高速電力機車牽引變流器的冷卻風機的製作方法

2023-10-06 02:39:54 1

專利名稱：高速電力機車牽引變流器的冷卻風機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對CRH-380B高速電力機車牽引變流器系統進行冷卻的風機，具體是將風機產生的風量克服整個系統管網阻力的壓力，並通過牽引變流器系統中的散熱器，帶走機車牽引變流器工作時產生的熱量，以保證整個高速電力機車牽引變流器系統的穩定工作。主要用於時速為380kM/h以上的動車組列車牽引變流器的冷卻。
背景技術：
2004年10月中國與西門子公司籤訂了一批加闊版ICE3列車的合同，作為中國高速鐵路(CRH)的運營車型。合同約定少許列車由德國直接出口至中國，大部份列車由中國北車團體唐山軌道客車有限責任公司在中國組裝，並改名為CRH 3型和諧號列車。
CRH3動車組為4動4拖8輛編組運行。動車組具有良好的氣動外形，其載客速度為350kM/h，最高實驗速度為404kM/h。主變壓器設計成單制式的變壓器，容量為5. 6MVA，主變壓器、牽引變流器、輔助變流器採取逼迫導向油循環風冷方式，均需要配置冷卻系統。此發明就是為牽引變流器冷卻系統而研發的耐低溫衝擊及耐高速振動的風機。目前國內的風機不能滿足耐低溫衝擊及高速振動的需求。發明內容
本發明公開了一種CRH-380B動車車組牽引變流器冷卻系統所用的電機直聯式雙速離心風機，以填補國內CRH-380B高時速動力車組牽引變流器冷卻系統用風機自主研發的空缺，為實現其國產化具有重大意義。
本發明的技術方案是一種高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，包括矩形的箱體，在該箱體的中間用隔板隔成兩個獨立的腔體，在每一該腔體的後側各裝有一臺電機，在每一該腔體的前側和下側分別設有進風口和出風口，其特徵是在每一該腔體的後側分別與一臺電機的前端連接，在每一該腔體內各設有一葉輪並同軸安裝在電機的輸出軸上，兩個葉輪相互獨立運轉，互不幹涉。
所述的葉輪由前盤、後盤和多個葉片組成，在圓形的後盤的前側沿圓周均布連接向相同方向彎曲的多個葉片，所述的進風口與該葉片相對應；在該葉輪的前側連接有前盤， 在該進風口的內側連接有與該前盤對應的進風導流口 ；該進風導流口和前盤均為喇叭形， 該進風導流口的小口端與該前盤的小口端相對應；該前盤、後盤和葉片之間採用焊接方式連接為一體。
該進風導流口的小口端的內徑與所述的葉輪的各個葉片圍繞的內圓的直徑相同或相近，該進風導流口的大口端的外沿設有法蘭盤，該法蘭盤與所述的箱體前側的進風口的邊緣固定安裝；該前盤的大口端的外沿與所述的葉輪的各個葉片的外圓前端對應連接； 該進風導流口的小口端套入該前盤的小口端，二者配合的徑向間隙δ為1.8-2mm，軸向套入尺寸h為10-llmm。
所述的進風導流口軸向截面由小口弧形段和大口弧形段圓滑連接組成，該大口弧形段的曲率半徑是該小口弧形段曲率半徑的2 3倍；所述的前盤軸向截面由直線段、大口弧形段和小口弧形段依次圓滑連接組成，該大口弧形段的曲率半徑是該小口弧形段曲率半徑的2 3倍。
所述的進風導流口伸入到該前盤內的部分為弧形擴張口，所述的進風導流口的小口弧形段的最小內徑處位於該前盤的小口端的頂端，使得該弧形擴張口與該前盤的小口弧形段的曲率基本相同，將流過進風導流口的氣流圓滑順暢地導入該前盤內。
所述的葉片為強後向板式葉片，每一葉片的出口角a為46度；每一葉片的入口角 b為23度，入口角b比現有技術減小，提高有效做功，減小功率損失。
所述的電機其前端的安裝法蘭通過電機安裝板安裝在所述的箱體的後側；至少在所述的箱體的前側和左右兩側的內面均設有消聲棉層。
所述的電機為雙速電機，通過溫度傳感控制系統來實現高低轉速的切換，以便適合不同工況的需求，在保證牽引變流器散熱效果的同時來控制耗電量從而減少耗能。
所述的葉輪和電機安裝板採用耐低溫、振動衝擊的合金高強度結構鋼製成，所述的進風導流口採用鋁板製成；兩個葉輪在工作時均為逆時針旋轉。
所述的葉片使用衝裁模下料，各個葉片的重量差小於0. 05kg，使用交錯對稱焊接的方法，焊接速度和電流相同，使葉片焊接變形量控制到最小；在加工過程中保證基準統一，並使用工裝模具控制其統一，使葉輪達到G2. 5的平衡精度。
本發明的優點是
1、此冷卻系統所配風機的電機配備專用的雙速電機，通過溫度傳感控制系統來實現高低轉速的切換，以便適合不同工況的需求，在保證牽引變流器散熱效果的同時來控制耗電量從而減少耗能。
2、其進風導流口和前盤均為弧形組合的喇叭形結構，並且為套口型式的裝配結構，此種型式利於氣體的導流並能減少洩漏損失。
3、進風導流口與前盤相互套口的部分為弧形，並使進風導流口的小口端伸入到該前盤內的部分為弧形擴張口，對氣流起到圓滑導向的作用，更有利於流體的順暢流動，更符合葉輪進氣口附近氣流的流動狀態，避免因渦流而引起損失。進風導流口的弧形使氣體能均勻的充滿葉輪進口截面，降低流動損失。前盤的弧形可減少葉輪因葉片進口轉彎後而產生的分離損失，從而提高葉輪效率。
4、利用現有冷卻系統的箱體，與葉輪、進風導流口、電機、電機安裝板組合安裝，省去了普通風機的蝸殼，蝸殼可以起到把部分動壓轉化為靜壓的作用，但由此來提高效率的幅度很小，僅能提高原有效率的2% _3%，我們通過在葉片角度上的調整彌補了無蝸殼的效率降低，即入口角b比模型機原有的入口角減小了 5度，改變了原型機的性能參數，有效做功更高，功率損失減小，故仍達到60%的效率。
5、製作工藝保證了葉輪平衡時達到G2. 5的平衡精度，結合箱體內側的消聲棉的作用，使兩颱風機都在高速運轉時的振動值達到4mm/s以下，保證車速在正常行駛的情況下不會因風機的振動而累加車組高速行駛所產生的振動。
6、兩風機保證重量均衡，葉輪特殊焊接工藝及焊後採用時效振動及熱處理雙重消除焊接殘餘應力，噴漆前後均要動平衡，保證平衡精度G2. 5。這些是降低振動的主要原因。 兩颱風機對稱設在一個箱體5上，並同向逆時針運轉，抵消了大部分單颱風機(葉輪)單向運轉所產生的振動，明顯降低了整體運轉產生的振動和噪音。兩套單機的結構對稱性越好， 降低振動的效果就越好。
7、採用抗低溫、振動衝擊的合金高強度結構鋼的特殊焊接，可滿足零下40°C環境下3600r/m轉速下正常運行。


圖1是本發明的主視圖(圖3的C-C剖視圖)；
圖2是圖1的左視圖3是圖1的A-A剖視圖4是本發明局部結構示意圖5是本發明葉輪的結構示意圖(圖4的B-B剖視圖)；
圖6是圖4中P處的放大圖。
附圖標記說明1、消聲棉；2、進風導流口，3、前盤，4、葉輪，41、後盤，42、葉片，5、 箱體，6、電機安裝板，7、電機，8、出風口，9、進風口，10、進風導流口的法蘭盤，11、隔板，12、後盤座。
具體實施方式
參見圖1 圖6，本發明一種高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，在現有冷卻系統的矩形箱體5上，與葉輪4、電機7、電機安裝板6組合，
在該箱體5的中間用隔板11隔成兩個獨立的腔體A，在每一該腔體A的後側各裝有一臺電機7，在每一該腔體A的前側和下側分別設有進風口 9和出風口 8。在每一該腔體 A的後側分別與一臺電機7的前端連接，在每一該腔體A內各設有一葉輪4並同軸安裝在電機7的輸出軸上，兩個葉輪4在工作時均逆時針旋轉(與整個冷卻系統配套)，互不幹涉。
所述的葉輪4由前盤3、後盤41和多個葉片42組成，在圓形的後盤41的前側沿圓周均布連接有向相同方向彎曲的多個葉片42，所述的進風口 9與該葉片42相對應；在該葉輪4的前側連接有前盤3，在該進風口 9的內側連接有與該前盤3對應的進風導流口 2 ；該進風導流口 2和前盤3均為喇叭形，該進風導流口 2的小口端與該前盤3的小口端相對應。 葉片42為強後向板式葉片。
參見圖5，每一葉片42的出口角(外沿端的切線與所在位置圓周的切線的夾角)a 為46度；每一葉片42的入口角(內沿端的切線與所在位置圓周的切線的夾角)b為23度。 夾角b比現有技術減小了 5度，改變了葉輪4的風機風量-風壓-功率的性能曲線發生變化，使風機風壓及風量有效實用點增多，總耗功降低原耗功的10%，有效做功更高，功率損失減小。圖5中的直徑Bl和B2的一個實施例的參數為250mm和400mm。
參見圖4 圖6，該進風導流口 2的小口端的內徑Dl與所述的葉輪4的各個葉片 42圍繞的內圓的直徑Bl相同或相近。該進風導流口 2的大口端的外沿設有法蘭盤10(沿圓周均布有安裝孔13，參見圖幻，該法蘭盤10與所述的箱體5前側的進風口 9的邊緣內側固定安裝。該前盤3的大口端的外沿與所述的葉輪4的各個葉片42的外圓(直徑B2)前端對應連接。
該進風導流口 2與該前盤3的小口端之間為套口型式的裝配結構，即該進風導流口 2的小口端套入該前盤3的小口端，二者配合的徑向間隙δ為1.8-2mm，軸向套入尺寸h 為10-llmm(參見圖6)。
參見圖6，所述的進風導流口 2軸向截面由小口弧形段(半徑R2段)和大口弧形段(半徑Rl段)圓滑連接組成，該大口弧形段的曲率半徑Rl是該小口弧形段曲率半徑R2 的1.5 3倍。所述的前盤3軸向截面由直線段L、大口弧形段(半徑R4段)和小口弧形段(半徑R3段)依次圓滑連接組成，該大口弧形段的曲率半徑R4是該小口弧形段曲率半徑 R3的2 3倍。在滿足上述要求的前提下，各段在軸向和徑向上的尺寸根據需要(試驗) 進行選擇。
所述的進風導流口 2伸入到該前盤3內的部分為弧形擴張口，所述的進風導流口 2 的小口弧形段(半徑R2段)的最小內徑(即所述的內徑Dl)處位於該前盤3的小口端的頂端，使得該弧形擴張口與該前盤3的小口弧形段(半徑R3段)的曲率基本相同，將流過進風導流口 2的氣流圓滑順暢地導入該前盤3內。弧形擴張口(進風導流口 2的小口端) 的外徑略小於前盤3的小口端的內徑，使得二者可以套裝。
所述的電機7前端的安裝法蘭13通過電機安裝板6安裝在所述的箱體5的後側 (採用螺栓連接)；在所述的箱體5的前側和左右兩側的內面均設有消聲棉層1。
所述的電機7為雙速電機，通過溫度傳感控制系統來實現高低轉速的切換，以便適合不同工況的需求，在保證牽引變流器散熱效果的同時來控制耗電量從而減少耗能。
所述的葉輪4和電機安裝板6採用耐低溫、振動衝擊的合金高強度結構鋼Q345E 焊接製成，焊接採用JM-50焊絲，氣體選用氬氣和二氧化碳的混合氣體，焊接時的電流為 120A,電壓為20V，焊接完成後抽樣機進行探傷檢查，此種工藝完全可滿足零下40°C環境下 3600r/m轉速運行。
所述的進風導流口 2採用鋁板製成。
所述的葉片42使用衝裁模下料，各個葉片的重量差小於0. 05kg，使用交錯對稱焊接的方法，焊接速度和電流相同，使葉片焊接變形量控制到最小；在加工過程中保證基準統一，並使用工裝模具控制其統一，使葉輪達到G2. 5(1973年國際標準化組織根據各種轉自的使用要求、精度程度和工作轉速，將動平衡精度從0. 16mm/s到4000mm/s的範圍內分為是十一個等級，一級最高，十一級最低，通風機轉子的平衡精度等級為四級，即G6. 3，我們對此風機要求做到三級，即G2. 5的平衡精度。
本發明在使用時將其前側的進風口 9與動車的牽引變流器冷卻系統的接口連接， 在風機7的驅動下，空氣在葉輪4的離心力的作用下從箱體5前側的進風口 9引出，從出風口 8送出帶走動車的牽引變流器的熱量，達到散熱效果。通過整個冷卻系統的溫度傳感器控制系統來測定其溫度並傳遞信號給電機7進行高、低轉速的切換，滿足不同工況的散熱風量需求。兩颱風機均為逆向運轉，同時提供相同轉速下的風量、風壓。本發明的生產工藝和結構可保證風機在同時同速運轉、風量及風壓均達到需求量時振動值小於4. Omm/s，保證車速在正常行駛的情況下不會因風機的振動而累加車組高速行駛所產生的振動。
權利要求
1.一種高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，包括矩形的箱體(5)，在該箱體(5)的中間用隔板(11)隔成兩個獨立的腔體，在每一該腔體的後側各裝有一臺電機(7)，在每一該腔體的前側和下側分別設有進風口(9)和出風口(8)，其特徵是在每一該腔體的後側分別與一臺電機(7)的前端連接，在每一該腔體內各設有一葉輪(4)並同軸安裝在電機(7)的輸出軸上，兩個葉輪(4)相互獨立運轉，互不幹涉。
2.根據權利要求1所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的葉輪⑷由前盤(3)、後盤Gl)和多個葉片G2)組成，在圓形的後盤Gl)的前側沿圓周均布連接向相同方向彎曲的多個葉片(42)，所述的進風口(9)與該葉片02)相對應；在該葉輪 (4)的前側連接有前盤(3)，在該進風口(9)的內側連接有與該前盤C3)對應的進風導流口 ⑵；該進風導流口⑵和前盤⑶均為喇叭形，該進風導流口(2)的小口端與該前盤(3) 的小口端相對應；該前盤(3)、後盤Gl)和葉片0 之間採用焊接方式連接為一體。
3.根據權利要求2所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是該進風導流口(2)的小口端的內徑與所述的葉輪的各個葉片G2)圍繞的內圓的直徑相同或相近，該進風導流口( 的大口端的外沿設有法蘭盤(10)，該法蘭盤(10)與所述的箱體(5) 前側的進風口(9)的邊緣固定安裝；該前盤(3)的大口端的外沿與所述的葉輪的各個葉片G2)的外圓前端對應連接；該進風導流口(2)的小口端套入該前盤(3)的小口端，二者配合的徑向間隙δ為1.8-2mm，軸向套入尺寸h為10-llmm。
4.根據權利要求2所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的進風導流口( 軸向截面由小口弧形段和大口弧形段圓滑連接組成，該大口弧形段的曲率半徑是該小口弧形段曲率半徑的2 3倍；所述的前盤C3)軸向截面由直線段、大口弧形段和小口弧形段依次圓滑連接組成，該大口弧形段的曲率半徑是該小口弧形段曲率半徑的2 3倍。
5.根據權利要求4所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的進風導流口(2)伸入到該前盤(3)內的部分為弧形擴張口，所述的進風導流口(2)的小口弧形段的最小內徑處位於該前盤⑶的小口端的頂端，使得該弧形擴張口與該前盤⑶的小口弧形段的曲率基本相同，將流過進風導流口⑵的氣流圓滑順暢地導入該前盤⑶內。
6.根據權利要求2所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的葉片G2)為強後向板式葉片，每一葉片G2)的出口角a為46度；每一葉片02)的入口角b 為度，入口角b比現有技術減小，提高有效做功，減小功率損失。
7.根據權利要求1所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的電機(7)其前端的安裝法蘭(13)通過電機安裝板(6)安裝在所述的箱體(5)的後側；至少在所述的箱體(5)的前側和左右兩側的內面均設有消聲棉層(1)。
8.根據權利要求1所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的電機(7)為雙速電機，通過溫度傳感控制系統來實現高低轉速的切換，以便適合不同工況的需求，在保證牽弓I變流器散熱效果的同時來控制耗電量從而減少耗能。
9.根據權利要求1所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的葉輪⑷和電機安裝板(6)採用耐低溫、振動衝擊的合金高強度結構鋼製成，所述的進風導流口(2)採用鋁板製成；兩個葉輪(4)在工作時均為逆時針旋轉。
10.根據權利要求2所述的高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，其特徵是所述的葉片0 使用衝裁模下料，各個葉片的重量差小於0.05kg，使用交錯對稱焊接的方法，焊接速度和電流相同，使葉片焊接變形量控制到最小；在加工過程中保證基準統一，並使用工裝模具控制其統一，使葉輪達到G2. 5的平衡精度。
全文摘要
一種高速電力機車牽引變流器的冷卻風機，包括矩形的箱體(5)，在該箱體(5)的中間用隔板(11)隔成兩個獨立的腔體，在每一該腔體的後側各裝有一臺電機(7)，在每一該腔體的前側和下側分別設有進風口(9)和出風口(8)，其特徵是在每一該腔體的後側分別與一臺電機(7)的前端連接，在每一該腔體內各設有一葉輪(4)並同軸安裝在電機(7)的輸出軸上，兩個葉輪(4)在工作時均逆時針旋轉，互不幹涉。本發明主要用於時速為380kM/h以上的動車組列車牽引變流器的冷卻。能夠滿足耐低溫衝擊及高速振動的需求。
文檔編號F04D29/44GK102536857SQ201010584398
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者任文道, 李建森, 王磊, 郭雙 申請人:洛陽北方玻璃技術股份有限公司, 洛陽北玻臺信風機技術有限責任公司