[发明专利]分体式超临界二氧化碳闭式叶轮及制造方法

说明书

本公开提供一种分体式超临界二氧化碳闭式叶轮及制造方法，该分体式超临界二氧化碳闭式叶轮包括：同轴设置的叶轮本体、叶轮轮盘以及主轴；叶轮本体，包括：多片叶轮叶片、设置于多片叶轮叶片内侧的轮毂和设置于多片叶轮叶片外侧的轮盖；其中，叶轮叶片、轮毂、轮盖之间分别形成第一闭式流道和半开式流道。本公开提供的分体式超临界二氧化碳闭式叶轮及制造方法解决了传统机械一体加工难以加工复杂流道闭式叶轮的问题；以及增材制造技术，制造精度低，高转速下叶轮寿命难以保证的问题。

技术领域

本公开涉及超临界流体压缩机技术领域，尤其涉及一种分体式超临界二氧化碳闭式叶轮及制造方法。

背景技术

压缩机(Compressor)是热力循环系统的核心部件之一，为循环中的流体工质提供能量，将动能转变为流体工质的压力能，提高流体工质的压力，主要分为离心式压缩机、活塞式压缩机、螺杆压缩机等，均具有其各自的特点，分别适用于不同的场合。本专利所讨论的离心式压缩机具有以下优点：结构紧凑，尺寸小，重量轻；排气连续、均匀；除轴承外，机器内部不需润滑，不污染被压缩的流体；

近年来，超临界二氧化碳压缩机作为特定化工循环、制冷循环、动力循环的核心部件，成为了叶轮机械领域的研究热点。目前，国内外研究的超临界二氧化碳压缩机规模都在10MW级以下，形式上大多采用离心式压缩机。超临界二氧化碳压缩机功率密度大，叶轮尺寸小，对加工制造水平要求极高。采用半开式叶轮的离心式压缩机，受到加工及装配水平所限，叶轮与压缩机机匣之间不可避免的会留有一定的叶尖间隙，由于超临界流体压缩机的工质特性，该型压缩机叶轮叶片高度小，压缩机效率受叶尖间隙影响大。采用闭式叶轮的离心式压缩机，能够有效的减少叶尖间隙泄漏，提高压缩机运行效率。因此，闭式叶轮加工方法成为了超临界二氧化碳离心式压缩机关键技术之一。

然而，在实现本公开的过程中，本申请人发现，现有闭式叶轮加工工艺可分为机械一体加工(例如：五轴加工中心)以及增材制造(例如：3D打印)。超临界流体压缩机工质物性变化剧烈，离心叶轮三维造型复杂，而且超临界流体工质密度大，叶轮流道较为狭窄，对于机械一体加工而言，下刀空间极小，加工精度要求又高，难以完成对闭式叶轮整个流道的一体铣削加工。以3D打印为代表的增材制造技术，尽管能够完成对任意复杂程度几何的制造，但在叶轮机械领域，仍然面临着制造精度低，高转速下叶轮寿命难以保证的问题。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种分体式超临界二氧化碳闭式叶轮及制造方法，以缓解现有技术中的闭式叶轮采用传统机械一体加工难以加工复杂流道闭式叶轮，采用增材制造技术，制造精度低，高转速下叶轮寿命难以保证的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种分体式超临界二氧化碳闭式叶轮，包括：叶轮本体，包括：多片叶轮叶片，多片所述叶轮叶片均匀地沿第一圆弧回转面排列，所述第一圆弧回转面呈一圆台形的侧面设置，且该圆台形的侧面向内凹陷；轮毂，其沿所述第一圆弧回转面设置于多片所述叶轮叶片的内侧，且其外侧面分别与多片所述叶轮叶片的内侧连接，所述轮毂的外侧面宽度小于所述第一圆弧回转面的宽度；轮盖，其沿所述第一圆弧回转面套设于多片所述叶轮叶片的外侧，且其内侧面分别与多片所述叶轮叶片的外侧连接，所述轮盖的内侧面宽度不小于所述第一圆弧回转面的宽度；其中，所述轮毂、所述轮盖和其二者之间的多片所述叶轮叶片形成第一闭式流道，多片所述叶轮叶片延伸出所述轮毂外侧面的部分与其外侧对应连接的所述轮盖形成半开式流道；叶轮轮盘，其与所述叶轮本体分体设置并固定连接，并与所述叶轮本体上的半开式流道配合形成第二闭式流道；主轴，其固定设置于所述叶轮轮盘的背部，其中，所述叶轮本体、所述叶轮轮盘和所述主轴同轴设置。