CN207004917U - 一种铣制半开式三元叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种铣制半开式三元叶轮，涉及透平机械结构设计技术领域，包括轮毂与叶片，叶片均匀分布设置在轮毂上，轮毂与叶片一体成型构成气流通道，轮毂与叶片连接处设置有圆角，其中，圆角为轮毂与叶片的吸力面连接处的倒角，且圆角为变径圆角。本实用新型提供的铣制半开式三元叶轮提高了半开式三轮叶片的气动性能，节约了人力物力资源，在鼓风机上设置有上述铣制半开式三元叶轮，可降低鼓风机的气动性能损失，提高鼓风效率。

Description

一种铣制半开式三元叶轮

技术领域

本实用新型涉及透平机械结构设计技术领域，具体而言，涉及一种铣制半开式三元叶轮。

背景技术

三元叶轮是透平机械当中的重要部件，越来越多地被应用于航空、机械等领域中，尤其是在鼓风机研发企业中，三元叶轮的加工一直在进行着，并且取得骄人的成绩。在现有生产技术当中，通过机械自动化制造的三元叶轮的叶片中的倒角为固定直径的圆角，叶片与轮毂的结合方式一般为电焊、钎焊、铆接。随着科学技术的发展，工业生产中为了进一步提高三元叶轮的气动性能，对变径圆角的三元叶轮需求量越来越大，现有存在的三元叶轮所能提供的气动性能已越来越满足不了现在市场的需求。

现在亟需解决的技术问题是如何设计一种铣制半开式三元叶轮，该铣制半开式三元叶轮可以提高三元叶轮的气动性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理、可提高三元叶轮气动性能的铣制半开式三元叶轮。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：一种铣制半开式三元叶轮，包括轮毂与叶片，叶片均匀分布设置在轮毂上，叶片径向呈空间扭曲状，轮毂与叶片构成气流通道，轮毂与叶片一体成型，轮毂与叶片连接处设置有圆角，其中，圆角为轮毂与叶片的吸力面连接处的倒角，且该圆角为变径圆角。

进一步地，铣制半开式三轮叶片采用五轴联动数控机床加工制成。采用该方式加工制成的三元叶轮既可以提高铣制半开式三元叶轮的加工的精度。

进一步地，相邻两叶片之间的距离沿轮毂径向逐渐增大；叶片的最大切深沿轮毂径向逐渐减小。

进一步地，轮毂和叶片的制作材料为00Cr13Ni5Cu2Mo2Nb。

进一步地，轮毂中心设置有通孔，围绕通孔在轮毂上设置有至少两个固定孔。

进一步地，通孔内固定设置有连接轴，在连接轴靠近叶片的一端设置有锁紧螺母。

进一步地，锁紧螺母一端封闭为圆弧面，另一端与连接轴螺纹连接将连接轴锁紧在轮毂上。

本实用新型提供的铣制半开式三元叶轮的有益效果在于，结构简单，通过在铣制半开式三元叶轮中设置变径圆角，可降低气流通过铣制半开式三元叶轮时的气动性能损失，提高铣制半开式三元叶轮的气动性能。

附图说明

图1为本实用新型的铣制半开式三元叶轮优选实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的铣制半开式三元叶轮图1所示实施例的B-B剖面的结构示意图；

图3为本实用新型的铣制半开式三元叶轮图1所示实施例的另一剖面结构示意图。

附图标记：

1-轮毂； 2-叶片； 21-叶片吸力面。

具体实施方式

为克服现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种铣制半开式三元叶轮。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例保护范围的限制。

实施例1

参照图1-图3，本实施例提供的铣制半开式三元叶轮是为了解决现有技术中半开式三元叶轮的气动性能低的问题，本实施例提供的铣制半开式三元叶轮包括一体成型的轮毂1、叶片2，叶片2均匀分布设置在轮毂1上，轮毂1与叶片2构成气流通道，叶片1径向呈空间扭曲状，铣制半开式三元叶轮设置有变径圆角，变径圆角曲面通过球头高速钢刀具的球头部往复点面切割制成，其中，铣制半开式三元叶轮的圆角为轮毂1与叶片2的连接面与叶片吸力面21的倒角。

众所周知，鼓风机由电机等原动机带动叶轮旋转，将原动机的机械能转变为被输送流体的动能和压力能。在与叶轮同步旋转的空间坐标系(R、φ、Z)中，任何空间一点均可由此坐标系确定。任何一点的流速W可表示为该点坐标的函数W＝f(R，φ，Z)，这就是三元流的基本概念。通过三元流动计算，可以得到三元叶轮任意点的流速。用三元流理论与CFD流体力学计算和优化相结合的方法，寻找不同的流动和几何参数的最优组合，从设计上保证铣制半开式三元叶轮的高效性能。现有技术中半开式三元叶轮的叶片2与轮毂1之间采用拼装制成，即轮毂1与叶片2是通过相互独立的生产工艺得到相应产品之后通过焊接、铆接等方式拼接形成的。在拼接处轮毂1与叶片2接触处必产生不平滑过渡，这样就对通过的气流的流动性能产生影响，降低其气动性能。

通过本实施例提供的铣制半开式三元叶轮将轮毂1与叶片2采用同一毛坯料上一体加工成型，并且在轮毂1与叶片2连接处设置有平滑过渡的变径圆角，使通过本实施例的铣制半开式三元叶轮的气流能够不受阻碍，顺利通过，减少了气流通过铣制半开式三元叶轮时的能量损失，提高了铣制半开式三元叶轮的气动性能。

在具体实施生产某型号铣制半开式三元叶轮的过程中，包括刀具的选择、加工设备的选择、加工方式的选择。刀具的选择，铣制半开式三元叶轮是指轮毂1和叶片2在同一毛坯体上进行的整体加工，轮毂1和叶片吸力面21连接处形成的倒角是该铣制半开式三元叶轮的圆角，圆角由R20渐变至R4称为本实施例中铣制半开式三元叶轮的变径圆角。铣制半开式三元叶轮的刀具采用球头高速钢刀具，将CAD设计的模型，通过CAM软件模块计算后产生刀位轨迹，同时根据相邻两叶片2之间的距离，叶片切深等因素，尽量选择直径大的刀具，规划刀位确定刀具的规格型号，确定刀具型号是R4X15X110X6°，刀具球头半径为4mm，刃长15mm，全长110mm，全锥度是6度。加工设备的选择，铣制半开式三元叶轮在加工中有很大的难度，变径圆角又是机械加工的难点。叶轮的加工质量直接影响整机的动力性能和机械效率，所以生产本实施例涉及的铣制半开式三元叶轮采用数控整体加工。

本实施例中涉及的铣制半开式三元叶轮为铣制叶轮，在轮毂1与叶片2连接处设置变径圆角，提高了半开式三轮叶片的气动性能.

进一步地，本实施例提供的铣制半开式三轮叶片采用五轴联动数控机床加工制成，加工设备采用立式五轴联动高速加工中心，数控机床主要参数X轴行程600mm，Y轴行程450mm，Z轴行程450mm，C轴旋转范围0°-360°，A轴摆动范围-90°-90°，数控系统为SIEMENS840D。该数控铣床的加工精度高，加工质量稳定、可靠，有高度柔性。加工方式的选择，铣制半开式三元叶轮的叶片吸力面21和轮毂1面的倒角是铣制半开式三元叶轮的圆角，圆角由R20渐变至R4称为变径圆角。

在进行五坐标加工编程时，加工策略划分对于产品质量是很重要的，尤其是复杂产品的数控编程时，要求更高。铣制半开式三元叶轮的加工程序一共分为5个部分。分别是叶轮粗加工程序、叶片2前圆程序、叶片2精铣程序、轮毂1程序和圆角程序。先进行叶轮粗加工程序，采用球头高速钢刀具，使用三角形的走刀方式，分13层逐步进行切削，每层切深6mm，去除大部分的余量，叶片2前缘、叶片吸力面21和压力面、轮毂面、圆角面分别留0.7mm余量。进一步的进行叶片2前圆程序，球头高速钢刀具贴合前圆部位，分10层进行切削，去除掉0.7mm的余量。进一步的进行叶片2精铣程序，走刀方式是使用刀具的侧刃从叶轮的出口处进刀，绕着叶片吸力面和压力面进行精铣，去除0.7mm的余量。进一步的进行轮毂1程序，采用球头高速钢刀具，用条形的加工方式精铣轮毂，去除0.7mm的余量。

采用五轴联动数控机床进行叶轮加工，既可以保证刀具的球头部分对叶片2进行准确的切削，又可以利用其转动轴工作以避免刀具的刀体部分与工件其它部分发生干涉或过切，充分满足叶轮零件生产要求。

进一步地，相邻两叶片2之间的距离沿轮毂1径向逐渐增大；叶片2的最大切深沿轮毂1径向逐渐减小。叶片2之间距离从轮毂1中心处向外逐渐增大，气流进口小而出口宽度逐渐增大，从而经过该出的气流的气压减小，从而降低了流速，降低了气流与叶片2和轮毂之间的摩擦，较少噪声，从而提高了气动效率，槽道变宽，叶轮槽道气体流速减小，因此可以避免汽蚀或减缓汽蚀现象发生。使气流更加平稳，效率更高。

进一步地，加工本实施例中涉及的铣制半开式三元叶轮的轮毂1和叶片2毛坯材料型号为00Cr13Ni5Cu2Mo2Nb，该型号的钢材为沉淀硬化不锈钢，具有高强度。材料硬度高保障铣制成型的铣制半开式三元叶轮结构更强。

实施例2

参照实施例1，本实施例提供的铣制半开式三元叶轮的轮毂1中心设置有通孔，围绕通孔在轮毂1上设置有至少两个固定孔。在轮毂1中心设置通孔并安插用于固定在鼓风机上的连接件，既能保障铣制半开式三元叶轮转动过程中产生偏心现象，还避免了连接件对气流的影响。在轮毂1的通孔周围均匀设置至少两个固定孔的目的是通过外部紧固件将连接件紧固在轮毂1上，进一步增强结构的稳定性。

进一步地，本实施例提供的铣制半开式三元叶轮的通孔内固定设置有连接轴，在连接轴靠近叶片的一端设置有锁紧螺母。通过锁紧螺母将连接轴在轮毂的另一侧固定，锁紧螺母限制了连接轴沿轮毂1的轴向和径向运动。

锁紧螺母一端封闭为圆弧面，另一端与连接轴螺纹连接将连接轴锁紧在轮毂1上。锁紧螺母远离轮毂1的一端与气流接触，所以将该端封闭并设置为圆弧面，进一步优选设计成圆顶面，这样气流在经过锁紧螺母时可以减缓摩擦，减少气流动能转换为热能造成损失。

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 (8)

1.一种铣制半开式三元叶轮，其特征在于，包括轮毂与叶片，所述叶片均匀分布设置在所述轮毂上，所述轮毂与所述叶片一体成型构成气流通道，所述轮毂与所述叶片连接处设置有圆角，其中，所述圆角为所述轮毂与所述叶片的吸力面连接处的倒角，且所述圆角为变径圆角。

2.如权利要求1所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，所述叶片沿所述轮毂径向呈空间扭曲状。

3.如权利要求1所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，相邻两所述叶片之间的距离沿所述轮毂径向逐渐增大，所述叶片的最大切深沿所述轮毂径向逐渐减小。

4.如权利要求1所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，所述轮毂与叶片的材料为00Cr13Ni5Cu2Mo2Nb。

5.如权利要求1-4中任一项所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，所述轮毂中心设置有通孔，围绕所述通孔在所述轮毂上设置有至少两个固定孔。

6.如权利要求1所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，所述变径圆角的半径范围为4mm-20mm。

7.如权利要求5所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，所述通孔内固定设置有连接轴，在所述连接轴靠近所述叶片的一端设置有锁紧螺母。

8.如权利要求7所述的铣制半开式三元叶轮，其特征在于，所述锁紧螺母一端封闭为圆弧面，另一端与所述连接轴螺纹连接将所述连接轴锁紧在所述轮毂上。