机车用大流量轻量化轴流通风机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机车用大流量轻量化轴流通风机，包括风筒、风筒内的叶轮和电机，所述风筒为铝合金整体铸造而成，风筒包括外风筒、内风筒、以及内风筒和外风筒之间的风筒导流板，电机的定子转子直接安装在内风筒上。内风筒同时也是电机的机壳。电机内部的定子转子直接安装在内风筒内部，这样铸造的内风筒远远小于传统通风机的内风筒，这样内风筒减小后相应的风机叶轮的轮毂也可以减小，这样叶轮的叶片长度明显变长，轴流通风机流量将明显提高。由于内风筒直接作为电机的机壳，所有冷却空气均从内外风筒之间流过，这样内风筒作为电机机壳不需要再为电机散热加散热筋，有效地解决了电机散热问题。
【专利说明】
机车用大流量轻量化轴流通风机
技术领域
[0001 ]本发明涉及机车通风机设计技术领域。
【背景技术】
[0002]现代高速机车普遍具有功率大，轴重轻等特点。一般高速机车轴功率大于1200kW，轴重不超过20t。机车由于单机功率大，车体强度高，因此减轻车内设备的重量就是高速机车设计的一个重点，车内设备中通风机的重量占整个机车重量较大的比例。又由于高速机车轴功率大，机车电气设备中变流器，变压器等发热量高，均需要大流量的轴流通风机对其进行强迫通风冷却。因此研制一款大流量轻量化的通风机是高速机车设计的重点内容之
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[0003]现有技术一:
[0004]铁路行业内轻量化轴流通风机主要应用于动车组中，主要对风机的材料进行改进，例如将风机电机的机壳由铸铁材质更换为铸铝材质，将风机壳体由碳钢材质更换为铝合金材质。但是其缺点在于，动车组中应用的轻量化风机普遍流量较小，机壳，电机，叶轮等关键部件的强度相对容易保证。但不能满足大功率冷却通风的需要。
[0005]现有技术二:
[0006]现有铁路行业中机车的轻量化大流量的通风机风机相对较少，目前主要集中应用在对轴重要求较高的出口机车中，这些通风机同样将通风机电机的机壳由铸铁材质更换为铸铝材质，将风机壳体由碳钢材质更换为铝合金材质。
[0007]现有机车用的轴流通风机主要由风筒(风筒为内筒和外筒)，叶轮，和电机组成。如图1。轴流通风机的流量主要由叶轮的转速，叶形，叶片长度决定，叶轮转速由电机及供电电源决定，一般情况铁路机车风机电源为50Hz，转速最高为3000转，叶形优化到一定程度后无法再提高流量性能，叶片长度=1/2(叶轮直径-轮毂直径)。也就是说当叶轮直径确定时，轮毂越小叶片长度越长，风机的流量越大。一般轴流通风机轮毂比(轮毂比=轮毂直径/叶轮直径)在0.35-0.45之间可以获得较好的流量。但目前铁路机车轴流通风机的轮毂比大部分在0.5-0.6之间。因为叶轮的轮毂直径一般不得小于风机内风筒的直径。由于电机安装在风机内风筒内部，由于电机结构尺寸限制风机内风筒直径无法再缩小，所以铁路机车轴流通风机无法再缩小轮毂比提高风机流量。又由于通风机的尺寸限制，叶轮直径无法加大。因此铁路机车用通风机轻量化改造只能适当减轻重量，无法提高其流量，其缺点在于，一般的铁路机车用轻量化轴流通风机体积没有减小，只是重量相对减小，而且风机流量没有提高。
【发明内容】
[0008]本发明所解决的技术问题是，提出一种铁路机车用轻量化紧凑型大流量的轴流通风机，该通风机和现有铁路机车用轻量化通风机相比具有重量更轻，相同体积时冷却流量更大。轴流通风机若提供现有铁路机车用轴流通风机相同流量时，体积可以做得更小，重量可以更轻。
[0009]本发明采用的技术方案是，机车用大流量轻量化轴流通风机，包括风筒、风筒内的叶轮和电机，所述风筒为铝合金整体铸造而成，风筒包括外风筒、内风筒、以及内风筒和外风筒之间的风筒导流板，电机的定子转子直接安装在内风筒上。
[0010]该轴流通风机最大特点是风筒为铝合金铸造结构，风筒主要由外风筒，风筒导流板和内风筒组成。但是内风筒同时也是电机的机壳。电机内部的定子转子直接安装在内风筒内部，这样铸造的内风筒远远小于传统轴流通风机的内风筒，如图2。这样内风筒减小后相应的风机叶轮的轮毂也可以减小，这样叶轮的叶片长度明显变长，轴流通风机流量将明显提高。由于内风筒直接作为电机的机壳，所有冷却空气均从内外风筒之间流过，这样内风筒作为电机机壳不需要再为电机散热加散热筋，有效地解决了电机散热问题。
[0011]本发明的有益效果是，1.本发明是将传统铁路机车用轴流通风机的风筒改为整体铸造结构，且风筒内筒直接作为电机的机壳。2.本发明通风机电机的机壳直接在通风机流道内，通风机流道内的冷却空气直接冷却电机机壳，电机机壳不需散热筋。3.本发明由于通风机风筒的内风筒减小，叶轮的轮毂可以相应减小(叶轮轮毂直径一般等于风筒内风筒直径)，叶片有效长度加长，通风机可以在外形尺寸不变，转速不变的情况下获得更大的冷却流量。
【附图说明】
[0012]图1为现有技术结构示意图。
[0013]图2为本发明结构不意图。
[0014]图中标记为:1_叶轮，2-外风筒，3-风筒导流板，4-内风筒，5-电机，9-电机机壳。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]现有机车用大功率轻量化轴流风机减重的方法都是将原有风筒的碳钢材质改成高强度铝合金，将电机的铸铁材质改为铸铝材质等方法，减重效果并不是很高。且通风机的冷却流量等性能没有提高。本发明是将传统铁路机车用轴流通风机的风筒改为整体铸造结构，将风筒的内风筒4直接铸造成电机的机壳，这样电机的机壳直接在通风机流道内，通风机流道内的冷却空气直接冷却电机机壳9，电机机壳不需加散热筋。由于通风机风筒的内风筒4减小，叶轮I的轮毂可以相应减小，叶轮轮毂直径一般等于风筒内风筒直径，叶片有效长度加长，通风机可以在外形尺寸不变，转速不变的情况下获得更大的冷却流量。采用本发明的的轴流通风机相比传统轻量化轴流通风机在外形尺寸完全相同的情况下重量减少17%;静压不变的情况下，流量提高7%。
[0017]如图1所示，该通风机的原型机为一款电力机车用轴流通风机，其主要参数为流量7.5m3/s,静压1500Pa，转速2950r/min，叶轮I直径665mm，轮穀直径360mm，内风筒4外径360mm，电机散热筋外径320mm，通风机重量为285kg。如图1，若该通风机简单的为了减重而将通风机壳体改为铝合金5083焊接结构，电机的机壳改为铸铝材料，电机端盖采用铸铝材质且轴承室镶嵌碳钢钢套的结构等一系列常规减重措施后通风机外形及结构未改变依然如图1所示，性能参数也未改变，重量为170kg。
[0018]如图2所示，本发明是保持该原型通风机外形接口尺寸不变，风筒采用ZL205A铸造招合金材质，夕卜风筒2壁厚8mm，风筒导流板厚3mm，内风筒作为电机的机壳厚度为10mm，内风筒外径为310mm，光滑无散热筋结构。内风筒需按电机机壳标准整体机械加工。电机端盖依然采用铸铝材质且轴承室镶嵌碳钢钢套的结构。叶轮直径665mm，轮毂直径310mm。按本发明设计的通风机在静压同样为1500Pa，流量可以提高到8.0以上，重量减少至140kg。
[0019]本发明的技术相比传统通风机减重方案，将内风筒之间做成电机机壳，这样不仅减少了内风筒的重量，还减少了电机散热筋的重量。相比传统通风机减重方案彻底解决了通风机电机散热问题，不需要电机自带风扇散热或旁通一部分冷却流量散热。相比传统通风机减重方案减少了叶轮轮毂尺寸，不仅减轻了通风机重量还提高了通风机的冷却流量。
【主权项】
1.机车用大流量轻量化轴流通风机，包括风筒、风筒内的叶轮和电机，叶轮与电机同轴安装，叶轮位于风机前方，其特征在于:所述风筒为铝合金整体铸造而成，风筒包括外风筒、内风筒、以及内风筒和外风筒之间的风筒导流板，内风筒直接作为电机机壳，电机的定子转子直接安装在内风筒内。
【文档编号】F04D29/58GK106089767SQ201610589508
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610589508.9, CN 106089767 A, CN 106089767A, CN 201610589508, CN-A-106089767, CN106089767 A, CN106089767A, CN201610589508, CN201610589508.9
【发明人】邓纪辰, 黄勇, 隋锡征, 梁海涛, 董志忠, 栾宝奇, 徐阳
【申请人】中车大连机车车辆有限公司