一种改善疲劳特性和密封特性的电机冷却风道及制作方法与流程

本发明涉及电力机械领域，具体涉及一种改善密封特性和疲劳特性的电机冷却风道及制作方法。

背景技术：

电机运行发热，是电机运行过程发生的正常现象。一般功率不大的电机在环境空气流通较好的情况下，仅依靠自身配置的散热装置即可解决自身运行过程的散热问题。但是，对于大功率电机，比如安装在转向架上的列车牵引电机，即使有列车运行时非常好的空气流通环境，也不能满足自身运行的散热问题，还需要包括冷却风道在内的空气推送装置对列车牵引电机内部鼓风散热，才能满足列车牵引电机运行的散热冷却问题。

电力机车牵引电机的冷却风道安装在机车车体与转向架之间，它是对机车牵引电机进行冷却的一个柔性连接件，其风管一般由密闭性较好的特种布料缝衬具有几何形状的筋架制成；传统风道的风管都只用了一层布，当该层布因老化等原因破穿后，整个风道也就报废。更严重的是，单层布初期较小的破穿不太明显，且风道安装在机车车体与转向架之间，非针对性的检修难以发现。这种破穿使风道内的风压和送风量降低，降低电机的散热效果，影响牵引电机的运转性能和使用寿命。

传统风道的风管与两端的外接法兰一般采用压片紧固、铆钉紧固、冷粘胶结及简单的硫化粘接的连接方式，压片紧固与铆钉紧固的缺陷在于小的零件太多，其可靠性差，装拆繁复，若有零件遗忘或脱落于风道内将对电机造成损毁。冷粘胶结的问题也是可靠性较差；硫化粘接效果优于冷粘胶结，但传统的硫化粘接方式过于简单，粘接的力学结构不够合理，因而也常常出现老化脱落现象。

传统风道的缺陷还表现在两端外接法兰与受风电机和与送风风机连接的密闭性较差或不稳定上。一种情形是，外接法兰周边通过多螺栓紧固或多扣件卡合，较多的紧固件不仅影响固接的可靠性，也同样使得装拆比较繁复，加之装拆空间狭窄，加大了装拆难度。另一种情形是，减少紧固构件，在外接法兰的外接面周边加设均匀的细条状密封胶垫。这种在法兰四周不分厚薄加设密封垫，必须够密度、等间距设置紧固构件，虽然较好的解决了密封对接的问题，但这种够密度、等间距设置紧固构件依然会造成装拆困难。

针对上述问题，本发明人在多年前就开始研究探索，其目的是改善电机冷却风道密封特性和疲劳特性，并将一批试用件应用于高速列车，最早的设计主要是针对第一个问题，将风管采用双层布设置，至今其使用行程达240万公里，其内层布有多处不同程度破穿，但外层布依然完好，使得风管依然具有良好的密封性。后来的设计在保有风管双层布设计的基础上，开始针对风管与外接法兰固接和外接法兰与对象法兰对接的问题，均获得显著的效果。

本发明是对上述本发明人所研发的试用件的进一步改进，其

技术实现要素：
及效果见下文所述。

发明内容

本发明要解决的技术问题，主要是：电机冷却风道的单层布风管因单层布抗疲劳性较差导致单层布破穿后使整个冷却风道报废的问题。其次是：风管两端与外接法兰固结可靠性差的问题；外接法兰与外接对象的法兰对接密封性差、装拆难度大的问题。

针对以上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种改善密封特性和疲劳特性的电机冷却风道，包括外接法兰、布方管、矩形筋架；外接法兰包括矩形框状的法兰基板，布方管衬在若干矩形筋架上形成柔性方管，布方管两端的矩形周边各与一块法兰基板矩形框边密封固结构成风道，所述布方管由内层布和外层布构成，所述矩形筋架衬在内层布与外层布之间。

进一步地，所述布方管的两端的端边为胶结边，由内层布的端边与外层布的端边通过胶粘结形成；所述胶结边分为内贴边和折压边，折压边位于布方管两端的端口部位。

在风道两端的矩形框状的法兰基板的内框边粘接有一层内边硅胶层；所述布方管两端的内贴边分别通过内边硅胶层与风道两端法兰基板的内框边粘接。

进一步地，在风道两端的两个法兰基板的外端面上，粘接有与法兰基板形状一致的贴板硅胶层，所述布方管的折压边粘接在贴板硅胶层上。

进一步地，所述外接法兰还包括粘接在法兰基板上的贴板硅胶层、粘接在贴板硅胶层上的折压边，且还包括粘接在折压边上带有密封凸缘的外接硅胶层。

进一步地，所述外接法兰上的密封凸缘的中段厚，向两端逐渐降低变薄直至端部厚度为零，其上表面呈中部高、两端低的弧面型。

进一步地，所述密封凸缘位于外接法兰两条相对的长边上；外接法兰两条相对的短边上还分别设有螺栓孔。

一种电机冷却风道的制作方法：先用两层布料与若干矩形筋架制作双层布的布方管，再将双层布的布方管两端与法兰基板密封胶接，然后通过在法兰基板上加设密封部件制作风道的外接法兰，最终制成电机冷却风道。

进一步地，所述双层布的布方管的制作方法包括以下步骤：

1）、制作内层布管：将一片不透气的矩形布料对折缝制成内层布管，然后在缝制针路上涂胶后待用；

2）、制作外层布管：将一片不透气的矩形布料对折缝制成外层布管，外层布管的截面周长大于矩形筋架的外边周长，然后在缝制针路上涂胶后待用；

3）、套衬筋架，制作双层布的布方管：将外层布管套在内层布管外，将矩形筋架放入外层布管与内层布管间相应的位置后，在矩形筋架的两侧将外层布管的布料与内层布管的布料缝制在一起，在等距套衬并缝制预定数量的矩形筋架后制成设计长度的双层布的布方管，然后对布方管的缝制针路进行涂胶处理。

进一步地，所述布方管的两端的端边为胶结边，由内层布的端边与外层布的端边通过胶粘结形成；所述胶结边分为内贴边和折压边；所述矩形框状的法兰基板的内边粘接有一层内边硅胶层；所述布方管的胶结边的内贴边通过内边硅胶层与法兰基板内边粘接；在法兰基板的外端依次粘结有与法兰基板形状一致的贴板硅胶层和外接硅胶层，所述布方管的折压边粘压在贴板硅胶层与外接硅胶层之间；其所述布方管两端与法兰基板密封胶接的方法包括以下步骤：

a、制作胶结边：将双层布的布方管两端的内层布料与外层布料通过硅胶硫化粘结成胶结边，粘结成的胶结边也是矩形方管;

b、将胶结边画线分区预裁：将胶结边分为内贴边和折压边，在内贴边与折压边之间画折线，将折压边四个直角沿直角线剪开至折线形成四个剪口：

c、粘接硅胶：在法兰基板的内边粘接内边硅胶层，在法兰基板的外端面粘接贴板硅胶层；

d、粘接内贴边：将内贴边通过内边硅胶层与法兰基板粘接；

e、粘接折压边：利用步骤b在矩形方管胶结边直角处预裁的剪口，将折压边沿折线向外翻折90度，然后粘接在贴板硅胶层上。

进一步地，所述风道两端由矩形框状的法兰基板、贴板硅胶层、布方管的折压边、外接硅胶层构成矩形框状的外接法兰；矩形框状的外接法兰中相对的两条短边上分别设有螺栓孔，相对的两条长边的外接硅胶层面上分别有凸起的密封凸缘；其制作密封的外接法兰的方法包括以下步骤：

x、制作带密封凸缘的外接硅胶层：利用模具将矩形的外接硅胶层硫化成型，使外接硅胶层的两条长边各有1—2条密封凸缘；

y、粘接外接硅胶层：将外接硅胶层粘结在权利要求10中d步骤所述贴板硅胶层上的折压边上。

z、打螺栓孔：按预先设在法兰基板两条短边上的孔位置及孔径大小，将叠加粘接在法兰基板的贴板硅胶层、布方管折压边和外接硅胶层打孔，使之与法兰基板预设孔形成通透的螺栓孔。

本发明的有益效果是：

1、一方面，与单层布管制成的电机冷却风道相比，双层布布方管制成的电机冷却风道使用寿命显著延长；另一方面，便于及时发现布方管出现的问题，当检修发现内层布和外层布中有一层布出现破损时即可决定更换风道，且此时即使有一层布发生破穿，也还未对电机造成任何不利影响。

2、风道的风管与两端的外接法兰连接密封效果更好且更加紧固。这主要是；一，内边硅胶层与风道两端法兰基板的内框边粘接，起到严密的封闭效果；二，布方管端口折压边沿折线向外翻折90度再粘接在外接法兰贴板硅胶层上，然后在外接法兰与连接对象的法兰紧固后，使布方管端口折压边几乎没有脱出的可能。

3、外接法兰与连接对象的法兰紧固连接后密封效果更好且紧固连接的操作十分简便。实现这一效果的技术措施主要是：外接法兰一般只设置了四个螺栓孔，根据外接法兰受力特征在外接法兰的外接面上相应设有符合力学特征的密封凸缘（15）。

附图说明

图1为实施例一中电机冷却风道的立体示意图；

图2为实施例一中矩形筋架立体示意图；

图3为实施例一中外接法兰俯视示意图；

图4为图3的a向截面示意图；

图5为实施例一中布方管的立体示意图；

图6为实施例一中布方管一端的立体示意图；

图7为实施例一中密封凸缘立体示意图；

图8为实施例二中外接法兰俯视示意图；

图9为实施例三中外接法兰俯视示意图；

图10为实施例四中外接法兰俯视示意图；

图11为实施例五中电机冷却风道局部截面示意图。

在图中：1、法兰基板；2、布方管；3、矩形筋架；4、外接法兰；5、内层布；6、外层布；7、胶结边；8、内贴边；9、折压边（9）；10、折线；11、内边硅胶层；12、贴板硅胶层；13、外接硅胶层；14、螺栓孔；15、密封凸缘；16、凸缘弧面；17、剪口；18、缝纫针路；19、筋架位。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图1—4所示，一种改善密封特性和疲劳特性的电机冷却风道，包括外接法兰4、布方管2、矩形筋架3；外接法兰4包括矩形框状的法兰基板1，布方管2衬在若干矩形筋架3上形成柔性方管，布方管2两端的矩形周边各与一块法兰基板1矩形框边密封固结构成风道，上述布方管2由内层布5和外层布6构成，矩形筋架3衬在内层布5与外层布6之间。这种双层布结构的布方管制成的风道，一方面，与单层布管制成的电机冷却风道相比，双层布布方管制成的电机冷却风道使用寿命显著延长；另一方面，便于及时发现布方管出现的问题，当检修发现内层布和外层布中有一层布出现破穿时即可决定更换风道，一般情况下，当一层布发生破穿时，另一层布依然完好，此时更换风道尚未对电机造成任何不利影响。而单层布管制成的风道到发现破穿时，对于应用在列车上的该装置，显然已近运行一段时间了，即已经对牵引电机散热造成了不利影响。上述矩形筋架是要使布方管2如何放置都能保持方管的形状，有利于风道内气流通畅。

如图5所示，所述布方管2的两端的端边为胶结边7，由内层布5的端边与外层布6的端边通过胶粘结形成。所述胶结边7分为内贴边8和折压边9，折压边9位于布方管2两端的端口部位。这是为下一步便于与法兰基板1粘接所作的设置。

如图4所示，在风道两端的矩形框状的法兰基板1的内框边粘接有一层内边硅胶层11；布方管2两端的内贴边8分别通过内边硅胶层11与风道两端法兰基板1的内框边粘接。这主要是保证两端法兰基板1与中间的布方管2之间实现严密的无缝密封，其次是布方管2与法兰基板1连接牢固性。

如图4所示，在风道两端的两个法兰基板1的外端面上，粘接有与法兰基板1形状一致的贴板硅胶层12，布方管2的折压边9向外翻折90度后粘接在贴板硅胶层12上。从图4可以看出，布方管2的折压边9是向外翻折90度后粘接在贴板硅胶层12上的，这使得布方管2与法兰基板1的连接更加牢固。

如图1、3、4所示，所述外接法兰4包括法兰基板1、粘接在法兰基板1上的贴板硅胶层12、粘接在贴板硅胶层12上的折压边9和粘接在折压边9上带有密封凸缘15的外接硅胶层13。以上表明：法兰基板1、粘接在法兰基板1上的贴板硅胶层12、粘接在贴板硅胶层12上的折压边9、粘接在折压边9上带有密封凸缘15的外接硅胶层13构成了外接法兰4。贴板硅胶层12较薄，其作用是便于布方管2的折压边9能够硫化粘接在法兰基板1上，而外接硅胶层13则较厚，其作用主要是使外接法兰4外端面有柔性，便于与对象法兰连接时有好的密封效果。外接硅胶层13所带的密封凸缘15，是外接硅胶层13在模具中通过硫化成型工艺形成的，其材质依然是外接硅胶层13的硅胶材质。显然，密封凸缘15的作用是使外接法兰4外端面与连接法兰连接时有更好的密封效果。

如图7所示，外接法兰4上的密封凸缘15的中段厚，向两端逐渐降低变薄直至端部厚度为零，其上表面呈中部高、两端低的弧面型。密封凸缘15两端是在外接法兰4上接近紧固件的区域，越接近经固件，密封凸缘15的厚度应该越薄甚至厚度为零，一方面，靠近紧固件的区域完全能够保证外接法兰4与对象法兰实现密封连接，而在离紧固件较远的区域则需要密封凸缘15的厚度较厚才能使该区域与对象法兰实现密封连接。另一方面，若接近紧固件区域密封凸缘15过厚，则反而会弱化离紧固件较远区域与对象法兰的密封效果。

如图3所示，密封凸缘15位于外接法兰4两条相对的长边上；外接法兰4两条相对的短边上还分别设有螺栓孔14。这主要是减少了紧固部件——螺栓的设置，使得风道的装拆变的非常简单。因为较多的紧固件不仅影响固接的可靠性，也使得装拆比较繁复，加之列车转向架安装电机冷却风道部位的空间狭窄，会加大装拆难度。

如图1至图5所示，一种电机冷却风道的制作方法：先用两层布料与矩形筋架3制作双层布的布方管2，再将双层布的布方管两端与法兰基板1密封胶接，然后通过在法兰基板1打螺栓孔：按预先设在法兰基板1两条短边上的孔位置及孔径大小，将叠加粘接在法兰基板1的贴板硅胶层12、布方管折压边9和外接硅胶层13打孔，使之与法兰基板1上的预设孔形成通透的螺栓孔14上加设密封部件制作风道的外接法兰4，最终制成电机冷却风道。

双层布的布方管2的制作方法包括以下步骤：

1）、制作内层布管：将一片不透气的矩形布料对折缝制成内层布管，然后在缝制针路上涂胶后待用。针路涂胶是防止针孔漏气。

2）、制作外层布管：将一片不透气的矩形布料对折缝制成外层布管，外层布管的截面周长大于矩形筋架3的外边周长，然后在缝制针路上涂胶后待用；

3）、套衬筋架，制作双层布的布方管2：将外层布管套在内层布管外，将矩形筋架3放入外层布管与内层布管间相应的位置后，在矩形筋架3的两侧将外层布管的布料与内层布管的布料缝制在一起，在等距套衬并缝制预定数量的矩形筋架3后制成设计长度的双层布的布方管2，然后对布方管2的缝制针路进行涂胶处理。

上述电机冷却风道的制作方法中，所述布方管2的两端的端边为胶结边7，由内层布5的端边与外层布6的端边通过胶粘结形成；所述胶结边7分为内贴边8和折压边9；所述矩形框状的法兰基板1的内边粘接有一层内边硅胶层11；所述布方管2的胶结边7的内贴边8通过内边硅胶层11与法兰基板1内边粘接；在法兰基板1的外端依次粘结有与法兰基板1形状一致的贴板硅胶层12和外接硅胶层13，所述布方管2的折压边9粘压在贴板硅胶层12与外接硅胶层13之间；其所述的布方管2两端与法兰基板1密封胶接的方法包括以下步骤：

a、制作胶结边7：图5所示，将双层布的布方管两端的内层布料与外层布料通过硅胶硫化粘结成胶结边7，粘结成的胶结边7也是矩形方管。

b、将胶结边7画线分区预裁：图5、6所示，将胶结边7分为内贴边8和折压边9，在内贴边8与折压边9之间画折线10，将折压边9四个直角沿直角线剪开至折线10形成四个剪口17。

c、粘接硅胶：图4所示，在矩形框状的法兰基板1的内空所在内边粘接内边硅胶层11，在法兰基板1的外端面粘接贴板硅胶层12。

d、粘接内贴边8：图4所示，将内贴边8通过内边硅胶层11与法兰基板1粘接。

e、粘接折压边9：图4所示，利用步骤b在矩形方管胶结边7直角处预裁的剪口17，将折压边9沿折线10向外翻折90度，然后粘接在贴板硅胶层12上。

上述电机冷却风道的制作方法中，所述风道两端由矩形框状的法兰基板1、贴板硅胶层12、布方管的折压边9、外接硅胶层13构成矩形框状的外接法兰4；矩形框状的外接法兰4中相对的两条短边上分别设有螺栓孔14，相对的两条长边的外接硅胶层13面上分别有凸起的密封凸缘15；其制作密封的外接法兰4的方法包括以下步骤：

x、制作带密封凸缘15的外接硅胶层13：图4所示，利用模具将矩形的外接硅胶层13硫化成型，使外接硅胶层13的两条长边各有1—2条密封凸缘15；

y、粘接外接硅胶层13：图4所示，将外接硅胶层13粘结在权利要求10中d步骤所述贴板硅胶层12上的折压边9上。

z、打螺栓孔14：图3所示，按预先设在法兰基板1两条短边上的孔位置及孔径大小，将叠加粘接在法兰基板1的贴板硅胶层12、布方管折压边9和外接硅胶层13打孔，使之与法兰基板1上的预设孔形成通透的螺栓孔14。

上述实施例中，按现阶段对材料成本、加工难易、应用效果的综合考量，优选：

制作布方管2的不透气布料为硅纺布；

所述胶结为硫化胶结；

所述粘接为硫化粘接。

以上采用硅纺布和硫化胶结、硫化粘接措施的应用效果，就是在高温高压工况下提高了风道结构的牢固性和使用寿命的耐久性。

实施例二

如图8所示，矩形框状的外接法兰4，其与实施例一不同之处在于：用于与对象法兰紧固连接的四个螺栓孔14分设在外接法兰4的四个直角部位；在相邻的两个螺栓孔14之间，均设有两条密封凸缘15。这主要是针对矩形外接法兰的两条短边长度较长时，短边中部区域因离紧固件较远，在与对象法兰对接时紧固压力不够导致气密性差而设置的。

实施例三

如图9所示，矩形框状的外接法兰4，其与实施例一不同之处在于：在相对的两条长边上分别只设有一条密封凸缘15。

实施例四

如图10所示，矩形框状的外接法兰4，其与实施例一不同之处在于：用于与对象法兰紧固连接的四个螺栓孔14分设在外接法兰4的四个直角部位；在相邻的两个螺栓孔14之间，均设有一条密封凸缘15。这也是针对矩形外接法兰的两条短边长度较长时，短边中部区域因离紧固件较远，在与对象法兰对接时紧固压力不够导致气密性差而设置的。

实施例五

如图11所示，电机冷却风道与实施例一的不同之处在于：在外接法兰4的贴板硅胶层12与外接硅胶层13之间，只有布方管2的内层布5的端边胶压其间。

上述实施例，有共同的基本结构及原理，各实施例只用于更清楚的描述本发明，而不是对本发明涵盖范围的限制。在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。