CN86102777A

CN86102777A - 用于旋转式流体机械的叶轮

Info

Publication number: CN86102777A
Application number: CN 86102777
Authority: CN
Inventors: 杉浦荣市
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-04-22
Filing date: 1986-04-22
Publication date: 1987-11-04

Abstract

本发明介绍一种离心式旋转机械的叶轮，它适用于液压泵也适用于气体压缩机。叶轮有一个带有安装在传动轴上轮毂的圆盘和许多叶片，它们在圆周上以均匀间隔分布并至少在圆盘的一个侧面沿轴线方向凸出。叶片的前面与其相邻叶片的后面之间限定了流体的通道。流体通道从轮毂附近处朝圆盘的外圆周方向其宽度是逐渐减少。各叶片的前后面实质上是分布在同一中心点引出的具有不同曲率半径的圆弧面上。各叶片的中心点都分布在一个与圆盘圆心同心的假想圆上。

Description

本发明与离心式旋转流体的机械有关，该机械可用于液压泵也可用于气体压缩机;更具体说，本发明是与这类旋转流体的机械的叶轮结构有关。

气体，例如空气称之为可压缩的流体，而液体，例如水称之为不可压缩的流体。压缩机是用于可压缩流体，而泵是用于不可压缩的流体，但它们的作用都是使流体的压力增加。泵和压缩机就其把速度能传递给流体并使速度能转变成压力能这方面来看，两者的工作原理是相同的。然而，可压缩流体和不可压缩流体间的差别，使得这两种流体机械结构略有不同。压缩机的叶轮与泵相比其叶片的数目较多;叶轮的转速举例来说可为5000转/分，显然高于泵的转速。当叶轮的旋转速率很高时，就需有足够的结构强度，以防止由于高园周速度和大的离心力作用下机械结构的损坏。

在泵这门技术学科里，有关离心泵叶轮的传统理论提出的要求是：两相邻叶片间的流体通道从接近位于叶轮中心部位的进口朝向位于外园周部位的出口，其通道宽度应是增大的，但是在美国专利NO4，253，798提出了一种新的设计后，这种一直被看作可信赖的传统叶轮结构已被本发明者认定是不合理的了，与常规型式的叶轮相反，这种新设计的改进叶轮，流体通道的宽度从进口朝向出口是逐渐减小的而通道的深度不变，这种改进的叶轮应用于泵上已经证明效率远远超过常规泵。

但本发明人十分关心究竟这种新设计的改进叶轮是否也适用于同泵具有相同基本原理的压缩机呢？最近已进行了几次实验，从实验的结果来看，这种改进的叶轮和应用在泵的场合一样，有理想的效果。尽管一些实验的期限较短，但这种有效性已经得到了证明，可是也发现，采用这种改进叶轮的压缩机当它使用相当长时间以后会遭受到机械破坏，然而，要查明引起这种机械损坏的原因并不困难。具体而言，用在实验中的改进叶轮是按上述美国专利制造的，各叶片前表面的曲率半径小于与其相邻叶片后表面的曲率半径，因为前表面曲率中心比后表面曲率中心位置距叶轮中心较远，结果是当流体的通道从进口朝向出口宽度减小的同时，各叶片从叶轮的中心朝向外园周方向其厚度却是递增的，因此，当转子高速旋转时，邻近外园周部分的机械应力会增大到不可忽略的程度。

本发明的目的在于提供一种用于流体机械的叶轮，这种叶轮既可用于气体压缩机，也可用于液压泵中。本发明的一个具体目的是提供一种用于离心式流体机械的叶轮，它可以按本发明人提出的理论来设计并作了进一步的改进，增加了高速旋转时的抗破坏能力。

本发明的另一目的是提供一种流体机械的叶轮，它的尺寸小、重量轻并可用简单的方法制造。

本发明的一个特点在于各叶片的前表面和后表面实质上是分布在从同一中心点引出的具有不同曲率半径的弧面上，而各中心点位于一个假想园的园周上，该假想园的园心和叶轮的中心重合。符合了上述条件，由各叶片的前表面和与它相邻叶片的后表面所形成的流体通道从位于接近叶轮中心的进口朝向位于叶轮外园周的出口其宽度是逐渐减小的，这样就符合了本发明者提出的改进叶轮的原理，另一方面，各叶片从接近叶轮中心部位起朝向叶轮的外园周其厚度是相同的。这就能实现在减少总重量的同时使重量的分布合理，从而避免在叶轮外园周附近的机械应力集中的现象，这样的叶轮就能适用于旋转速度很高的气体压缩机中，有均匀厚度的叶轮叶片可以按先有技术叙述那样以金属或合成树脂制造成形。在这些例子中，均匀厚度的金属叶片可以用焊接固定在叶轮盘上，叶轮可以用铸造、模锻、机械加工等各种易于实现的方法制造。

但这种改进了的叶轮要应用到现有的流体机械中去，需要在设计上稍作改动，但是先有技术中的有关主要参数与性能之间的相互关系仍保持不变，因而任何修改都可以凭经验来确定，下面列出主要参数与性能的关系：

叶轮直径：出口压力，出口流量和园周速度。

入口直径：气穴

引出角：出口压力和效率。

流体通道数：出口流量和出口压力。

流体通道的截面积：出口流量。

图1是一种按照本发明制造的流体机械叶轮的正视图;

图2是图1中沿2-2线的横截面图;

图3是表明图1中的叶轮叶片的位置图。

参阅图1和图2，图中示出一种按照本发明的叶轮实例，叶轮1包括一个带有轮毂了的园盘2和许多在园周上相隔等距的叶片4，它们是在园盘2的一个侧面上沿轴向方向凸去。图中所示实例是单向抽吸式，叶片4配置在园盘2的一个侧面上，应该理解，本发明也可用于双向抽吸式的叶轮，相应园盘的两个侧面都装有叶片，每片叶片4可以用钢之类的厚度均匀一致金属薄板成形，并按予定的曲率半径使曲面成形，叶片用焊接牢固地固定在园盘2的一侧面早己予先确定的位置上。叶片4的端点距离轮毂3有一确定的间隔，这是为了在围绕轮毂3的周围区域限定为一个入口区5，而叶片4的另一端点一直伸展到园盘2的外周边。在各叶片4的前面41各与其相邻叶片4的后面42之间限定了流体通道6，通道6的进口7和入口区5连通，而出口8向着园盘2的外周边开口，每个流体通道6都有相同的深度，也就是说，各叶片4相对于园盘2是等高的，然而，流体通道6的宽度要求从进口7朝出口方向8逐渐减小，当然宽度的差别可以是微小的。所描述的实例是属于一种敞开式的叶轮，即各流体通道6的一侧是敞开的，当然正如图2中用虚线表示的那样，只要加上一个环形的侧板9就可以构成一个封闭式的叶轮，叶轮1的轮毂3以常用的方法安装在传动轴10上并用一紧固螺母11紧紧地固定住。

图3表明了图1所示叶轮1上各叶片4的位置，图中各相同零件位号同前图，可以看出，叶片4的前面41和后面42各自分布在具有不同曲率半径RF与RB的园弧面上，曲率半径RF与RB都从同一的中心点P引出，这样在一叶片4的前面41和与其相邻的叶片4的后面42之间限定了流体通道6，更具体地说，某一叶片4a的前面41a和后面42a各自分布在从同一中心点P1引出且曲率半径分别为RF1和RB1的园弧面上，而与叶片4a相邻的叶片4b的前面41b和后面42b各自分布在从另一中心点P2引出的曲率半径分别为RF2和RB2的园弧面上，中心点P2和上述的中心点P1偏离一段距离，各中心点P1和P2都分布在以同一个园心的假想园R上，而该园心与园盘2的中心C相重合。按照上述的布置，两相邻叶片间所限定的流体通道从进口7朝出口8方向其宽度就趋于逐渐减小，流体通道6的宽度可以被认为象征一个可以容纳在通道内的最大想象球的直径，在这点上，叶轮1的基本工作原理与上面例举的美国专利内容保持相同，因而不再重复叙述。然而按照本发明，各叶片4的曲率是不变化的，因而从靠近叶轮的中心部位起到远离叶轮的中心部位叶片的厚度都保持不变，这就实现了园盘2上重量分布的平衡。避免了叶轮在高速旋转时在外园周区域形成过大的机械应力集中，因而此叶轮既可应用于液压泵也可应用在空气压缩机中。

Claims

1、一种用于旋转式流体机械的叶轮，它包括有一个带有轮毂的园盘，轮毂适合安装在传动轴上；许多叶片在叶轮园周上以相等的间隔均匀分布并且至少在园盘的一个侧面沿轴线方向凸出，各叶片具有一个前面和一个后面并由一叶片的前面和与其相邻叶片的后面之间限定流体的通道，这些流体通道所分布的区域是从轮毂的周围起一直延伸到园盘本体的外园周，流体通道从轮毂附近朝园盘的外园周方向其宽度是逐渐减小的，但深度保持不变。

这种叶轮的特点是，各叶片的前后面实质上是从同一中心点引出的分别具有不同曲率半径的园弧面上，各中心点都分布在一个与园盘园心同心的假想园上。

2、按权利要求1所述的叶轮适用于液压泵。

3、按权利要求1所述的叶轮适用于气体压缩机。

4、按权利要求1所述的叶轮，各叶片可用均匀厚度的金属薄板制造成形，叶片采用焊接方法固定在园盘上。