CN86101458A - 离心流体型回转机械的叶轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种离心流体型回转机械的叶轮包括叶轮叶片，每个叶片有一个凹陷的和凸起的表面，其形状为与回转轴倾斜一个角度的平行基体，该角度为每个叶轮叶片角度。一种生产叶轮的方法包括使叶轮主盘材料相对于机床工作台倾斜一个所需角度。在放在回转分度夹具上后，牢固地将主盘安装在工作台上，在左右，前后和上下方向由一个三轴控制器控制主盘的三个轴向位置并由切削工具切去主盘或侧盘，整体形成主盘上的叶轮叶片。

Description

本发明涉及一种用在涡轮发电机中蒸汽涡轮机润滑油泵的叶轮以及一种离心流体型回转机械，如：高压泵、离心压缩机和离心风机的叶轮及其它们的制造方法。

现在参照图5到图9说明光有技术的叶轮及其制造方法。

图5a表示用在流体机械如泵和包括使用通常工艺的离心叶轮的离心压缩机中的叶轮截面。图5b表示沿图5a中Ⅴb-Ⅴb线截取的截面。数字1代表回转轴，2代表固着在固转轴1上叶轮的主盘，3代表叶轮片，4代表一个侧盘，5代表将流体有效地引入叶轮的整流叶片。

先有技术中的高速回转叶轮靠切去主盘2使在其上整体形成叶轮叶片并由铆钉或焊接将叶轮叶片3与侧盘4联接来制造。或者，叶轮靠切去侧盘4使在其上整体形成叶轮叶片3并将叶轮叶片3与主盘2联接来制造。

通常的叶轮包括叶轮叶片，所有的叶轮叶片在垂直于主轴的任何截面上以相同截面形成，如图5a和图5b所示。更具体地说，叶轮叶片的凹表面和凸表面形成在平行于叶轮轴的基体上。基体为包含在一个曲面，如锥面、圆柱面等内的一个直线部件。由于叶轮叶片具有这样的形状，就可以采用一个固着在动轴S的端面成形铣刀EM切去主盘2，使叶轮叶片整体形成在主盘2上。该动轴S受控以Z方向运动，即以垂直于X-Y平面的叶轮轴方向运动。如图9所示。

近年来，设计上的各种改进都是要增加流体机械的效率，特别是从叶轮形状的改进增加效率。与通常的叶轮叶片（参阅图6a和6b）相此，设计上的一个改进是将流体吸入叶轮叶片侧的叶轮叶片3内顶端E延伸到轴的内径。这样做的目的在于减少由于叶片内顶端的振动的损失和在叶片3内顶端E处流体圆周速度减慢的流体损失并在流体基本上以轴向流动的流体L引入回转叶轮时减小相对于叶片的流体相应进口速度Ⅳ。

在这种情况下，由于叶片顶端E的半径在主盘2一侧和侧盘4一侧不同，这样，圆周速度PV在主盘2一侧和在侧盘4一侧也不同。因此，流体的相应进口角度Ⅳ在主盘2一侧和在侧盘4一侧有很大不同，如图7a，7b和7C所示。为了以这种方式有效地根据在主盘2一侧和侧盘4一侧不同的相应进口角度IA吸入流体，必须形成带有在轴向不同截面的叶轮叶片3，即由图8中轴向叶轮叶片截面形状图示的三维叶轮叶片，其中，侧盘4被移去。这样，必须加工主体2或侧盘4，使每个叶轮叶片3在叶轮圆周方向以相等间隔具有这样复杂的形状。

一般地说，只采用图9所示的带有三轴控制器的加工机械不可能形成这种包括扭转的叶轮，而要求采用具有所谓主轴控制器的加工机械，这种机械能够控制绕在于垂直于刀具轴的转动轴的平面中两个互相垂直的轴使刀具轴转动。具有这种复杂控制器的加工机械非常昂贵因此，产品的成本增加并且不能获得便宜的和有新的产品。

本发明的目的是要提供一种包括叶轮叶片的叶轮，特别是具有能由使用带有三轴控制器的加工机械即可制造的形状的三维叶轮叶片，以及其制造方法。

根据本发明，第一个目的由一个带有叶轮叶片的离心流体型回转机械叶轮实现，该叶轮包括叶轮叶片，每个叶轮叶片具有相对于回转轴倾斜一个每个叶片确定的角度的平行基体上的凹凸表面。

第二个目的由叶轮的制造方法实现，该方法包括在三轴控制加工机械的工作台上牢固地安装一个夹具，该夹具能绕相对加工机械转轴方向倾斜的轴转动分度;在夹具上放置一个叶轮主盘材料;为有一个叶轮叶片进行转动分度;控制三轴的转轴，调整其位置并用切削工具在主盘上整体形成叶轮叶片。

许多叶轮叶片要以相等的间距布置在叶轮的圆周上，以形成每个叶片。

三轴控制加工机械的刀具轴转轴方向为主轴，垂直于主轴的工作台板是X轴和Y轴板。当叶轮转轴为Z轴时，叶轮主盘材料用带有转动分度机构的夹具牢固地固定在工作台板上，使Zr轴相对于E轴倾斜一个角度α。主盘材料绕Zr轴转动地被分度。每个叶轮叶片由安装在刀具轴上的刀具成形。依靠固定刀具轴的X和Y轴并只沿Z，轴移动，就能在平行于E轴基体圆柱面上形成每个叶轮叶片的凹表面和凸表面。叶轮叶片的其他部分由以XYZ合成的三轴方向控制刀具轴形成。另一个叶片形成时，夹具的转动分度机构用来绕过Zr轴的一个所需角度，开始形成下一个叶片。

现在将参照附图说明本发明的一种方法和由该方法制造的叶轮，其中：

图1是一个透视图，原理性地图示在由本发明方法制造叶轮时三轴控制加了机械和一个叶轮的排列;

图2a是用本发明方法制造的叶轮的截面图;

图2b是从图2叶轮的一个叶轮叶片基体方向观察的叶轮透视图;

图3是从转动轴方向观察的图2叶轮的前视图;

图4是叶轮的一个透视图，表示图2a叶轮的叶轮叶片朝向叶轮轴和基体的叶轮叶片投影;

图5a是通常工艺制造的叶轮的截面图;

图5b是沿Ⅴb-Ⅴb截取的叶轮的截面图;

图6a是对图5a叶轮改进的叶轮的截面图;

图6b是图6a叶轮的截面图;

图7a是叶轮的截面图，图示图6a叶轮相应流体进口角度;

图7b是沿图7aⅦb-Ⅶb截取的截面图;

图7c是沿图7aⅦc-Ⅶc截取的截面图;

图8是部分放大的视图，表示从叶轮轴方向观察的叶轮形状，其中侧盘被移去;

图9是一个透视图，原理性图示由通常工艺制造叶轮时加工机械的排列和制造中的叶轮。

图2图示了一个由本发明方法制造的并在安装侧盘4之前从根对于主盘2转轴方向倾斜一个角度α观察的叶轮，其中只表示了一个叶片而其它叶片被省略了。由a所示的叶轮叶片形状图示了主盘根部或基部，由b所示的叶片形状图示了相应于侧盘4的根部或基部的部分以这种方式图示的叶片a和b的形状在形成一个后部B形状，即凸表面，和前部F，即凹表面的曲线S₁和S₂上一定部分重叠，并且由一部分公共的光滑曲线形成。就是说，后部B和前部F形成垂直于绘图纸的基体。

由于基体相对于叶轮转轴倾斜一个角度α，叶片的前部在以转轴方向观察时能够看到，同时，由于叶片的后侧挡在叶片后面而不能看到。在这种情况下，其他叶片3被省略。此外，在图2a和图2b中重叠的叶片3前表面F上的点1，2，3……n各自分为点1a和1b，2a和2b，3a和3b，na和nb。由点1a，2a，3a……na表示的曲线表示主盘上根部处叶片的形状，而由点1b，2b，3b……nb表示的曲线表示侧盘上根部处叶片3的形状。

现在将参照图4详细说明由本发明方法制造的叶轮。

叶片3和主盘2在叶轮叶片流体进口端E一侧的曲面之间交点是A，叶片3和侧盘4在进口端一侧曲面之间交点是D。叶轮的转动中轴是Zr。为了简洁说明，只表示了前表面侧，即叶片3的凹侧。对于后表面的说明与对前表面的说明相同，因此，在前表面侧的曲面在下面定义为“叶片的曲面”。在图中，为了绘图的简洁性，只表示一个叶片。

叶片的曲面与主盘侧表面外圆周相交的一点为B，曲面与侧盘外圆周相交的一点为c。以这种方式，三维扭曲的叶片的曲面，由图中标有阴影线的面积ABCD表示。

当叶片的形状以Zr轴方向投影在垂直于轴的平面上时，即，以叶轮轴向投影时，点A、B、C和D的投影点各自为A′，B′，C′和D′并且叶片的曲面与主盘2和侧盘4相交的曲线a和b各自为a′和b′。这样，在平面上投影的曲线并不重合。

当叶片的曲面投影在垂直于Z轴的平面上时，即垂直于Zr轴和Z轴之间形成一个角度α的刀具转轴的平面上时，点A、B、C和D各自投影在点A″，B″，C″和D″并且曲线a和b投影在a″和b″，使两条曲线互相重叠。

本发明的特征在于由形成叶片前后侧曲面构成扭曲的叶轮叶片，该曲表面朝向E轴和轴向之间形成任何角度α的轴向投影时重叠。

尽管上面已经对具有侧盘的叶轮进行说明，但是应当理解到，同样的方法可以于与设有侧盘的主盘一起整体切去的叶轮叶片。

由上述加工方法形成的叶轮叶片的形状包括在主盘一侧的较大的进口角度及在侧盘一侧较小的进口角度，如图3所示。在外圆周端，流体的出口角度对于主盘和侧盘可以基本上一致。出于上述原因，在叶片流体进口端，叶轮叶片的角度可以等于在各自半径位置的流体理论进口角度并且可以获到有效的叶轮。

使用通常的三轴控制的加工机械就能制造高效、经济的叶轮，并能不用大量更新生产设备就能大量加工这种叶轮。

Claims (2)

1、一种离心流体型回转机械的叶轮包括许多围绕叶轮回转轴对称布置的叶轮叶片，其特征在于：由相对于叶轮回转轴倾斜的平行基体形成每个叶片的前曲面和后曲面。

2、一种制造离心流体型回转机械叶轮的方法，其特征在于：绕相对于三轴控制加工机械刀具轴倾斜的轴将一个转动分度的夹具牢固地安装在三轴控制加工机械的工作面上，将叶轮主盘材料方在夹具上;对于每个叶轮叶片实行转动分度;以三轴方向控制刀具轴，调整其位置并用固着在刀具轴上的切削工具由主板材料整体整成每个叶片。

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