CN113007132B - 一种组合式三元流叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种组合式三元流叶轮，应用于磁悬浮真空泵，包括前端叶轮、后端叶轮和锁紧机构，其中，所述前端叶轮的底面为内锥面结构，所述后端叶轮的顶部为外锥面结构，且所述外锥面结构与所述内锥面结构过盈配合设置；所述前端叶轮与所述后端叶轮通过所述锁紧机构固定，且所述前端叶轮的叶片与所述后端叶轮的叶片一一对应延伸设置；所述前端叶轮为钛合金材质，所述后端叶轮为铝合金材质。本发明的组合式三元流叶轮采用组合式结构，将两种不同材质的叶轮组合为一体，其前端叶轮采用高强度钛合金材料，后端叶轮采用高强度铝合金材质，在保证叶轮抗冲击性能和可靠性的同时，降低的叶轮重量和制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮设备技术领域，尤其涉及一种组合式三元流叶轮。
背景技术
传统真空泵采用机械轴承支承，受机械轴承摩擦和转子振动制约，仅能低转速运行，功率密度小、效率低。在高转速、高能量密度等工业应用中，需采用多级增速机构，导致系统庞大、能耗高、可靠性差、噪声污染和油污染严重。磁轴承支承的高速真空泵消除了摩擦磨损，无需润滑，转速高达数万转/分，具有功率密度大、体积小、重量轻、响应快等优点，可有效提高系统效率，节能效果显著。因此，磁悬浮真空泵是行业节能降耗的理想的更新换代产品，具有广阔的应用空间。
三元流叶轮作为磁悬浮真空泵的核心气动旋转部件，在工作状态下需要承受较大的离心力和压力，而且高速流体摩擦产生温度热变形会影响其效率。现有的主流磁悬浮真空泵叶轮按材料不同，可分为铝合金叶轮和钛合金叶轮，前者多采用高强度铝合金材料，具有较好的机械加工性能，质量轻，但机械强度较低，高速工作过程中易摩擦磨损；后者机械强度高，扛冲击性能好，但质量较重，对磁轴承性能要求较高，并且钛合金价格较高，导致企业生产成本增加。
发明内容
本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的三元流叶轮。具体地，本发明提供一种质量轻、经济成本低、抗冲击性能好的组合式三元流叶轮。
为实现上述目的，本发明提供了一种组合式三元流叶轮，所述组合式三元流叶轮包括前端叶轮、后端叶轮和锁紧机构，其中，所述前端叶轮的底面为内锥面结构，所述后端叶轮的顶部为外锥面结构，且所述外锥面结构与所述内锥面结构过盈配合设置；所述前端叶轮与所述后端叶轮通过所述锁紧机构固定，且所述前端叶轮的叶片与所述后端叶轮的叶片一一对应延伸设置；所述前端叶轮为钛合金材质，所述后端叶轮为铝合金材质。
其中，所述前端叶轮与所述后端叶轮的轴向长度之比为1:3~3:5。
其中，所述前端叶轮与所述后端叶轮的轴向长度之比为1:2。
其中，所述锁紧机构包括转轴、双头螺柱和锁紧螺母，所述双头螺柱的一端与所述转轴固定连接，且所述双头螺柱的中心轴线与所述转轴的中心轴线在一条直线上，所述双头螺柱依次穿过所述后端叶轮和所述前端叶轮设置，所述锁紧螺母与所述双头螺柱的另一端固定连接。
其中，所述锁紧机构的锁紧力大于或等于20kPa。
其中，所述组合式三元流叶轮应用于磁悬浮真空泵。
本发明的组合式三元流叶轮采用组合式结构，将两种不同材质的叶轮组合为一体，其前端叶轮采用高强度钛合金材料，后端叶轮采用高强度铝合金材质，在保证叶轮抗冲击性能和可靠性的同时，降低的叶轮重量和制造成本。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了本发明的三元流叶轮的结构示意；
图2示例性地示出了本发明的三元流叶轮的剖视图；
图3示例性地示出了前端叶轮的一种结构示意图；
图4示例性地示出了后端叶轮的一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
发明人采用组合结构将三元流叶轮设计为两种不同材质进行组合安装，既提升叶轮的抗冲击性能和可靠性，又有效减轻叶轮重量、降低生产成本。本方案中，将前端叶轮采用高强度钛合金材质，后端叶轮采用高强度铝合金材质，利用内锥面和外锥面相匹配，有效保证前端叶轮和后端叶轮的同轴度和安装稳定性，并利用锁紧机构进行锁紧，确保该组合式三元流叶轮在使用过程中的运行稳定性。
下面结合附图，对根据本发明所提供的组合式三元流叶轮进行详细说明。
图1示出了本发明的组合式三元流叶轮的一种具体实施例的结构示意图，图2示出了该组合式三元流叶轮的一种具体实施例的剖视图，综合参照图1和图2所示，该组合式三元流叶轮包括前端叶轮1、后端叶轮2和锁紧机构3，锁紧机构3依次穿过后端叶轮2和前端叶轮1而将两者进行锁紧固定。
图3示出了前端叶轮1的一种示意图，图4示出了后端叶轮2的一种示意图。在本发明中，前端叶轮1的底面为内锥面结构，后端叶轮2的顶部为外锥面结构，且该外锥面结构与前端叶轮1的内锥面结构过盈配合设置，通过锥面结构的匹配，对前端叶轮1和后端叶轮2进行径向定位，保证前端叶轮1和后端叶轮2安装后为同轴结构。进一步的，通过锥面过盈配合，利用两种材质的热膨胀系数的不同，可以有效保证该组合式三元流叶轮在运行过程中的高温环境下，前端叶轮1与后端叶轮2的相对位置不会发生变化，确保组合式三元流叶轮的运行可靠性和运行性能。
具体地，前端叶轮1与后端叶轮2通过锁紧机构3固定，并且前端叶轮1的叶片与后端叶轮2的叶片一一对应延伸设置，以保证组合后的三元流叶轮的每个叶片形状流畅，保证该三元流叶轮在运行过程中的性能和可靠性。
在实际加工安装过程中，在前端叶轮1和后端叶轮2的叶片轮廓加工时，叶片的厚度方向两侧各留有20~30μm的加工余量，当前端叶轮1与后端叶轮2过盈安装后，再通过五轴加工中心将组合式叶轮的叶片加工到设计尺寸，以确保各叶片的曲面形状流畅，避免出现安装误差导致的叶片错位，保证组合式三元流叶轮的使用性能。
需要指出的是，在本发明中，前端叶轮1采用抗拉强度高、延展率和热性能好的钛合金材质，提升叶轮的抗冲击性能和可靠性；后端叶轮2采用高强度的铝合金材质，例如铝合金7075，充分降低叶轮的重量和制造成本。两种材质相结合，既能够保证了该组合式三元流叶轮的抗冲击性能，又可以大幅降低其重量和生产成本。
综合考虑组合式三元流叶轮的性能、重量和成本，发明人经过大量实验验证，前端叶轮1与后端叶轮2的轴向长度之比为1:3~3:5时，既能够保证叶轮的抗冲击性能和运行可靠性，又兼顾了叶轮的重量和成本。优选地，端叶轮1与后端叶轮2的轴向长度之比为1:2。
返回参照图2所示，在本实施例中，锁紧机构3包括转轴31、双头螺柱32和锁紧螺母33。其中，双头螺柱32的一端与转轴31固定连接，并且双头螺柱32的中心轴线与转轴31的中心轴线在一条直线上，双头螺柱32依次穿过后端叶轮2和前端叶轮1设置，锁紧螺母33与双头螺柱32的另一端固定连接。通过锁紧螺母33与转轴31将前端叶轮1和后端叶轮2进行夹紧固定，避免在运行过程中，前端叶轮1和后端叶轮2发生轴向窜动而影响运行性能和效率。
经发明人试验验证，通常情况下，锁紧机构3的锁紧力大于或等于20kPa时，可以保证前端叶轮1与后端叶轮2在轴向上的连接稳定性。
在一个典型的应用场景中，本发明的组合式三元流叶轮可以应用于磁悬浮真空泵。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种组合式三元流叶轮，其特征在于，所述组合式三元流叶轮包括前端叶轮（1）、后端叶轮（2）和锁紧机构（3），其中，所述前端叶轮（1）的底面为内锥面结构，所述后端叶轮（2）的顶部为外锥面结构，且所述外锥面结构与所述内锥面结构过盈配合设置；所述前端叶轮（1）与所述后端叶轮（2）通过所述锁紧机构（3）固定，且所述前端叶轮（1）的叶片与所述后端叶轮（2）的叶片一一对应延伸设置；
所述前端叶轮（1）与所述后端叶轮（2）的轴向长度之比为1:3~3:5；
所述后端叶轮（2）的径向长度大于所述前端叶轮（1）的径向长度；
所述前端叶轮（1）为抗拉强度高、延展率和热性能好的钛合金材质，用于提升所述组合式三元流叶轮的抗冲击性能和可靠性，所述后端叶轮（2）为高强度的铝合金材质，用于降低所述组合式三元流叶轮的重量和制造成本；
所述锁紧机构（3）包括转轴（31）、双头螺柱（32）和锁紧螺母（33），所述双头螺柱（32）的一端与所述转轴（31）固定连接，且所述双头螺柱（32）的中心轴线与所述转轴（31）的中心轴线在一条直线上，所述双头螺柱（32）依次穿过所述后端叶轮（2）和所述前端叶轮（1）设置，所述锁紧螺母（33）与所述双头螺柱（32）的另一端固定连接。
2.如权利要求1所述的组合式三元流叶轮，其特征在于，所述前端叶轮（1）与所述后端叶轮（2）的轴向长度之比为1:2。
3.如权利要求1所述的组合式三元流叶轮，其特征在于，所述锁紧机构（3）的锁紧力大于或等于20kPa。
4.如权利要求1所述的组合式三元流叶轮，其特征在于，所述组合式三元流叶轮应用于磁悬浮真空泵。
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Denomination of invention: A combined three-dimensional flow impeller Effective date of registration: 20231024 Granted publication date: 20230324 Pledgee: Weifang rural commercial bank Limited by Share Ltd. hi tech sub branch Pledgor: SHANDONG TIANRUI HEAVY INDUSTRY Co.,Ltd. Registration number: Y2023370000118 |