. БИ N 40, 1990. 3. Auth. testimonial. N 1603063, F 04 D 17/08, decl. 08/11/88, publ. BI N 40, 1990.

4. Патент ЕПВ N 0240674, F 04 D 13/06, приоритет Японии 08.04.86, опубл. 13.02.87. 4. Patent EPO N 0240674, F 04 D 13/06, priority of Japan 08.04.86, publ. 02/13/87.

5. Г.В. Левитин, А.И. Слуцкий, Б.Я. Смирнов. Механизмы фрикционного транспортирования носителей изображения и звука киноаппаратуры. Л. Изд. ЛИКИ, 1985. 5. G.V. Levitin, A.I. Slutsky, B.Ya. Smirnov. Mechanisms of frictional transportation of image carriers and sound of movie equipment. L. Ed. FACES, 1985.

6. Э.Э. Струве, И.П. Дик, Г.С. Старцев. Вентиляторы и насосы. М. С. Машгиз 1955. 6. E.E. Struve, I.P. Dick, G.S. Startsev. Fans and pumps. M.S. Mashgiz 1955.

Claims

1. A centrifugal supercharger comprising a housing with a partition dividing it into a drive compartment, in which the electric motor stator and magnetic circuit are located, and a flow compartment, which has an inlet and discharge nozzles, in which an impeller rigidly connected to the ring disk rotor of the electric motor is placed, made with multi-pole magnetization and a magnetic circuit, with the rotor and stator located between two magnetic circuits, characterized in that the magnetic circuits are made in the form of disks, the outer borders and the arrangement of the active bundles of the stator winding conductors is made in the form of a circle, the diameter of which, like the diameters of the rotor and magnetic circuits, is equal to the diameter of the impeller, and its axis and the axis of the rotor and magnetic circuits are aligned with the axis of the impeller.

2. The supercharger according to claim 1, characterized in that the electric motor is equipped with an additional rotor identical to the existing one, the axis of the additional rotor being aligned with the axis of the impeller.