CN2054100U - 用于旋转式流体机械的渐开线叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型介绍一种用于旋转式流体机械的渐开线叶轮，适用于旋转式泵、旋转式风机和旋转式压缩机等旋转式流体机械。由于叶轮叶片采用渐开线叶型和选择较小的叶片出口角，进而获得了较高的效率和优良的功率特征，特别是对于高压力，小流量旋转式流体机械可使其充分利用配套电动机的功率，大大扩展了使用范围。本叶轮制造方便，质量保证。对离心式压缩机采用本叶轮还可使叶轮减少体积，减轻重量，增加了高速旋转时的抗破坏能力。

Description

本实用新型涉及一种用于旋转式流体机械的渐开线叶轮，它适用于旋转式泵、旋转式风机和旋转式压缩机等，特别适用于高压力、小流量的旋转式流体机械。

传统的离心式流体机械叶轮，存在两大问题：（1）相邻叶片之间形成的流体流道从进口到出口是逐渐增大，虽然设计上采用减小叶片出口深度的方法，使流道从进口到出口形成收缩，但因工艺原因，很难实现，特别是高压力、小流量离心式流体机械叶轮。为此，导致传统叶轮的水力效率较低。（2）叶片出口安放角大于等于20度，这又造成离心泵和离心式风机这类流体机械的轴功率随流量的增大而不断增加，从而使（原动）电动机功率严重超载以致烧坏电机的情况。如果在设计上配用有很大富裕量的大功率电动机，又将出现“大马拉小车”，即电动机不能充分发挥作用的缺陷。日本人杉浦荣市1986年公开的美国专利US－4666373和1987年公开的中国专利“用于旋转式流体机械的叶轮”，对传统叶轮进行了改进。改进之处是在不降低叶片出口深度情况下，将流体流道从进口到出口形成收缩。经证明改进叶轮的效率远远超过传统叶轮。但不足的是，改进叶轮的流体流道有可能在中部形成最大通道（比如该专利附图所展示的叶轮），即有可能形成扩散－收缩流道，从而影响着叶轮效率的更大提高。此外，这种叶轮未解决离心泵和离心风机所需轴功率随流量增大而增加，以致超载烧坏电动机的问题。

本实用新型的任务是克服传统叶轮的问题和上述改进叶轮的不足，设计出一种新型叶轮，在保证制造成功的条件下，提供给流体机械特别是高速流体机械所需要的一种高效率和优良功率特性的旋转式流体机械叶轮。

本新型旋转式流体机械叶轮是用以下方式实现的：

设置一个带有轮毂的园盘轮盖，通过轮毂内孔与传动轴相连，在园盘轮盖至少一个侧面内沿园周方向等距固定若干条（包括1条）形状相同的弧形叶片，它沿轴向凸出，相邻两弧形叶片间形成流体流道。本新型叶轮的特征是：弧形叶片是具有光滑弧形面正面、背面、中心面的弧形体，且至少一面采用渐开线面。较优的叶形是采用三面均为渐开线面，一般作成等厚叶片。若采用三面中任意一面为渐开线面，其余两面同时为非渐开线面的光滑弧面也具备较好效果。渐开线面如下方式形成：设一与园盘轮盖同心（园心为O）且小于它的基园，在基园上任取一点W，从靠近W点处开始在基园顺次绕同向ω₁取点A₁A₂……且过A₁、A₂……顺次与绕向ω₁反向ω₂作基园切线A₁M₁、A₂M₂……并在切线上取点B₁、B₂……，使A₁B₁、A₂B₂……，分别等于W点绕ω₁转向至A₁、A₂……点的园弧 、

……由此得出经W、B₁、B₂……点的光滑曲线WW₁及对应的光滑弧面既为渐开线面。渐开线面上的出口安放角取为大于等于1度，小于等于18度，叶片轴向高度沿入口到出口可作成相等或逐渐减小。叶轮可制造成金属或塑料铸造叶轮、金属或塑料铆或焊叶轮，或金属模锻、模压叶轮。

本新型叶轮具有如下技术经济效果：

（1）叶轮采用渐开线叶型，当采用等厚叶片时，相邻两叶片的正面与背面间距离处处相等，流道过流面积易计算（且很容易做成收缩流道），使流道中相对流速得到有效的控制，大大减小由于流速不规则变化造成的水力损失，可进一步提高流体机械的效率。采用渐开线叶型，形状简单而有规律，其模型易于用数控机床制造，容易制出精度高，几何尺寸一致，重量分布均匀的叶片。这有利于旋转式流体机械，特别是离心式压缩机在高速下运行，且同时可使叶轮体积减小，重量减轻。

（2）叶片采用很小的出口安放角，改善了离心泵和离心式风机（特别是高压力，小流量旋转流体机械）的功率特性。即在工况的某一点（极值）后，输入轴功率随流量的增大而降低，这就解决了随使用外界条件不同而变化很大的离心泵和离心式风机（特别是高压力，小流量的这类离心式机械）在低压力，大流量工况下运行时，因发生轴功率增大而超载导致电动机烧坏的问题。从而使其充分利用配套电动机的功率，大大扩展这类流体机械的使用范围。

（3）叶片采用很小的出口安放角。在设计超高压力、超小流量的离心式流体机械时，同类产品可以比传统叶轮采用较大的叶片出口轴向高度，从而使叶轮的制造简便，易于成功。

这种改进了的叶轮要应用到现有的流体机械中去，需要在设计上稍作改进，但是先有技术中的主要参数与性能之间的相互关系仍保持不变，因而任何修改都可以凭经验来确定，下面列出主要参数与性能的关系：

叶轮直径：压力流量和园周速度。

入口直径：汽蚀，流量。

出口角：压力。

叶轮的叶片数：压力，效率和汽蚀。

流道截面积：流量。

下面结合附图作进一步说明。

图1等厚叶片的用于旋转式流体机械的渐开线叶轮的轴向视图。

图2.图1沿A－A剖面的横向截面视图。

图3.图1中叶片在叶轮中的位置及绘制方法示例图。

图4.离心泵轴功率特性曲线比较示例图。

见图1，图2，叶轮〔1〕由带有轮毂〔3〕的园盘轮盖〔2〕通过轴孔和采用常用方法安装于传动轴〔10〕，并用紧固螺母11固紧。在园盘轮盖〔2〕至少一个侧面内沿园周方向等距固定多条形状相同的弧形叶片〔4〕（包括1条），图中示出是一侧固定叶片的单向吸入式，本叶轮也包括园盘轮盖〔2〕两侧固定叶片，称双向吸入式。相邻两弧形叶片〔4〕间形成流体流道〔6〕，弧形叶片〔4〕可做成等厚度。叶片轴向高度〔h〕从流体流道〔6〕入口〔7〕到出口〔8〕可做成相等，也可做成逐渐减小，形成收缩流道。以上结构是单向吸入式中的一种开式叶轮。见图2，本叶轮还可作为闭式叶轮，既在弧形叶片〔4〕轴向的另一面，设置环形侧盖板〔9〕或〔91〕（当叶片轴向高h由入口到出口不变时用环形侧盖板〔9〕，当h逐渐减小为收缩流道时，用环形侧盖板〔91〕如图2双点划线所示。）

见图3，沿弧形叶片〔4〕高度h（图2）上且平行于园盘轮盖〔2〕所作的叶片横截面与叶片正面〔41〕、背面〔42〕、中心面〔43〕相交的弧线若采用工业上用的渐开线WW₁，则正面或背面或中心面为渐开线面。图3中渐开线基园为〔12〕，W为渐开线WW₁起始点，A₁、A₂……沿顺时针ω₁方向截取，基园切线A₁M₁、A₂M₂……，指向ω₁的反方向ω₂弧长 、

……是以W点经ω₁绕向到A₁、A₂……点的弧长（与A₁、A₂……取点绕向 ω₁相同）。叶片径向起始于与园盘〔2〕同心的园周〔5〕处向外伸展，终止于园盘〔2〕外园周处。正面〔41〕或背面〔42〕或中心面〔43〕当采用渐开线面时，其出口安放角分别为β₂₁、β₂₂、β₂₃，取值为大于等于1度，小于等于18度。

见图4，竖坐标为轴功率P，横坐标为流量Q，曲线A为传统叶轮的轴功率特性。曲线B是与它同类而采用本实用新型设计的叶轮的功率特性。C为设计工况点，D为轴功率极值点，可以比较出在轴功率极值点后，本叶轮与传统叶轮相比，轴功率随流量增大不是增加，而是下降，获得了优良的轴功率特性。

Claims (5)

1、一种用于旋转式流体机械的渐开线叶轮，具有与传动轴[10]相连并带有轮毂的园盘轮盖[2]；在园盘轮盖[2]至少一个侧面内沿园周方向等距固定若干条(包括1条)形状相同的弧形叶片[4]，它沿轴向凸出，两相邻弧形叶片[4]间形成流体流道[6]，其特征是：弧形叶片[4]是具有光滑弧形面正面[41]、背面[42]、中心面[43]的弧形体，且至少一面采用渐开线面。

2、按权利要求1所述的叶轮，其特征是弧形叶片〔4〕采用的渐开线面上的出口安放角β₂₁、β₂₂、β₂₃取为大于等于1度，小于等于18度。

3、按权利要求1、2所述的叶轮，其特征是弧形叶片〔4〕做成等厚度，轴向高度〔h〕从入口〔7〕到出口〔8〕可做成相等或逐渐减小。

4、按权利要求1、2所述的叶轮，其特征是：弧形叶片〔4〕的正面〔41〕、背面〔42〕、中心面〔43〕可以均采用渐开线面。

5、按权利要求1、2所述叶轮，其特征是：弧形叶片〔4〕的正面〔41〕、背面〔42〕、中心面〔43〕三面中可以任意一面采用渐开线面，其余两面同时采用非渐开线面的光滑弧面。

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