专利名称：高速电力机车牵引变流器的冷却风机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对CRH-380B高速电力机车牵引变流器系统进行冷却的风 机，具体是将风机产生的风量克服整个系统管网阻力的压力，并通过牵引变流器系统中的 散热器，带走机车牵引变流器工作时产生的热量，以保证整个高速电力机车牵引变流器系 统的稳定工作。主要用于时速为380kM/h以上的动车组列车牵引变流器的冷却。
背景技术：
2004年10月中国与西门子公司签订了一批加阔版ICE3列车的合同，作为中国高 速铁路(CRH)的运营车型。合同约定少许列车由德国直接出口至中国，大部份列车由中国 北车团体唐山轨道客车有限责任公司在中国组装，并改名为CRH3型和谐号列车。CRH3动车组为4动4拖8辆编组运行。动车组具有良好的气动外形，其载客速度 为350kM/h，最高实验速度为404kM/h。主变压器设计成单制式的变压器，容量为5. 6MVA，主 变压器、牵引变流器、辅助变流器采取逼迫导向油循环风冷方式，均需要配置冷却系统。此 实用新型就是为牵引变流器冷却系统而研发的耐低温冲击及耐高速振动的风机。目前国内 的风机不能满足耐低温冲击及高速振动的需求。
发明内容本实用新型公开了一种CRH-380B动车车组牵引变流器冷却系统所用的电机直联 式双速离心风机，以填补国内CRH-380B高时速动力车组牵引变流器冷却系统用风机自主 研发的空缺，为实现其国产化具有重大意义。本实用新型的技术方案是一种高速电力机车牵引变流器的冷却风机，包括矩形 的箱体，在该箱体的中间用隔板隔成两个独立的腔体，在每一该腔体的后侧各装有一台电 机，在每一该腔体的前侧和下侧分别设有进风口和出风口，其特征是在每一该腔体的后 侧分别与一台电机的前端连接，在每一该腔体内各设有一叶轮并同轴安装在电机的输出轴 上。所述的叶轮由前盘、后盘和多个叶片组成，在圆形的后盘的前侧沿圆周均布连接 向相同方向弯曲的多个叶片，所述的进风口与该叶片相对应；在该叶轮的前侧连接有前盘， 在该进风口的内侧连接有与该前盘对应的进风导流口 ；该进风导流口和前盘均为喇叭形， 该进风导流口的小口端与该前盘的小口端相对应；该前盘、后盘和叶片之间焊接为一体。该进风导流口的小口端的内径与所述的叶轮的各个叶片围绕的内圆的直径相同 或相近，该进风导流口的大口端的外沿设有法兰盘，该法兰盘与所述的箱体前侧的进风口 的边缘固定连接；该前盘的大口端的外沿与所述的叶轮的各个叶片的外圆前端对应连接； 该进风导流口的小口端套入该前盘的小口端，二者配合的径向间隙δ为1.8-2mm，轴向套 入尺寸h为10-llmm。所述的进风导流口轴向截面由小口弧形段和大口弧形段圆滑连接组成，该大口弧 形段的曲率半径是该小口弧形段曲率半径的2 3倍；所述的前盘轴向截面由直线段、大口
3弧形段和小口弧形段依次圆滑连接组成，该大口弧形段的曲率半径是该小口弧形段曲率半 径的2 3倍。所述的进风导流口伸入到该前盘内的部分为弧形扩张口，所述的进风导流口的小 口弧形段的最小内径处位于该前盘的小口端的顶端，使得该弧形扩张口与该前盘的小口弧 形段的曲率基本相同，将流过进风导流口的气流圆滑顺畅地导入该前盘内。所述的叶片为强后向板式叶片，每一叶片的出口角a为46度；每一叶片的入口角 b为23度。所述的电机其前端的安装法兰通过电机安装板安装在所述的箱体的后侧；至少在 所述的箱体的前侧和左右两侧的内面均设有消声棉层。所述的电机为双速电机，通过温度传感控制系统来实现电机的高低转速的切换。所述的叶轮和电机安装板采用耐低温、振动冲击的合金高强度结构钢制成，所述 的进风导流口采用铝板制成。本实用新型的优点是1、此冷却系统所配风机的电机配备专用的双速电机，通过温度传感控制系统来实 现高低转速的切换，以便适合不同工况的需求，在保证牵引变流器散热效果的同时来控制 耗电量从而减少耗能。2、其进风导流口和前盘均为弧形组合的喇叭形结构，并且为套口型式的装配结 构，此种型式利于气体的导流并能减少泄漏损失。3、进风导流口与前盘相互套口的部分为弧形，并使进风导流口的小口端伸入到该 前盘内的部分为弧形扩张口，对气流起到圆滑导向的作用，更有利于流体的顺畅流动，更符 合叶轮进气口附近气流的流动状态，避免因涡流而引起损失。进风导流口的弧形使气体能 均勻的充满叶轮进口截面，降低流动损失。前盘的弧形可减少叶轮因叶片进口转弯后而产 生的分离损失，从而提高叶轮效率。4、利用现有冷却系统的箱体，与叶轮、进风导流口、电机、电机安装板组合安装，省 去了普通风机的蜗壳，蜗壳可以起到把部分动压转化为静压的作用，但由此来提高效率的 幅度很小，仅能提高原有效率的2% _3%，我们通过在叶片角度上的调整弥补了无蜗壳的 效率降低，即入口角b比模型机原有的入口角减小了 5度，改变了原型机的性能参数，有效 做功更高，功率损失减小，故仍达到60%的效率。5、制作工艺保证了叶轮平衡时达到G2. 5的平衡精度，结合箱体内侧的消声棉的 作用，使两台风机都在高速运转时的振动值达到4mm/s以下，保证车速在正常行驶的情况 下不会因风机的振动而累加车组高速行驶所产生的振动。6、两风机保证重量均衡，叶轮特殊焊接工艺及焊后采用时效振动及热处理双重消 除焊接残余应力，喷漆前后均要动平衡，保证平衡精度G2. 5。这些是降低振动的主要原因。 两台风机对称设在一个箱体5上，并同向逆时针运转，抵消了大部分单台风机(叶轮)单向 运转所产生的振动，明显降低了整体运转产生的振动和噪音。两套单机的结构对称性越好， 降低振动的效果就越好。7、采用抗低温、振动冲击的合金高强度结构钢的特殊焊接，可满足零下40°C环境 下3600r/m转速下正常运行。
图1是本实用新型的主视图(图3的C-C剖视图)；图2是图1的左视图；图3是图1的A-A剖视图；图4是本实用新型局部结构示意图；图5是本实用新型叶轮的结构示意图(图4的B-B剖视图)；图6是图4中P处的放大图。附图标记说明1、消声棉；2、进风导流口，3、前盘，4、叶轮，41、后盘，42、叶片，5、 箱体，6、电机安装板，7、电机，8、出风口，9、进风口，10、进风导流口的法兰盘，11、隔板，12、
后盘座。
具体实施方式
参见图1 图6，本实用新型一种高速电力机车牵引变流器的冷却风机，在现有冷 却系统的矩形箱体5上，与叶轮4、电机7、电机安装板6组合，在该箱体5的中间用隔板11隔成两个独立的腔体A，在每一该腔体A的后侧各装 有一台电机7，在每一该腔体A的前侧和下侧分别设有进风口 9和出风口 8。在每一该腔体 A的后侧分别与一台电机7的前端连接，在每一该腔体A内各设有一叶轮4并同轴安装在电 机7的输出轴上，两个叶轮4在工作时均逆时针旋转(与整个冷却系统配套)，互不干涉。所述的叶轮4由前盘3、后盘41和多个叶片42组成，在圆形的后盘41的前侧沿圆 周均布连接有向相同方向弯曲的多个叶片42，所述的进风口 9与该叶片42相对应；在该叶 轮4的前侧连接有前盘3，在该进风口 9的内侧连接有与该前盘3对应的进风导流口 2 ；该 进风导流口 2和前盘3均为喇叭形，该进风导流口 2的小口端与该前盘3的小口端相对应。 叶片42为强后向板式叶片。参见图5，每一叶片42的出口角(外沿端的切线与所在位置圆周的切线的夹角)a 为46度；每一叶片42的入口角(内沿端的切线与所在位置圆周的切线的夹角)b为23度。 夹角b比现有技术减小了 5度，改变了叶轮4的风机风量-风压-功率的性能曲线发生变 化，使风机风压及风量有效实用点增多，总耗功降低原耗功的10%，有效做功更高，功率损 失减小。图5中的直径Bl和B2的一个实施例的参数为250mm和400mm。参见图4 图6，该进风导流口 2的小口端的内径Dl与所述的叶轮4的各个叶片 42围绕的内圆的直径Bl相同或相近。该进风导流口 2的大口端的外沿设有法兰盘10(沿 圆周均布有安装孔13，参见图幻，该法兰盘10与所述的箱体5前侧的进风口 9的边缘内侧 固定安装。该前盘3的大口端的外沿与所述的叶轮4的各个叶片42的外圆(直径B2)前 端对应连接。该进风导流口 2与该前盘3的小口端之间为套口型式的装配结构，即该进风导流 口 2的小口端套入该前盘3的小口端，二者配合的径向间隙δ为1.8-2mm，轴向套入尺寸h 为10-llmm(参见图6)。参见图6，所述的进风导流口 2轴向截面由小口弧形段(半径R2段)和大口弧形 段(半径Rl段)圆滑连接组成，该大口弧形段的曲率半径Rl是该小口弧形段曲率半径R2 的1.5 3倍。所述的前盘3轴向截面由直线段L、大口弧形段(半径R4段)和小口弧形段(半径R 3段)依次圆滑连接组成，该大口弧形段的曲率半径R4是该小口弧形段曲率半 径R 3的2 3倍。在满足上述要求的前提下，各段在轴向和径向上的尺寸根据需要(试 验)进行选择。所述的进风导流口 2伸入到该前盘3内的部分为弧形扩张口，所述的进风导流口 2 的小口弧形段(半径R2段)的最小内径(即所述的内径Dl)处位于该前盘3的小口端的 顶端，使得该弧形扩张口与该前盘3的小口弧形段(半径R3段)的曲率基本相同，将流过 进风导流口 2的气流圆滑顺畅地导入该前盘3内。弧形扩张口(进风导流口 2的小口端) 的外径略小于前盘3的小口端的内径，使得二者可以套装。所述的电机7前端的安装法兰13通过电机安装板6安装在所述的箱体5的后侧 (采用螺栓连接)；在所述的箱体5的前侧和左右两侧的内面均设有消声棉层1。所述的电机7为双速电机，通过温度传感控制系统来实现高低转速的切换，以便 适合不同工况的需求，在保证牵引变流器散热效果的同时来控制耗电量从而减少耗能。所述的叶轮4和电机安装板6采用耐低温、振动冲击的合金高强度结构钢Q345E 焊接制成，焊接采用JM-50焊丝，气体选用氩气和二氧化碳的混合气体，焊接时的电流为 120A,电压为20V，焊接完成后抽样机进行探伤检查，此种工艺完全可满足零下40°C环境下 3600r/m转速运行。所述的进风导流口 2采用铝板制成。所述的叶片42使用冲裁模下料，各个叶片的重量差小于0. 05kg，使用交错对称焊 接的方法，焊接速度和电流相同，使叶片焊接变形量控制到最小；在加工过程中保证基准统 一，并使用工装模具控制其统一，使叶轮达到G2. 5(1973年国际标准化组织根据各种转自 的使用要求、精度程度和工作转速，将动平衡精度从0. 16mm/s到4000mm/s的范围内分为是 十一个等级，一级最高，十一级最低，通风机转子的平衡精度等级为四级，即G6. 3，我们对此 风机要求做到三级，即G2. 5的平衡精度。本实用新型在使用时将其前侧的进风口 9与动车的牵引变流器冷却系统的接口 连接，在风机7的驱动下，空气在叶轮4的离心力的作用下从箱体5前侧的进风口 9引出， 从出风口 8送出带走动车的牵引变流器的热量，达到散热效果。通过整个冷却系统的温度 传感器控制系统来测定其温度并传递信号给电机7进行高、低转速的切换，满足不同工况 的散热风量需求。两台风机均为逆向运转，同时提供相同转速下的风量、风压。本实用新 型的生产工艺和结构可保证风机在同时同速运转、风量及风压均达到需求量时振动值小于 4. Omm/s,保证车速在正常行驶的情况下不会因风机的振动而累加车组高速行驶所产生的 振动。
权利要求1.一种高速电力机车牵引变流器的冷却风机，包括矩形的箱体(5)，在该箱体(5)的中 间用隔板(11)隔成两个独立的腔体，在每一该腔体的后侧各装有一台电机(7)，在每一该 腔体的前侧和下侧分别设有进风口(9)和出风口(8)，其特征是在每一该腔体的后侧分别 与一台电机(7)的前端连接，在每一该腔体内各设有一叶轮(4)并同轴安装在电机(7)的 输出轴上。
2.根据权利要求1所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的叶 轮⑷由前盘(3)、后盘Gl)和多个叶片G2)组成，在圆形的后盘Gl)的前侧沿圆周均布 连接向相同方向弯曲的多个叶片(42)，所述的进风口(9)与该叶片02)相对应；在该叶轮 (4)的前侧连接有前盘(3)，在该进风口(9)的内侧连接有与该前盘C3)对应的进风导流口 ⑵；该进风导流口⑵和前盘⑶均为喇叭形，该进风导流口⑵的小口端与该前盘⑶ 的小口端相对应；该前盘(3)、后盘Gl)和叶片02)之间焊接为一体。
3.根据权利要求2所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是该进风导 流口(2)的小口端的内径与所述的叶轮的各个叶片G2)围绕的内圆的直径相同或相 近，该进风导流口( 的大口端的外沿设有法兰盘(10)，该法兰盘(10)与所述的箱体(5) 前侧的进风口(9)的边缘固定连接；该前盘(3)的大口端的外沿与所述的叶轮的各个 叶片G2)的外圆前端对应连接；该进风导流口(2)的小口端套入该前盘(3)的小口端，二 者配合的径向间隙δ为1.8-2mm，轴向套入尺寸h为10-llmm。
4.根据权利要求2所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的进 风导流口( 轴向截面由小口弧形段和大口弧形段圆滑连接组成，该大口弧形段的曲率半 径是该小口弧形段曲率半径的2 3倍；所述的前盘C3)轴向截面由直线段、大口弧形段和 小口弧形段依次圆滑连接组成，该大口弧形段的曲率半径是该小口弧形段曲率半径的2 3倍。
5.根据权利要求4所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的进 风导流口(2)伸入到该前盘(3)内的部分为弧形扩张口，所述的进风导流口(2)的小口弧 形段的最小内径处位于该前盘⑶的小口端的顶端，使得该弧形扩张口与该前盘⑶的小 口弧形段的曲率基本相同，将流过进风导流口⑵的气流圆滑顺畅地导入该前盘⑶内。
6.根据权利要求2所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的叶 片G2)为强后向板式叶片，每一叶片G2)的出口角a为46度；每一叶片02)的入口角b 为23度。
7.根据权利要求1所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的电 机(7)其前端的安装法兰(13)通过电机安装板(6)安装在所述的箱体(5)的后侧；至少在 所述的箱体(5)的前侧和左右两侧的内面均设有消声棉层(1)。
8.根据权利要求1所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的电 机(7)为双速电机，通过温度传感控制系统来实现电机(7)的高低转速的切换。
9.根据权利要求1所述的高速电力机车牵引变流器的冷却风机，其特征是所述的叶 轮⑷和电机安装板(6)采用耐低温、振动冲击的合金高强度结构钢制成，所述的进风导流 口(2)采用铝板制成。
专利摘要一种高速电力机车牵引变流器的冷却风机，包括矩形的箱体(5)，在该箱体(5)的中间用隔板(11)隔成两个独立的腔体，在每一该腔体的后侧各装有一台电机(7)，在每一该腔体的前侧和下侧分别设有进风口(9)和出风口(8)，其特征是在每一该腔体的后侧分别与一台电机(7)的前端连接，在每一该腔体内各设有一叶轮(4)并同轴安装在电机(7)的输出轴上，两个叶轮(4)在工作时均逆时针旋转，互不干涉。本实用新型主要用于时速为380kM/h以上的动车组列车牵引变流器的冷却。能够满足耐低温冲击及高速振动的需求。
文档编号F04D29/28GK201884300SQ20102065497
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者任文道, 李建森, 王磊, 郭双 申请人:洛阳北方玻璃技术股份有限公司, 洛阳北玻台信风机技术有限责任公司