一种发电机冷却系统散热用双蜗壳式离心通风机

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一种发电机冷却系统散热用双蜗壳式离心通风机\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种发电机冷却系统散热用双蜗壳式离心通风机，它适用于工业用大型发电机冷却系统的通风冷却，属于流体机械领域。\n背景技术\n[0002] 发电机是一种将其他形式的能源转换为电能的主要设备，在整个电力生产系统中起着重要的作用。为充分提高能源利用率和发电效率，发电机不能时起时停，应尽可能地处于带负荷运行中。在此过程中，发电机因长期、连续的工作方式，其内部会产生大量的热量，如果这些热量得不到及时带走而积蓄在内部，将会使发电机内部温度持续升高，最后导致发电机烧损乃至停机故障。因此，发电机工作时必须拥有一套完整的散热冷却系统。该散热冷却系统可分为两部分，分别为内循环冷却和外循环冷却。内循环冷却系统将发电机内部产生的热量带到空-空冷却器，外循环冷却系统则将外部冷却空气输送到空-空冷却器，在空-空冷却器内完成热交换后再排向大气。外循环冷却通风机是为外循环系统空气的输送提供驱动力的设备。由冷却通风机输送的冷却空气通过冷却器后带走了大量的热量，维持了电机内部的正常工作温度，从而保证了发电机的持续高效运行。\n发明内容\n[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术难点和空间限制，提供一种高效率、大流量、低噪的发电机冷却系统散热用双蜗壳式离心通风机。\n[0004] 本实用新型的技术方案：一种发电机冷却系统散热用双蜗壳式离心通风机，包括叶轮、蜗壳、分流叶栅、集流器和过滤网，其特征在于：所述的该双蜗壳式离心通风机上设有两个蜗壳，即内蜗壳和外蜗壳；\n[0005] 所述的内蜗壳分为两部分，一是导流和扩压的几何螺旋线型结构[0006] 部分，二是分流和扩压的几何渐近线型结构部分，二者结构有机结合构成了良好的风机内部流道；使得风机内部流动状况得到了很大改善，风机出口压力也得到了显著提高；而二者功能的有机分工和结合，则为实现冷却通风机高效、低噪的目的提供了一定的保障。\n[0007] 所述的外蜗壳为半椭圆形结构，该外蜗壳通过内侧板上安装螺栓连接于电机侧，外蜗壳在气流出口侧与内蜗壳结合成为一体，从而构成了为整个通风机出口的气流起到导流和扩压作用的流道结构；\n[0008] 所述的叶轮由后轮盘、轮毂、叶片和前轮盘组成，其中，旋转方向面对过滤网为逆时针方向，叶轮中的叶片为高效低噪的后向机翼型叶片，能在满足气动性能的要求下有效的降低风即噪声。叶轮中的叶片数量为16片，整个叶轮通过键槽连接的方式固定于电机轴伸端上；\n[0009] 所述的分流叶栅分为两片，即前叶栅和后叶栅，该分流叶栅设置在蜗壳出口处与蜗舌出口处之间；前叶栅的半径R1和后叶栅的半径R2由数值模拟所得的出口流线而定，与流线保持一致，使流体流经叶栅时的流动阻力尽可能低；叶栅的位置关系D1、D2和D3是根据均分气流的原则，并结合模拟所获得的流线方向而定；正基于此，使得叶栅在较小压力损失的情况下实现了均分气流的作用。\n[0010] 所述的集流器为锥弧形结构，该集流器通过螺栓固定于外蜗壳外侧板上；集流器采用锥弧形结构的集流器，最大限度的减小了进气口的涡流区，降低了流动过程中的损失，对因流动紊乱和不均所形成的气动噪声也起到了一定的遏制作用。\n[0011] 所述的过滤网为一体冲压成型钢板网，网孔尺寸为10×10 mm，网格间距3 mm；该过滤网通过螺栓连接的方式固定于集流器上。过滤网为冲压成型钢板网，制作简单，外观平整、美观，能够对运行环境中随气流进入风机的绝大多数杂物起到过滤作用，确保了风机的安全、有效运行。同时，没有将过滤网和集流器的安装孔合二为一，而是分别设置在不同的位置上，便于清洁和拆卸。 \n[0012] 所述的本通风机通过外蜗壳内侧板上的六个焊接螺母固定于电机侧，叶轮与轮毂通过内满焊、外段焊的形式连接在一起，并以键槽连接的方式固定于电机轴伸端。\n[0013] 本通风机蜗壳由内、外两部分组成，与传统离心通风机的单蜗壳结构相比，是一种改进和创新。外蜗壳为“半椭圆形”蜗壳，一方面结合了通风机的安装结构要求，另一方面也为出口气体提供流道；内蜗壳设计一是兼顾效率，二是考虑降噪，由具有高效、低噪的几何螺旋线型蜗壳组成；内、外蜗壳的组合使用，使风机既能按照给定的安装形式运行，满足发电机的散热冷却需求，又能提供一个较好的流道结构，使风机的流动损失得到大幅降低，效率能得到进一步提高，同时噪声也能得到相应的降低。\n[0014] 由于风机出口端外接空-空冷却器，使 进入冷却器的空气大致均匀分布，保证平衡散热的需求，蜗壳出口迹线摒弃了一般离心通风机的斜线型设计，而采用几何渐进线型设计，设计的依据来源于出口气流的流线图，出口迹线与流线趋势无限渐进，改进之后的蜗壳出口较一般离心通风机更大，一方面满足了与冷却器的接口要求，另一方面渐近线型的设计能使流动过程扰动最小，动压损失得到更大程度降低，静压效率更高。\n[0015] 内蜗壳出口处采用的渐近线型迹线设计与分流叶栅的巧妙结合，不仅使出口气流的均匀性得到了保证，同时也使通风机的压力和效率得到了进一步提高，噪声得到了有效降低。\n[0016] 本通风机叶轮采用后向机翼型叶片，其中后向结构保证了较低的气动噪声，机翼型结构则具有良好的气动性能和较高的效率。叶轮叶片数16片，均匀分布于叶轮圆周上，外径550mm，内径390mm，叶片出口角39.4°，叶片中心圆弧半径R216mm，叶轮旋转方向为面对集流器入口为逆时针方向，工作方式为吹风冷却。\n[0017] 本双蜗壳式离心通风机应用于大型发电机散热冷却系统。目前，大型发电机散热冷却系统除了要求达到规定的散热能力之外，还对另外一个主要因素，即噪声，也提出了明确要求。冷却通风机作为该冷却系统的核心部件之一，也承担着降噪的任务。因而冷却通风机除了要满足发电机因长期连续运行而需要散热冷却的工作要求外，还需对噪声进行一定的控制，同时在安装结构上也必须满足发电机的安装要求。该冷却通风机在发电机冷却系统中的成功应用是离心通风机在工业设备冷却系统散热上的一次创新。本通风机是一种高效、大流量、低噪的离心通风机。\n[0018] 本通风机是一种适用于发电机垂直安装结构，具有大流量、较高效率和较低噪声的离心通风机。通风机整体结构适中，结合安装结构的要求，外形结构为半椭圆形结构，内部为几何螺旋线型蜗壳加渐近线型出口结构。叶轮由16片后向机翼型叶片均匀焊接于前、后轮盘上，集流器通过焊接螺母固定于蜗壳外侧板上，过滤网则通过焊接螺母固定于集流器上，集流器和过滤网采用分开安装的形式，方便了过滤网的拆卸和除尘，也省去了因拆卸过滤网而需要对进风道和前轮盘间隙进行调整的过程。\n[0019] 附图说明：\n[0020] 图1为本实用新型的结构示意图；\n[0021] 图2为本实用新型的A-A剖视结构示意图；\n[0022] 图中：1-叶轮，2-内蜗壳，3-分流叶栅，4-焊接螺母，5-外蜗壳，6-前轮盘，7--集流器，8-过滤网，9-叶片，10-轮毂，11-后轮盘。\n[0023] 具体实施方式：\n[0024] 参考上述附图，一种发电机冷却系统散热用双蜗壳式离心通风机，包括叶轮1、蜗壳、分流叶栅3、集流器7和过滤网8，其特征在于：所述的该双蜗壳式离心通风机上设有两个蜗壳，即内蜗2和外蜗壳5；\n[0025] 所述的内蜗壳2分为两部分，一是导流和扩压的几何螺旋线\n[0026] 型结构部分，二是分流和扩压的几何渐近线型结构部分，二者结构有机结合构成了良好的风机内部流道结构，使得风机内部流动状况得到了很大改善，风机出口压力也得到了显著提高；而二者功能的有机分工和结合，则为实现冷却通风机高效、低噪的目的提供了一定的保障。\n[0027] 所述的外蜗壳5为半椭圆形结构，根据本通风机安装尺寸要求而定，该外蜗壳5通过内侧板上安装螺栓连接于电机侧，对整个风机起到固定作用；外蜗壳5在气流出口侧与内蜗壳2结合成为一体，从而构成了为整个通风机出口的流道结构，为出口的气流起到导流和扩压作用。\n[0028] 所述的叶轮1由后轮盘11、轮毂10、叶片9和前轮盘6组成，其中，旋转方向面对过滤网8为逆时针方向，叶轮1中的叶片9为高效低噪的后向机翼型叶片，能在满足气动性能的要求下有效的降低气动噪声。叶轮中的叶片9数量为16片，整个叶轮通过键槽连接的方式固定于电机轴伸端上；\n[0029] 所述的分流叶栅3分为两片，即前叶栅和后叶栅，该分流叶栅3设置在蜗壳出口处与蜗舌出口处之间；前叶栅的半径R1和后叶栅的半径R2由数值模拟所得的出口流线而定，与流线保持一致，使流体流经叶栅时的流动阻力尽可能低，叶栅的位置关系D1、D2和D3是根据均分气流的原则，并结合模拟所获得的流线方向而定；正基于此，使得叶栅在较小压力损失的情况下实现了均分气流的作用。\n[0030] 所述的集流器7为锥弧形结构，采用此种结构最大限度的减小了进气口的涡流区，降低了流动过程中的损失，对因流动紊乱和不均所形成的气动噪声也起到了一定的遏制作用。该集流器7通过螺栓固定于外蜗壳5外侧板上；\n[0031] 所述的过滤网8为一体冲压成型钢板网，网孔尺寸为10×10mm，网格间距3 mm；该过滤网8通过螺栓连接的方式固定于集流器7上。 过滤网8为冲压成型钢板网，制作简单，外观平整、美观，能够对运行环境中随气流进入风机的绝大多数杂物起到过滤作用，确保了风机的安全、有效运行。同时，没有将过滤网和集流器的安装孔合二为一，而是分别设置在不同的位置上，便于清洁和拆卸。 \n[0032] 所述的本通风机通过外蜗壳5内侧板上的六个焊接螺母4固定于电机侧，叶轮1与轮毂10通过内满焊、外段焊的形式连接在一起，并以键槽连接的方式固定于电机轴伸端。集流器7以螺栓连接的方式固定于外蜗壳外侧板上，过滤网8采用同样的方式连接于集流器7上。\n[0033] 本双蜗壳式离心通风机工作时，在叶轮的旋转作用下，冷却空气由过滤网经集流器进入风机内部，在经历流向改变和提升压力后，进入冷却器内部，完成热交换之后由冷却器出口排向大气。整个设计过程中，借助了理论的计算与数值仿真相结合的计算方[0034] 法，无论是对内部因素如叶轮参数，还是外部结构，如集流器和蜗壳内部流道及出口部分都进行了最优化设计，使得整个流动过程的阻力得到了大幅降低，效率有了明显提高。通过装机联调试验，通风机在1490r/min转速运行时，风机出口处静压达到470Pa，流量达到3.88m /s，全压效率达70％以上，噪声控制在78dB(A)以内，风机各项性能指标都达到了预期目标，很好地满足了工业发电机冷却散热系统的冷却要求。