一种轴流风机叶轮的制作方法

本实用新型涉及通风设备，特别的，涉及一种轴流风机叶轮。

背景技术：

随着国家对工业设备的能耗要求越来越高，目前轴流风机正向着轻量化方向发展，现有的轴流风机结构较笨重，噪音较大，多采用是铸铝材料铸造完成，而且为了降低成本，多采用的是普通砂铸工艺，该工艺的缺点是产品成型后材料组织结构疏松，缺陷较多。

对于中小型轴流风机叶轮，由于叶轮尺寸小，叶轮各部位的厚度较薄，铝液浇注时间较短，产品材料组织结构尚能满足要求。但对于大型轴流风机叶轮，由于叶轮尺寸较大，叶轮各部位的厚度也较厚，铝液浇注时间会较长，易造成铸铝叶轮在浇注成型过程中因各部位冷却不均匀造成应力不均衡，导致叶轮成型质量较差或不符合力学性能要求，且叶轮的厚度将严重增加其自身重量，导致叶轮难于满足风机的轻量化设计要求，叶轮的增重也会加重风机的振动。

因此，需要一种方案使得轴流风机在满足叶轮力学性能要求的同时，尽量减轻自重，即满足轻量化要求、减小振动。

中国专利201320437583.5公开了一种具有分体式轮毂的叶轮，其轮毂包括由数个叶柄套依次拼接而成的圆环，每个叶柄套上配合安装一个叶片，该方案中叶片与叶轮轮体也是分体式的(用螺栓与法兰套与轮盘固连在一起)，但该叶轮零部件多，结构繁杂，安装与维护不方便。

因此，需要一种方案使得轴流风机叶轮在满足轻量化要求的同时，尽量精简叶轮结构，并尽量简化或减少安装与维护程序。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种轨道列车轴流风机叶轮，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种轴流风机叶轮，包括径向由外而内设置的叶片1、轮圈2及轮毂3，所述叶片与轮圈外圆面固连在一起，且叶片与轮圈为一体铸造而形成的整体，所述轮毂同轴设置在轮圈径向内侧，所述轮圈的径向内圆面设有一圈凸缘21，凸缘沿叶轮的径向向内凸出，轮毂的径向外侧边缘与凸缘采用可拆卸的连接方式固定连接。

进一步的，所述轮毂的径向外侧边缘设有用于与凸缘固定连接的法兰边314，所述法兰边314包括径向在外的平行部315和在内的定位部316，所述平行部315上的轴向通孔与凸缘上的轴向通孔对齐且二者通过螺栓A5轴向叠加连接，实现轮毂与轮圈的可拆卸连接，定位部316用于安装过程中对轮圈进行径向辅助定位；与凸缘轴向叠加的所述平行部315在轴向上位于叶轮出风口的一侧，以使叶轮转动过程中，平行部可沿与进风方向相反的方向提供一定的轴向支撑力而减小螺栓A5所受的轴向力。

进一步的，所述轮毂的中心轴孔内设有与轮毂主体31材质不同的轮芯4，所述轮芯为筒状结构，轮芯的中心通孔41用于连接叶轮驱动轴，所述轮毂主体通过铸造的方式与轮芯外圆面接合，使得轮毂主体与轮芯之间形成带分子接合力的整体式结构，所述轮芯的材质强度大于轮圈、叶片及轮毂主体的材质强度，且轮圈、叶片及轮毂主体的材质密度均小于轮芯的材质密度。

进一步的，所述轮芯与轮毂主体接合的外圆面凸设有凸部42，且通过铸造方式与轮芯外圆面接合的轮毂主体在对应凸部的位置设置为与凸部匹配的凹部32，轮芯凸部用于防止轮芯与轮毂主体之间发生轴向方向的相对位移，增强叶轮的稳定性。

进一步的，所述轮毂主体径和由内而外包括轮芯接合部311、轮毂根部312、轮毂腹板313和法兰边314，所述轮芯接合部呈筒状结构并包裹在轮芯外，与轮芯上的凸部42匹配的凹部32设置在筒状结构轮芯结合部的径向内壁，所述轮毂根部凸出于轮芯接合部外表面并用于衔接沿轮毂径向方向设置的所述轮毂腹板，所述轮毂腹板为一块整体的盘状结构板，所述定位部316设置在轮毂腹板的径向外缘，所述凸缘与轮毂腹板位沿轮毂径向方向对齐，所述凹部32与轮毂根部312沿轮毂径向方向对齐，以避免因设置有凹部而需额外增加轮芯接合部的厚度，有效的减轻轮毂重量，使轮毂的实体部分得到最合理的利用。

进一步的，所述轮圈与叶片固连的外圆面为球状弧面，即轮圈沿轮毂轴向方向设有弧度，且轮圈外圆面的最大直径点与轮圈内圆面的凸缘沿径向方向对齐；且以凸缘为界，所述轮圈位于叶轮进风口一端的厚度δ₁大于轮圈位于叶轮出风口一端的厚度δ₂。

进一步的，轮圈半径R与所述轮圈的外圆面沿轮毂轴向方向剖得的圆弧的半径SR的比值为R：SR＝1.5～2.7。

优选的，所述轮芯材质采用铸铁或铸钢，所述轮圈、叶片及轮毂主体材质均采用铸铝。

进一步的，所述轮圈的轴向一端的端面固设有防尘板6，且所述防尘板与叶轮进风口位于同一侧。

进一步的，所述防尘板上开设有对准轮毂中心轴孔的位置以便于检查维修的手孔61，手孔处固设有可拆卸的盖板62，且所述可拆卸的盖板位于防尘板轴向远离轮圈一端的外侧。

所述防尘板与轮圈端面之间的缝隙处以及所述盖板与防尘板之间的缝隙处均填充有密封胶。

所述轴流风机叶轮的制备方法包括以下步骤：

1)将轮圈及轮圈外圆面分布的叶片整体铸造，另将轮芯整体铸造；

2)再将轮芯置于轮毂模具内，开始浇铸轮毂，使得轮芯埋于轮毂内，轮毂和轮芯一体成形；

3)将轮毂与轮圈用螺栓A5固连到一起。

本实用新型中所述轮圈直径为轮圈外圆面最大半径位置处(点M处)的半径值。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的叶轮轮毂与轮圈采用可拆卸的分体式结构，安装方便，简化铸造工艺，降低成本，且使得叶轮的不同部位可以分别铸造，可以大大减少叶轮铸造缺陷，提高叶轮的铸造质量，同时，轮毂与轮圈的厚度也可减薄，从而大大减轻叶轮的重量，减小风机振动。

本实用新型的轮圈与叶片固连的外圆面为球状弧面，一方面可使轮圈局部减薄，减轻风机重量，另一方面使风机气流更顺畅，本实用新型相对于普通外圆面为圆柱状弧面的叶轮，可使风机的效率提高5～10％。

本实用新型的轮毂设有与轮毂主体材质不同的轮芯，且轮芯与轮毂主体之间存在通过铸造形成的分子接合力，使得轮芯与轮毂之间构成不可拆卸的半分体式结构，轮毂主体可采用轻质材料如铸铝，以减轻叶轮重量，为保证整个轮毂与叶轮驱动轴之间的可靠连接，轮芯采用强度较高的材料如铸铁或铸钢，由于轮芯采用铸铁或铸钢有足够的强度，轮芯的厚度可以减薄，轮毂中心轴孔区域的轮芯接合部的厚度也可以减薄，进一步的减轻叶轮重量，减小风机振动。

本实用新型的叶轮设有防尘板，可有效保护叶轮内部结构，延长叶轮寿命，防尘板上设有相对较小的手孔，手孔处盖设有盖板，可减少所需拆卸的螺栓，简化维护过程。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的叶轮主视剖面图；

图2是本实用新型图1的仰视图(去除防尘板及盖板)；

图3是本实用新型优选实施例的轮圈主视剖面图；

图4是本实用新型优选实施例的轮毂主体主视剖面图；

图5是本实用新型优选实施例的防尘板俯视图；

图6是本实用新型图5中的A-A剖视图；

图7是本实用新型优选实施例的盖板俯视图。

图中：1-叶片，2-轮圈，21-凸缘，3-轮毂，31-轮毂主体，311-轮芯接合部，312-轮毂根部，313-轮毂腹板，314-法兰边，315-平行部，316-定位部，32-凹部，4-轮芯，41-轮芯中心通孔，42-凸部，5-螺栓A，6-防尘板，61-手孔，62-盖板，63-螺母、64-螺栓B，65-螺栓C。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1～图7一种轴流风机叶轮，径向由外而内设置的叶片1、轮圈2及轮毂3，叶片与轮圈外圆面固连在一起，且叶片与轮圈为一体铸造而形成的整体，轮毂同轴设置在轮圈径向内侧，轮圈的向内圆面的轴向中间区域沿轮毂径向方向设有一圈凸缘21，凸缘沿叶轮的径向向内凸出，轮毂的径向外侧边缘与轮圈内圆面采用螺栓A5固定连接。

本实施例中，轮毂的径向外侧边缘设有用于与凸缘固定连接的法兰边314，凸缘与法兰边通过螺栓A5连接，法兰边设有沿轮毂径向方向设置的且与凸缘沿轮毂轴向方向叠加的平行部315，螺栓A穿设在叠加后的凸缘与平行部预设的通孔内并拧紧而实现轮毂与轮圈的可拆卸连接，法兰边还设有沿轮毂轴向方向设置的定位部316，定位部316用于安装过程中对轮圈进行径向辅助定位；与凸缘轴向叠加的平行部315在轴向上位于叶轮出风口的一侧，以使叶轮转动过程中，平行部可提供一定的轴向支撑力而减小螺栓A5所受的轴向力。

轮毂的中心轴孔内设有与轮毂主体31材质不同的轮芯4，轮芯为筒状结构，轮芯的中心通孔41用于连接叶轮驱动轴，轮毂主体31通过铸造的方式与轮芯4的外圆面接合，使得轮毂主体31与轮芯4之间形成带分子接合力的整体式结构，轮芯的材质强度大于轮圈、叶片及轮毂主体的材质强度，且轮圈、叶片及轮毂主体的材质密度均小于轮芯的材质密度，本实施例中，轮芯4材质采用铸铁，轮圈2、叶片1及轮毂主体材质均采用铸铝。

本实施例中，轮芯4与轮毂主体31接合的外圆面凸设有凸部42，且通过铸造方式与轮芯外圆面接合的轮毂主体在对应凸部42的位置设置为与凸部匹配的凹部32，轮芯凸部用于防止轮芯与轮毂主体之间发生轴向方向的相对位移，增强叶轮的稳定性。

本实施例中，轮毂主体径向由内而外包括轮芯接合部311、轮毂根部312、轮毂腹板313和法兰边314，轮芯接合部呈筒状结构并包裹在轮芯外，与轮芯上的凸部42匹配的凹部32设置在筒状结构轮芯结合部的径向内壁，轮毂根部凸出于轮芯接合部外表面并用于衔接沿轮毂径向方向设置的轮毂腹板，轮毂腹板为一块整体的盘状结构板，法兰边的定位部316设置在轮毂腹板的径向外缘，凸缘与轮毂腹板沿轮毂径向方向对齐且二者厚度相等，参见图1，凸缘21靠近进风口一端的表面与轮毂腹板313靠近进风口一端的表面齐平。凹部32与轮毂腹板313及轮毂根部沿轮毂径向方向对齐，使得凹部与轮毂根部沿轮毂径向方向对齐，一方面充分保证叶轮的强度，另一方面避免因设置有凹部而需额外增加轮芯接合部的厚度，有效的减轻轮毂重量，使轮毂3的实体部分得到最合理的利用，节省材料。

参见图1及图3，本实施例中，轮圈2与叶片1固连的外圆面为球状弧面，本实施例中，叶轮轮圈半径R＝536mm，球状弧面沿轮毂轴向方向剖得的圆弧的半径SR＝280mm，且轮圈外圆面的最大直径点M与凸缘21位于叶轮位于出风口一侧的表面沿径向方向对齐，图1中凸缘21位于叶轮出风口一侧的表面即为凸缘的上表面，凸缘的上表面亦为与平行部315叠合的一面；且以凸缘21为界，轮圈位于叶轮进风口一端的厚度δ₁大于轮圈位于叶轮出风口一端的厚度δ₂，本实施例中，δ₁＝20mm，δ₂＝12mm；。

本实施例中，轮圈的轴向一端的端面通过螺栓B64固设有防尘板6，且防尘板6与叶轮进风口位于同一侧。防尘板主要用于防止污染物进入叶轮中，特别是保护轮芯，从而提高叶轮防污能力，提高叶轮使用寿命。

本实施例中，防尘板上开设有对准轮毂中心轴孔的位置以便于检查维修的手孔61，手孔处固设有可拆卸的盖板62，且可拆卸的盖板位于防尘板沿轴向远离轮圈一端的外侧。

本实施例中，防尘板沿厚度方向靠近轮圈一端的内侧固定焊接有螺母63，防尘板上设有与螺母对应的通孔，盖板通过穿过通孔并旋入螺母的螺栓C65可拆卸的固定在手孔处。

由于防尘板安装的螺栓B64较多，拆卸起来不方便，通过拆开固定螺栓C65相对较少的盖板62对叶轮进行检修，可大大提搞叶轮的检修效率。

防尘板与轮圈端面之间的缝隙处以及盖板与防尘板之间的缝隙处均填充有密封胶(图中未示出)。

轴流风机叶轮的制备方法包括以下步骤：

1)将轮圈及轮圈外圆面分布的叶片整体铸造，另将轮芯整体铸造；

2)再将轮芯置于轮毂模具内，开始浇铸轮毂，使得轮芯埋于轮毂内，轮毂和轮芯一体成形；

3)将轮毂与轮圈用螺栓A5固连到一起。

本实施例的轴流风机叶轮与对比例1及对比例2的轴流风机叶轮各参数及效果对比如表1：

表1

从表1可以看出相对于轮圈与轮毂一体铸造的叶轮(对比例1)，本实用新型的叶轮重量减轻约30％，由于重量减轻，叶轮转动过程中的离心力减小，对风机壳体的冲击也随之减小，经实测，相同的转速下，风机机体最大振动幅度约减小50％，可大大减小风机零件的损耗，延长风机寿命；

由于轮圈外圆面为球状弧面，可使风机气流更顺畅，风机效率提高了9％，风机效率提高的同时，噪音也减小3.54％。

相对于轮芯与轮毂一体铸造成型的叶轮(对比例2)，本实用新型的叶轮重量减轻约17.6％，使用一段时间后，对比例2中叶轮的最大振动幅度由开始的2.5增至3.5，由于轮芯为铸铝，轮芯与电机驱动轴连接后，更容易磨损而产生间隙，使装配精度下降，造成风机振动幅度逐渐增强，叶轮寿命也会随之降低。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。