CN214424762U - 用于空气压缩机的叶轮及空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于空气压缩机的叶轮，其包括轮盘以及沿叶轮的周向均匀地布置在轮盘上的多个叶片，每个叶片具有前端、尾端以及在所述前端与所述尾端之间延伸的本体。多个叶片中的至少一些叶片的本体靠近尾端形成有斜切面，斜切面被构造成使得当叶轮旋转以压缩空气时，空气作用于所述至少一些叶片的斜切面而对所述至少一些叶片施加第一合力，第一合力具有沿叶轮的轴向由低压侧指向高压侧的轴向分量。本申请还提供了一种包括前述叶轮的空气压缩机。当在空气压缩机中应用根据本申请的叶轮时，能够降低推力轴承所承受的轴向力，以降低推力轴承的损耗，从而提高推力轴承的使用寿命并且保证空气压缩机的可靠运行。

Description

用于空气压缩机的叶轮及空气压缩机

技术领域

本申请涉及空气压缩机领域，尤其涉及用于空气压缩机的叶轮及空气压缩机。

背景技术

空气压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。空气压缩机作为气源装置已被广泛应用于各个行业中。例如，电动空气压缩机在车辆中被用作制动用的气源、涡轮增压器的气源或燃料电池的气源等。

空气压缩机通常包括壳体、叶轮和驱动装置(例如，电动机)。叶轮被联接到驱动装置的转轴并在该转轴的带动下高速旋转，将空气吸入壳体并使空气随着叶轮的旋转而被压缩。由于旋转中的叶轮两侧空气压力不同，即，高压侧的空气压力大于低压侧的空气压力，因而使叶轮受到沿叶轮的轴向由高压侧指向低压侧的推力。在推力的作用下，叶轮趋向于沿推力方向发生位移，因而趋向于带动转轴沿推力方向发生位移。通常通过设置推力轴承并使推力轴承在轴向上接合从转轴径向延伸的径向突部来阻止这种位移。也就是说，通过使推力轴承在轴向上接合该径向突部来抵消推力。在这种情况下，巨大的轴向力作用于推力轴承。需要降低这种轴向力，否则会使推力轴承处于较高的温度水平，从而加快推力轴承的磨损，导致推力轴承的使用寿命降低，甚至使空气压缩机发生故障。因此，在空气压缩机中必须考虑降低这种轴向力。

现有技术中已经存在对空气压缩机的部件进行改进以降低轴向力的各种方案，例如，(1)在叶轮的轮盘与叶片相反的一侧上设置背叶片以降低轴向力，(2)设置平衡盘以降低轴向力，以及(3)采用背靠背对置的叶轮布置方式以使多组叶轮受到的推力相互抵消以降低轴向力等。但是，这些方案会导致空气压缩机的结构复杂，并且增大空气压缩机的尺寸。

实用新型内容

为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本申请提供了一种改进的用于空气压缩机的叶轮以及包括前述叶轮的空气压缩机。

根据本申请的一方面，提供了一种用于空气压缩机的叶轮，所述叶轮包括轮盘以及沿所述叶轮的周向均匀地布置在所述轮盘上的多个叶片，每个所述叶片具有前端、尾端以及在所述前端与所述尾端之间延伸的本体，

所述多个叶片中的至少一些叶片的本体靠近尾端形成有斜切面，所述斜切面被构造成使得当所述叶轮旋转以压缩空气时，空气作用于所述至少一些叶片的所述斜切面而对所述至少一些叶片施加第一合力，所述第一合力具有沿所述叶轮的轴向由低压侧指向高压侧的轴向分量F_分。

优选地，所述多个叶片中的每个叶片的本体靠近尾端形成有所述斜切面。

优选地，所述多个叶片的仅其中一些叶片的本体靠近尾端形成有所述斜切面，并且所述其中一些叶片关于所述叶轮的轴向对称地排布。

优选地，所述多个叶片中的每个叶片的本体包括：

正压面，所述正压面被配置成在所述叶片旋转时承受空气的正压力；

负压面，所述负压面被配置成在所述叶片旋转时承受空气的负压力，且所述负压面被设置在所述正压面的相反侧；

侧面，所述侧面被配置成连接所述正压面和所述负压面；以及

尾端面，所述尾端面被配置成在所述尾端处连接所述正压面、所述负压面和所述侧面，

其中，所述至少一些叶片的所述本体的正压面和侧面之间靠近尾端的拐角部分被形成为所述斜切面。

优选地，在所述至少一些叶片的所述本体形成有所述斜切面的部段上，所述正压面的轴向宽度小于所述负压面的轴向宽度。

优选地，所述斜切面从所述尾端面沿所述本体朝着所述前端延伸。

优选地，所述空气压缩机是单级离心式压缩机，所述叶轮是半开式叶轮，并且所述叶片是三元扭曲叶片，所述至少一些叶片的所述本体的所述斜切面的形状和定向均相同，所述轴向分量F_分与所述斜切面的形状和定向的关系由以下公式限定：

其中，Z为所述至少一些叶片的数量；D为所述叶轮的直径；n为所述空气压缩机的设计转速；η为所述空气压缩机的设计流量；B为所述斜切面的长度；L为所述斜切面的宽度；α为所述斜切面与所述正压面的法向的夹角；K为补偿因子，其取决于所述空气压缩机的加工精度以及所述叶轮在旋转时的轴向窜动。

优选地，在所述叶轮旋转以压缩空气时，所述斜切面上形成有气膜，所述气膜具有前端厚度h₁和后端厚度h₀，所述夹角α由

限定，所述前端厚度h₁与所述后端厚度为h₀之比大于1。

优选地，所述多个叶片包括长叶片和短叶片，每个短叶片位于相邻的两个长叶片之间，所述长叶片和所述短叶片呈以下形式中的一种：

所述长叶片和所述短叶片的本体靠近尾端均形成有所述斜切面；

仅所述长叶片的本体靠近尾端形成有所述斜切面；或者

仅所述短叶片的本体靠近尾端形成有所述斜切面。

优选地，在所述长叶片和所述短叶片的本体靠近尾端均形成有所述斜切面的情况下，所述长叶片的斜切面的长度大于所述短叶片的斜切面的长度。

根据本申请的另一方面，提供了一种空气压缩机，所述空气压缩机包括前述的叶轮。

当在空气压缩机中应用根据本申请的叶轮时，能够降低作用于推力轴承的轴向力，以降低推力轴承的损耗，从而提高推力轴承的使用寿命并且保证空气压缩机的可靠运行。

附图说明

下面将结合附图来更彻底地理解并认识本申请的上述和其它方面。应当注意的是，附图仅为示意性的，并非按比例绘制。在附图中：

图1是根据本申请优选实施例的叶轮所应用至的空气压缩机的示意性剖视图；

图2是图1所示的叶轮的示意性立体图；

图3是图1所示的叶轮的另一示意性立体图；

图4是图1所示的叶轮的示意性主视图；

图5是图1所示的叶轮的示意性侧视图；

图6是图5中的虚线区域A的放大视图；

图7示意性地示出了叶片的本体的尾端在叶片没有斜切面的情况下与在叶片的本体形成有从尾端面延伸的斜切面的情况下的比较，其中，虚线C 代表本体的尾端在叶片没有斜切面的情况下的大致轮廓；

图8是示意性地示出用于确定斜切面的受力与斜切面的形状和定向的关系的示意性原理图；以及

图9A和9B分别示出了以如图2至图6所示的叶轮的一种实例为对象针对叶片在没有斜切面的情况下与在形成有斜切面的情况下的压力分布进行CFD仿真的结果。

附图标记列表

1 空气压缩机

3 电动机

5 机壳

7 叶轮压壳

8 叶轮端盖

9 转轴

11 第一径向轴承

13 第二径向轴承

15 径向突部

17 第一推力轴承

19 第二推力轴承

100 叶轮

101 轮盘

103 叶片

105 旋转轴线

107 前端

109 尾端

111 本体

111a 正压面

111b 负压面

111c 侧面

111d 尾端面

113 旋转方向

115 低压侧

117 高压侧

119 斜切面

具体实施方式

下面结合示例详细描述本申请的优选实施例。在本申请的优选实施例中，以单级离心式空气压缩机及其叶轮为例对本申请进行描述。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，且为简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本申请的叶轮和空气压缩机不可包括其它部件。应理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。

在本文中，除非另有说明，否则“轴向”是指空气压缩机的叶轮围绕其旋转的旋转轴线的延伸方向，“径向”是指相对于旋转轴线而言的径向方向，“周向”是指相对于旋转轴线而言的周向方向，即环绕旋转轴线的方向，“法向”是指垂直于表面的方向。此外，在本文中，除非另有说明，否则“轴向宽度”是指沿轴向的宽度，“径向宽度”是指沿径向的宽度。

在本文中，除非另有说明，否则“低压侧”是指空气压缩机的叶轮在旋转以压缩空气时空气压力较低的轴向侧，“高压侧”是指空气压缩机的叶轮在旋转以压缩空气时空气压力较高的轴向侧。在本文中，除非另有说明，否则“正压力”表示大于常压的压力，而“负压力”表示低于常压的压力。

图1示出了根据本申请优选实施例的叶轮100所应用至的空气压缩机1 的示意性剖视图。该空气压缩机1包括压缩机壳体以及安装在压缩机壳体内的电动机3和叶轮100。压缩机壳体包括筒形的机壳5以及连接在该机壳 5一端的叶轮壳体。机壳5被构造成容纳电动机3。叶轮壳体由叶轮压壳7 和叶轮端盖8构成，并且被构造成容纳叶轮100。当组装空气压缩机1时，电动机3被安装在机壳5内，并且电动机3的转轴9延伸到叶轮壳体中。叶轮100被安装到转轴9上以由转轴9带动旋转。具体而言，转轴9通过分别设置在机壳5两端的第一径向轴承11和第二径向轴承13而被能够旋转地支撑，并在其延伸到叶轮壳体中的一端固定叶轮100，以带动叶轮100 旋转。在叶轮端盖8和机壳5之间限定一空间S，径向突部15从转轴9径向延伸到该空间S中。第一推力轴承17和第二推力轴承19设置在该空间 S内并分别位于该径向突部15的轴向两侧，以对转轴9进行轴向定位。

当叶轮100在转轴9的带动下高速旋转(例如，转速高达100000rpm) 时，空气被吸入叶轮壳体并随着叶轮100的旋转而被压缩。这使得叶轮100 的高压侧117的空气压力大于低压侧115的空气压力。由于叶轮100两侧空气压力不同，因而使叶轮100受到沿轴向由高压侧117指向低压侧115 的推力F_推。在推力F_推的作用下，叶轮100趋向于沿推力F_推的方向发生位移，因而趋向于带动转轴9沿推力F_推的方向发生位移。第一推力轴承17 在轴向上接合径向突部15以抵消该推力F_推，从而防止转轴9和叶轮100 发生位移。在这种情况下，沿轴向由高压侧117指向低压侧115的轴向力作用于第一推力轴承17。

根据本申请优选实施例的叶轮100的构型被设计成降低作用于第一推力轴承17的轴向力，优选地将该轴向力降低到第一推力轴承17的额定载荷以下，更优选地将该轴向力完全抵消。下面以半开式叶轮为例详细描述叶轮100的示例性构型。

如图2至图5所示，叶轮100为半开式叶轮，其包括轮盘101以及布置在该轮盘101上的多个叶片103。轮盘101呈大致圆盘形状，并且限定叶轮100的直径。轮盘101还限定叶轮100的旋转轴线105(图5)。叶片103 是三元扭曲叶片，并且沿叶轮100的周向均匀地排布在该轮盘101上。叶片103和轮盘101可以由任何合适的材料制成。叶片103可以与轮盘101 一体形成(例如，通过铸造后修光成型、电火花加工、石蜡精密铸造和数控加工)，或者单独形成并随后连接(例如，通过焊接或插接)到轮盘101。

轮盘101被构造成能够安装到电动机3的转轴9上并且由转轴9带动以绕着旋转轴线105旋转。每个叶片103具有前端107、尾端109以及在前端107与尾端109之间延伸的本体111。前端107界定叶片进口，尾端109 界定叶片出口。如图5所示，叶片103的本体111包括：正压面111a，其被配置成在叶片103旋转时承受空气的正压力；负压面111b，其被配置成在叶片103旋转时承受空气的负压力，且负压面111b被设置在正压面111a 的相反侧；侧面111c，其被配置成连接正压面111a和负压面111b，并且限定本体111的厚度，换言之，侧面111c是叶片103的在厚度方向上的一侧的表面；以及尾端面111d，其被配置成在尾端109处连接正压面111a、负压面111b和侧面111c，换言之，尾端面111d是叶片103在尾端109处的端面。此外，如图2至图4所示，叶片103的前端107为线型，以便于空气流入相邻的叶片103之间。但应理解，叶片103的前端107也可以呈其它任何合适的构型。

叶片103被构造成在叶轮100绕着旋转轴线105沿旋转方向113(如图 5中的箭头所指示的，通常为单个旋转方向)旋转时对空气做功，使空气随着叶轮100的旋转而被压缩。相邻叶片103的本体111在其间限定流动通道，空气在相邻叶片103的前端107之间进入流动通道，并从相邻叶片103 的尾端109之间离开流动通道。叶片103对空气做功以提高空气的压力和动能。这使得叶轮100的低压侧115(图5)的空气压力小于高压侧117的空气压力。在叶片103旋转时，叶片103的本体111的正压面111a承受空气的正压力，并且负压面111b承受空气的负压力。

多个叶片103中的至少一些叶片(在图2至图5中为所有叶片)的本体111靠近尾端109形成有斜切面119。斜切面119被构造成使得当叶轮100 旋转以压缩空气时，空气作用于所述至少一些叶片的斜切面119而对所述至少一些叶片施加第一合力F_合，所述第一合力F_合具有沿叶轮100的轴向 (即，沿旋转轴线105的延伸方向)由低压侧115指向高压侧117的轴向分量F_分。如上所述，作用于第一推力轴承17的轴向力在沿轴向由高压侧 (117)指向低压侧(115)的方向上。因此，轴向分量F_分的方向与该轴向力的方向相反。轴向分量F_分能够降低该轴向力，优选地将该轴向力降低到第一推力轴承17的额定载荷以下，更优选地将该轴向力完全抵消。换言之，该轴向分量F_分能够至少部分地抵消作用于第一推力轴承17的轴向力。这使得能降低第一推力轴承17的损耗，从而提高第一推力轴承17的使用寿命，并且保证空气压缩机1的可靠运行。

此外，与现有技术中已经存在的降低轴向力的各种方案(例如，背景技术中的方案(1)、(2)和(3))相比，这种叶轮100结构简单且易于加工制造，可以在不增大空气压缩机的尺寸的情况下降低轴向力，因而有利于空气压缩机的小型化。这能够使根据本申请的叶轮100所应用至的空气压缩机尤其适用于空间有限的应用。

尽管在图2至图5中示出为多个叶片103中的每个叶片103的本体111 靠近尾端109均形成有斜切面119，但应理解，在其它部分实施例中，多个叶片103中的仅其中一些叶片103的本体111靠近尾端109形成有斜切面 119，并且所述其中一些叶片103关于叶轮100的轴向对称地排布，以确保整个叶轮100受力均匀。

下面详细描述斜切面119的示例性构型。如图5至图6所最佳示出的，叶片103的本体111的正压面111a和侧面111c之间靠近尾端109的拐角部分被形成为斜切面119。也就是说，斜切面119在正压面111a和侧面111c 之间延伸并且连接正压面111a和侧面111c。在图5和图6所示的实施例中，斜切面119从尾端面111d沿本体111朝着前端107延伸。尽管在图5和图 6中示出为斜切面119没有延伸到负压面111b，但应理解，在其它部分实施例中，斜切面119也可以被形成为刚好与负压面111b的边缘相交。

进一步参考图7，图7示意性地示出了叶片103的本体111的尾端109 在本体111没有斜切面119的情况下与在本体111形成有前述斜切面119 的情况下的比较，其中，虚线C代表本体111的尾端109在本体111没有斜切面119的情况下的大致轮廓。在图7中，箭头G代表本体111的尾端 109在叶轮100绕着旋转轴线105沿旋转方向113旋转时的运动方向，箭头 E代表沿叶轮100的轴向由低压侧115指向高压侧117的方向。从图7中可以看出，与本体111没有斜切面119的情况相比，在本体111形成有前述斜切面119的情况下，当叶轮100绕着旋转轴线105沿旋转方向113旋转时，空气作用于斜切面119，使斜切面119受到垂直于斜切面119的力f，该力 f具有沿箭头E的方向的分量f₁。也就是说，当叶轮100绕着旋转轴线105 沿旋转方向113旋转时，空气作用于斜切面119以对斜切面119施加力f，该力f具有沿叶轮100的轴向由低压侧115指向高压侧117的轴向分量f₁。因此，当叶轮100绕着旋转轴线105沿旋转方向113旋转以压缩空气时，空气作用于叶轮100的叶片103的所有斜切面119而对叶轮100施加第一合力F_合，该第一合力F_合具有沿叶轮100的轴向由低压侧115指向高压侧 117的轴向分量F_分。如上所述，该轴向分量F_分能够降低作用于第一推力轴承17的轴向力，优选地将该轴向力降低到第一推力轴承17的额定载荷以下，更优选地将轴向力完全抵消。换言之，该轴向分量F_分能够至少部分地抵消作用于第一推力轴承17的轴向力。

继续参考图5至图7，可以看出，在本体111形成有前述斜切面119的情况下，在本体111的形成有斜切面119的部段上，正压面111a的轴向宽度小于负压面111b的轴向宽度。当叶轮100绕着旋转轴线105沿旋转方向 113旋转以压缩空气时，这种构型使得在该部段上总是作用着前述的力f。

下面参考图6和图8描述在斜切面119从本体111的尾端面111d开始延伸的情况下，轴向分量F_分的大小与斜切面119的形状和定向的关系。

斜切面119的形状和定向由以下三个参数限定：(1)长度B，其是斜切面119从本体111的尾端面111d沿本体111朝着前端107延伸的弧长，单位为mm；(2)宽度L，其是斜切面119在正压面111a和侧面111c之间延伸的距离，单位为mm；(3)斜切面119与正压面111a的法向的夹角α。

在叶轮100旋转以压缩空气时，斜切面119上形成有气膜。如图8所示意性地示出的，根据气膜理论对单个斜切面119在叶轮100旋转时空气作用于斜切面119使其受到的力f的轴向分量f₁进行分析，轴向分量f₁的大小由以下公式(1)限定：

其中，P是作用于于斜切面119的空气压力沿着轴向的分量，单位为bar。

在叶片103的本体111的斜切面119的形状和定向均相同的情况下，轴向分量F_分等于斜切面的数量Z(即，叶轮100中的形成有斜切面119的叶片103的数量)与单个斜切面119受到的力f的轴向分量f₁的乘积，即：

F_分＝Z·f₁ (2)

轴向分量F_分与斜切面119的形状和定向的关系由以下公式(3)限定：

其中，n为叶轮100的设计(工况)转速，单位为rpm；η为空气压缩机1的设计(工况)流量，单位为g/s；D为叶轮100的直径，单位为mm； K为补偿因子，其取决于空气压缩机1的加工精度(尤其是空气压缩机1 的压壳7的加工精度)和叶轮100在旋转时的轴向窜动(由转轴9在稳定转速下的轴向跳动导致)，K的值可以在0.5-1.5的范围内、在0.8-1.2的范围内、在0.9-1.1的范围内或者这些范围中的任何值以及其它合适的值，在理想状态下为1。

基于气膜理论并且如图8所示意性地示出的，斜切面119上的气膜的前端厚度h₁等于斜切面119的前缘(即，斜切面119与正压面111a的相交边缘)与叶轮压壳7内壁之间的间隙，并且后端厚度为h₀等于斜切面119 的后缘(即，斜切面119与侧面111c的相交边缘)与叶轮压壳7内壁之间的间隙。应理解，在图8中将叶轮压壳7的内壁的一部分描绘为平面仅是示意性的，并且为了解释原理。叶轮压壳7的内壁实际为环形曲面。如图8 所示，前端厚度h₁和后端厚度为h₀与斜切面119的宽度L和夹角α的关系由以下公式(4)限定：

前端厚度h₁与后端厚度为h₀之比大于1，优选地为2.2。

由公式(3)可知，当确定轴向分量F_分的大小时，可以确定斜切面119 的形状和定向之间的关系。如上所述，轴向分量F_分的期望大小可以等于期望将作用于第一推力轴承17的轴向力降低的量。轴向分量F_分的期望大小可以由空气压缩机1的设计者、生产者或者使用者给出。例如，可以在设计空气压缩机期间，在根据设计要求进行叶轮CFD流体仿真确定叶片初步三维结构尺寸(此时叶片还没有形成上述斜切面)及叶片数量并且确定作用于推力轴承的轴向力之后，确定期望将该轴向力降低的量，从而确定轴向分量F_分的期望大小。又例如，可以对已经制造的空气压缩机中的作用于推力轴承的轴向力进行模拟计算和测量，以确定期望将该轴向力降低的量，从而确定轴向分量F_分的期望大小。随后，在通过上述公式确定斜切部119 的具体形状和定向。

继续参考图9A和图9B，图9A和9B分别示出了以如图2至图6所示的叶轮100的一种实例为对象针对叶轮100的叶片103在没有斜切面119 的情况下与在形成有斜切面119的情况下的压力分布进行CFD仿真的结果。在该实例中，空气压缩机1的进气温度和进气压力分别为25℃和1bar；空气压缩机1的设计流量为70g/s；叶轮100的设计转速为100000rpm；叶轮100的直径D为70mm。在叶片103没有斜切面119的情况下，作用于第一推力轴承17的轴向力为45.7N。

期望将该轴向力降低10％。因此，在上述公式中，n＝100000rpm，η＝70g/s，F_分＝4.6N。使叶轮100的13个叶片103均形成有相同形状和定向的斜切面119，即，Z＝13。取理想状态下，K＝1。

将这些参数代入公式(4)，可以确定斜切面119的形状和定向之间的关系。在一种方案中，使B＝10.2mm，L＝0.5mm，α＝22°，h₁＝0.6mm且 h₀＝0.4mm，相应地使叶片103形成有斜切面119。针对叶轮100的叶片103 在没有斜切面119的情况下与在形成有斜切面119的情况下的压力分布进行CFD仿真，得到图9A和图9B中所显示以及表1中所列出的结果：

表1

从上表1可以看出，与没有斜切面119的情况相比，在形成有斜切面 119的情况中，作用于第一推力轴承17的轴向力被降低了4.6N，而空气压缩机的压比仅减低了0.02％。由此，可以证明，通过使叶片103的本体111 靠近尾端109形成有斜切面119，可以有效降低作用于第一推力轴承17的轴向力，并且不会显著影响空气压缩机1的性能。

尽管在图2至图5所示的的实施例中所有叶片具有相同的三元扭曲构型，但应理解，在其它部分实施例中，所有叶片可以具有不同的三元扭曲构型，例如长短叶片的组合。长叶片和短叶片沿叶轮的周向方向均匀地排布，且短叶片位于两个相邻的长叶片之间。长叶片和短叶片呈以下形式中的一种：(1)长叶片和短叶片的本体靠近尾端均形成有前述斜切面；(2) 仅长叶片的本体靠近尾端形成有前述斜切面；或者(3)仅短叶片的本体靠近尾端形成有前述斜切面。此外，考虑到长叶片和短叶片承受的气流差别，在长叶片和短叶片的本体靠近尾端均形成有前述斜切面的情况下，长叶片的斜切面的长度可以大于短叶片的斜切面的长度。此外，还应理解，在其它部分实施例中，叶片也可以具二元构型。

如在本文中使用的，术语“第一”和“第二”用于将一个元件或部段与另一个元件或部段区分开来，但是这些元件和/或部段不应受到此类术语的限制。

以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。例如，在优选实施例中以用于单级离心式空气压缩机的叶轮为例对本申请进行了描述，但是，不仅在单级离心式空气压缩机上，而且在多级离心式空气压缩机、轴流式空气压缩机或具有高速旋转的叶片的其它流体机械上，本申请都可获得应用。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。

Claims (10)

1.一种用于空气压缩机的叶轮(100)，所述叶轮(100)包括轮盘(101)以及沿所述叶轮(100)的周向均匀地布置在所述轮盘(101)上的多个叶片(103)，每个所述叶片(103)具有前端(107)、尾端(109)以及在所述前端(107)与所述尾端(109)之间延伸的本体(111)，

其特征在于，所述多个叶片(103)中的至少一些叶片的本体(111)靠近尾端(109)形成有斜切面(119)，所述斜切面(119)被构造成使得当所述叶轮(100)旋转以压缩空气时，空气作用于所述至少一些叶片的所述斜切面(119)而对所述至少一些叶片施加第一合力，所述第一合力具有沿所述叶轮(100)的轴向由低压侧(115)指向高压侧(117)的轴向分量F_分。

2.根据权利要求1所述的叶轮(100)，其特征在于：

所述多个叶片(103)中的每个叶片的本体(111)靠近尾端(109)形成有所述斜切面(119)；或者

所述多个叶片(103)的仅其中一些叶片的本体(111)靠近尾端(109)形成有所述斜切面(119)，并且所述其中一些叶片关于所述叶轮(100)的轴向对称地排布。

3.根据权利要求2所述的叶轮(100)，其特征在于，所述多个叶片(103)中的每个叶片的本体(111)包括：

正压面(111a)，所述正压面(111a)被配置成在所述叶片(103)旋转时承受空气的正压力；

负压面(111b)，所述负压面(111b)被配置成在所述叶片(103)旋转时承受空气的负压力，且所述负压面(111b)被设置在所述正压面(111a)的相反侧；

侧面(111c)，所述侧面(111c)被配置成连接所述正压面(111a)和所述负压面(111b)；以及

尾端面(111d)，所述尾端面(111d)被配置成在所述尾端(109)处连接所述正压面(111a)、所述负压面(111b)和所述侧面(111c)，

其中，所述至少一些叶片的所述本体(111)的正压面(111a)和侧面(111c)之间靠近尾端(109)的拐角部分被形成为所述斜切面(119)。

4.根据权利要求3所述的叶轮(100)，其特征在于，在所述至少一些叶片的所述本体(111)形成有所述斜切面(119)的部段上，所述正压面(111a)的轴向宽度小于所述负压面(111b)的轴向宽度。

5.根据权利要求4所述的叶轮(100)，其特征在于，所述斜切面(119)从所述尾端面(111d)沿所述本体(111)朝着所述前端(107)延伸。

6.根据权利要求5所述的叶轮(100)，其特征在于，所述空气压缩机是单级离心式压缩机，所述叶轮(100)是半开式叶轮，并且所述叶片(103)是三元扭曲叶片，所述至少一些叶片的所述本体(111)的所述斜切面(119)的形状和定向均相同，所述轴向分量F_分与所述斜切面(119)的形状和定向的关系由以下公式限定：

其中，Z为所述至少一些叶片的数量；D为所述叶轮(100)的直径；n为所述空气压缩机的设计转速；η为所述空气压缩机的设计流量；B为所述斜切面(119)的长度；L为所述斜切面(119)的宽度；α为所述斜切面(119)与所述正压面(111a)的法向的夹角；K为补偿因子，其取决于所述空气压缩机的加工精度以及所述叶轮(100)在旋转时的轴向窜动。

7.根据权利要求6所述的叶轮(100)，其特征在于，在所述叶轮(100)旋转以压缩空气时，所述斜切面(119)上形成有气膜，所述气膜具有前端厚度h₁和后端厚度h₀，所述夹角α由

限定，所述前端厚度h₁与所述后端厚度为h₀之比大于1。

8.根据权利要求1所述的叶轮(100)，其特征在于，所述多个叶片(103)包括长叶片和短叶片，每个短叶片位于相邻的两个长叶片之间，所述长叶片和所述短叶片呈以下形式中的一种：

所述长叶片和所述短叶片的本体(111)靠近尾端(109)均形成有所述斜切面(119)；

仅所述长叶片的本体(111)靠近尾端(109)形成有所述斜切面(119)；或者

仅所述短叶片的本体(111)靠近尾端(109)形成有所述斜切面(119)。

9.根据权利要求8所述的叶轮(100)，其特征在于，在所述长叶片和所述短叶片的本体(111)靠近尾端(109)均形成有所述斜切面(119)的情况下，所述长叶片的斜切面(119)的长度大于所述短叶片的斜切面(119)的长度。

10.一种空气压缩机，其特征在于，所述空气压缩机包括根据权利要求1至9中任一项所述的叶轮(100)。

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