ОСЕВОЙ ЭЛЕКТРОВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2002 года по МПК F04D25/08 

Изобретение относится к электромашиностроению и вентиляторостроению, а именно к производству осевых вентиляторов и вентиляторных установок, в которых электродвигатель и вентилятор объединены в едином конструктивном блоке, образующем тем самым моноблочный осевой электровентилятор.

Оно может найти применение в системе вентиляции и кондиционирования воздуха производственных помещений и зданий различного назначения, для проветривания горных выработок, а также в установках металлургической, химической промышленности и энергетики, в системах пневмотранспорта, в различных фильтроочистительных устройствах.

Известны конструкции осевых вентиляторов, устанавливаемых в потоке перемещаемой среды (воздуха, газа, дыма, пыли) и представляющих собой объединение в одном агрегате конструктивно независимых блоков: собственно вентилятора и электродвигателя цилиндрической формы исполнения [1, 2], на выходном участке вала которого посажено рабочее колесо вентилятора.

Недостатками таких вентиляторов являются увеличенные осевые габариты (вследствие применения электродвигателя цилиндрической формы исполнения), повышенное аэродинамическое сопротивление, которое оказывает корпус двигателя движущемуся потоку перемещаемой воздушной (газовой) среды, невозможность существенного снижения массы агрегата, ограниченная область применения.

Известны также конструкции вентиляторов, в которых электродвигатель вынесен из потока [1]. Это позволяет расширить область применения установки, уменьшить сечение газопровода, но усложняет конструкцию установки в целом, приводит к увеличению ее массы из-за необходимости устанавливать дополнительные опорные узлы и увеличивать число деталей одинакового функционального назначения (подшипники, крышки, детали крепления и т.п.). Кроме того, увеличиваются габариты и ухудшается внешний вид установки.

В качестве электропривода в осевых вентиляторах целесообразно использовать известные торцовые электродвигатели, отличающиеся малыми осевыми размерами и меньшей материалоемкостью по сравнению с электродвигателями цилиндрической формы исполнения [3]. Однако для создания моноблочных осевых электровентиляторов известные конструкции торцовых электродвигателей требуют существенных изменений. Так, в известном торцовом электродвигателе [4], например, внутренний объем машины занят крестовиной и ободом ротора. Отсутствие свободной для движения воздушного (газового) потока внутренней полости не позволяет использовать эту конструкцию в качестве привода осевого электровентилятора. Этот же недостаток является характерным и для других известных конструкций торцовых электродвигателей, в которых внутренняя осевая полость либо вообще отсутствует, либо не приспособлена для перемещения воздушной (газовой) среды, как, например, в электродвигателе [5], который, кроме того, имеет сложную конструкцию и неудобен в обслуживании - из-за сложности регулировки рабочих воздушных зазоров.

Использование в этом электродвигателе подшипников больших диаметров при высоких частотах вращения ротора нецелесообразно вследствие повышенного их износа и высокого уровня шума.

Вместе с тем, известны конструкции осевых электровентиляторов, созданных на основе принципа конструктивного совмещения вентилятора и электродвигателя [6] . Они выгодно отличаются простотой конструкции, относительно малой массой, удобством применения в качестве встроенного оборудования. Однако известные электровентиляторы [6] маломощны и имеют ограниченную область применения, т.к. предназначены для использования в системах автоматики с целью охлаждения и создания необходимого теплового режима узлов и блоков радиоэлектронной и другой аппаратуры.

По технической сущности наиболее близкими к заявленному изобретению являются электровентиляторы серии ВО - осевые, трехфазные, например электровентилятор 220 ВО-6-2 при напряжении питания 220 В и частоте напряжения питания 400 Гц [7], представляющий собой совмещенную конструкцию и объединяющий в едином корпусе электровентилятора асинхронный электродвигатель, содержащий ротор, вал ротора, опорные подшипниковые узлы, магнитопроводы статора и ротора, и узел одноступенчатого осевого вентилятора, включающий рабочее колесо, лопасти рабочего колеса, обтекатель, направляющий и спрямляющий аппараты.

Его недостатком является ограниченность области применения, низкие энергетические характеристики и вследствие этого невозможность использования в вентиляторных системах промышленного назначения.

Заявленное изобретение решает задачу создания компактного осевого электровентилятора малых габаритов и массы с расширенной сферой применения и с улучшенными энергетическими характеристиками, упрощения его наладки и технического обслуживания при одновременном снижении себестоимости изготовления.

Это достигается тем, что в осевом электровентиляторе, объединяющем в едином корпусе асинхронный электродвигатель, содержащий ротор, вал ротора, опорные подшипниковые узлы, магнитопроводы статора и ротора, и одноступенчатый осевой вентилятор, включающий рабочее колесо, лопасти рабочего колеса, обтекатель, направляющий и спрямляющий аппараты, в отличие от прототипа асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус электровентилятора состоит из двух несущих щитов, жестко скрепленных между собой и образующих центральную кольцевую полость, причем на каждом из несущих щитов внутри кольцевой полости закреплено по одному магнитопроводу статора, между которыми размещен магнитопровод ротора, отделенный от магнитопроводов статора воздушными зазорами, вал ротора конструктивно совмещен с рабочим колесом вентилятора и выполнен в форме гильзы, на наружной поверхности которой жестко посажен кольцевой обод, несущий магнитопровод ротора, а на внутренней поверхности гильзы закреплены лопасти рабочего колеса, внутренние поверхности которых охватывают с минимальным воздушным зазором наружную поверхность обтекателя, которому придана со стороны входа воздушного потока конусообразная форма. При этом опорные подшипниковые узлы размещены с наружных сторон несущих щитов корпуса электровентилятора, и каждый из них состоит из набора опорных роликов, одна подгруппа которых ориентирована параллельно оси вала ротора и охватывает его наружную цилиндрическую поверхность, а другая подгруппа роликов имеет радиальную ориентацию и находится в контакте с торцевой поверхностью вала ротора, причем опорные ролики обеих подгрупп размещены равномерно по окружности и взаимно чередуются.

Опорные ролики подшипниковых узлов, имеющие радиальную ориентацию, размещены на осях, закрепленных на несущих щитах статора, а каждая ось снабжена эксцентриковым регулировочным устройством для малого осевого смещения вала ротора и изменения тем самым воздушных зазоров между поверхностями магнитопроводов статора и ротора.

Эксцентриковое регулировочное устройство выполнено в виде эксцентриковой втулки, напрессованной на ось ролика и расположенной в отверстии несущего щита корпуса электровентилятора, а для фиксации регулировочного устройства в требуемом положении относительно несущего щита корпуса ось ролика имеет резьбовой участок, снабженный гайкой и контргайкой.

Направляющий аппарат в форме неподвижных радиально ориентированных лопаток, закрепленных на внутренней поверхности входного коллектора вентилятора, жестко связан с защитным кожухом опорного подшипникового узла, причем его лопатки охватывают часть обтекателя со стороны входа воздушного потока и служат для него дополнительной опорой, а спрямляющий аппарат, установленный на внутренней поверхности диффузора, своими лопатками жестко связан с обтекателем и закреплен через посредство защитного кожуха второго подшипникового узла на несущем щите корпуса электровентилятора со стороны выхода воздушного потока.

Причем направляющий аппарат и жестко связанные с ним входной коллектор и защитный кожух подшипникового узла, а также спрямляющий аппарат и жестко связанные с ним обтекатель, выходной диффузор и защитный кожух второго подшипникового узла выполнены как отдельные съемные сборочные единицы.

Вследствие того, что опорные подшипниковые узлы расположены с наружных сторон несущих щитов корпуса электровентилятора, упрощается процесс регулировки воздушных зазоров между поверхностями магнитопроводов статора и ротора с помощью эксцентриковых регулировочных устройств при наладке и техническом обслуживании электровентилятора.

Поскольку обтекатель жестко связан через посредство лопаток спрямляющего аппарата с диффузором и защитным кожухом опорного подшипникового узла со стороны выхода воздушного потока, а с другой стороны опирается на лопатки направляющего аппарата, служащие ему дополнительной опорой, он занимает устойчивое положение в воздушном потоке, а это уменьшает вероятность возникновения недопустимых вибраций и способствует снижению уровня шума.

Вместе с тем, обтекатель может быть легко снят и заменен другим при необходимости изменения параметров движения воздушного потока, что расширяет технические возможности электровентилятора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид осевого электровентилятора и его продольный разрез.

На фиг. 2 - вид на электровентилятор со стороны входа воздушного (газового) потока.

На фиг.3 - схема размещения роликов опорных подшипниковых узлов.

На фиг.4 - крепление ролика, ориентированного вдоль оси вала ротора.

На фиг.5 - крепление роликов с радиальной ориентацией осей.

Корпус электровентилятора состоит из жестко связанных между собой несущих щитов 1 и 2, образующих центральную кольцевую полость.

Внутри этой полости на стенках щитов 1 и 2 жестко закреплены магнитопроводы 3 и 4 статора с трехфазной обмоткой возбуждения, между которыми на кольцевом ободе 5, насаженном на вал 6 ротора, жестко закреплен магнитопровод 7 ротора с короткозамкнутой обмоткой, который отделен воздушными зазорами от магнитопроводов 3 и 4 статора. Для установки воздушных зазоров при сборке между сопряженными поверхностями несущих щитов 1 и 2 предусмотрены прокладки 8.

Вал 6 ротора конструктивно совмещен с рабочим колесом вентилятора и имеет форму гильзы, на внутренней поверхности которой закреплены лопасти 9, охватывающие с минимальным зазором конусообразный участок обтекателя 10. Последний через посредство закрепленных на нем лопаток 11 спрямляющего аппарата жестко связан с диффузором 12, который в свою очередь жестко связан с защитным кожухом 13 подшипникового узла со стороны выхода воздушного потока. Защитный кожух 13 базируется на кольцевом выступе 14 несущего щита 2 и выполняет при этом функцию несущего элемента отдельного быстросъемного узла, образованного из конструктивных элементов 10, 11, 12, 13 и деталей крепления. Это позволяет в случае необходимости изменения параметров движущегося воздушного потока легко заменить узел на новый, имеющий те же элементы, но с иными, более приемлемыми для заданного режима работы, размерами и формой. Такая конструкция узла доставляет также удобства при экспериментальных исследованиях, имеющих целью оптимизацию конструктивных параметров электровентилятора.

Со стороны входа воздушного (газового) потока установлен направляющий аппарат, состоящий из радиально ориентированных лопаток 15, закрепленных на внутренней поверхности коллектора 16. Последний жестко связан с защитным щитом 17, базирующимся на несущем щите 1 корпуса электровентилятора. Лопатки 15 направляющего аппарата охватывают входную часть обтекателя 10 и служат для него дополнительной опорой. Конструктивные элементы 15, 16, 17 совместно с деталями крепления также объединены в отдельный быстросъемный узел.

Опорные подшипниковые узлы вала 6 ротора, размещенные с наружных сторон щитов 1 и 2, представляют собой наборы опорных роликов. Каждый набор (фиг.3) состоит из двух подгрупп роликов различной ориентации. Ролики 18 одной подгруппы ориентированы вдоль оси вала 6 ротора. Они установлены на осях 19 в несущих щитах 1 и 2 параллельно оси вала 6 и охватывают его наружную цилиндрическую поверхность (фиг. 3, 4). Ролики 20 второй подгруппы имеют радиальную ориентацию. Они установлены на осях 21, закрепленных в несущих щитах 1 и 2 и имеющих радиальное направление к оси вала 6 (фиг.5). Эти ролики поджаты к торцевой поверхности вала 6 и воспринимают осевую нагрузку во время работы электровентилятора. На каждой из осей 21 с натягом надета эксцентриковая втулка 22, которая совместно с осью 21 используется в качестве регулировочного устройства при наладке электровентилятора с целью установки и фиксации рабочих воздушных зазоров между поверхностями магнитопроводов статора и ротора. Ось 21 для фиксации регулировочного устройства в необходимом положении относительно несущего щита имеет резьбовой участок, на который навернуты гайка 23 и контргайка 24.

На фиг. 3 показано по 3 ролика в каждой подгруппе, размещенных с равным угловым шагом и взаимно чередующихся. Такое количество роликов является минимально необходимым. При необходимости для повышения нагрузочной способности опор количество роликов в каждой из подгрупп может быть увеличено.

Осевой электровентилятор работает следующим образом.

При подключении трехфазной обмотки электродвигателя к сети в кольцевой полости корпуса электровентилятора образуется вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с наведенными в короткозамкнутой обмотке ротора токами, создает электромагнитный момент, приводящий вал 6 ротора, конструктивно совмещенный с рабочим колесом вентилятора, во вращение.

Перемещаемый воздух (газ), поступающий во входной коллектор 16, через направляющий аппарат, образованный радиальными лопатками 15, поступает на рабочие лопасти 9 вентилятора, под действием которых за счет создаваемого ими напора продвигается в полость выходного диффузора, минуя лопатки 11 спрямляющего аппарата, в котором устраняется вращение потока, закрученного лопастями 9. Далее воздушный поток в зависимости от назначения вентилятора поступает в напорную линию или рассеивается в окружающей среде.

Для уменьшения утечек перемещаемых воздушных (газовых) масс через зазоры между вращающимися и неподвижными поверхностями конструктивных элементов осевого электровентилятора предусмотрена комбинированная система уплотнений, включающая лабиринтные каналы и кольцевые канавки, заполняемые пластичной смазкой. Возможно применение и других видов уплотнений.

Охлаждение тепловыделяющих частей электропривода осуществляется способом самовентиляции, которая реализуется путем пропускания охлаждающих потоков, возникающих при вращении ротора, по каналам, проложенным между опорными плоскостями магнитопроводов статора и несущих щитов корпуса электровентилятора, а также через отверстия в ободе ротора и зазоры между рабочими поверхностями магнитопроводов ротора и статора. Повышению интенсивности охлаждения способствуют вентиляционные лопатки кольца 25 (фиг.1), закрепленного на наружной поверхности магнитопровода 7 ротора. При этом охлаждающий воздух в кольцевую полость корпуса электровентилятора поступает через вентиляционные окна в несущих щитах 1 и 2, защищенные от попадания посторонних предметов специальной сеткой, и выбрасывается наружу через окна в периферийной части корпуса, также защищенные сеткой.

При необходимости изменения величин воздушных зазоров между рабочими поверхностями магнитопроводов ротора и статора пользуются эксцентриковыми регулировочными устройствами, установленными на радиально ориентированных осях 21. Эксцентриковая втулка 22 напрессована на ось 21 после установки ролика 20 и не препятствует его вращению, а относительный проворот втулки 22 по оси 21 исключен.

Регулировку осуществляют в следующей последовательности. После снятия защитных кожухов и связанных с ними устройств освобождают затяжку контргаек 24 на всех осях 21 с обеих сторон корпуса электровентилятора. Поворотом осей 21 с той стороны корпуса, с которой зазор между рабочими поверхностями магнитопроводов статора и ротора требуется уменьшить, выводят ролики 20 из контакта с торцевой поверхностью вала 6. Затем поворачивают оси 21 с противоположной стороны корпуса, что приводит к осевому смещению ротора, и устанавливают требуемую величину зазора между магнитопроводами, осуществляя его контроль с помощью мерных щупов через специальные отверстия в периферийной части корпуса электровентилятора, после чего затягивают гайки 23 и контргайки 24 этих осей. Вслед за этим поворачивают оси 21 противоположной стороны, ролики 20 которых были выведены из контакта с торцевой поверхностью вала 6, и снова вводят их в контакт с этой поверхностью. Завершают процесс регулировки затяжкой всех резьбовых соединений, не допуская осевой "игры" ротора электродвигателя сверх допустимых пределов, и устанавливают на кольцевые выступы несущих щитов корпуса электровентилятора защитные кожухи с присоединенными к ним устройствами.

Предлагаемая конструкция электровентилятора компактна, малогабаритна, удобна в наладке и обслуживании, технологична в изготовлении. На ее базе могут быть созданы вентиляторные установки широкого назначения и различных типоразмеров.

Источники информации
1. Черкасский В.М., Романова Т.М., Кауль Р.А. Насосы, компрессоры, вентиляторы. - М.: Энергия, 1968.-С.171-193.

2. Шерстюк А. Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. - М.: Высшая школа, 1972.-С.85-130, 178-203.

3. Паластин Д.М. Электрические машины автономных источников питания. - М.: Энергия, 1972.-463 с.

4. Курбасов А.С. Целесообразность и возможность использования электрических машин дисковой конструкции//Электричество. - М.: Энергоатомиздат, 1985.- 2.-С.29-33.

5. Патент США 5229677; 20.07.1993. Электрический приводной двигатель для морских транспортных средств.

6. Справочник по электрическим машинам. В двух томах. Т.2/Под общ.ред. И.П.Копылова, Б.К.Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1989.-С.177-215.

7. Электровентилятор осевой, техфазный 220 ВО-6-2 (прототип) - Справочник по электрическим машинам. В двух томах. Т.2/Под общ.ред. И.П.Копылова, Б.К.Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1989.-С.191-194.

Изобретение относится к электромашиностроению и вентиляторостроению, а именно к производству осевых вентиляторов и вентиляторных установок, в которых электродвигатель и вентилятор объединены в едином блоке с образованием конструктивно совмещенного агрегата, называемого электровентилятором. Оно решает задачу создания компактного осевого электровентилятора малых габаритов и массы с расширенной сферой применения, упрощения его наладки и технического обслуживания при одновременном снижении себестоимости изготовления. Это достигается тем, что асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус электровентилятора состоит из двух несущих щитов, жестко скрепленных между собой и образующих центральную кольцевую полость, причем на каждом из щитов внутри кольцевой полости закреплено по одному магнитопроводу статора, между которыми размещен магнитопровод ротора, вал ротора конструктивно совмещен с рабочим колесом вентилятора и выполнен в форме гильзы, на наружной поверхности которой жестко посажен кольцевой обод, несущий магнитопровод ротора, а на внутренней поверхности гильзы закреплены лопасти рабочего колеса, внутренние поверхности которых охватывают с минимальным воздушным зазором наружную поверхность обтекателя, которому со стороны входа воздушного потока придана конусообразная форма. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Осевой электровентилятор, объединяющий в едином корпусе электровентилятора асинхронный электродвигатель, содержащий ротор, вал ротора, опорные подшипниковые узлы, магнитопроводы статора и ротора и одноступенчатый осевой вентилятор, включающий рабочее колесо, лопасти рабочего колеса, обтекатель, направляющий и спрямляющий аппараты, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус электровентилятора состоит из двух несущих щитов, жестко скрепленных между собой и образующих центральную кольцевую полость, причем на каждом из несущих щитов внутри кольцевой полости закреплено по одному магнитопроводу статора, между которыми размещен магнитопровод ротора, отделенный от магнитопроводов статора воздушными зазорами, вал ротора конструктивно совмещен с рабочим колесом вентилятора и выполнен в форме гильзы, на наружной поверхности которой жестко посажен кольцевой обод, несущий магнитопровод ротора, а на внутренней поверхности гильзы закреплены лопасти рабочего колеса, внутренние поверхности которых охватывают с минимальным воздушным зазором наружную поверхность обтекателя, которому придана со стороны входа воздушного потока конусообразная форма. 2. Электровентилятор по п. 1, отличающийся тем, что опорные подшипниковые узлы размещены с наружных сторон несущих щитов его корпуса и каждый из них состоит из набора опорных роликов, одна подгруппа которых ориентирована параллельно оси вала ротора и охватывает его наружную цилиндрическую поверхность, а другая подгруппа роликов имеет радиальную ориентацию и находится в контакте с торцевой поверхностью вала ротора, причем опорные ролики обеих подгрупп размещены равномерно по окружности и взаимно чередуются. 3. Электровентилятор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что опорные ролики подшипниковых узлов, имеющие радиальную ориентацию, размещены на осях, закрепленных на несущих щитах корпуса, а каждая ось снабжена эксцентриковым регулировочным устройством для малого осевого смещения вала ротора и изменения тем самым воздушных зазоров между поверхностями магнитопроводов статора и ротора. 4. Электровентилятор по п. 3, отличающийся тем, что эксцентриковое регулировочное устройство выполнено в виде эксцентриковой втулки, напрессованной на ось ролика и расположенной в отверстии несущего щита корпуса электровентилятора, а для фиксации регулировочного устройства в требуемом положении относительно несущего щита корпуса ось ролика имеет резьбовой участок, снабженный гайкой и контргайкой. 5. Электровентилятор по п. 1, отличающийся тем, что направляющий аппарат в форме неподвижных радиально ориентированных лопаток, закрепленных на внутренней поверхности входного коллектора вентилятора, жестко связан с защитным кожухом опорного подшипникового узла, причем его лопатки охватывают часть обтекателя со стороны входа воздушного потока и служат для него дополнительной опорой, а спрямляющий аппарат, установленный на внутренней поверхности диффузора, своими лопатками жестко связан с обтекателем и закреплен посредством защитного кожуха второго подшипникового узла на несущем щите корпуса электровентилятора со стороны выхода воздушного потока. 6. Электровентилятор по п. 1 или 5, отличающийся тем, что направляющий аппарат и жестко связанные с ним входной коллектор и защитный кожух подшипникового узла, а также спрямляющий аппарат и жестко связанные с ним обтекатель, выходной диффузор и защитный кожух второго подшипникового узла выполнены как отдельные съемные сборочные единицы.