离心鼓风机的制作方法

专利名称：离心鼓风机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离心鼓风机、优选为高速离心鼓风机，该离心鼓风机具有 叶轮和外壳，该外壳容纳叶轮轴的电力驱动器的转子和定子，并设有冷却装置。
背景技术：
所述离心鼓风机，尤其是以高速旋转的离心鼓风机，是公知的且例如与激 光协作使用。由于在此必须排出可观的热负荷，因此设置了冷却装置。发明内容关于上述现有技术，考虑本发明的目标是针对所需的冷却进一步改进所述 类型的离心鼓风机。由于对于这种离心鼓风机同样必须排出可观的热负荷，本发明的另 一个目 标是针对必要的冷却装置有利地构造这种离心鼓风机。此外，对于由容纳在外壳中的电力驱动器驱动的叶轮，希望有利地以安全 的方式构成。第一目标首先且首要地通过权利要求l的主题来实现，这基于这样的事实即，在外壳中设置用于第一冷却介质和第二冷却介质的路径，以便依靠外壳由 第一冷却介质来冷却第二冷却介质，且这些路径由外壳的连续材料壁相互分隔 开。因此，这提供了允许对离心鼓风机尤其是外壳和/或其转子/定子区进行二 重冷却的不密封系统，即，通过第一冷却介质和第二冷却介质来进行二重冷却， 该第二冷却介质用来进行副冷却而第 一冷却介质用于提供主冷却。两个冷却介 质的路径相互密封地分隔开，这种分隔通过外壳本身的材料壁来实现。为此， 鼓风机外壳优选地包含铸造材料比如，尤其是重量轻的材料，例如形成为厚壁 的铝组成。这以下根据权利要求1的主题说明其他权利要求的主题，但以它们的独立 表述也是重要的。因此，在优选的结构中这样设置外壳中的路径相对彼此成一定角度地延 伸，换言之，当三维地看时，它们互不平行。此外，在投影中，两个冷却介质 的路径成例如锐角，这导致在投影中冷却介质路径是交叉的。优选的结构是其 中路径相互垂直地延伸的结构，在这种情况下，例如，第一冷却介质的路径平 行于叶轮轴的轴线，而第二冷却介质的路径基本上沿相对于叶轮轴的轴线的周 向方向延伸。路径以铸造工艺形成在外壳中和/或形成为孔。由此能够在制造外 壳的铸造操作中同时形成这些路径。可选地，特别是在实心外壳元件中，路径 可通过孔来形成。第一冷却介质的路径优选地置于外壳的外壁中，处在横截面 为腔状的外壳凹部内。因此，该腔状外壳凹部优选地在制造工艺过程中，尤其 是通过铸造来制造的过程中形成在外壳中。该腔状外壳凹部在相对于外壳的径 向向外的方向上敞开，此外，第一冷却介质的两个沿周向分布的路径伸入腔状 外壳凹部中。对应地，第一冷却介质的连续路径在外壳凹部中变宽，优选是在 周向上变宽。在本发明主题的优选结构中这样设置在周向上设置三个或三个 以上的腔状外壳凹部，更优选是四个这种外壳凹部，它们均匀地分布在周向上。 在外壳的轴线方向上，腔状外壳凹部的边界由外壳的一体壁限定。此外在周向 上，两个相邻的腔状外壳凹部通过外壳的实心部分相互分隔开，该实心部分具 有用于使第一冷却介质从其中通过的至少一个路径，以便连接这些相邻的腔状 外壳凹部。腔状外壳凹部由在外壳的轴线方向上延伸的遮盖件封闭。结果，所 有侧面都封闭的腔状外壳凹部形成了用于第一冷却介质的部分路径。据此，考 虑分布在周向上的外壳凹部和在每一种情况下都设置在两个相邻凹部之间并穿 过外壳部分的路径，电路设置在外壳的周向上。遮盖件可形成为包围外壳的管 状部件的形式。可选地，也可以使板状的单个遮盖件与每一个腔状外壳凹部相 关联。这里的要点是将每一个单独的外壳凹部都以密封的方式封闭。 一个腔状 外壳凹部优选地形成为冷却介质进给口而另一个腔状外壳凹部形成为冷却介质 排出口。据此，优选地，与这些外壳凹部，或者封闭它们的遮盖件或遮盖部分 相联结地设置用于连接外管或软管部分的联轴节。还建议外壳是筒形的，其一 端与叶轮相连，而另一端则被底部封闭，以便密封地封闭外壳，该外壳包含用于冷却介质的路径并容纳用于叶轮轴的电力驱动器。为了密封，还提供具有阶 梯形形状的另一端，且底部是对应的阶梯形。特别地，该阶梯形形状造成了第 二冷却介质路径相对于外界密封。此外，底部可同时在外壳内部方向上形成用于第二冷却介质的部分路径。除此以外， 一方面，底部可具有用于电力供应的 插接状入口，另一方面，可具有传感器系统和相关电子设备。至少在腔状外壳 凹部之间的区域中，在径向上看第一冷却介质的路径比第二冷却介质的路径向 内部延伸得更多，第二冷却介质也穿过外壳的内部，由此获得了冷却上的优点。 第二冷却介质的路径因此优选地在使两个在周向上相邻的腔状外壳凹部相互分隔开的实心外壳部分的区域中平行于叶轮轴的轴向取向延伸。这些实心外壳部 分既具有在一个方向上穿过它们的第一冷却介质的路径又具有优选垂直于上述 方向地穿过它们的第二冷却介质的路径。可选地，也可以使第一冷却介质的路 径设置成在径向上看时比第二冷却介质的路径向外部延伸得更多。此外，在一 种优选的结构中，建议第 一冷却介质路径在相对于叶轮轴的轴线的周向上延伸。 在此，设置有轴向地一个接一个地定位且在每一种情况下都被一起引入到腔状 外壳凹部中的多个路径。更优选地，用于第一冷却介质的路径的这种多重性被 限定在外壳中的电力驱动器区域中。更优选地，第二冷却介质的路径在外壳的 从叶轮到对向设置的底部的大致整个轴向长度之上延伸。因此，在对本发明的 主题的改进中，主要是为了排出定子的功率损耗，建议第一冷却介质的路径靠 近定子以使得保留在路径与将要被冷却的定子之间的外壳材料的厚度相当于或 小于冷却介质路径的直径。还建议设置对应于用于第二冷却介质的路径且用来 容纳电线的孔。因此在确保相对于第 一冷却系统的绝缘的同时极其容易实现电 线的轴向引入。关于冷却系统的目标首先且首要地通过权利要求17的主题来实现，这是 基于这样的事实即，冷却、特别是电力驱动器的冷却是通过从将要被压缩的 气体中分离出的部分气流来获得的。由此提供了一种冷却系统，可以利用该冷 却系统在相对于外界的密封封闭的情况下排出可观的热负荷。为此，在任何情 况下由离心鼓风机压缩的气体用于鼓风机电力驱动器特别是容納转子/定子的 外壳区域的自冷却，在这种情况下用于冷却目的的分流出的部分气流特别地被 引导通过外壳和/或通过转子/定子区域。除此以外，该分流出的部分气流，在 通过冷却路线以后，被回送到由鼓风机叶轮产生的主气流。由此获得离心鼓风 机相对于外界的密封冷却。在优选的结构中，因此能够实现不密封的系统。以下关于权利要求17的主题说明进一步的权利要求18的主题，但后者的 独立表述也是重要的。因此，在本发明的主题的优选发展中，这样设置部分气流的冷却通过与 外壳壁接触来实现，对其来说，该外壳壁被主动地冷却。因此部分气流能够被 引导通过恰当地设置在外壳中的通道，并沿着外壳的壁进行热交换。本发明还涉及一种根据权利要求17的前序部分的特征的离心鼓风机，在 冷却能力方面的改进通过从将要被压缩的气体中分离出的部分气流在分离之后 被引导至冷却通道外壳的路径内来实现，该冷却通道外壳本身至少间接地^f皮主 动冷却。这导致部分气流(初步)冷却，首先主要是通过与确定了外壳路径的 界限的外壳壁相接触，其次是通过对冷却通道外壳以及外壳路径的壁的单独主 动冷却。为此外壳具有良好的导热性，且更优选由金属材料组成，尤其是轻金 属材料，例如以铝铸件的形式。为了进一步提高冷却能力，还设有用于外壳的 主动冷却装置，该装置吸收和排出由部分气流经外壳壁发出的热。以下关于权利要求17和/或权利要求19的主题说明其它权利要求的主题， 但是它们的独立表述也是重要的。外壳路径可以是迷宫式的。这使该部分气流能够通过与迷宫式外壳路径中 的外壳壁接触而获得大表面积的初步冷却，外壳的路径更优选的是从外部径向 地通向内部。还建议部分气流在扩散器区域中，特别优选地在扩散器的出口处 从主气流径向地分流出至叶轮外部。这里利用了在离心鼓风机的工作过程中在 扩散器出口处的较高压力与电力驱动器外壳中和/或部分气流在叶轮外周处和/ 或扩散器入口处重新进入主气流的区域中的较低压力之间普遍存在的压力差， 以便在离心机外壳内实现部分气体冷却回路的自动运行。为了进行冷却，迫使 部分气流通过外壳和电力驱动器。该部分气流首先被径向向内引导，然后穿过 容纳电力驱动器的外壳区域的外壳壁，然后优选地平行于叶轮轴，而且，如从 横截面上可见，用于部分气流的多个这种通道等围绕叶轮轴设置在外壳内。在电力驱动器的远离叶轮的那个端部处部分气流优选地被引导至外壳以外、进入 定子和转子之间的空隙中，由此经过转子和定子的表面以便散热。可选地，或者也可以与相结合，提供中空轴形式的驱动轴，且在电力驱动器的远离叶轮的 那个端部处被引导至外壳以外、进入驱动轴内，以便在驱动轴延伸的方向上在 中心通过驱动轴，通过与轴壁的接触来实现散热。在部分气流被引导既通过中 空轴形式的驱动轴，又通过定子与转子之间的空隙的组合方案的情况下，这两 个部分气流优选在转子和定子的在流动方向上的下游处集合在一起，且当部分气流通过定子和转子之间的空隙时以及当它通过中空轴时所述部分气流的流动 方向与来自迷宫式外壳路径的在远离叶轮的端部方向上穿过外壳的部分气流的 流动方向相反。最后，在叶轮的径向外周处部分气流被引导回到主气流以内。 在该位置处存在低于扩散器出口区域中径向外部位置中的低压，在该径向外部 位置处部分气流从主气流分流出，由此建立了压差控制的回路。在本发明主题 的优选构造中，提供水冷装置形式的外壳主动冷却装置。形成了副冷却装置的 该水冷装置与气冷装置密封地分离，该气冷装置形成了主冷却装置。此外基本 上存在不密封的系统。最后，气体由氦气和/或氮气组成，并且/或者是空气， 并且/或者是两种或多种所提到的气体的混合物。在引言中提到的关于安全方面的目标，首先且首要地通过权利要求29的 主题来实现，这是基于这样的事实为了形成包围叶轮的笼架，笼架板设置在 封盖侧和叶轮的下侧，且这些笼架板通过例如立柱状连接装置围绕叶轮的外周 保持在一起，至少该连接装置和封盖侧的笼架板由坚硬的材料比如钢组成。该 构造提供了防爆安全性。这首先在叶轮爆炸事故中防止了由轻金属铸造材料组 成的封盖侧的外壳部分飞离和/或损毁。这种封盖飞离和/或损毁的情况将导致 离心鼓风机中的向外敞开的空气间隙增大，以及破裂的叶轮的相对较大的碎片 可能以高速经该放大的间隙脱离。这种风险通过提供封盖侧的笼架板而得以阻 遏，该笼架板由坚硬材料比如钢组成，进一步地，例如，ST50。该封盖侧的笼 架板形成了用于设置在背面、也就是在笼架板的背离叶轮的那一侧上的封盖的 保护罩。此外设置在封盖侧和叶轮的下侧的笼架板被紧固以防移位——径向上 和轴向上都如此一一为此提供立柱状连接装置。这些连接装置以预定的轴向间 隔保持笼架板。由于根据本发明这些连接装置也由坚硬的材料比如钢组成，所 以它们也保护免受由于爆炸产生的碎片的破坏。以下关于权利要求29的主题说明其他权利要求的主题，但它们独立的表 述也是重要的。因此，为了形成封盖，外壳平行于叶轮的回转平面分开。此外，如果笼架 板都由坚硬材料比如钢，进一步地，比如ST50组成，这被证明是特别有利的。 作为该构造的结果，包围叶轮的笼架完全由坚硬材料形成。这样来选择在厚度 方向上看到的、也就是平行于叶轮轴测得的该径向的出气口间隙，使得在叶轮 爆炸的情况下，在最坏的假定情形下仅小碎片能够径向向外通过。较大的，由此也更危险的碎片不能通过该环形间隙，因为所提供的笼架完全不允许间隙变 宽。除了提到的封盖以外，也可以是外壳成为轻金属铸件的形式，进一步地， 例如由铝制成。在上侧封住叶轮的笼架板也保护这种轻金属外壳免受碎片的破 坏。在优选构造中，连接装置通过螺紋连接在外壳中和在封盖中，由此，附加 地形成了外壳与封盖之间的抗破裂和碰撞的连接。在爆炸的情况下力主要由被 拧到连接装置上、在背面支撑笼架板并抵消笼架板之间的间隙的任何放大的钢 螺母进行传播。作为钢螺母的替代方案，可以在连接装置上形成钢卡箍。扩散 器部件优选地设置在外壳封盖之下，封盖侧的笼架板设置在外壳封盖与扩散器 部件之间。这里，连接装置也穿过扩散器部件以便在外壳封盖中形成螺纹连接 接合。在本发明的主题的扩展中，第一外壳部分设置在叶轮下方，而冷却通道 封盖装配在第一外壳部分的远离叶轮的一侧上。下侧的笼架板优选地设置在叶 轮与第一外壳部分之间。除此以外，第一外壳部分可具有由设置在下侧的冷却 通道封盖封闭的冷却通道。容納用于叶轮的电力驱动器的外壳紧固在形成了冷 却通道外壳的第一外壳部分上。连接装置的一端紧固在冷却通道外壳中而其另 一端则优选地紧固在外壳封盖中，同时，插入两个笼架板和扩散器和第一外壳 部分。为了进行螺纟文连接，在优选的构造中，连接装置呈在端部具有螺紋的立 柱的形式。除此以外，建议笼架板呈环状部件的形式，更优选的是具有适合于 叶轮外径的笼架板内径，并因此，更进一步地是相对于叶轮的外径稍大一些。 环状部件的径向尺度基本上相当于叶轮的径向尺寸或更小，因此，更进一步地， 近似为径向尺度的三分之一、四分之一、二分之一、三分之二或四分之三、以 及其它分数。叶轮具有叶片，叶片在径向上具有不同的高度，由笼架板形成的 间隙仅与部分的叶片高度相重叠，确切地说至少相当于在它们最大的径向长度 处的叶片高度的那部分。因此，笼架板之间的间隙适合于叶轮的或叶轮在径向 外部区域中的叶片的轴向尺度。因此，间隙的尺度仅是在轴向上测得的叶轮整 体高度的分数，即叶片的最大高度的分数。于是间隙优选地近似地相当于最大 叶片高度的一半，但此外，也可近似地相当于最大叶片高度的四分之一，三分 之一或三分之二至四分之三。除此以外，下笼架板轴向地延伸到叶片的底部区 域中，且，更优选地，在径向向内的方向上接合到叶片下方。因此，下笼架板 设有适合于叶轮的最大外径的凹入部分，且叶轮置于该凹入部分中。下笼架板径向尺度处的最小高度。为了防止笼架破裂和受到碰撞，当叶轮在底部区域具有100毫米或以上的直径时，为每25毫米的直径设置至少一个连接立柱。因此， 当叶轮具有100毫米或以上的直径时，设置至少四个连接立柱，并且，此外， 这些立柱均匀地分布在周向之上。关于这方面，在直径为150毫米的情况下， 则更为优选的是六个或者更多的连接立柱(例如七个，八个或者十个连接立柱) 以均匀的角度分布在周向上，所有这些连接立柱优选地通过螺紋连接在一端锚 定在外壳封盖中而在另 一端锚定在冷却通道封盖中。


以下参考附图更详细地说明本发明，这些附图仅仅表示示意的实施例，其中图1表示根据本发明的离心鼓风机的透视图； 图2表示对应于图1的透视图，但除去了封盖以便露出第一笼架板； 图3表示对应于图2的视图，但进一步除去了笼架板以便露出扩散器； 图4表示根据图1的进一步视图，但除去了扩散器以便露出第二笼架板和叶轮；图5表示根据图2中的视图的进一步透视图，但除去了第二笼架板以便露 出包含迷宫式路径的外壳部分；图6表示离心鼓风机的分解透视图，驱动叶轮所需的电力驱动器已被省略； 图7表示离心鼓风机的前视图；图8表示沿图7中的线vm-vin剖开的离心鼓风机的横截面；图8a表示图8中的区域VIIIa的局部示意放大图； 图9表示沿图7中的线IX-IX的截面；图IO表示沿图9中的线X-X的横截面，这里电力驱动器也已经省略了； 图11表示对应于图9的截面视图，但涉及离心鼓风机的可选实施例，笼架板和外壳封盖已经省略了 ；图12表示沿图11中的线XII-XII的横截面； 图13表示第二实施例的鼓风机外壳的透视图；图14表示具有遮盖件的外壳的进一步透视图，该遮盖件封闭外壳，该外壳已被省略。
具体实施例方式
首先参考图1至图6说明离心鼓风机1的第一实施例，该实施例呈高速离 心鼓风机的形式。
该离心鼓风机1具有驱动部分A和与之相连的鼓风机部分B。
驱动部分A具有外壳2。该外壳呈轻金属铸件的形式，在指向鼓风机部分 B的端部区域呈具有圓形横截面的中空圓筒形。该横截面在外壳2的整个纵向 尺度上基本上连续，但形成有平表面3,该平表面以正割于圆形横截面的方式 设置。四个平表面3这样设置，且在根据图IO所示的横截面方向上看成正方形 布置。相应地，正方形橫截面的角区域被环形外壳部分的半径倒圓。
在外壳2中容纳有电力驱动器4,该电力驱动器具有定子5和转子6。该 转子形成了轴形式、特别是中空轴形式的驱动轴7 。
驱动轴的轴线x与外壳的纵轴线重合。驱动轴7的安装通过轴承(未具体 示出)例如磁性轴承实现。
在平面图上看，驱动轴7伸出外壳2的环形端部，用于鼓风机部分B的叶 轮8的旋转固定连接。
外壳2的远离叶轮8的端部由底部9封合。为此， 一般成中空体形式的外 壳2具有阶梯形10,对应的阶梯形底部9以密封的方式置于其中。
鼓风机部分B基本上由沿着该轴的轴线x —个接在另 一 个后面地设置的旋 转对称的部件组成。
因此，首先，鼓风机部分B具有冷却通道封盖11。在离开外壳2的轴线方 向上看，该冷却通道封盖11后跟随着冷却通道外壳14，该冷却通道外壳形成 了第一外壳部分13。该冷却通道外壳螺纟丈连接到冷却通道封盖11以封盖冷却 通道外壳14指向外壳2的一侧。
以附图标记15标记的另一个环状部件形成了驱动部分A的组成部分且螺 紋连接到外壳2。
在平视图中第一外壳部分13或冷却通道外壳14也可以形成为环状部件， 具有相对于环状冷却通道管接头部分15缩小的自由内径。冷却通道管接头部分 15的内径适合于面对的环状外壳部分的自由内径。除此以外，冷却通道外壳14的自由内径选择成稍小于叶轮8的最大外径， 该叶轮进一步置于冷却通道外壳14的远离冷却通道封盖11的一侧上，并在那 里以旋转固定方式连接到驱动轴7。
从中心区域开始，叶轮8具有径向向外延伸的叶片16,叶片在径向上具有 不同的高度，也就是说在径向向外的方向上高度降低。叶片16的径向向外的外 周边在横截面上大致凹入，例如根据图8所示，且在叶片16的最大径向尺度区 域中、即在叶轮8的底部区域中为叶片16选择的高度h，近似地相当于叶轮8 的在轴向上测得的总体高度h的四分之一，该底部区域指向冷却通道外壳14。
冷却通道外壳14指向叶轮的一侧设有中心盘状凹入部分17。其具有大于 叶轮8的底部区域的直径。
在平面图上呈环状的笼架板18位于凹入部分17中。该笼架板由坚硬材料 例如ST 50钢组成。该笼架板18的外径适合于冷却通道外壳中的凹入部分17 的内径。这样选择笼架板18的内径，以使得叶轮8具有其最大的径向尺度，也 就是说以自由旋转方式设置在笼架板18的环状空间中的底部区域留下小的间 隙。此外，笼架板18这样来形成，以使得它在径向向内的方向上接合在叶轮8 下方。相应地，环状卡箍19从笼架板18的内环边缘径向向内延伸，其厚度比 笼架板18的总厚度小，
同样形成为旋转对称部件的扩散器20紧固在笼架板18的远离冷却通道外 壳14的一侧。该扩散器具有中央入口横截面，叶轮8穿透该横截面。此外，保 留在笼架板18正上方的径向向外敞开的环状间隙21由扩散器叶片22以已知方 式穿透，这些扩散器叶片使径向地通向外部的气流均匀化，并且在该过程中，
增大在径向向外方向上的气压。
扩散器20也可以在远离笼架板18的上侧具有环形凹部23,其相对于轴线 x同心地定向。在该凹部中，设有另一个笼架板24,在所示的实施例中该笼架 板在轴线方向x上测得的厚度近似地相当于笼架板18的厚度的三分之二，该笼 架板18设置在扩散器20的下侧。该笼架板24也由坚硬的材料比如ST50钢组 成。
最后，设置在笼架板24上的是外壳封盖25,其也接合在扩散器20的漏斗 状的入口部分之上并形成了轴向气体入流。该外壳封盖连同扩散器20和/或冷 却通道外壳14和/或冷却通道管接头部分15和外壳2优选地由轻金属铸造材料例如铝纟且成。
外壳封盖25和冷却通道外壳14利用两个笼架板24和18与扩散器20的 插入而相互支撑。为此，在所示的实施例中，使用均匀地分布在周向上并呈立 柱27形式的七个连接装置26,立柱至少在端部具有螺紋。这些立柱在一个端 部以有限的尺度拧入冷却通道外壳14的对应螺紋孔，从而形成引导和紧固立 柱，这些立柱相应地平行于轴线x。以拉杆螺栓形式使用的这些立柱27具有环 状联轴器27，，该环状联轴器置于冷却通道外壳14中的对应形状的凹部中，以 使得它们基本上与冷却通道外壳14的有关表面齐平。在装配过程中，首先，下 笼架板18在轴向上越过这些立柱27向前推进——在这之后叶轮8最初紧固在 驱动轴7上——然后扩散器20和笼架板24在轴向上越过这些立柱27向前推进。 随后，笼架板24通过钢螺母27"轴向地紧固，钢螺母拧到立柱27上并定位在 外壳封盖25的对应形状的凹入部分中，最后，将该外壳封盖放在适当位置上。 穿过外壳封盖25的立柱端部具有拧到它们之上以便上述部件被夹紧和紧固的 螺母28。
立柱状连接装置26和它的环状联轴器27，及螺母27"也可以由坚硬的材料 比如ST50钢形成，且因此这些与笼架板18和24—起形成笼架29,该笼架29 在叶轮8发生爆炸时用来保护外壳2和鼓风机部分的部件，例如外壳封盖25。
在两个笼架板18和24之间留出的且特别是由扩散器叶片22穿过的间隙s 仅覆盖叶轮叶片16的高度h的一部分，也就是近似一半高度h的区域，这样就 至少是叶片16在它们最大径向尺度处、也就是在叶轮8的底部区域附近的高度 h，。
由坚硬材料形成的笼架29的上述构造确保了在叶轮8爆炸的情况下，大 的并因而是危险的碎片不会由于离心力而径向向外地甩出去。它还4氐消了任何 碎片引起的对设置在间隙s下侧的外壳封盖25和/或外壳2或冷却通道外壳14
架板18和24分别在联轴器27，和螺母27"上的向后支撑可靠地抵消笼架板18 与24之间的任何间隙扩大(参见图8a )。
特别是为了冷却电力驱动器4,离心鼓风机1具有基本上一分为二的冷却 系统。由此提供了主冷却系统，其使用了在向外的方向上密封地隔离出的内部 气流。副冷却系统呈水冷装置的形式，穿过外壳2的该装置通向外部，水通过对应的泵送装置等在其中输送。
在图中以K2表示的第二冷却介质是主冷却系统的上述内部气流。在这种 情况下，在离心鼓风机1的运转过程中，利用叶轮8的径向外周区域与扩散器 的环状间隙21的径向外部出口区域之间的压差以便产生没有电源辅助的自动 流动。于是在叶轮8的径向外周区域中存在的低压P，低于环状间隙21的径向 外部出口区域处的压力。作为扩散器叶片22的结果在那里增大的压力P近似 相当于径向内部压力P，的两4咅。
使用由此引起的压差以便使部分气流T从径向地通到外部的主气流H中分 流出，该部分气流然后经由合适的路径30流入以^t冷却电力驱动器4。部分气 流P在低压P，区域中、也就是在叶轮8的径向外周区域中重新进入主气流H, 结果实现了气体循环。
气体优选由氦气和/或氮气组成，和/或是空气，和/或是两种或多种上述气 体的混合物。
用于第二冷却介质K2的上述路径30基本上平行于轴线x延伸，此外，基 本上在冷却通道外壳14与外壳2的底部9之间延伸。
在指向笼架板18的上侧，冷却通道外壳14在环状间隙21的径向外部区 域中设有多个(在所示的实施例中为七个)迷宫式外壳路径31，它们经由相应 的分支路径32在径向向外的方向上敞开，在离心鼓风机1的运转过程中在该间 隙中存在增大的压力p。在径向上看，每一个迷宫式外壳路径的另一端向冷却
通道外壳14的内部合并入轴向通道33,该通道连接到与外壳2相连的环状部 件15中的对应地定位的轴向孔34。
在冷却通道外壳14的平面图上看迷宫式路径31采取曲折路线，使得在两 个在周向上相邻的立柱状连接装置26之间的每一个空隙中设置这种迷宫式路 径31。
封闭了电力驱动器4的外壳壁35是实心构造，因此也形成了冷却体。 在环状部件15的轴向孔34的延伸部分中，冷却剂通道36在外壳壁35中 延伸。这些通道在两个相邻平表面3之间的横截面被倒圆的角区域中平行于轴 线x延伸。如图10中的截面图所示，特别地，外壳壁35的每一个角区域分配 有三个这种冷却剂通道36,每一个冷却剂通道都连接到环状部件15中和/或冷 却通道外壳14中的对应编号的孔和通道。如上所述，主冷却通过压差控制的部分气流T从主气流H分离而实现。从 扩散器20的区域中的环状间隙21的径向外部位置分流出的该部分气流T，被 通过冷却通道外壳14的迷宫式路径31径向向内地引导。部分气流T然后流过 冷却通道外壳14的轴向通道33，环状部件15的轴向孔34以及外壳壁35的区 域中的冷却剂通道36,以便最后在外壳2的远离叶轮8的一端在设置在那里的 底部9的区域中通过未明确表示的路径偏转大约180°。然后部分气流T的一部 分被引导通过转子6与定子5之间的间隙。气流的另一部分也流过形成为中空 轴的驱动轴7,以便在叶轮8之下的区域中径向向外地流通到外壳2的内部。 从该外壳内部，部分气流T在叶轮8的径向外周附近的低压区域P，中流回到要 被压缩的主气流中。
部分气流T的首次冷却通过与外壳壁35相接触而实现。该冷却作用通过 主动的第二冷却系统而进一步提高。这是水冷装置。在所示的实施例中，由K, 表示的该第一冷却介质被引导通过垂直于第二冷却介质K2的路径30延伸的路 径37。因此这些路径37在相对于轴线x的周向上延伸，从而延伸过大致覆盖 了定子区域的轴向区域。
为了形成路径37,首先，最初在横截面上向外敞开的腔状外壳凹部38与 平面3相连地设置在外壳2的外壁上。这些外壳凹部因此定位在外壳壁35的两 个在周向上相邻的、被倒圓的角区域之间，在这些角区域中一一如上所述—— 设置了用于第二冷却介质K2的路径30,路径30垂直于这些路径37延伸。
在所示实施例中，相互以卯。的角度偏置的四个腔状外壳凹部38通过孔 39互相流动连接，这些孔被设置成，使得外壳材料既保留在设置在外壳内部的 定子5的方向上又保留在延伸至外壳壁35的角区域中的气流路径37的方向上。 因此，第一冷却介质K,的路径37和第二冷却介质K2的路径30通过连续的材 料壁40相互隔开。
作为所提议的孔39的可选方案，外壳凹部38之间的连接也可以通过铸造 工艺实现。
外壳凹部38之间的流动连接形成使第 一冷却介质K,自始至终围绕周向流 动的路径37。
如在轴向上看到的那样，腔状外壳凹部38由外壳2的一体壁41限定边界。 外壳凹部38在径向向外的方向上受到板状遮盖件42的限定，该板状遮盖件以密封方式沿着凹部外周围绕外壳2的外壁紧固在相邻的外壳拐角形式的区域中。这里的遮盖件42设有管接头43以便形成冷却介质进给部44。设置在该遮 盖件的直径对侧的遮盖件42类似地具有管接头43，用于形成冷却介质排出部 45。特别地，从图9和图IO的描绘还可以看出，连接腔状外壳凹部38的孔39 被构造成狭缝状孔，该孔大致延伸过设置在外壳内部中的定子5的整个轴向长 度。至少在腔状外壳凹部38之间的区域中、即在容纳路径30的实心外壳拐角 区域的区域中，在径向上看，第一冷却介质Id的路径37 (水回路)比第二冷 却介质K2的路径30 (气回路)设置得更靠内。两种冷却介质K,和K2的路径30和37相对彼此成角度地延伸，不使用任 何密封装置来使路径30和37相互分隔。该分隔仅通过完好的外壳材料来实现。图11至图13表示离心鼓风机1尤其是外壳2的可选方案。对于该实施例 已经省略了笼架，扩散器和外壳封盖的图解。冷却回路的功能和一般路线与上述实施例中的相对应。本质的区域在于外壳2的整体构造。在该第二实施例中，该外壳为基本上 从头到尾都具有圓形横截面的筒形。四个在周向上均匀分布的腔状外壳凹部3 8 形成在实心的外壳壁35中，并且，在周向之上看，容纳了用于第二冷却介质 K2的轴向延伸的路径30的完好的外壳壁部分保留在它们之间。这些路径30与 这些壁部分的径向外部区域相连。连接腔状外壳凹部38的孔39设置在这些壁 部分的径向内部区域。尤其从图14的透视图可看出，每一个腔状凹部38具有 多个孔，这些孔在轴线x的延伸方向上一个接在另一个后面地设置，根据图11 中的截面图，在相同的方向上看，这些孔39基本上覆盖了定子的延伸区域。在该第二实施例中，封闭了腔状外壳凹部38的遮盖件42形成为包围外壳 2且能够通过对应地设置的密封装置紧固在外壳壁35外侧上的管状部件46。冷却介质进给部44和冷却介质排出部45形成在两个在直径上相对的区 域，每一个都与腔状外壳凹部38相连。所公开的全部特征(其本身)与本发明相关。相关的/附加的优先权文件(在 先申请副本)的公开内容也因此全部包括在本申请中，同样也为了将这些文件 的特征合并到本申请的权利要求中。
权利要求
1.一种离心鼓风机(1)、优选为高速离心鼓风机，该离心鼓风机具有叶轮(8)和外壳(2)，该外壳(2)容纳用于该叶轮的轴(7)的电力驱动器(4)的转子(6)和定子(5)并设置有冷却装置，其特征在于，在该外壳(2)中设有用于第一冷却介质(K1)和第二冷却介质(K2)的路径(30，37)，以便借助于该外壳(2)由该第一冷却介质(K1)来冷却该第二冷却介质(K2)，且这些路径(30，37)由该外壳(2)的连续材料壁(40)相互分隔开。
2. 根据权利要求1所述的离心鼓风机，其特征在于，该外壳(2)中的所 述路径(30, 37)彼此成一角度地延伸。
3. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，所 述路径(30， 37)互相垂直地延伸。
4. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，所 述路径(30， 37)通过铸造工艺和/或作为孔形成在该外壳(2)中。
5. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，所 述第一冷却介质(KJ的所述路径(30， 37)设置在所述外壳(2)的外壁中的 横截面为腔状的外壳凹部(38)中。
6. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，所 述第一冷却介质(Kl)的两个在周向上分布的路径(37)在腔状外壳凹部(3S) 中经过。
7. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，在 该周向上设有三个或多个腔状外壳凹部(38)。
8. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，所 述腔状外壳凹部(38)在所述外壳(2)的轴向上通过所述外壳(2)的若千一 体壁(41 )来限定边界。
9. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，所 述腔状外壳凹部(38 )通过在所述外壳(2 )的轴向上延伸的遮盖件(42 )封闭。
10. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述遮盖件(42)呈封闭所述外壳(2)的管状部件(46)的形式。
11. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，一个腔状外壳凹部(38)形成为冷却介质进给部(44)，而一个腔状外壳凹部(38) 形成为冷却介质排出部(44)。
12. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述外壳(2)是筒形的，其一端与叶轮(8)相连而另一端则被底部(9)封闭。
13. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述另一端呈阶梯形，且该底部(9)对应地呈阶梯形。
14. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 在径向上看，至少在所述腔状外壳凹部(38)之间的区域中，所述第一冷却介 质(K,)的所述路径(37)比所述第二冷却介质(K2)的所述路径(30)向内 部延伸得更多，所述第二冷却介质(K2)还穿过所述外壳(2)的内部。
15. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 主要为了排出定子(5)的功率损耗，使得所述第一冷却介质(K，)的所述路径(37)靠近所述定子(5)。
16. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 设有轴向孔，该轴向孔对应于用于所述第二冷却介质(K2)的路径(30)并用 于容纳电线。
17. —种离心鼓风机(l)、优选为高速离心鼓风机，该离心鼓风机具有叶 轮(8)和外壳(2),还设有冷却装置，该外壳(2)容纳用于该叶轮的轴(7) 的电力驱动器(4)的转子(6)和定子(5),其特征在于，冷却、尤其是电力 驱动器(4)的冷却通过从要被压缩的气体中分离出的部分气流(T)实现。
18. 根据权利要求17所述的离心鼓风机，其特征在于，对所述部分气流(T) 的冷却通过与所述外壳的壁(35)相接触而进行，而该外壳壁本身被主动冷却。
19. 根据权利要求17的前序部分的特征所述的离心鼓风机，其特征在于， 从要被压缩的气体分离出的部分气流(T)在分离之后被引导至冷却通道外壳(14)的若干路径(31)中，而该冷却通道外壳本身至少间接地被主动冷却。
20. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述外壳路径(31)是迷宫式的。
21. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述外壳路径(31) /人外部径向地通向内部。
22. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 在扩散器(20)的区域中，所述部分气流(T)从所述叶轮(8)的径向向外的主气流(H)分流出。
23. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述部分气流(T)穿过容纳所述电力驱动器(4)的外壳区域的外壳壁(35)。
24. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述部分气流(T)在所述电力驱动器(4)的远离所述叶轮(8)的一端被引 出所述外壳(2)而进入所述定子(5)与所述转子(6)之间的空隙中。
25. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述驱动轴(7)呈中空轴的形式，并且所述部分气流(T)在所述电力驱动器(4)的远离所述叶轮(8)的一端被引出所述外壳(2)而进入所述驱动轴(7) 中。
26. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述部分气流(T)在所述叶轮(8)的径向外周被引回到所述主气流(H)中。
27. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述外壳(2)的主动冷却装置呈水冷装置的形式。
28. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述气体由氦气和/或氮气组成，和/或是空气，和/或是两种或两种以上所提到 的气体的混合物。
29. —种离心鼓风机(l)、优选为高速离心鼓风机，该离心鼓风机具有叶 轮(8 )和外壳(2 ),该外壳(2 )被分开以便形成封盖(25 ),且至少该封盖(25 ) 由轻金属铸造材料构成，其特征在于，为了形成包围所述叶轮(8)的笼架(29)， 在封盖侧和所述叶轮(8)的下侧设置笼架板(18, 24)，且这些笼架板通过例 如若干立柱状连接装置(26)围绕所述叶轮(8)的外周保持在一起，至少所述 连接装置(26)和所述封盖侧笼架板(24)由坚硬材料、比如钢构成。
30. 根据权利要求29所述的离心鼓风机，其特征在于，为了形成所述封盖 (25)，所述外壳(2)被平行于所述叶轮(8)的回转平面地分开。
31. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述两个笼架板(18, 24)均由坚硬的材料、比如钢构成。
32. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述外壳(2)呈轻金属铸件的形式。
33. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述连接装置(26)螺紋连接在所述外壳(2)中和所述封盖(25)中。
34. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 在所述外壳封盖(25)下方设置扩散器部件(20),所述封盖侧笼架板(24)设 置在所述外壳封盖(25)与所述扩散器部件(20)之间。
35. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述连接装置(26)穿过所述扩散器部件(20)。
36. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述第一外壳部分(13)设置在所述叶轮(8)下方，且在所述第一外壳部分的 远离所述叶轮(8)的一侧上装配有冷却通道封盖(11)。
37. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述连接装置(26)呈在端部具有螺紋的立柱(27)的形式。
38. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述笼架板(18, 24)呈环状部件的形式。
39. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述笼架板(18， 24)的内径适合于所述叶轮(8)的外径。
40. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述环状部件的径向尺度相当于所述叶轮(8)的径向尺寸或更小。
41. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述叶轮(8)具有若干叶片(16)，所述叶片在径向上具有不同的高度(h), 并且，由所述笼架板(18， 24)形成的间隙(s)仅与所述叶片(16)的高度(h) 的一部分相重叠，确切地说是与所述叶片至少对应于所述叶片(16)在叶片的 最大径向尺度处的高度(h')的那部分相重叠。
42. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 下部的所述笼架板(18)沿轴向延伸到所述叶片(16)的底部区域内。
43. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 下部的所述笼架板(18)在径向向内的方向上接合在所述叶轮(8)的下方。
44. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 所述间隙(s)的高度大致相当于所述叶轮(8)的总高度(h)的一半或更少。
45. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于， 在所述叶轮具有100毫米或更大的直径的情况下，为每25毫米直径设置至少一 个连接装置(26 )。
46. 根据前面任何一项或多项权利要求所述的离心鼓风机，其特征在于，在直径为150毫米的情况下，在整个周向上以均匀的角度分布六个或六个以上的连接装置(26)。
全文摘要
本发明的离心鼓风机(1)，优选为高速离心鼓风机，包括叶轮(8)，容纳叶轮轴(7)的电力驱动器(4)的转子(6)和定子(5)的外壳(2)，和冷却系统。本发明的目标是就所需的冷却系统进一步改进这种离心鼓风机。为此，在外壳(2)中设置用于第一冷却介质(K₁)和第二冷却介质(K₂)的路径(30，37)，该第二冷却介质(K₂)借助于该外壳(2)由第一冷却介质(K₁)来冷却，且所述路径(30，37)由所述外壳(2)的完好的材料壁(40)相互分隔开。
文档编号F04D29/58GK101228357SQ200680026892
公开日2008年7月23日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年6月6日
发明者伯恩哈德·雷德马彻, 弗兰克·迪德里克森, 阿奇姆·冯卡森 申请人:格布尔·贝克尔有限责任公司