CN108412793A - 交流传动电力机车用牵引通风机及其机车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交流传动电力机车用牵引通风机及其机车，包括：包括：主风筒、导流筒、扩散筒、电机和离心叶轮，主风筒的第一端上设置导流筒，主风筒的第二端上设置扩散筒；电机安装于主风筒内，并与离心叶轮驱动连接；离心叶轮容纳于主风筒内，并靠近导流筒；离心叶轮包括进风罩和多个叶片，叶片与电机驱动连接；叶片的顶端为斜面；进风罩罩设于离心叶轮的顶部，进风罩的内壁与斜面贴合，进风罩的顶面与导流筒相连通。该通风机可在不增大尺寸的前提下获得较好的增压效果。本发明另一份方面还提供了包含该通风机的机车。
Description
技术领域
本发明涉及流体机械领域，具体的涉及一种交流传动电力机车用牵引通风机及其机车。
背景技术
牵引电机是机车运行的驱动部件。机车牵引列车快速行驶时，牵引电机内部的电磁线通过很大的电流，因电磁线存在一定电阻，会产生大量的热量。为保证机车的正常牵引工作，防止热量积聚温度升高损坏电机，机车需配置通风机进行强迫散热，配套的通风机称为牵引通风机，是机车中不可或缺的重要部件。
由于机车需要尽可能多的牵引车厢或者达到尽可能高的运行速度，因此希望采用具有尽可能大的牵引功率的牵引装置。为了达到这一要求，牵引装置在牵引过程中必然产生更多的热量，需要产生更大的散热风量。而风量的增加必然又会导致通风区域阻力的增加，因此风机需要更大的压力才能实现更好的散热。但现有机车可承载重量有限，当风机产生较大压力时，车辆常无法正常运行。
另外由于机车上可用安装风机的空间有限，要求所用风机的尺寸不能过大。但风机尺寸过小又无法有效将所产生的过多热量吹散。且机车整车自重也有要求，因而不能采用过重的风机进行散热。现有的牵引通风机虽然能满足机车安装空间外形尺寸和重量要求，但由于转速的限制，流量和压力均难以进一步提升，因而现有牵引风机无法满足机车更高牵引能力和更高速度条件下的散热要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交流传动电力机车用牵引通风机，该发明解决了现有牵引通风机无法再满足机车安装空间外形尺寸和整车重量要求的前提下，无法对机车在较高运行速度下产生的过多热量进行有效散热的技术问题。
本发明提供一种交流传动电力机车用牵引通风机，包括：主风筒、导流筒、扩散筒、电机和离心叶轮，主风筒的第一端上设置导流筒，主风筒的第二端上设置扩散筒；
电机安装于主风筒内，并与离心叶轮驱动连接；
离心叶轮容纳于主风筒内，并靠近导流筒；
离心叶轮包括进风罩和多个叶片，叶片与电机驱动连接；
叶片的顶端为斜面；进风罩罩设于离心叶轮的顶部，进风罩的内壁与斜面贴合，进风罩的顶面与导流筒相连通。
进一步地，交流传动电力机车用牵引通风机还包括锥台型进风结构，进风结构容纳于导流筒内，一端与进风罩对接。
进一步地，离心叶轮包括轮芯和驱动盘，轮芯与电机驱动连接，驱动盘套设于轮芯上，叶片的底端与驱动盘相连接。
进一步地，离心叶轮还包括：轮芯筒和加强板，轮芯筒套设于电机的驱动输出轴上，加强板的一端与轮芯筒相连接，另一端与叶片相连接。
进一步地，驱动盘还包括补强板和基板，基板套设于轮芯上，并垂直轮芯延伸形成；补强板的一端与基板的自由端相连接，另一端垂直轮芯向外延伸；叶片32垂直补强板与补强板相连接
进一步地，进风罩的顶端设置聚风环，聚风环的一端与导流筒相连接；导流筒和扩散筒均为锥台型筒体；
交流传动电力机车用牵引通风机还包括控速单元，控速单元与电机控制连接。
进一步地，交流传动电力机车用牵引通风机还包括：多个导流板，导流板的一侧与电机相连接，各导流板沿叶片的纵向对齐叶片设置，导流板的外侧与主风筒的内壁相贴合。
进一步地，导流板的纵截面的弧度为200～250°；导流板的内侧边包括相连的第一弧段和第二弧段，第一弧段靠近导流板的顶部并向导流板内凸起，第二弧段向导流板外凸起，第一弧段的弧度为300～310°；第二弧段的弧度为25～35°。
进一步地，叶片与导流筒围成第一风道，导流板与主风筒围成第二风道，第一风道和第二风道相连通。
本发明的另一方面还提供了一种交流传动电力机车，包括如上述的交流传动电力机车用牵引通风机。
本发明的技术效果：
本发明提供的交流传动电力机车用牵引通风机，通过在第一风道的两相对端分别设置锥筒，可以加速空气流速并扩压，配合安装在电机轴端叶轮的旋转，实现快速提高空气压力，并有效输送给需要通风冷却的牵引电机，可将空气的压力增大到高于大气压5000Pa。
本发明提供的交流传动电力机车用牵引通风机，所用叶轮采用离心叶轮，可使风机产生更高的压力和流量，并具有高强度和刚度，从而确保高速运转的可靠性；并在各叶轮与板相连接处设置斜拉板，进一步提升了叶轮的强度和刚度，确保高转速下的可靠性，并提高电机的密封效果，使其可长寿命高可靠的高速运转。
本发明提供的交流传动电力机车用牵引通风机，采用一侧设有弧形结构，且本身具有弧度的导流板能够有效实现气流从叶轮出口甩出后的导流，同时该导流板也可有效支撑电机。
本发明提供的交流传动电力机车用牵引通风机，压力高风量大、重量轻、结构紧凑、体积小，并可在不更换硬件的前提下，实现各种不同流量压力的调节，满足不同工况的要求。符合流量和压力的要求。
具体请参考根据本发明的交流传动电力机车用牵引通风机提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。
附图说明
图1是本发明提供的交流传动电力机车用牵引通风机的局部剖视结构示意图；
图2是图1中风机第一风道主视局部剖视示意图；
图3是图1中的离心叶轮的局部剖视主视示意图；
图4是图1的导流板结构示意图，其中a)是导流板的截面侧视示意图；b)是导流板的主视示意图；
图例说明：
1、第一风道；2、进风结构；3、离心叶轮；4、第二风道；5、电机；6、导流板；7、控速单元；11、导流筒；12、主风筒；13、箱结构；14、扩散筒；31、进风罩；32、叶片；33、驱动盘；34、加强板；35、轮芯。
具体实施方式
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
参见图1和3，本发明提供的一种交流传动电力机车用牵引通风机，包括：主风筒12、导流筒11、扩散筒14、电机5和离心叶轮3，主风筒12的第一端上设置导流筒11，第二端上设置扩散筒14；电机5安装于主风筒12内，并与离心叶轮3驱动连接；离心叶轮3容纳于主风筒12内，并靠近导流筒11；离心叶轮3包括进风罩31和多个叶片32，叶片32与电机5驱动连接；叶片32的顶端为斜面；进风罩31罩设于离心叶轮3的顶部，进风罩31的内壁与斜面贴合，进风罩31的顶面与导流筒11相连通。
通过采用能与叶片32顶面相贴合的进风罩31，能更好的对进气进行导流，使其尽可能全部进入离心叶轮3中，通过离心叶轮3的转动对空气进行有效增压。
优选的，进风罩31的顶端设置聚风环，聚风环的一端与导流筒11相连接。通过设置能与导流筒11紧密对接的聚风环，能提高空气进入离心叶轮3的量，有效实现高效增压。
参见图2，优选的，导流筒11和扩散筒14均为锥台型筒体。采用锥台型筒体结构，能在导流筒11中实现对气体的初步增压，并经过扩散筒14实现对气体的风速的提高，从而实现高效的降温。
优选的，还包括锥台型进风结构2，进风结构2容纳于导流筒11内，一端与进风罩31对接。进风结构2为近似锥台的结构，也主要起到聚风和导流的作用，为离心叶轮3增压做好准备。
参见图3，优选的，离心叶轮3包括轮芯35和驱动盘33，轮芯35与电机5驱动连接，驱动盘33套设于轮芯35上，叶片32的底端与驱动盘33相连接。通过驱动盘33驱动叶片32，能避免叶片32一侧与轮芯35直接相连接导致的空气流动受阻，无法最大效率的发挥增压效果的问题。
优选的，离心叶轮3还包括：轮芯筒和加强板34，轮芯筒套设于电机5的驱动输出轴上，加强板34的一端与轮芯筒相连接，另一端与叶片32相连接。通过设置加强板34，能有效提高叶片32承受空气压力的强度，为实现高压提供条件。
优选的，驱动盘33还包括补强板和基板，基板套设于轮芯35上，并垂直轮芯35延伸形成；补强板的一端与基板的自由端相连接，另一端垂直轮芯35向外延伸；叶片32垂直补强板与补强板相连接。通过补强板实现叶片32的固定，能提高叶片32的可靠度，避免叶片32在高压下变形。
优选的，叶片32厚度为2～7mm，驱动盘33厚度为5～10mm，补强板厚度为2～7mm。按此厚度设置，能较好的保证风机的强度。
参见图1，优选的，还包括：多个导流板6，导流板6的一侧与电机5相连接，各导流板6沿叶片32的纵向对齐叶片32设置，导流板6的外侧与主风筒12的内壁相贴合。在一具体实施例中，电机5的顶面上垂直电机5的轴线向外延伸形成安装板，导流板6的内侧与安装板的自由端相连接。设置安装板能防止已经增压的空气进入导流板6与电机5之间。
参见图4a)，优选的，导流板6的纵截面的弧度为200～250°。
参见图4b)优选的，导流板6的内侧边包括相连的第一弧段和第二弧段，第一弧段靠近导流板6的顶部并向导流板6内凸起，第二弧段向导流板6外凸起，第一弧段的弧度为300～310°；第二弧段的弧度为25～35°。采用该尺寸的弧段，所得导流板6能较好的导流增压气体，放置增压气体在导流过程中压力降低。
优选的，叶片32与导流筒11围成第一风道1，导流板6与主风筒12围成第二风道4，第一风道1和第二风道4相连通。通过设置导流板6能将从第一风道1进入离心叶轮3的压缩气体，尽可能保持其压力的传输至第二风道4，从而避免设置多个离心叶轮3导致整体通风机重量过大的问题。
优选的，还包括控速单元7，控速单元7与电机5控制连接。控速单元7能调节电机5的转速从而实现对增压的压强的有效控制。控速单元7可以设置于主风筒12外壁的箱结构13中，以增加整体风机的结构紧凑性。控速单元7还能实现电源交直交变换和频率的调节，控制风机实现高转速和风量风压调节。
参见图1，在一个具体实施例中，本发明提供的一种交流传动电力机车用牵引通风机，包括外带箱结构的第一风道1，设置于进风区域前端的进风结构2，第一风道内从进风区域至出风区域依次设置的离心叶轮(3)，电机安装板及第二风道(4)，设置在第二风道内的高转速电机(5)，设置在第一风道与第二风道之间的导流板(6)，以及安装在第一风道所带的箱结构内的控速单元(7)。风机的第一风道的前端法兰和后端法兰具有相同的外径，连接孔数量和大小也相同。
第一风道内1从进气端至出气端依次装置有进风结构2、离心叶轮(3)和第二风道(4)，在第二风道(4)内安装有用于提供驱动的高转速电机(5)，在第一风道1和第二风道4之间布置了用于支撑和空气导流的导流板(6)；离心叶轮(3)包括连接在电机主轴上的轮芯35以及从叶轮的进气端至出气端依次设置的进风罩31、叶片32、驱动盘33和加强板34，驱动盘33包括基板和补强板，保证离心叶轮(3)在高速运转时的强度和刚度。在一种具体的实施方式中，风机离心叶轮(3)采用高强度铝合金焊接，叶片厚度为5mm，驱动盘厚度为8mm，补强板厚度为5mm以确保风机在高速旋转时不会损坏。
优选的，第一风道1包括连接前端进风区域的导流筒11，用于安装第二风道4及导流板(6)的主风筒12，连接后端出风区域的扩散筒14，外部用于安装控速单元的箱结构13，箱结构整体尺寸小于主风筒。
优选的，第一风道1和第二风道4之间布置了用于支撑和空气导流的导流板(6)。参见图4，在一具体实施例中，导流板(6)板厚方向具有215°的弧度，同时在靠近高转速电机(5)位置开有R308的弧形缺口。
优选的，第一风道1包括进气端的导流筒11、主风筒12、出气端的扩散筒14，以及用于安装控速单元(7)的箱结构13。
优选的，第一风道1、第二风道4和导流板(6)在径向和轴向上均匹配。
本发明的另一方面还提供了一种交流传动电力机车，包含如上述交流传动电力机车用牵引通风机。
图1是一实施例中的一种高效轴向离心式通风机，它包括第一风道1、进风结构2、离心叶轮3、第二风道4、电机5、导流板6、控速单元7。进风结构2通过安装螺栓安装于第一风道1的进气端，空气从进风结构2导流进入离心叶轮3；电机5位于第二风道4内部，通过导流板6与第一风道1连接；离心叶轮3安装在电机5的输出轴上，调节进风结构2与离心叶轮3的间隙，确保空气按照合理的流线进入离心式叶轮3；空气在高速旋转的离心叶轮3的推动下高速圆周运动，速度提升的同时产生压力上升，最终从叶轮出气端甩出；导流板6焊接在第二风道4和第一风道1之间，其上部位置同第二风道4的前端平齐，从叶轮3切线方向离开的空气在导流板6引导下向电机轴向方向运动，实现空气强迫流动；空气进入第一风道1的后端扩压锥后，速度开始降低，压力进一步升高。电机5可以为各类常用电机，优选在一实施例中，所用电机5的转速≥10000r/min。此转速下的电机5能较好的实现对气体的增压。
使用本发明提供的风机特别适用于对交流传动电力机车牵引电机进行通风冷却。一是与采用普通三相交流电机的风机相比能提高风机压力和流量，本发明的风机采用更高转速的电机，通过控速单元实现电机的更高转速，驱动离心风机的离心式叶轮高速旋转对风做功，使得本发明提供的风机流量大且压力高；而是由于机车上空间有限，利用高转速风机可以采用更小的叶轮和第一风道，节约空间，减小重量；三是本发明的风机，可以通过控速单元的软件调节，实现不同的高转速，满足不同工况的要求。
本发明中，第一，第一风道采用前后锥形结构，前端导流筒使气流在进风端得到加速，从而减小进入高速叶轮时的速度梯度，降低流动损失；后端扩压锥使主风筒中高速气流逐步减速，将动压有效转化为静压，提升风机压力。第二，离心叶轮采用弧式叶片，增加叶轮对气流的做功，有效提升风机压力。第三，由于叶轮转速提高，需要更高的强度和刚度，在叶轮上增加了加强板和补强板，靠近轮芯的加强板能够有效提高强度和刚度，同时可以减少轮芯低压区域的涡流，补强板有效提升了驱动盘的刚度。第四，箱结构直接焊接在第一风道的主风筒上，利用第一风道的主风筒外径小于两端锥形结构的空间，有效减小了风机整体外形尺寸。第五，在第二风道和第一风道之间设计的导流板，强迫离心叶轮甩出的高速旋转气流向径向流动，减少气流与风道之间的气流损失，并将动压有效转化为静压。
本发明中的第一风道1，进风结构2，第二风道4，导流板6，根据使用要求的不同可采用优质碳素钢、耐腐蚀不锈钢或高强度非金属材料制造，离心叶轮3根据转速需要采用不同材料，转速低于5000r/min可用高强度碳素钢，转速5000r/min至9000r/min可采用高强度铝合金，更高转速的叶轮应采用更高强度的合金。
本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。
通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素，而不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。
Claims (10)
1.一种交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，包括：主风筒(12)、导流筒(11)、扩散筒(14)、电机(5)和离心叶轮(3)，所述主风筒(12)的第一端上设置导流筒(11)，所述主风筒(12)的第二端上设置扩散筒(14)；
所述电机(5)安装于所述主风筒(12)内，并与所述离心叶轮(3)驱动连接；
所述离心叶轮(3)容纳于所述主风筒(12)内，并靠近所述导流筒(11)；
所述离心叶轮(3)包括进风罩(31)和多个叶片(32)，所述叶片(32)与所述电机(5)驱动连接；
所述叶片(32)的顶端为斜面；所述进风罩(31)罩设于所述离心叶轮(3)的顶部，所述进风罩(31)的内壁与所述斜面贴合，所述进风罩(31)的顶面与所述导流筒(11)相连通。
2.根据权利要求1所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述交流传动电力机车用牵引通风机还包括锥台型进风结构(2)，所述进风结构(2)容纳于所述导流筒(11)内，一端与所述进风罩(31)对接。
3.根据权利要求1所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述离心叶轮(3)包括轮芯(35)和驱动盘(33)，所述轮芯(35)与所述电机(5)驱动连接，所述驱动盘(33)套设于所述轮芯(35)上，所述叶片(32)的底端与所述驱动盘(33)相连接。
4.根据权利要求3所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述离心叶轮(3)还包括：轮芯筒和加强板(34)，所述轮芯筒套设于所述电机(5)的驱动输出轴上，所述加强板(34)的一端与所述轮芯筒相连接，另一端与所述叶片(32)相连接。
5.根据权利要求3所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述驱动盘(33)还包括补强板和基板，所述基板套设于所述轮芯(35)上，并垂直所述轮芯(35)延伸形成；所述补强板的一端与所述基板的自由端相连接，另一端垂直所述轮芯(35)向外延伸；所述叶片32垂直所述补强板与所述补强板相连接。
6.根据权利要求1所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述进风罩(31)的顶端设置聚风环，所述聚风环的一端与所述导流筒(11)相连接；所述导流筒(11)和所述扩散筒(14)均为锥台型筒体；
所述交流传动电力机车用牵引通风机还包括控速单元(7)，所述控速单元(7)与所述电机(5)控制连接。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述交流传动电力机车用牵引通风机还包括：多个导流板(6)，所述导流板(6)的一侧与所述电机(5)相连接，各所述导流板(6)沿所述叶片(32)的纵向对齐所述叶片(32)设置，所述导流板(6)的外侧与所述主风筒(12)的内壁相贴合。
8.根据权利要求7所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述导流板(6)的纵截面的弧度为200～250°；所述导流板(6)的内侧边包括相连的第一弧段和第二弧段，所述第一弧段靠近所述导流板(6)的顶部并向所述导流板(6)内凸起，所述第二弧段向所述导流板(6)外凸起，所述第一弧段的弧度为300～310°；所述第二弧段的弧度为25～35°。
9.根据权利要求7所述的交流传动电力机车用牵引通风机，其特征在于，所述叶片(32)与所述导流筒(11)围成第一风道(1)，所述导流板(6)与所述主风筒(12)围成第二风道(4)，所述第一风道(1)和所述第二风道(4)相连通。
10.一种交流传动电力机车，其特征在于，包括如权利要求1～9中任一项所述的交流传动电力机车用牵引通风机。
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