專利名稱：與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型所屬的技求領(lǐng)域涉及一種爲(wèi)螺桿式壓縮機(jī)提供冷卻空氣的離心式葉輪機(jī)械，它與螺桿壓縮機(jī)一起同軸高速旋轉(zhuǎn)。這種螺桿壓縮機(jī)需要用一臺(tái)風(fēng)機(jī)爲(wèi)其提供流量相對(duì)較大、但風(fēng)壓相對(duì)較低的冷卻空氣作為冷源。本實(shí)用新型能使這種螺桿壓縮機(jī)的風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓得到良好的匹配，使采用本實(shí)用新型風(fēng)機(jī)的螺桿壓縮機(jī)效率高、能耗省、噪音低，尤其特別適用于為鐵路機(jī)車提供動(dòng)力用壓縮空氣的場(chǎng)合。
現(xiàn)行市場(chǎng)上提供的、專門用于鐵路機(jī)車空氣制動(dòng)及動(dòng)力系統(tǒng)的風(fēng)冷螺桿壓縮機(jī)，由于使用空間安裝位置的局限，都要求採(cǎi)用與主機(jī)同軸直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)來(lái)爲(wèi)主機(jī)提供冷卻空氣?，F(xiàn)行市場(chǎng)上的這類風(fēng)機(jī)都是單吸進(jìn)風(fēng)的。例如


圖1和圖2所示的進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的兩家歐洲公司的商品。
圖1中，風(fēng)機(jī)葉輪14安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)11和螺桿壓縮機(jī)13之間的聯(lián)軸器12上，空氣從進(jìn)風(fēng)口16經(jīng)導(dǎo)流器15被葉輪14吸入，空氣從離心式葉輪中獲得能量経渦殼17、擴(kuò)壓器18吹向冷卻器19，在此冷卻來(lái)自螺桿壓縮機(jī)的壓縮空氣和循環(huán)油。圖2的結(jié)構(gòu)與此類似，但其冷卻空氣是從冷卻器19吸入，然后經(jīng)擴(kuò)壓器18、吸風(fēng)口16而進(jìn)入葉輪14，而后經(jīng)蝸殼17排出到大氣中。但都僅僅是從軸向一側(cè)吸入空氣。而從美國(guó)進(jìn)口的機(jī)車用螺桿壓縮空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與
圖1類似。而目前國(guó)內(nèi)機(jī)車上的國(guó)產(chǎn)空壓機(jī)仍然一直采用往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。單吸進(jìn)風(fēng)的葉輪用作與主機(jī)同軸直聯(lián)傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)有一些難以克服的缺點(diǎn)。首先是由于直聯(lián)同軸傳動(dòng)，為使主機(jī)盡量靠近其驅(qū)動(dòng)機(jī)，免致軸向尺寸過(guò)長(zhǎng)，其葉輪常常要造得短而粗，而且由于聯(lián)軸器對(duì)氣流的阻塞的原因，爲(wèi)了滿足流量的需求並使流速不致過(guò)高，又要額外加大葉輪的直徑。這就使得風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓遠(yuǎn)高于實(shí)際需求的數(shù)值。因?yàn)槠渲鳈C(jī)(螺桿壓縮機(jī))必須在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)才可能發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，所以這就使與該主機(jī)直聯(lián)的風(fēng)機(jī)亦不得不以同步的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。而風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓是與轉(zhuǎn)速的平方和葉輪直徑的平方成正比的。要滿足這種風(fēng)機(jī)的流量而加大葉輪的直徑，其風(fēng)壓就必然很大。而偏偏對(duì)這種結(jié)構(gòu)的螺桿壓縮機(jī)的冷卻器而言，一來(lái)因?yàn)槠淞鞯蓝?、二?lái)流通截面很大，其流動(dòng)阻力必然較小，故只需要較低的全壓即可滿足要求。這就必然導(dǎo)致現(xiàn)行技術(shù)的這種風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)(流量、壓力、轉(zhuǎn)速)之極不合理的匹配，從而使風(fēng)機(jī)效率低、風(fēng)機(jī)所分?jǐn)偟妮S功率大大增加，驅(qū)動(dòng)機(jī)的容量相庅加大，噪聲亦相庅升高。這對(duì)于使用這種空氣壓縮機(jī)的電力機(jī)車來(lái)說(shuō)尤為不利，因?yàn)殡娏C(jī)車常以劈相機(jī)為空壓機(jī)提供電力，其三相電壓的不平衡度、正弦畸變率與及不同運(yùn)輸區(qū)間電壓的波動(dòng)都遠(yuǎn)高于常規(guī)電網(wǎng)。為了適應(yīng)這種電源，機(jī)車工廠不得不額外加大其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的容量。對(duì)于這樣的應(yīng)用場(chǎng)合，就更加有必要盡量提高這種螺桿壓縮機(jī)的風(fēng)機(jī)的效率，使其軸功率降低下來(lái)。鑒于此，本實(shí)用新型目標(biāo)就是使風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)達(dá)到良好匹配，以符合這種特殊螺桿壓縮機(jī)的需求。通過(guò)精心的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，按本實(shí)用新型制造的風(fēng)機(jī)其效率得到顯著提高，整機(jī)的軸功率顯著下降，噪聲也明顯減低了。這就是提出本實(shí)用新型的技術(shù)背景。
本實(shí)用新型的目的在于使與螺桿壓縮機(jī)直聯(lián)同軸傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)的運(yùn)行性能參數(shù)盡量匹配到符合主機(jī)的性能需要，從而降低風(fēng)機(jī)分?jǐn)偟妮S功率份額，使風(fēng)機(jī)的效率提高，驅(qū)動(dòng)機(jī)的容量、尺寸、噪音等都有所下降。
為解決現(xiàn)行技術(shù)的這類型螺桿壓縮機(jī)所配備的同軸直聯(lián)傳動(dòng)的離心風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)的不匹配而導(dǎo)致效率低、能耗高、噪聲大的存在問(wèn)題，本實(shí)用新型采取縮小直徑以降低風(fēng)壓，而用雙吸進(jìn)風(fēng)來(lái)得到大流量的的技術(shù)方案?，F(xiàn)參見附圖3和圖4介紹本實(shí)用新型的技術(shù)方案加下圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(包括其主機(jī)螺桿壓縮機(jī)及冷卻器)，圖4是比圖3更詳細(xì)的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(不包括螺桿壓縮機(jī))，由圖3可以看到，離心風(fēng)機(jī)的葉輪14同軸地裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)11與螺桿壓縮機(jī)13之間的聯(lián)軸器12上，該聯(lián)軸器既驅(qū)動(dòng)主機(jī)13，同時(shí)亦驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪14。葉輪14的輪盤14-1的兩邊都裝有葉片14-2和14-4，葉片外側(cè)還裝有輪盤14-3和14-5，葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可使葉輪的軸向兩邊吸氣口形成負(fù)壓，大氣環(huán)境中的空氣從風(fēng)機(jī)軸向兩側(cè)的進(jìn)風(fēng)口16-1、和16-4進(jìn)入，然后經(jīng)各自的導(dǎo)流器15而被葉輪從軸向兩側(cè)同時(shí)吸入，空氣被葉輪14壓縮，然后經(jīng)蝸殼17、擴(kuò)壓器18吹向冷卻器19，用來(lái)冷卻從螺桿壓縮機(jī)中出來(lái)的壓縮空氣和在螺桿壓縮機(jī)中起潤(rùn)滑、冷卻、密封作用的循環(huán)油，帶走它們的熱量，然后排向大氣。冷卻空氣的流動(dòng)路程很短，通道截面積很大，其流動(dòng)阻力較低，故並不需要風(fēng)機(jī)提供過(guò)高的風(fēng)壓以免白費(fèi)能源。而現(xiàn)行技術(shù)的此類螺桿壓縮機(jī)的風(fēng)機(jī)都采用單吸進(jìn)風(fēng)，再加上聯(lián)軸器對(duì)吸入氣流的阻塞作用，葉輪直徑必需做得很大方能夠滿足流量的要求，在轉(zhuǎn)速因螺桿壓縮機(jī)自身的需求而無(wú)法降低的情況下，這樣大直徑的葉輪在如此高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，不必要地產(chǎn)生過(guò)大的風(fēng)壓，不但浪費(fèi)能源，而且必然因效率低而使多余的能量轉(zhuǎn)化為振動(dòng)與噪聲，不利于環(huán)保。本實(shí)用新型采用雙吸進(jìn)風(fēng)，使流量可以成倍增加，從而使葉輪直徑大大縮小，與直徑的二次方成正比的風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓自然大為下降，但仍足以克服並不很高的流動(dòng)阻力。通過(guò)選擇合適的葉輪模式和參數(shù)，就可以使葉輪的風(fēng)壓和流量匹配到剛好符合這種螺桿壓縮機(jī)的需求。而現(xiàn)行技術(shù)的這種螺桿壓縮機(jī)是無(wú)論如何都難以得到這樣良好的參數(shù)匹配。
本實(shí)用新型的有益效果是使這種與螺桿壓縮機(jī)直聯(lián)同軸傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與流量參數(shù)匹配到剛好符合這種螺桿壓縮機(jī)的要求，使整機(jī)的效率提高，軸功率下降，噪聲降低。例如按實(shí)用新型實(shí)施例1制造的螺桿式空氣壓縮機(jī)的整機(jī)軸功率比采用現(xiàn)有技術(shù)的西方著名公司所制造的同規(guī)格產(chǎn)品低15％，考慮到壓縮機(jī)主機(jī)的功耗佔(zhàn)絕大部分，若扣除去氣體壓縮所佔(zhàn)用的軸功率份額，則該實(shí)施例中由風(fēng)機(jī)所分?jǐn)偟妮S功率就比該公司低60％以上，十分明顯，這是由于現(xiàn)有技術(shù)的這種螺桿壓縮機(jī)的風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)匹配得不好，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓不必要地大大過(guò)高了，由此導(dǎo)致軸功率過(guò)高，噪音能級(jí)也增加了。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1和圖2是已知技術(shù)的、具有相同用途的風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)及與其同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型的、與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)(包括螺桿壓縮機(jī)及其冷卻器)結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本實(shí)用新型的、與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)(不包括螺桿壓縮機(jī)及其冷卻器)的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本實(shí)用新型的、與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)與其驅(qū)動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器的橫斷面視圖。(即圖4的A-A剖面圖。)圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的離心風(fēng)機(jī)的進(jìn)口流道結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本實(shí)用新型的實(shí)施例3的離心風(fēng)機(jī)的葉輪盤軸向兩側(cè)葉片的排列方案圖。(即圖4的B-B剖面圖)實(shí)施例1圖4是本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，圖4中，葉輪14的輪盤14-1用鉚釘或螺栓固定在半聯(lián)軸器12-1上，輪盤14-1兩邊對(duì)稱或不對(duì)稱地焊上兩組葉片14-2和14-4及其各自的輪蓋14-3和14-5，兩組葉片的形狀及尺寸是相同的，但從各自的送風(fēng)方向看，其彎曲方向是不相同的(從機(jī)器的一個(gè)固定方向看又是相同的了)。本實(shí)施用例采用后彎式、機(jī)翼形園弧形葉片，其效率通常高于80％，比前彎、多葉型葉輪效率65％高許多，其進(jìn)、出口直徑D1和D2、進(jìn)出口安裝角β1g,β2g和葉片的形狀(參見圖7)、輪盤14-3、14-5的形狀要按照螺桿壓縮機(jī)對(duì)流量和風(fēng)壓的要求合理地匹配好。后彎式園弧形葉片或機(jī)翼型葉片都可以提高風(fēng)機(jī)效率。
風(fēng)機(jī)左側(cè)的進(jìn)風(fēng)口由筋板16-1把其兩側(cè)法蘭16-2和16-3連結(jié)起來(lái)而組成，左邊的法蘭16-2連接驅(qū)動(dòng)機(jī)11，右邊吸入口的法蘭16-5連接螺桿壓縮機(jī)13，其形狀和尺寸是稍有不同的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)機(jī)11(電機(jī)或內(nèi)燃機(jī))的外形直徑尺寸通常遠(yuǎn)大于螺桿壓縮機(jī)13的尺寸，該側(cè)的進(jìn)風(fēng)口尤其要仔細(xì)設(shè)計(jì)，吸入口在16-1處的流通截面積要比導(dǎo)流口15-1處的面積至少大至1.5到2倍以上。為了減少吸入過(guò)程中之流動(dòng)旋渦，沿流動(dòng)方向的流通截面積應(yīng)該盡量平滑地連續(xù)縮小，使氣流平滑地加速，所以由導(dǎo)流器前盤15-2和后盤15-3之間的空腔構(gòu)成的氣流通道的橫截面積應(yīng)該平滑地縮小，在導(dǎo)流口15-1處面積縮到最小。
在導(dǎo)流器后盤15-2的背部還裝有可以減少氣流在蝸殼17中作擴(kuò)壓流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生旋渦的整流圈17-2、17-3。
聯(lián)軸器12由半聯(lián)軸器12-1,12-3和彈性塊12-2組成，彈性塊12-2的園柱狀花瓣裝在兩個(gè)半聯(lián)軸器12-1和12-3之中，例如圖5所示，該圖是圖4的A-A剖面圖，它表明了這種聯(lián)軸器的橫向結(jié)構(gòu)，彈性塊軸向不固定，切線方向可以傳遞扭矩，在裝、拆時(shí)可以軸向移動(dòng)，這是帶直聯(lián)同軸傳動(dòng)風(fēng)機(jī)的螺桿壓縮機(jī)的必要的措施。彈性塊12-2庅選用彈性好，抗擠壓和抗剪切強(qiáng)度高的材料，如高強(qiáng)度橡膠、彈性聚氨脂等材料制造。
實(shí)施例2圖6是本實(shí)用新型離心風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口另一實(shí)施例。此進(jìn)風(fēng)口之導(dǎo)流器15的流體通道由導(dǎo)流器前盤15-2和導(dǎo)流器后盤15-3之間的旋轉(zhuǎn)空腔構(gòu)成，前盤曲線abc是一條橢園線的一部分，后盤曲線efg也是橢園線，這樣地得到的流通截面積是連續(xù)地縮小的，這可使氣流沿著前進(jìn)方向均勻地平滑加速，從而使"脫流旋渦"減少，有利于提高效率，降低噪聲。聯(lián)軸器的外緣輪廓最好也加工成有利于流動(dòng)的efg的橢園延伸曲線，這樣也有利于減少"脫流旋渦"。
實(shí)施例3圖7是關(guān)于本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)葉輪上葉片排列方案的另一實(shí)施用例，該圖是圖4-的B-B剖面圖，即是從軸向看，除去葉輪輪蓋14-3之后的葉片分布示意圖。該葉輪輪盤14-1兩側(cè)的葉片14-2和14-4是錯(cuò)開布置的。葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片每掃過(guò)渦殼的"渦舌"一次，就使氣流對(duì)渦舌的沖擊改變一次，這種"沖擊性的改變"是一種周期性的"擾動(dòng)"，因此會(huì)加大振動(dòng)和噪聲。但若能錯(cuò)列地布置輪盤14-1兩側(cè)的葉片14-2和14-4，就使此種"沖擊性改變"的周期縮短了一半，每一次沖擊的力度也減小了，相當(dāng)于把這種"沖擊性的變動(dòng)"趨向更加均勻。研究表明這可使噪音降低3dB。
權(quán)利要求1．一種與風(fēng)冷螺桿式壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)，該離心風(fēng)機(jī)裝在其主機(jī)螺桿壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)之間，風(fēng)機(jī)的葉輪直接裝在驅(qū)動(dòng)螺桿壓縮機(jī)的聯(lián)軸器上由其直聯(lián)同軸驅(qū)動(dòng)，葉輪是以驅(qū)動(dòng)機(jī)相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)而壓縮空氣，其特征是風(fēng)機(jī)的葉輪輪盤兩側(cè)都裝有葉片，風(fēng)機(jī)的軸向兩側(cè)都有可以吸入空氣的吸氣口同時(shí)吸入空氣，風(fēng)機(jī)上裝有供兩側(cè)氣流共用的蝸殼和擴(kuò)壓器，使離心壓縮空氣擴(kuò)壓流出。
2．按照權(quán)利要求1所述的與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)，其特征是葉輪的葉片是采用后彎式、少葉片、園弧形葉片的雙進(jìn)風(fēng)葉輪。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)，其特征是葉輪兩側(cè)的葉片是錯(cuò)列地布置在葉輪輪盤兩側(cè)的可以雙吸進(jìn)風(fēng)的葉輪。
4．按照權(quán)利要求1所述的與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)，其特征是離心風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流通道輪廓是采用園錐形曲線的旋轉(zhuǎn)盤，而且附有使蝸殼中氣流均勻擴(kuò)壓的整流圈。
5．按照權(quán)利要求1所述的與風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)同軸高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)，其特征是離心風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)流通道輪廓曲線是采用流線型的橢圓曲線或園弧形曲線。
專利摘要一種為風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)提供冷卻空氣的離心風(fēng)機(jī),該風(fēng)機(jī)裝在螺桿壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)之間,由驅(qū)動(dòng)機(jī)直聯(lián)同軸驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪和壓縮機(jī)主機(jī)。這類螺桿壓縮機(jī)要在極高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,其風(fēng)機(jī)卻只需要較低的風(fēng)壓,但其流量卻要很高,對(duì)這種特定的應(yīng)用場(chǎng)合,由于本實(shí)用新型采用從風(fēng)機(jī)軸向兩側(cè)雙吸進(jìn)氣而有可能縮小葉輪直徑,從而使風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)能得到良好的匹配,使其流量與風(fēng)壓能匹配到符合該種螺桿壓縮機(jī)的需求,因而使風(fēng)機(jī)效率顯著提高,由風(fēng)機(jī)分?jǐn)偟妮S功率比現(xiàn)行技術(shù)的同類型(其風(fēng)機(jī)是單吸進(jìn)風(fēng)的同軸直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的螺桿壓縮機(jī))機(jī)器顯著降低,其風(fēng)機(jī)噪音,驅(qū)動(dòng)機(jī)的容量及尺寸均相應(yīng)下降。
文檔編號(hào)F04D17/08GK2448959SQ9924572
公開日2001年9月19日 申請(qǐng)日期1999年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月25日
發(fā)明者吳超斌 申請(qǐng)人:吳超斌