CN115773276A - 一种高速叶轮及氢气循环泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及循环泵技术领域，具体涉及一种高速叶轮和氢气循环泵。一种高速叶轮，包括叶轮本体，所述叶轮本体由轮底、轮盖和若干叶片构成，所述轮盖处设有进气通道，所述轮底与轮盖间设有内腔，所述轮底的内端面偏离中部处设有所述若干叶片，所述若干叶片将内腔的外缘处分隔为若干出气通道，每相邻两叶片间均构成有一所述出气通道，所述叶片沿轮底正反旋转方向的两个面均为构成有夹角的曲面并分别为压力面和吸力面，所述压力面内端和吸力面内端相接并构成锐角，所述压力面所构成的开口朝向与叶轮本体的旋转方向相同。本发明具有能减少氢气气流的流动损失，能实现氢气循环泵对氢气气流的增压功能，便于氢气循环泵小型化的优点。

Description

一种高速叶轮及氢气循环泵

技术领域

本发明涉及循环泵技术领域，具体涉及一种高速叶轮及氢气循环泵。

背景技术

如申请号为202110235969.7的中国专利所公开了的氢气循环泵，包括叶轮，叶轮包括叶片、叶片承载盘和密封盘，叶片围绕叶轮的旋转轴线均匀布置于叶片承载盘朝向轴向进气口的一端，叶片为扁片状，其顶部由平滑曲面过渡连接组成，蜗壳内部与叶轮叶片的叶顶轮廓线相匹配之配合面由三段圆弧依次平滑过渡连接组成，蜗壳的配合面与叶轮叶片的叶顶轮廓线之间存在间隙。当需要将氢气循环泵小型化后，这种叶轮将不能保证氢气循环泵的增压功能，使用效果较差，不利于氢气循环泵的小型化。

发明内容

本发明的目的是提供一种能提高氢气循环泵增压能力，能使氢气循环泵能做的更为小型化的高速叶轮。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高速叶轮，其特征在于包括叶轮本体，所述叶轮本体由轮底、轮盖和若干叶片构成，所述轮盖处设有进气通道，所述轮底与轮盖间设有与进气通道连通的内腔，所述轮底的内端面偏离中部处设有所述若干叶片，若干叶片呈以叶轮本体旋转轴线为中心环形均匀间隔设置在轮底上，所述若干叶片将内腔的外缘处分隔为若干贯穿叶轮本体周向外壁的出气通道，每相邻两叶片间均构成有一所述出气通道，所述叶片沿轮底正反旋转方向的两个面均为构成有夹角的曲面并分别为压力面和吸力面，所述压力面内端和吸力面内端相接并构成锐角，所述压力面所构成的开口朝向与叶轮本体的旋转方向相同。

本发明的叶片呈强前弯状，便于对氢气做功，能大幅提高出气通道的氢气气流速度，并使氢气气流能保持较低的流动损失水平，能在进入进气通道的气流为小流量的情况下，保证出气通道处的氢气的压力较大，能用于小型氢气循环泵中，便于实现氢气循环泵的小型化。其中，可根据实际需要，将叶片内端做一定小圆角。其中轮底的露出在外的端面为外端面，轮底的内端面即为内腔沿叶轮本体轴向的位于轮底上的平面，内端面也是轮底临近轮盖的端面。

作为优选，所述叶片所构成的叶片弯角的角度值为α，80°≤α≤130°。其中，大弯角的设置有利于提升本发明高速叶轮的做功能力，能提高氢气压升，抑制氢气气流与叶片吸力面间的分离。

作为优选，所述压力面和吸力面均与轮底的内端面垂直；所述压力面外端和吸力面外端隔开并均与轮底周向边缘相接。其中，所述压力面和吸力面均与轮底的内端面垂直，即叶片沿叶轮本体轴向各处截面形状大小相同，叶片的压力面和吸力面在轴向上未发生变形，使得本发明的高速叶轮构成为二维叶轮，大大降低了加工制造的难度和生产周期，以降低制造成本，从而适应规模化生产。其中，压力面外端和吸力面外端位置的设计，能保证所泵出的氢气的压力较大。

作为优选，所述出气通道外端呈急剧扩大的扩口结构。出气通道在较小的距离内进行较大的宽度改变，使得从出气通道所导出的氢气气体的移动轨迹更偏向于装有本发明高速叶轮的蜗壳的出口方向，能使被压缩的气体形成切向走向，能提高出气压缩效率。同时还能缩小叶片外端的宽度。

作为优选，所述进气通道临近所述叶片的位置形成有曲面过渡段；所述叶片相对位于所述进气通道的周向外侧，或所述叶片内端临近所述进气通道内壁处。进气通道的出气端内径逐渐增加，以便于位于中部的气流向四周进行导向，以使气流能均用地进入每个出气通道内。同时，叶片相对位于进气通道的周向外侧，或叶片内端临近进气通道内壁处的设计，便于气体从进气通道进入至内腔内。本发明的高速叶轮为闭式叶轮，便于加工制造，且成本较低；可采用3D打印等方式实现本发明高速叶轮的一体成型，也可以分别进行轮盖和轮底的制造，再将轮盖和轮底连接固定在一起；其中可以通过焊接(旋转焊)或铆接等多种方式实现轮盖和轮底的固定。

作为优选，所述轮底中部具有向轮盖侧延伸的环形凸起，所述环形凸起的外壁与轮底的内端面之间呈光滑过渡。环形凸起的周向外壁能对气体进行导向，以使气流能更为顺滑地进入至每个出气通道。

本发明还公开了一种具有上述高速叶轮的氢气循环泵，包括蜗壳，所述蜗壳具有在其周向设置的切向排气通道，所述蜗壳还具有用于容纳叶轮本体的叶轮放置腔，所述蜗壳的切向排气通道与高速叶轮的出气通道相接处形成有切向排气通道横截面积大于出气通道的横截面积的突扩结构。

切向排气通道内端(进气口处)宽度相较出气通道外端(出气口处)宽度形成突扩设计，即切向排气通道内端宽度相对于出气通道外端的宽度突然最大，氢气气流所所经过的区域的宽度并不是逐渐增大的。由于叶轮本体采用如上设计，蜗壳的进气口处的气流呈高度切向，即氢气气流径向速度分量远小于切向分量，故该突扩设计会引发一对沿流向的角涡而非沿径向的大范围分离失速团，从而流动损失得到控制，并以紧凑的结构实现快速扩压。

作为优选，所述切向排气通道截面内缘形状呈方形设置。切向排气通道呈方形设置，便于蜗壳的加工，便于保证蜗壳内表面的光洁度，有利于减小氢气流体的摩擦损失。

作为优选，所述切向排气通道的侧壁与底面之间形成有第一弧形导向面，所述叶轮放置腔的侧壁与底面之间形成有第二弧形导向面，所述第一弧形导向面与第二弧形导向面自然延伸并相交在蜗舌前端形成下前掠结构；和/或，所述切向排气通道的侧壁与顶面之间形成有第三弧形导向面，所述叶轮放置腔的侧壁与顶面之间形成有第四弧形导向面，所述第三弧形导向面与第四弧形导向面自然延伸并相交在蜗舌前端形成上前掠结构。

其中，蜗壳的蜗舌处形成有上述前掠结构，能对沿切向流动的氢气气流进行导向，能抑制氢气气流的突扩分离，保证氢气循环泵的增压功能，还可以抑制因突扩设计而引发的角涡，能进一步减少氢气气流的流动损失。

作为优选，所述叶轮放置腔顶面或叶轮放置腔底面形成有用于封严的篦齿结构。当本发明使用时，篦齿结构处间形成非接触式动密封，以避免氢气气流从叶轮与蜗壳间的缝隙流出。篦齿结构还能起到减小叶轮轴向力的作用，在氢气循环泵采用磁悬浮电机提供动力的情况下，能使磁悬浮电机的推力盘能做的更小，并降低能耗。

本发明具有能减少氢气气流的流动损失，能实现氢气循环泵对氢气气流的增压功能，便于氢气循环泵小型化的优点。

附图说明

图1为实施例1的叶轮本体一种剖视图；

图2为实施例1的叶轮本体的另一种剖视图；

图3为图2的另一种视角的结构示意图；

图4为实施例2的蜗壳的一种剖视图；

图5为实施例2的蜗壳的另一种剖视图；

图6为图4的篦齿结构处的一种结构示意图；

图7为实施例2的蜗壳的第一蜗壳与叶轮本体配合时的一种剖视图；

图8为实施例2的蜗壳的第一蜗壳的一种结构示意图；

图9为图8的下前掠结构处的一种结构示意图；

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

由图1至图3所示，本发明的一种高速叶轮，包括叶轮本体100，叶轮本体100由轮底1、轮盖2和若干叶片3构成，轮底1与轮盖2间设有内腔10，叶片3设置于内腔10处。其中，轮底1截面外缘形状和轮盖2截面外缘形状均呈圆形。

由图1所示，轮盖2中部处设有与叶轮本体100的旋转轴线同轴设置的进气通道21，进气通道21一端贯穿轮盖2端面，进气通道21另一端与内腔10连通，进气通道21临近叶片的位置形成有曲面过渡段22。

由图1至图3所示，轮底1中部用于接收力矩以驱动叶轮本体100旋转，轮底1中部设有用于与驱动电机的输出轴(图中未画出)配合的固定孔11，叶片3一体成型于轮底1的内端面处(轮底临近轮盖2的端面处)，且叶片3均偏离固定孔11，若干叶片3呈以叶轮本体100旋转轴线(输出轴轴线)为中心环形均匀间隔设置在轮底1上，若干叶片3将内腔10的外缘处分隔为若干贯穿叶轮本体100周向外壁的出气通道31，每相邻两叶片3间均构成有一出气通道31。

其中，轮底1中部具有向轮盖2侧延伸的环形凸起12，环形凸起12的外径由轮盖2处至轮底1处逐渐增加，环形凸起12的外壁与轮底1的内端面之间呈光滑过渡，环形凸起12的内孔即为固定孔11。其中，出气通道31外端呈急剧扩大的扩口结构。

叶片3沿轮底1正反转方向的两个面均为构成有夹角的曲面并分别为压力面301和吸力面302，压力面301内端和吸力面302内端相接并构成锐角303，压力面301外端和吸力面302外端隔开并均与轮底1周向边缘相接，压力面301所构成的开口朝向与叶轮本体100的转动方向相同(由图2所示的轮底沿逆时针方向转动)，压力面301和吸力面302均与轮底的内端面垂直设置。

其中，叶片3所构成的叶片弯角的角度值为α，80°≤α≤130°。其中，叶片3的压力面301所构成的开口朝向与呈圆盘状的轮底1的周向外缘相切。其中，叶片3中空以具有减重腔30。其中，吸力面302的曲面形状与压力面301的曲面形状不同。其中，叶片3均相对位于进气通道11的周向外侧。

实施例2

由图4、图5和图6所示，本实施例公开了一种具有上述高速叶轮的氢气循环泵，包括蜗壳4，蜗壳4具有在其中心位置设置的轴向进气通道41和在其周向设置的切向排气通道42，蜗壳4还具有用于容纳叶轮本体100的叶轮放置腔40，切向排气通道42内端截面内缘形状呈方形设置，且蜗壳4的切向排气通道42与叶轮的出气通道31相接处形成有切向排气通道42横截面积大于出气通道31的横截面积的突扩结构。

由图4至图9所示，切向排气通道42的侧壁与底面之间形成有第一弧形导向面61，叶轮放置腔40的侧壁与底面之间形成有第二弧形导向面62，第一弧形导向面61与第二弧形导向面62自然延伸并相交在蜗舌前端形成下前掠结构49。同时，切向排气通道42的侧壁与顶面之间形成有第三弧形导向面63，叶轮放置腔40的侧壁与顶面之间形成有第四弧形导向面，第三弧形导向面63与第四弧形导向面自然延伸并相交在蜗舌前端形成上前掠结构，下前掠结构49和上前掠结构上下对称设置。

其中，第一弧形导向面61沿切向排气通道42的延伸反方向向叶轮放置腔40内延伸，第一弧形导向面61为开口朝向切向排气通道42内侧的弧面结构，第一弧形导向面61的高度由切向排气通道42至叶轮放置腔40侧逐渐缩小。第二弧形导向面62沿切向排气通道42延伸反方向向叶轮放置腔40侧延伸，第二弧形导向面62为开口朝向叶轮放置腔内侧的弧面结构，第二弧形导向面62的高度由切向排气通道42至叶轮放置腔侧40逐渐缩小。

由图4、图5、图7和图9所示，本实施例的蜗壳4由第一蜗壳401和第二蜗壳402拼合而成，第一蜗壳401和第二蜗壳402的内壁分别构成有叶轮放置腔的顶面和叶轮放置腔的底面，叶轮放置腔的顶面和底面均形成有用于封严的篦齿结构44。

本发明具有能减少氢气气流的流动损失，能实现氢气循环泵对氢气气流的增压功能，便于氢气循环泵小型化的优点。

Claims (10)

1.一种高速叶轮，其特征在于包括叶轮本体，所述叶轮本体由轮底、轮盖和若干叶片构成，所述轮盖处设有进气通道，所述轮底与轮盖间设有与进气通道连通的内腔，所述轮底的内端面偏离中部处设有所述若干叶片，若干叶片呈以叶轮本体旋转轴线为中心环形均匀间隔设置在轮底上，所述若干叶片将内腔的外缘处分隔为若干贯穿叶轮本体周向外壁的出气通道，每相邻两叶片间均构成有一所述出气通道，所述叶片沿轮底正反旋转方向的两个面均为构成有夹角的曲面并分别为压力面和吸力面，所述压力面内端和吸力面内端相接并构成锐角，所述压力面所构成的开口朝向与叶轮本体的旋转方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种高速叶轮，其特征在于所述叶片所构成的叶片弯角的角度值为α，80°≤α≤130°。

3.根据权利要求1所述的一种高速叶轮，其特征在于所述压力面和吸力面均与轮底的内端面垂直；所述压力面外端和吸力面外端隔开并均与轮底周向边缘相接。

4.根据权利要求1所述的一种高速叶轮，其特征在于所述出气通道外端呈急剧扩大的扩口结构。

5.根据权利要求1所述的一种高速叶轮，其特征在于所述进气通道临近所述叶片的位置形成有曲面过渡段；所述叶片相对位于所述进气通道的周向外侧，或所述叶片内端临近所述进气通道内壁处。

6.根据权利要求1所述的一种高速叶轮，其特征在于所述轮底中部具有向轮盖侧延伸的环形凸起，所述环形凸起的外壁与轮底内端面之间呈光滑过渡。

7.一种具有上述权利要求1-6中任意一项权利要求所述高速叶轮的氢气循环泵，其特征在于包括蜗壳，所述蜗壳具有在其周向设置的切向排气通道，所述蜗壳还具有用于容纳叶轮本体的叶轮放置腔，所述蜗壳的切向排气通道与叶轮的出气通道相接处形成有切向排气通道横截面积大于出气通道的横截面积的突扩结构。

8.根据权利要求7所述的氢气循环泵，其特征在于所述切向排气通道截面内缘形状呈方形设置。

9.根据权利要求7或8所述的氢气循环泵，其特征在于所述切向排气通道的侧壁与底面之间形成有第一弧形导向面，所述叶轮放置腔的侧壁与底面之间形成有第二弧形导向面，所述第一弧形导向面与第二弧形导向面自然延伸并相交在蜗舌前端形成下前掠结构；和/或，所述切向排气通道的侧壁与顶面之间形成有第三弧形导向面，所述叶轮放置腔的侧壁与顶面之间形成有第四弧形导向面，所述第三弧形导向面与第四弧形导向面自然延伸并相交在蜗舌前端形成上前掠结构。

10.根据权利要求7或8所述的氢气循环泵，其特征在于所述叶轮放置腔顶面或叶轮放置腔底面形成有用于封严的篦齿结构。

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