CN113833675B - 叶轮及具有它的空压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶轮，所述叶轮包括轮盘、多个第一叶片和多个第二叶片，所述轮盘在所述轮盘的轴向上具有相对布置的第一端和第二端，所述轮盘包括第一盘体和第二盘体，所述第一叶片设在所述第一盘体的外周侧且沿所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向延伸，多个所述第一叶片在所述第一盘体的周向间隔布置，所述第二叶片设在所述第二盘体的外周侧且沿所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向延伸，多个所述第二叶片在所述第二盘体的周向间隔布置，所述第一叶片沿第一方向螺旋延伸，所述第二叶片沿第二方向螺旋延伸，所述第一方向和所述第二方向相反。本发明的叶轮具有结构简单、易于安装的特点。

Description

叶轮及具有它的空压机

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机技术领域，具体地，涉及一种叶轮及具有它的空压机。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池排气温度约100-200℃，排气压力高，具有较高能量。带涡轮能量回收的燃料电池离心空压机，利用燃料电池的排气来驱动涡轮并作为辅助动力，减少空压机的电机功率，从而提升燃料电池的发电效率。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

在实际使用过程中，常规的单级压缩单级膨胀的燃料电池空压机无法满足高压比的需求，压气机整体气动效率差。因此提出了双级压缩单级膨胀的技术方案。二级压气机叶轮和涡轮采用背靠背的结构。但是在装配过程中压气机叶轮和涡轮叶轮不易安装，生产效率低。同时从二级压气机泄露到涡轮的气体流量大，导致整机效率低。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种结构简单、易于安装的叶轮和一种效率高、噪音小、使用寿命长的空压机。

根据本发明实施例的叶轮包括轮盘、多个第一叶片和多个第二叶片，所述轮盘在所述轮盘的轴向上具有相对布置的第一端和第二端，所述轮盘包括第一盘体和第二盘体，所述第一盘体和所述第二盘体在从所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向上依次相连，至少部分所述第一盘体的横截面积沿着从所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向逐渐变大，至少部分所述第二盘体的横截面积沿着从所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向逐渐变小，所述第一叶片设在所述第一盘体的外周侧且沿所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向延伸，多个所述第一叶片在所述第一盘体的周向间隔布置，所述第二叶片设在所述第二盘体的外周侧且沿所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向延伸，多个所述第二叶片在所述第二盘体的周向间隔布置，所述第一叶片沿第一方向螺旋延伸，所述第二叶片沿第二方向螺旋延伸，所述第一方向和所述第二方向相反。

根据本发明实施例的叶轮在轮盘上分别设置多个第一叶片和多个第二叶片，具有结构简单、易于安装的特点。

在一些实施例中，所述第一盘体的外周面和所述第二盘体的外周面均呈以所述轮盘的轴线为中心且母线的中部下凹的回转面形状。

在一些实施例中，所述第一盘体的母线曲率半径大于所述第二盘体的母线曲率半径。

在一些实施例中，所述第二盘体的最大横截面积小于所述第一盘体的最大横截面积且大于所述第一盘体的最小横截面积。

在一些实施例中，所述第一盘体和所述第二盘体相连且连接处形成有台阶面，所述台阶面适于与空压机的壳体配合。

在一些实施例中，所述叶轮还包括第三叶片，所述第三叶片设在所述台阶面上，所述第三叶片沿所述轮盘的径向延伸，所述台阶面在所述轮盘的径向上的尺寸为所述台阶面的宽度，所述第三叶片的延伸长度为至少部分所述台阶面的宽度。

在一些实施例中，所述第三叶片为多个，多个所述第三叶片在所述轮盘的周向上间隔布置。

在一些实施例中，所述第一叶片的延伸长度为至少部分所述第一盘体的母线长度，所述第二叶片的延伸长度为至少部分所述第二盘体的母线长度。

在一些实施例中，所述第一叶片在其延伸方向上具有第一叶头和第一叶尾，所述第一叶头邻近所述轮盘的第一端，所述第一叶片的延伸方向与所述第一盘体的外周面成夹角且所述夹角从所述第一叶头向第一叶尾的方向逐渐变大，所述第一叶尾的延伸方向垂直于所述第一盘体的外周面，所述第二叶片在其延伸方向上具有第二叶头和第二叶尾，所述第二叶头邻近所述轮盘的第二端，所述第二叶片的延伸方向与所述第二盘体的外周面成夹角且所述夹角从所述第二叶头向第二叶尾的方向逐渐变大，所述第二叶尾的延伸方向垂直于所述第二盘体的外周面。

在一些实施例中，所述第一叶片的宽度沿所述第一叶片的延伸方向不变，所述第二叶片的宽度沿所述第二叶片的延伸方向从第二叶头至第二叶尾逐渐变小。

在一些实施例中，所述第一叶片的数量多于所述第二叶片的数量。

根据本发明另一些实施例的空压机包括壳体、转轴和叶轮，所述壳体内具有腔室，所述转轴可转动地设在所述腔室内，所述叶轮为上述实施例中所述的叶轮，所述叶轮设在所述腔室内且与所述转轴的一端可拆卸地相连。

根据本发明另一些实施例的空压机能够减少间隙内的气体流动，降低间隙内的气体泄露流量对涡轮主流流场的影响，降低泄露气体流动对涡轮的效率，回收泄露气体的能量，提高系统效率，同时在同样的二级排气流量下，该泄露气体流量可以提高一级和二级叶轮的流量，防止一级和二级叶轮进入喘振，从而从整体上拓宽空压机的裕度，使空压机具有工作效率高、能量损失少、噪声小的特点。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的叶轮的结构示意图。

图2是图1中叶轮的三维示意图。

图3是根据本发明另一些实施例的空压机的结构示意图。

附图标记：

壳体100，转轴200，叶轮300，

轮盘1，第一端11，第二端12，第一盘体13，第二盘体14，第一叶片2，第一叶头21，第一叶尾22，第二叶片3，第二叶头31，第二叶尾32，第三叶片4。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-3描述根据本发明一些实施例的叶轮和另一些实施例的空压机。

根据本发明一些实施例的叶轮包括轮盘1、多个第一叶片2和多个第二叶片3。

轮盘1在轮盘1的轴向上具有相对布置的第一端11和第二端12，轮盘1包括第一盘体13和第二盘体14，第一盘体13和第二盘体14在从轮盘1的第一端11至轮盘1的第二端12的方向上依次相连，至少部分第一盘体13的横截面积沿着从轮盘1的第一端11至轮盘1的第二端12的方向逐渐变大，至少部分第二盘体14的横截面积沿着从轮盘1的第一端11至轮盘1的第二端12的方向逐渐变小。

如图1所示，轮盘1的第一端11为轮盘1的左端，轮盘1的第二端12为轮盘1的右端，在轮盘1的左端为第一盘体13，第一盘体13的左端部分轮盘的横截面积从左向右逐渐变大，在轮盘1的右端为第二盘体14，第二盘体14的右端部分轮盘的横截面积从左向右逐渐变小，以适应空气流动，从而提高叶轮的作业效率。

多个第一叶片2均设在第一盘体13的外周侧且沿轮盘1的第一端11至轮盘1的第二端12的方向延伸，多个第一叶片2在第一盘体13的周向间隔布置，多个第二叶片3均设在第二盘体14的外周侧且沿轮盘1的第一端11至轮盘1的第二端12的方向延伸，多个第二叶片3在第二盘体14的周向间隔布置，第一叶2片沿第一方向螺旋延伸，第二叶片3沿第二方向螺旋延伸，第一方向和第二方向相反。

如图1所示，在第一盘体13的外周侧设有多个间隔布置的第一叶片2，在第二盘体14的外周侧设有多个间隔布置的第二叶片3，第一叶片2用于驱动空气沿第一盘体13的外周侧从左向右流动，第二叶片3用于驱动空气沿第二盘体14的外周侧从左向右流动，且空气流出可对第二叶片3做功，将空气中残存的能量回收，第一叶片2的螺旋延伸方向与第二叶片3的螺旋延伸方向相反，从而使第二叶片3转动时对第二盘体14做的功可传递给第一盘体13，以提升叶轮的气动效率。

根据本发明实施例的叶轮在轮盘1上分别设置多个第一叶片2和多个第二叶片3，具有结构简单、易于安装的特点。

在一些实施例中，第一盘体13的外周面和第二盘体14的外周面均呈以轮盘1的轴线为中心且母线的中部下凹的回转面形状。

如图1所示，物体表面形状会影响空气的流动速度，为提高空气流动速度，第一盘体13的外周面和第二盘体14的外周面均为弧形，该弧形母线的中部下凹，以使空气沿第一盘体13和第二盘体14流动的效率更高，提高叶轮的作业效率。

在一些实施例中，第一盘体13的母线曲率半径大于第二盘体14的母线曲率半径。

空气沿第一盘体13的外周面从左向右流动，同时还有空气沿第二盘体14的外周面从左向右流动，如图1所示，第一盘体13的径向尺寸大于第二盘体14的径向尺寸，为保证第一盘体13上第一叶片2带动的空气量与第二盘体14上第二叶片3带动的空气量相当，第一盘体13的弧形外周面的母线曲率半径大于第二盘体14的弧形外周面的母线曲率半径，以提高叶轮的作业效率。

在一些实施例中，第二盘体14的最大横截面积小于第一盘体13的最大横截面积且大于第一盘体13的最小横截面积。

第二盘体14的左端为最大横截面积，该横截面积的径向尺寸在第一盘体13的最大横截面积的径向尺寸和最小横截面积的径向尺寸之间，以使叶轮的整体尺寸更加紧凑，同时适于与外部壳体配合，保证第二盘体14上的第二叶片3在转动时能够排出更多的空气。

在一些实施例中，第一盘体13和第二盘体14相连且连接处形成有台阶面，台阶面适于与空压机的壳体100配合。

如图1和图2所示，在第一盘体13和第二盘体14连接处形成有台阶面，该台阶面可与外部壳体配合，减少第一叶片2转动时空气朝向第二叶片3处的泄露量，提高第一叶片2的空气传输效率。

在一些实施例中，叶轮还包括第三叶片4，第三叶片4设在台阶面上，第三叶片4沿轮盘1的径向延伸，台阶面在轮盘1的径向上的尺寸为台阶面的宽度，第三叶片4的延伸长度为至少部分台阶面的宽度。

如图2所示，在台阶面上设有第三叶片4，第三叶片4沿轮盘1的径向向外延伸，第一盘体13和第二盘体14的直径差值为台阶面的宽度，第三叶片4的延长长度为台阶面宽度的20％-90％，即台阶面的宽度为M，第三叶片4的长度为0.2M-0.9M，当叶轮旋转时，第三叶片4在台阶面处建立压差，降低空压机第一盘体13泄露到第二盘体14的气体流量，降低对第二盘体14性能的影响，提高空压机的排气流量。

在一些实施例中，第三叶片4为多个，多个第三叶片4在轮盘1的周向上间隔布置。如图2所示，多个第三叶片4可有效降低第一盘体13泄露到第二盘体14的气体流量，进一步提高空压机的排气流量。

在一些实施例中，第一叶片2的延伸长度为至少部分第一盘体13的母线长度，第二叶片3的延伸长度为至少部分第二盘体14的母线长度。

为防止叶片与壳体之间发生干涉，第一叶片2在第一盘体13的外周面上延伸时，第一叶片2的左端与第一盘体13的左端未齐平，以防止与第一盘体13左端的配合壳体发生干涉，第二叶片3在第二盘体14的外周面上延伸时，第二叶片3的右端与第二盘体14的右端未齐平，以防止与第二盘体14右端的配合壳体发生干涉，提高了叶轮的安全性。

在一些实施例中，第一叶片2在其延伸方向上具有第一叶头21和第一叶尾22，第一叶头21邻近轮盘1的第一端11，第一叶片2的延伸方向与第一盘体13的外周面成夹角且夹角从第一叶头21向第一叶尾22的方向逐渐变大，第一叶尾22的延伸方向垂直于第一盘体13的外周面，第二叶片3在其延伸方向上具有第二叶头31和第二叶尾32，第二叶头31邻近轮盘1的第二端12，第二叶片3的延伸方向与第二盘体14的外周面成夹角且夹角从第二叶头31向第二叶尾32的方向逐渐变大，第二叶尾32的延伸方向垂直于第二盘体14的外周面。

如图2所示，第一叶片2的左端为第一叶头21，右端为第一叶尾22，第一叶片2沿第一盘体13的外周面从左向右延伸，在第一叶头21处，第一叶片2沿第一盘体13的周向倾斜且与第一盘体13的左端外周面具有一定的夹角，随着第一叶片2从左向右延伸该夹角逐渐变大，至第一叶尾22处夹角为90度，即第一叶尾22垂直于第一盘体13的外周面，第二叶片3的左端为第二叶头31，右端为第二叶尾32，第二叶片3沿第二盘体14的外周面从左向右延伸，在第二叶头31处，第二叶片3沿第二盘体14的周向倾斜且与第二盘体14的右端外周面具有一定的夹角，随着第二叶片3从右向左延伸该夹角逐渐变大，至第二叶尾32处夹角为90度，即第二叶尾32垂直于第二盘体14的外周面。第一叶片2和第二叶片3的倾斜可提高叶轮的转动效率，同时可减小产生的噪音。

在一些实施例中，第一叶片2的宽度沿第一叶片2的延伸方向不变，第二叶片3的宽度沿第二叶片3的延伸方向从第二叶头31至第二叶尾32逐渐变小。

如图2所示，第一叶片2的宽度保持不变，仅倾斜角度变化，以沿第一盘体13的外周面稳定输送空气，第二叶片3的宽度从左向右逐渐变宽，从而使第二叶片3的空气输送量与第一叶片2的空气输送量保持相当，以提高叶轮的作业效率。

在一些实施例中，第一叶片2的数量多于第二叶片3的数量。

第一盘体13的直径大于第二盘体14的直径，但第一叶片2的宽度比第二叶片3的宽度小，为保证第一叶片2的空气输送量，第一叶片2的布置数量比第二叶片3的数量多。

根据本发明另一些实施例的空压机包括壳体100、转轴200和叶轮300，壳体100内具有腔室，转轴200可转动地设在腔室内，叶轮300为上述实施例中的叶轮300，叶轮300设在腔室内且与转轴200的一端可拆卸地相连。

根据本发明另一些实施例的空压机具有气动效率高、噪音小、使用寿命长的特点。

如图2所示，转轴200穿过空压机的壳体100设置，且转轴200的右端与叶轮300相连，其连接方式为可拆卸连接，包括但不限于套设、螺栓连接，转轴200带动叶轮300转动，叶轮300中的第二叶片3将空气向右排出的同时对叶轮300做功，从而可提高空压机的气动效率，叶轮300与壳体100配合设置，具有噪音小、不易磨损、使用寿命长的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种叶轮，其特征在于，包括：

轮盘，所述轮盘在所述轮盘的轴向上具有相对布置的第一端和第二端，

所述轮盘包括第一盘体和第二盘体，所述第一盘体和所述第二盘体在从所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向上依次相连，至少部分所述第一盘体的横截面积沿着从所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向逐渐变大，至少部分所述第二盘体的横截面积沿着从所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向逐渐变小；

多个第一叶片，所述第一叶片设在所述第一盘体的外周侧且沿所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向延伸，多个所述第一叶片在所述第一盘体的周向间隔布置；

多个第二叶片，所述第二叶片设在所述第二盘体的外周侧且沿所述轮盘的第一端至所述轮盘的第二端的方向延伸，多个所述第二叶片在所述第二盘体的周向间隔布置，所述第一叶片用于压气，空气流出对第二叶片做功，所述第一叶片沿第一方向螺旋延伸，所述第二叶片沿第二方向螺旋延伸，所述第一方向和所述第二方向相反,从而使第二叶片转动时对第二盘体做的功传递给第一盘体；

所述第一叶片的延伸长度为至少部分所述第一盘体的母线长度，所述第二叶片的延伸长度为至少部分所述第二盘体的母线长度；

所述第一叶片在其延伸方向上具有第一叶头和第一叶尾，所述第一叶头邻近所述轮盘的第一端，所述第一叶片与所述第一盘体的外周面成夹角且所述夹角从所述第一叶头向第一叶尾的方向逐渐变大，所述第一叶尾垂直于所述第一盘体的外周面，所述第二叶片在其延伸方向上具有第二叶头和第二叶尾，所述第二叶头邻近所述轮盘的第二端，所述第二叶片与所述第二盘体的外周面成夹角且所述夹角从所述第二叶头向第二叶尾的方向逐渐变大，所述第二叶尾垂直于所述第二盘体的外周面；

所述第一叶片的宽度沿所述第一叶片的延伸方向不变，所述第二叶片的宽度沿所述第二叶片的延伸方向从第二叶头至第二叶尾逐渐变小；

所述第一盘体的外周面和所述第二盘体的外周面均呈以所述轮盘的轴线为中心且母线的中部下凹的回转面形状；

所述第一盘体的母线曲率半径大于所述第二盘体的母线曲率半径；

所述第二盘体的最大横截面积小于所述第一盘体的最大横截面积且大于所述第一盘体的最小横截面积。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述第一盘体和所述第二盘体相连且连接处形成有台阶面，所述台阶面适于与空压机的壳体配合。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，还包括第三叶片，所述第三叶片设在所述台阶面上，所述第三叶片沿所述轮盘的径向延伸，所述台阶面在所述轮盘的径向上的尺寸为所述台阶面的宽度，所述第三叶片的延伸长度为至少部分所述台阶面的宽度。

4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，所述第三叶片为多个，多个所述第三叶片在所述轮盘的周向上间隔布置。

5.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述第一叶片的数量多于所述第二叶片的数量。

6.一种空压机，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内具有腔室；

转轴，所述转轴可转动地设在所述腔室内；

叶轮，所述叶轮为上述权利要求1-5中任一项所述的叶轮，所述叶轮设在所述腔室内且与所述转轴的一端可拆卸地相连。

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