[实用新型]用于旋转式流体机械的渐开线叶轮

说明书

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。