专利名称：中速高压多级离心式鼓风机的制作方法
技术领域：
本发明涉及各种工业应用中使用的机械式鼓风机领域，特别涉及一种中速高压的多级离心式鼓风机。
背景技术：
离心式鼓风机通常被用于多种工业应用中，用鼓风机语言，相对于传统意义上的中压为(5-15磅/平方英寸)，而15-25(磅/平方英寸)的压力通常称为高压。在工业应用中使用具有高压能力鼓风机的例子有现代污水处理厂使用的深槽嚗气池，为多种燃烧过程提供含氧气的空气，各种各样气体的增压，并且可作为真空动力源。
但是，常规的直联驱动多级离心式鼓风机难以实现15-25(磅/平方英寸)的压力。这主要由于叶轮旋转速度较低，级数受转子临界速度的限制，以及由于通过过份的叶轮轮盖密封的内泄露而导致的出口高温。
因此，大多数多级离心式鼓风机属于低压到中压的类型，出口表压一般在5-15磅/平方英寸(当进口大约是大气压时)，低于5磅/平方英寸的鼓风机被称为风扇，而超过25磅/平方英寸的则被称为压缩机。
参照图示1，图中箭头10显示了一种典型的常规直联驱动多级(简称DDMS)离心式鼓风机。DDMS离心式鼓风机结构简单，很少需要维护。低速及直接驱动使其运行可靠，噪音较低。
如图1中所示，传统的DDMS鼓风机10有通轴14一个，轴上串接了数个叶轮12，轴两端各有一个滚动轴承16支撑。每一级由安装在轴14上的叶轮12和紧跟其后的扩压器18和弯道回流器20组成。通常用转数为3000转/分的交流感应电动机(在60赫兹电源的国家则为3600转/分)，通过直接驱动轴22来驱动鼓风机。
通常需要几个这样的级串联来获得所需的压力，级数越多产生的压力就越高。在传统的DDMS鼓风机中，常采用垂直剖分面的结构形式来满足增压的要求，额外的压力可以容易地通过增加级数来获取。然而，最大的级数为转子的临界转速所限制。由于通常采用滚动轴承(简化结构)，运行转速必须低于第一临界转速的15～20％。因此，使用铝合金叶轮可以减轻转子重量，以便可以最多的增加级数，从而获取最大压力。
每级的压缩过程，始于旋转叶轮12，其中叶轮叶片的作用，使空气得以加速，压力得以增加(和速度平方成正比)。气流随后排入扩压器18，此间，气流的速度降低，使动能进一步转换为压力能。速度降低的气体然后进入弯道回流器20，其中的叶片去处气流的旋转分量，并引导到下一级的进口。这个过程将在随后的级内不断重复，直到压力达到要求。但是，气体温度也在这个压缩过程中得以提高。
因为在串接级内气体压力的不断提高，在旋转叶轮轮盖与固定的汽缸之间要求用密封来减小每个级的泄漏损失。因此，这些密封的效率直接与鼓风机的效率和出口温度有关。
参照图2，图2显示的是一种在传统的DDMS 10上使用的最普通和最经济的叶轮轮盖密封。如图2所示，叶轮轮盖24是平滑的迷宫梳齿形密封。迷宫梳齿可以在旋转叶轮12上或者安排在固定的汽缸26上。传统的叶轮轮盖密封28为径向，也就是迷宫梳齿的尖端和相对表面间的最小间隔是径向。为了减小泄漏提高效率，特别是流量较小时，间隙应尽可能的小。然而，太小的间隔会增加制造成本，并且提高由叶轮12与缸体接触所导致的转子咬死的可能性。
当DDMS离心式鼓风机用于使用50赫兹电源国家时(全世界的2/3国家)，还存在其他问题。
比如，如果一个鼓风机的转速被降低20％(例如从60赫兹电源的3600转/分降到50赫兹电源的3000转/分)，对于相同尺寸大小的鼓风机，大约20％的流量和44％的压力将丢失。为了补偿这个压力损失同时仍用直联驱动，可以增加更多个级数。这不仅昂贵而且受到转子临界转速的限制。或者采用外联式齿轮箱来提高鼓风机的转速。但是，这种组合体积庞大，使机器安装和维护错综复杂，且增加了成本。
DDMS离心式鼓风机在高压应用中的另一个潜在的问题，是由那些通常使用的叶轮轮盖径向密封引起的。由于鼓风机的主要部件的界面是垂直剖分面，装配时靠止口连接，在径向将会有累积公差和间隔，这个累积公差和间隔降低了叶轮轮盖的设计间隙，使潜在的叶轮轮盖密封与汽缸摩擦的可能性增加，这又进而导致鼓风机转子咬死。同时，由于铝的热膨胀系数是铸铁的两倍，在铝质叶轮和铸铁汽缸之间的热膨胀差将更进一步降低径向间隔。这一影响在高压下(因为高压通常带来高温，这又反对来导致更大的热膨胀差)将更为恶劣。
为了部分地解决转速限制，另一个类型的离心式鼓风机连体齿轮单级高速(简称IGSS)离心式鼓风机，在过去20年中得到了越来越广泛的应用，特别是在使用50赫兹电源的国家。
参照图3，30表示一种现有的典型的IGSS离心式鼓风机。
如图3所示，IGSS离心式鼓风机30只有一个悬挂在连体齿轮增速箱36的高速齿轮轴34端上的叶轮32，低速轴由标准的电动机(图中没显示)驱动。为了一次在单级压缩中得到所要求的压力，叶轮32的转速很高，一般在10000转/分到100000转/分。流量和压力可以通过改变齿轮传动比来进行调整。
通过改变齿轮传动比而不是改变鼓风机，IGSS鼓风机解决了DDMS鼓风机所存在的50赫兹到60赫兹转换问题。IGSS鼓风机体积小重量轻，并且为提高非设计点的性能，也可以选择配备进口导叶(IGV)或可调扩压器叶片(VDV)。
然而，叶轮的高速必然要求相应的高速技术和极端精密的生产方法来实现。
例如，需要使用高成本的滑动轴承40而不是低成本的滚动轴承。另外，还要使用成本更高并更加复杂的压力润滑系统42而不是的简单飞溅润滑系统449(参见图1所示)。高速叶轮32强度要求很高，通常由五坐标铣床铣制或为焊钢制成，而不是低成本的铸铝。
与低速DDMS 10相比较，高速IGSS鼓风机30的转速和叶片载荷都很高，因此噪音也高的多。它的噪音频率高，因此非常招人讨厌或者对近处的操作者会产生潜在的害处。对于这样高的噪音，环保规章和标准经常会要求加隔音柜来降低噪音幅度，进一步增加了产品费用并增加了机器维护难度。所以，我们期望提供一种新的高压离心式鼓风机的设计和结构，以取得更高的压力和压力比，同时解决那些传统离心式鼓风机中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、中速高压的多级离心式鼓风机，它包含一个连体齿轮箱和多个垂直剖分串连的离心级，每级使用铝或钢叶轮，叶轮轮盖密封为轴向的迷宫梳齿形密封。
本发明的一个目标是提供一种崭新和独特的鼓风机设计与结构，使之能够取得比传统的离心式鼓风机更高的压升与压比。
本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压离心式鼓风机的设计与结构，利用多级叶轮配置来获取得更高的压升与压比。
本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压离心式鼓风机的设计与结构，利用连体齿轮箱配置来获取得更高的压升与压比。
本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压离心式鼓风机的设计与结构，利用对温度和多级敏感度较低的轴向叶轮轮盖密封，在不增加成本的前提下来获取更高的压力能力。
本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压离心式鼓风机的设计与结构，利用可以在更小和更可事前预测的间隙下工作的轴向叶轮轮盖密封，以提高鼓风机的效率和可靠性。
本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压多级离心式鼓风机的设计与结构，高效、安全和可靠，制造成本和运输费用低，并且适用于50赫兹和60赫兹两种电力供应系统。
为了实现上述任务，本发明的最佳实现方案本发明是一个结构紧凑、中速高压鼓风机，它使用多个垂直剖分串连的离心级(使用铝质或钢质、并配有轴向迷宫梳齿形叶轮轮盖密封的叶轮)，和一个连体齿轮增速箱。
其中的一种技术解决方案是一种中速高压的离心式鼓风机，其特征在于，它至少包括a.具有垂直剖分面的进气口与出气口的缸体结构，其间通过内部空气通道相互连接；b.至少两级，每一级都在装在同一小齿轮轴上的离心叶轮，推进气体从上述进口到上述出口的流动，从而取得更高的压力或压比的提升，而轴由上述的缸体结构支撑；c.一个位于上述小齿轮轴端的连体齿轮箱，在齿轮箱内有一个事先确定了齿轮比的齿轮组对，用以从驱动轴到上述的小齿轮轴传送旋转运动；并且d.在上述叶轮的叶轮轮盖与所说的缸体结构之间采用轴向叶轮轮盖密封，以减小内部泄漏和意外的机械性接触。
另一种技术方案是一种中速高压的离心式鼓风机，其特征在于，它至少包括a.具有垂直剖分面的进气口与出气口的缸体结构，其间通过内部空气通道相互连接；b.至少两级，每一级都有装在同一小齿轮轴上的离心叶轮，推进气体从上述进口到上述出口的流动，从而取得更高的压力或压比的提升，而轴由上述的缸体结构支撑；并且c.一个位于上述小齿轮轴端的连体齿轮箱，在齿轮箱内有一个事先确定了齿轮比的齿轮组对，用以从驱动轴到上述的小齿轮轴传送旋转运动。
又一种技术方案是一种中速高压的离心式鼓风机，其特征在于，它至少包括a.具有垂直剖分面的进气口与出气口的缸体结构，其间通过内部空气通道相互连接；b.至少两级，每一级都有装在同一小齿轮轴上的离心叶轮，推进气体从上述进口到上述出口的流动，从而取得更高的压力或压比的提升，而轴由上述的缸体结构支撑；并且
c.在上述叶轮的叶轮轮盖与所说的缸体结构之间采用轴向叶轮轮盖密封，以减小内部泄漏和意外的机械性接触。
本发明有很多新颖和独特的特征和优势。它提供一种能够取得与传统离心式鼓风机相比具有更高压升与压比的鼓风机，带有多级叶轮和连体齿轮增速箱配置，以及可以在更小和更可事前预测的间隙下工作的轴向叶轮轮盖密封，以提高鼓风机的效率和可靠性，并且在较高的温度下和较多的级数时更为耐用。本发明高压多级离心式鼓风机结构紧密、高效、安全和可靠，制造成本和运输的费用较低，并且适用于50赫兹和60赫兹两种电力供应系统。
这些和其它新颖性以及本发明的目标，将通过以下有关示图和文字详细描述、讨论和权利要求而更为清晰。
图1是现有技术中的一个截面图，表明一个传统的直联驱动多级(DDMS)离心式鼓风机，其主要结构和特征为使用垂直剖分结构的空气动力级，滚动轴承，径向叶轮轮盖密封和飞溅式润滑系统；图2为现有技术中的鼓风机的部分截面图，表明一种典型的用于常规的DDMS离心式鼓风机内的径向叶轮轮盖密封的结构和特征；图3是现有技术中的鼓风机的一个截面图，表明一种常规连体齿轮单级(IGSS)离心式鼓风机，其主要结构与特征为使用齿轮增速，滑动轴承与压力润滑系统；图4是一个截面图，表明本发明，即高压连体齿轮驱动多级(IGMS)离心式鼓风机的最佳实现方案带有连体齿轮增速箱及轴向叶轮轮盖密封；图5是部分截面图，表明本发明的一种轴向叶轮轮盖密封的配置梳齿在叶轮上；以及图6是部分截面图，表明本发明的另一种轴向叶轮轮盖密封的配置即梳齿在缸体上。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。
具体实施例方式
尽管下面将参照有关图示来描述本发明的具体实现方案，但应该理解，这里的实现方案仅仅是作为例子和说明，而根据本发明的原理可以实现的其它方案则有很多种。很明显，对于熟悉这些工艺的人，在本发明范畴内的各种各样的变化和修改，将被认为属于本发明的精神，范围和考虑之列，这将在附加的权利要求中进一步确定。
参照图4，在100中为实现本发明高压连体齿轮驱动多级(IGMS)离心式鼓风机的最佳方案。
如图4所示，本发明IGMS鼓风机100有几个铝质(或者钢质)的叶轮112串列在同一个高速齿轮轴114上，轴两端由滚动轴承116支撑。每一级包括在高速齿轮轴114上安装的叶轮112、扩压器118和其后的弯道回流式120。
本发明IGMS离心式鼓风机100含有一个连体齿轮增速箱136，由标准电动机(不显示)通过驱动轴144来驱动。
本发明IGMS离心式鼓风机的齿轮箱136是鼓风机100的整体组成部分，与常规的配置外联齿轮箱的DDMS相比，它使鼓风机100的结构更加紧凑且成本更低。
本发明高压连体齿轮箱多级离心式鼓风机100的齿轮比可以从1∶1.2开始一直到2∶1或3∶1，所以叶轮112转速比常规的DDMS快的多。提升的叶轮速度增加了叶轮112所产生的压力，使得达到相同的鼓风机压力只需较少的级数。这导致鼓风机100的重量和尺寸的减小。
本发明高压连体齿轮箱多级离心式鼓风机100的高速能力，可以采用效率较高的后弯型叶轮112来代替传统的效率较低的径向型叶轮来提高鼓风机的效率。同时，使用后弯叶轮112可以使风机的性能曲线更加陡峭，在与管道系统连接时提高了控制能力。
为了适应50赫兹的电力供应，本发明IGMS离心式鼓风机100可以用一个高于原转速1.2倍的齿轮增速比，使叶轮速度可以提高到与使用60赫兹电力供应相同的水平。由于IGMS离心式鼓风机的转速要比传统的IGSS鼓风机低的多，仍然能使用标准的滚动轴承116和简单的飞溅润滑系统144，并且传统的DDMS的低成本的生产方法仍然能被使用，使生产成本比IGSS鼓风机节省更多。
另外，因为本发明IGMS离心式鼓风机100的叶轮转速与常规的IGSS鼓风机比要低的多，所以它们不会象IGSS鼓风机那样产生很高的噪音。
本发明，高压IGMS离心式鼓风机100的另一个重要的、关键性的特征是，它使用轴向叶轮轮盖密封，而传统的DDMS鼓风机使用的是径向叶轮轮盖密封。
参照图5，显示轴向叶轮轮盖密封152，梳齿在叶轮112上。
参照图6，显示轴向叶轮轮盖密封152，梳齿在缸体126上。
如图5和6所示，叶轮轮盖密封是轴向的，而不是传统鼓风机中的径向，这样，轴向间隔与径向的由各级之间装配的累积间隔和铝质叶轮与铸铁缸体之间的热膨胀差所引起的运动相互不影响。因此，鼓风机能在使用较多级数来获取更高压力的情况下，其潜在的摩擦接触的可能反而减小。
当然，本发明没有特意拘限于任何特别的形式或配置，或者任何独特的形式，或者任何特定的使用，在此公开。因为，在没有与上文中展示和描述的发明的精神与范围分离，展示的装置或方法仅仅是为了说明和公开一种实现的最佳形式，而不是展示所有本发明可能被实现或操作的不同形式或改动。
本发明相当详细地描述了至少其中一种形式的最佳实现方案。但是，这样详细的描述没有特意以任何方式限制本发明广泛的特征或者原理。
权利要求
1.一种中速高压的离心式鼓风机，其特征在于，它至少包括a.具有垂直剖分面的进气口与出气口的缸体结构，其间通过内部空气通道相互连接；b.至少两级，每一级都有装在同一小齿轮轴上的离心叶轮，推进气体从上述进口到上述出口的流动，从而取得更高的压力或压比的提升，而轴由上述的缸体结构支撑；c.一个位于上述小齿轮轴端的连体齿轮箱，在齿轮箱内有一个事先确定了齿轮比的齿轮组对，用以从驱动轴到上述的小齿轮轴传送旋转运动；并且d.在上述叶轮的叶轮轮盖与所说的缸体结构之间采用轴向叶轮轮盖密封，以减小内部泄漏和意外的机械性接触。
2.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，所说的轴向叶轮轮盖密封的梳齿在叶轮上。
3.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，所说的轴向叶轮轮盖密封的梳齿在上述的缸体结构上。
4.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，所说的叶轮是由铝或者钢制成。
5.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，所说的缸体是由铸铁制成。
6.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，所说的齿轮比为1.2∶1和3∶1之间。
7.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，还进一步包括滚动轴承，用于在缸体结构内支撑所说的小齿轮轴。
8.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，还进一步在所说的至少二级中的每一级中包括一个扩压器。
9.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，还进一步在所说的至少二级中的每一级中包括一条弯道回流渠器。
10.如权利要求1所述的鼓风机，其特征在于，还进一步包括飞溅润滑系统。
11.一种中速高压的离心式鼓风机，其特征在于，它至少包括a.具有垂直剖分面的进气口与出气口的缸体结构，其间通过内部空气通道相互连接；b.至少两级，每一级都有装在同一小齿轮轴上的离心叶轮，推进气体从上述进口到上述出口的流动，从而取得更高的压力或压比的提升，而轴由上述的缸体结构支撑；并且c.一个位于上述小齿轮轴端的连体齿轮箱，在齿轮箱内有一个事先确定了齿轮比的齿轮组对，用以从驱动轴到上述的小齿轮轴传送旋转运动。
12.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，所说的叶轮是由铝或者钢制成。
13.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，所说的缸体结构是由铸铁制成。
14.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，所说的齿轮比是在1.2∶1和3∶1之间。
15.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，进一步包括在上述叶轮的叶轮轮盖与所说的缸体结构之间采用轴向叶轮轮盖密封，以减小内部泄漏和意外的机械性接触。
16.如权利要求15所述的鼓风机，其特征在于，所说的轴向叶轮轮盖密封的梳齿在叶轮上。
17.如权利要求15所述的鼓风机，其特征在于，所说的轴向叶轮轮盖密封的梳齿在上述的缸体结构上。
18.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，进一步还包括滚动轴承，用于在缸体结构内支撑所说的小齿轮轴。
19.如权利要求11所述的鼓风机，其特征在于，还进一步在所说的至少二级中的每一级中包括一个扩压器。
20.如权利要求11所述的高压鼓风机，其特征在于，还进一步在所说的至少二级中的每一级中包括一条弯道回流渠器。
21.如权利要求11所述的高压鼓风机，其特征在于，还进一步包括一个飞溅润滑系统。
22.一种中速高压的离心式鼓风机，其特征在于，它至少包括a.具有垂直剖分面的进气口与出气口的缸体结构，其间通过内部空气通道相互连接；b.至少两级，每一级都有装在同一小齿轮轴上的离心叶轮，推进气体从上述进口到上述出口的流动，从而取得更高的压力或压比的提升，而轴由上述的缸体结构支撑；并且c.在上述叶轮的叶轮轮盖与所说的缸体结构之间采用轴向叶轮轮盖密封，以减小内部泄漏和意外的机械性接触。
23.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，所说的轴向叶轮轮盖密封的梳齿在叶轮上。
24.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，所说的轴向叶轮轮盖密封的梳齿在上述的缸体结构上。
25.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，所说的叶轮是由铝或者钢制成。
26.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，所说的缸体是由铸铁做成的。
27.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，进一步包括滚动轴承，用于在缸体结构内支撑所说的小齿轮轴。
28.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，还进一步在所说的至少二级中的每一级中包括一个扩压器。
29.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，还进一步在所说的至少二级中的每一级中包括一条弯道回流渠器。
30.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，还进一步包括一个飞溅润滑系统。
31.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，更进一步还包括一个位于上述小齿轮轴端的连体齿轮箱，在齿轮箱内有一个事先确定了齿轮比的齿轮组对，用以从驱动轴到上述的小齿轮轴传送旋转运动。
32.如权利要求31中所述的鼓风机，其特征在于，所述的齿轮比是在1.2∶1和3∶1之间。
全文摘要
本发明公开了一种中速高压的多级离心式鼓风机，具有垂直剖分缸体结构，主轴上安装有多个铝或钢制的叶轮，主轴由缸体一端的轴承箱和另一端的连体齿轮箱所支撑。连体齿轮箱，作为豉风机缸体的一部分，可以提高叶轮转速以获得更高的压力，同时，轴向叶轮轮盖密封可以减小间隙并提高高压应用中的可靠性。
文档编号F04D17/00GK1912395SQ200510091170
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月9日 优先权日2005年8月9日
发明者黄秀保 申请人:海巴鼓风机有限公司