ДВУСТОРОННИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭЛЕКТРОВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2001 года по МПК F04D17/08 

Изобретение относится к электротехнике и отраслям вентиляторостроения, в которых осуществляется производство центробежных вентиляторов и вентиляторных установок, оснащенных электроприводом и имеющих, в частности, два рабочих колеса на приводном валу и два входных патрубка.

Оно может найти применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха для закрытых помещений промышленного и иного назначения, шахтных выработок, в тягодутьевых и технологических установках различных отраслей промышленности.

Известны двусторонние центробежные вентиляторы, состоящие из двух рабочих колес обычного центробежного вентилятора, но имеющих общий задний диск, несущий симметрично расположенные с обеих сторон диска лопатки, и представляющие собой, фактически, два параллельно работающих односторонних центробежных вентилятора [1] . К двусторонним вентиляторам относятся, например, вентиляторы ЦАГИ типа Ц 10-35, Ц 7-60, Ц 4-94, Ц 4-97, а также вентиляторы ИГМ типа ТК Ц 40-24, ТК Ц 38-23, ТК Ц 36-28 [1].

Эти вентиляторы не имеют встроенного электропривода и используются при создании вентиляторных установок как отдельные конструктивно независимые блоки, присоединяемые к электродвигателям цилиндрической формы исполнения. Причем вал электродвигателя и вал вентилятора соединяются либо через посредство соединительной муфты, либо - с помощью шкивов ременной передачи. В обоих случаях, использование отдельного, конструктивно независимого, электродвигателя цилиндрической формы исполнения не позволяет существенно уменьшить общую массу вентиляторной установки и сократить ее габариты. Кроме того, такие установки имеют увеличенное число однотипных конструктивных элементов (опорные подшипники, крышки, уплотнения и т.п.) по сравнению с известными моноблочными конструкциями, в которых реализован прогрессивный принцип конструктивного совмещения при создании однокорпусных электронасосов [2].

Использование встроенного электропривода способствует упрощению конструкции, уменьшению ее габаритов и массы, улучшению условий работы подшипников, позволяет повысить надежность и ресурс долговечности установки, упростить ее наладку и техническое обслуживание.

В качестве встроенного электродвигателя при создании моноблочных электровентиляторов могут найти применение известные торцовые электродвигатели [3, 4] , отличающиеся малыми осевыми размерами и меньшей материалоемкостью по сравнению с электродвигателями цилиндрической формы исполнения. Электродвигатели торцового типа обладают недостатком, связанным с возникновением значительных осевых сил притяжения магнитопроводов статора и ротора, что приводит к увеличению нагрузки на подшипники и их повышенному износу.

Однако этот недостаток можно устранить путем использования спаренного торцового электродвигателя, что позволяет практически снять осевую нагрузку на подшипники вследствие взаимной компенсации осевых сил притяжения, передающихся приводному валу.

Известны также электровентиляторы серии ЦС [5], представляющие собой объединение конструктивно независимых блоков электродвигателя серии АОМ и центробежного вентилятора, в которых рабочее колесо вентилятора посажено на выходном участке вала электродвигателя. Недостатками этих электровентиляторов являются увеличенные осевые габариты и масса, что связано с независимым конструктивным оформлением блоков и использованием электродвигателя цилиндрической формы исполнения.

По технической сущности наиболее близким к заявляемому изобретению можно считать двусторонний вентилятор ИГМ ТК Ц 38-23 [6] с приводом от асинхронного электродвигателя, представляющий собой двусторонний центробежный электровентилятор, объединяющий в едином агрегате асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, статор, ротор, магнитопроводы статора и ротора с обмотками, вал ротора и его подшипники, и двусторонний центробежный вентилятор, содержащий два рабочих колеса, установленные на валу ротора, и спиральную камеру.

Его недостатками являются увеличенные осевые габариты и масса, что связано с использованием отдельного, конструктивно независимого электродвигателя цилиндрической формы исполнения, а также большая длина вала ротора, что требует установки дополнительных опорных подшипников и организации их системы смазки, а это усложняет и удорожает электровентилятор и его обслуживание.

Заявленное изобретение решает задачу создания компактного двустороннего электровентилятора уменьшенных габаритов и массы, повышения его эксплуатационной надежности и упрощения обслуживания, а также расширения технологических возможностей вентиляторной установки при одновременном снижении ее себестоимости.

Это достигается тем, что в двустороннем центробежном электровентиляторе, объединяющем в едином агрегате асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, статор, ротор, магнитопроводы статора и ротора с обмотками, вал ротора и его подшипники, и двусторонний центробежный вентилятор, содержащий два рабочих колеса, установленные на валу ротора, и спиральную камеру, в отличие от прототипа, асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, его статор выполнен съемным и имеет отдельный корпус, который снабжен двумя симметрично расположенными магнитопроводами, жестко связанными с боковыми стенками корпуса, а рабочие колеса центробежного вентилятора конструктивно независимы и расположены симметрично с обеих сторон статора на консолях вала ротора, причем спиральная камера вентилятора выполнена в форме двух отдельных симметрично размещенных относительно статора спиральных камер, каждая из которых охватывает свое рабочее колесо. При этом ротор электродвигателя конструктивно совмещен с рабочими колесами вентилятора, на каждом из которых со стороны статора установлен кольцевой магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, отделенный воздушным зазором от соответствующего магнитопровода статора, а статор, включающий его корпус и магнитопроводы с обмотками, установлен в центре кольцевой расточки корпуса электродвигателя, корпус статора снабжен запрессованным в него цилиндрическим стаканом, в котором размещены подшипники вала ротора, разделенные дистанционной втулкой, установленной на валу.

Каждая спиральная камера снабжена кольцевым фиксирующим выступом, и эти выступы входят в кольцевую расточку корпуса электродвигателя с обеих сторон статора и удерживают спиральные камеры в необходимом положении относительно корпуса электродвигателя с помощью установочных винтов.

Корпус статора электродвигателя имеет центральную кольцевую полость, которая сопряжена либо непосредственно с атмосферой, либо с промежуточным резервуаром для охлажденного воздуха или газа, и служит для подачи охлаждающих потоков воздуха или газа к тепловыделяющим элементам электровентилятора. Причем подача охлаждающих потоков воздуха или газа к тепловыделяющим элементам организована из центральной кольцевой полости корпуса статора через отверстия, выполненные в его боковых стенках вблизи внутренних лобовых частей обмоток статора, а выброс охлаждающих потоков направлен в спиральные камеры по радиальным каналам в ободах рабочих колес, проложенным под опорными поверхностями магнитопроводов ротора. При этом боковые стенки корпуса статора имеют отверстия вблизи наружных лобовых частей обмоток статора для частичного возвращения охлаждающих воздушных потоков в центральную кольцевую полость корпуса статора после их прохождения через рабочие зазоры между магнитопроводами статора и ротора.

Вследствие того, что статор электродвигателя выполнен съемным, упрощается технология изготовления его обмоток, облегчаются ремонтно-восстановительные работы.

Обеспечение необходимых осевых зазоров между рабочими поверхностями магнитопроводов статора и ротора достигается с помощью прокладок, размещенных на консолях вала электродвигателя и прилегающих к торцам ступиц рабочих колес.

Электровентилятор может использоваться в качестве общего функционального узла единой системы вентиляционных каналов или обслуживать две независимые вентиляционные системы, что расширяет его технологические возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан вид на электровентилятор со стороны спиральной камеры, совмещенный с поперечным разрезом.

На фиг. 2 - продольный разрез электровентилятора.

В корпусе 1 электродвигателя, выполняющем функции общего корпуса электровентилятора и представляющем собой сквозной патрубок с приваренными к нему лапами крепления 2 и 3, размещен статор с кольцевым магнитопроводами 4 и 5, жестко закрепленными на боковых стенках его корпуса.

В случае сварного варианта исполнения, корпус статора состоит из наружной 6 и внутренней 7 обечаек и двух кольцевых, симметрично расположенных дисков 8 и 9, являющихся его боковыми стенками. Фиксацию корпуса статора в корпусе 1 осуществляют известными способами, например, штифтами или установочными винтами. В корпус статора запрессован стакан 10, в котором размещены подшипники 11 и 12 вала 13, разделенные втулкой 14. Осевой натяг подшипников регулируется с помощью прокладки 15 под опорной поверхностью крышки 16. Вал 13 имеет две консоли, на которых жестко закреплены, симметрично относительно статора, рабочие колеса 17 и 18, несущие кольцевые магнитопроводы 19 и 20 с короткозамкнутыми обмотками и лопатки 21 вентилятора. При закрытом варианте исполнения воздушных каналов, образованных лопатками, рабочее колесо снабжено передним диском 22. При полуоткрытом варианте исполнения диск 22 отсутствует. Для установки необходимой величины воздушного зазора между рабочими поверхностями магнитопроводов 4 и 19, 5 и 20 предусмотрены прокладки 23 и 24, размещенные на консолях вала 13. Изгибная жесткость рабочих колес 17 и 18, благодаря конструктивному совмещению ротора электродвигателя и рабочих колес вентилятора в одном блоке, значительно возросла, что практически исключает возможность прилипания рабочих поверхностей магнитопроводов статора и ротора при малых зазорах между ними, и повышает тем самым надежность конструкции. Этому способствует также взаимная компенсация осевых сил, передающихся на вал 13 от рабочих колес и вызванных силами притяжения магнитопроводов статора и ротора, благодаря чему подшипники 11 и 12 разгружены от действия осевой нагрузки.

Спиральные камеры, охватывающие рабочие колеса, конструктивно одинаковы и размещены симметрично относительно статора. Каждая из них состоит из несущего диска 25, имеющего кольцевой фиксирующий выступ 26, входящий в расточку корпуса 1 электродвигателя, спиральной обечайки 27, переднего диска 28, вставки 29 и фланца 30, сваренных между собой. Фиксацию спиральных камер в корпусе 1 обеспечивают установочными винтами 31 с контргайками 32. Это дает возможность повернуть спиральные камеры на требуемый угол вокруг оси вала ротора и придать им требуемое положение относительно, корпуса 1. К спиральным камерам присоединяют входные патрубки 33, а также, при необходимости, осевые направляющие аппараты, входные коробки и диффузоры [1].

Для охлаждения тепловыделяющих частей электропривода предусмотрена самовентиляционная система охлаждения. Она включает центральную кольцевую полость 34 в корпусе статора, сопряженную либо непосредственно с атмосферой, либо с промежуточным резервуаром охлажденного воздуха или газа отверстия 35 и 36 в дисках 8 и 9 и радиальные каналы 37, выполненные в ободах рабочих колес под опорными поверхностями магнитопроводов ротора, предназначенные для выброса нагретого воздуха или газа за пределы электродвигателя.

Подачу смазки к подшипникам 11 и 12 осуществляют известными способами по трубке 38, завальцованной в обечайках 6, 7 корпуса статора и сопряженной с каналами в корпусе 1 электродвигателя и стакане 10. Резьбовое отверстие 39 в корпусе 1 предназначено для ввертывания пресс-масленки или крепления иных элементов смазочной системы.

Двусторонний центробежный электровентилятор работает следующим образом.

После подключения обмоток статора к электросети, в результате воздействия вращающегося магнитного поля на проводники короткозамкнутых обмоток магнитопроводов 19 и 20, рабочие колеса 17 и 18, жестко насаженные на консоли вала 13, приводятся во вращение.

Воздушные потоки, поступающие из всасывающей линии через входные патрубки 33 к рабочим колесам 17 и 18, заполняют полости, образованные их лопатками 21, откуда под действием центробежных сил выбрасываются в спиральные камеры электровентилятора, охватывающие рабочие колеса, и поступают в напорную линию вентиляторной установки.

В зависимости от назначения электровентилятора, состава перемещаемых воздушных масс, необходимой производительности установки и других факторов рабочие колеса выполняют с известными конструктивными особенностями [1].

В процессе работы электродвигателя возникают осевые силы притяжения магнитопроводов статора и ротора, которые от рабочих колес 17 и 18 передаются на вал 13. Эти силы с противоположных сторон приложены к упорному буртику вала 13 через посредство охватывающих вал установочных колец 23 и 24, внутренних колец подшипников 11 и 12 и дистанционной втулки 14. При этом они не передаются на тела качения и наружные кольца подшипников. Это способствует повышению ресурса долговечности подшипникового узла, а необходимый осевой натяг подшипников обеспечивают за счет подбора толщины регулировочной прокладки 15, установленной под опорной поверхностью крышки 16.

Самовентиляционная система охлаждения электровентилятора реализована путем перемещения охлаждающих воздушных потоков, омывающих нагревающиеся поверхности, из центральной кольцевой полости 34 корпуса статора через отверстия 35 его дисков 8 и 9 в направлении от центра к периферии по радиальным каналам 37 ободов рабочих колес и кольцевым зазорам между рабочими поверхностями магнитопроводов статора и ротора за счет центробежных сил, возникающих при вращении рабочих колес. Причем потоки, прошедшие по радиальным каналам 37, на выходе из последних попадают в спиральные камеры, где смешиваются с основным вентиляционным потоком, а потоки, омывающие рабочие поверхности магнитопроводов, через отверстия 36, имеющиеся в дисках 8 и 9 корпуса статора, частично возвращаются в кольцевую полость 34 и снова вовлекаются в движение.

Внутренние полости электродвигателя отделены от полостей спиральных камер вентилятора малыми радиальными зазорами Δ, образованными между наружными цилиндрическими поверхностями ободов рабочих колес и поверхностями отверстий несущих дисков 25 спиральных камер, охватывающих рабочие колеса. Эти зазоры выполняют функции щелевых разделительных уплотнений.

В зависимости от степени загрязненности окружающей среды и ее температуры, кольцевая полость 34 через отверстия корпуса 1 может либо непосредственно сообщаться с атмосферой, либо, во избежание загрязнения внутреннего объема электровентилятора и повышения эффективности охлаждения, с промежуточным резервуаром охлаждаемого за пределами установки воздуха или газа. Кроме того, кольцевая полость 34 может быть использована в целях обогащения выходящего из вентиляторной установки воздуха необходимыми структурными компонентами через посредство радиальных каналов 37, что расширяет технологические возможности вентиляторной установки.

Предлагаемая конструкция двустороннего центробежного электровентилятора компактна, малогабаритна, технологична в изготовлении, удобна в наладке и обслуживании и может найти широкое применение в различных областях техники.

Изобретение относится к электротехнике и отраслям вентиляторостроения, в которых осуществляется производство центробежных вентиляторов, оснащенных электроприводом и имеющих, в частности, два рабочих колеса и два входных патрубка. Оно решает задачу создания компактного двустороннего электровентилятора уменьшенных габаритов и массы, повышения его эксплуатационной надежности и упрощения обслуживания, а также расширения технологических возможностей вентиляторной установки при одновременном снижении ее себестоимости. Это достигается тем, что асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, его статор выполнен съемным и имеет отдельный корпус, который снабжен двумя симметрично расположенными магнитопроводами с обмотками, а рабочие колеса вентилятора конструктивно независимы и расположены симметрично с обеих сторон статора на консолях вала ротора, причем электровентилятор имеет две отдельные спиральные камеры, каждая из которых охватывает свое рабочее колесо. 7 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Двусторонний центробежный электровентилятор, объединяющий в едином агрегате асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, статор, ротор, магнитопроводы статора и ротора с обмотками, вал ротора и его подшипники, и двусторонний центробежный вентилятор, содержащий два рабочих колеса, установленные на валу ротора, и спиральную камеру, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, его статор выполнен съемным и имеет отдельный корпус, который снабжен двумя симметрично расположенными кольцевыми магнитопроводами, жестко связанными с боковыми стенками корпуса, а рабочие колеса центробежного вентилятора конструктивно независимы и расположены симметрично с обеих сторон статора на консолях вала ротора, причем спиральная камера вентилятора выполнена в форме двух отдельных, симметрично размещенных относительно статора спиральных камер, каждая из которых охватывает свое рабочее колесо. 2. Электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что ротор электродвигателя конструктивно совмещен с рабочими колесами вентилятора, на каждом из которых со стороны статора установлен кольцевой магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, отделенный воздушным зазором от соответствующего магнитопровода статора. 3. Электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что статор, включающий его корпус и магнитопроводы с обмотками, установлен в центре кольцевой расточки корпуса электродвигателя, а корпус статора снабжен запрессованным в него цилиндрическим стаканом, в котором размещены подшипники вала ротора, разделенные дистанционной втулкой, установленной на валу. 4. Электровентилятор по п. 1 или 3, отличающийся тем, что каждая спиральная камера снабжена кольцевым фиксирующим выступом, и эти выступы входят в кольцевую расточку корпуса электродвигателя с обеих сторон статора и удерживают спиральные камеры в необходимом положении относительно корпуса электродвигателя с помощью установочных винтов. 5. Электровентилятор по п.1 или 3, отличающийся тем, что корпус статора электродвигателя имеет центральную кольцевую полость, которая сопряжена либо непосредственно с атмосферой, либо с промежуточным резервуаром для охлажденного воздуха или газа и служит для подачи охлаждающих потоков воздуха или газа к тепловыделяющим элементам электровентилятора. 6. Электровентилятор по п.1 или 5, отличающийся тем, что подача охлаждающих потоков воздуха или газа к тепловыделяющим элементам организована из центральной кольцевой полости корпуса статора через отверстия, выполненные в его боковых стенках вблизи внутренних лобовых частей обмоток статора, а выброс охлаждающих потоков направлен в спиральные камеры по радиальным каналам в ободах колес, проложенным под опорными поверхностями магнитопроводов ротора. 7. Электровентилятор по п.1 или 5, отличающийся тем, что боковые стенки корпуса статора имеют отверстия вблизи наружных лобовых частей обмоток статора для частичного возвращения охлаждающих воздушных потоков в центральную кольцевую полость корпуса статора после их прохождения через рабочие зазоры между магнитопроводами статора и ротора. 8. Электровентилятор по п.1 или 5, отличающийся тем, что подачу смазки к подшипникам вала ротора осуществляют через маслопроводную трубку, размещенную в центральной кольцевой полости корпуса статора.