專利名稱:用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的葉輪的制作方法
本發(fā)明與離心式旋轉(zhuǎn)流體的機(jī)械有關(guān)，該機(jī)械可用于液壓泵也可用于氣體壓縮機(jī);更具體說(shuō)，本發(fā)明是與這類旋轉(zhuǎn)流體的機(jī)械的葉輪結(jié)構(gòu)有關(guān)。
氣體，例如空氣稱之為可壓縮的流體，而液體，例如水稱之為不可壓縮的流體。壓縮機(jī)是用于可壓縮流體，而泵是用于不可壓縮的流體，但它們的作用都是使流體的壓力增加。泵和壓縮機(jī)就其把速度能傳遞給流體并使速度能轉(zhuǎn)變成壓力能這方面來(lái)看，兩者的工作原理是相同的。然而，可壓縮流體和不可壓縮流體間的差別，使得這兩種流體機(jī)械結(jié)構(gòu)略有不同。壓縮機(jī)的葉輪與泵相比其葉片的數(shù)目較多;葉輪的轉(zhuǎn)速舉例來(lái)說(shuō)可為5000轉(zhuǎn)/分，顯然高于泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)葉輪的旋轉(zhuǎn)速率很高時(shí)，就需有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以防止由于高園周速度和大的離心力作用下機(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞。
在泵這門技術(shù)學(xué)科里，有關(guān)離心泵葉輪的傳統(tǒng)理論提出的要求是兩相鄰葉片間的流體通道從接近位于葉輪中心部位的進(jìn)口朝向位于外園周部位的出口，其通道寬度應(yīng)是增大的，但是在美國(guó)專利NO4，253，798提出了一種新的設(shè)計(jì)后，這種一直被看作可信賴的傳統(tǒng)葉輪結(jié)構(gòu)已被本發(fā)明者認(rèn)定是不合理的了，與常規(guī)型式的葉輪相反，這種新設(shè)計(jì)的改進(jìn)葉輪，流體通道的寬度從進(jìn)口朝向出口是逐漸減小的而通道的深度不變，這種改進(jìn)的葉輪應(yīng)用于泵上已經(jīng)證明效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)泵。
但本發(fā)明人十分關(guān)心究竟這種新設(shè)計(jì)的改進(jìn)葉輪是否也適用于同泵具有相同基本原理的壓縮機(jī)呢？最近已進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，這種改進(jìn)的葉輪和應(yīng)用在泵的場(chǎng)合一樣，有理想的效果。盡管一些實(shí)驗(yàn)的期限較短，但這種有效性已經(jīng)得到了證明，可是也發(fā)現(xiàn)，采用這種改進(jìn)葉輪的壓縮機(jī)當(dāng)它使用相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間以后會(huì)遭受到機(jī)械破壞，然而，要查明引起這種機(jī)械損壞的原因并不困難。具體而言，用在實(shí)驗(yàn)中的改進(jìn)葉輪是按上述美國(guó)專利制造的，各葉片前表面的曲率半徑小于與其相鄰葉片后表面的曲率半徑，因?yàn)榍氨砻媲手行谋群蟊砻媲手行奈恢镁嗳~輪中心較遠(yuǎn)，結(jié)果是當(dāng)流體的通道從進(jìn)口朝向出口寬度減小的同時(shí)，各葉片從葉輪的中心朝向外園周方向其厚度卻是遞增的，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，鄰近外園周部分的機(jī)械應(yīng)力會(huì)增大到不可忽略的程度。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于流體機(jī)械的葉輪，這種葉輪既可用于氣體壓縮機(jī)，也可用于液壓泵中。本發(fā)明的一個(gè)具體目的是提供一種用于離心式流體機(jī)械的葉輪，它可以按本發(fā)明人提出的理論來(lái)設(shè)計(jì)并作了進(jìn)一步的改進(jìn)，增加了高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的抗破壞能力。
本發(fā)明的另一目的是提供一種流體機(jī)械的葉輪，它的尺寸小、重量輕并可用簡(jiǎn)單的方法制造。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)在于各葉片的前表面和后表面實(shí)質(zhì)上是分布在從同一中心點(diǎn)引出的具有不同曲率半徑的弧面上，而各中心點(diǎn)位于一個(gè)假想園的園周上，該假想園的園心和葉輪的中心重合。符合了上述條件，由各葉片的前表面和與它相鄰葉片的后表面所形成的流體通道從位于接近葉輪中心的進(jìn)口朝向位于葉輪外園周的出口其寬度是逐漸減小的，這樣就符合了本發(fā)明者提出的改進(jìn)葉輪的原理，另一方面，各葉片從接近葉輪中心部位起朝向葉輪的外園周其厚度是相同的。這就能實(shí)現(xiàn)在減少總重量的同時(shí)使重量的分布合理，從而避免在葉輪外園周附近的機(jī)械應(yīng)力集中的現(xiàn)象，這樣的葉輪就能適用于旋轉(zhuǎn)速度很高的氣體壓縮機(jī)中，有均勻厚度的葉輪葉片可以按先有技術(shù)敘述那樣以金屬或合成樹脂制造成形。在這些例子中，均勻厚度的金屬葉片可以用焊接固定在葉輪盤上，葉輪可以用鑄造、模鍛、機(jī)械加工等各種易于實(shí)現(xiàn)的方法制造。
但這種改進(jìn)了的葉輪要應(yīng)用到現(xiàn)有的流體機(jī)械中去，需要在設(shè)計(jì)上稍作改動(dòng)，但是先有技術(shù)中的有關(guān)主要參數(shù)與性能之間的相互關(guān)系仍保持不變，因而任何修改都可以憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，下面列出主要參數(shù)與性能的關(guān)系葉輪直徑出口壓力，出口流量和園周速度。
入口直徑氣穴引出角出口壓力和效率。
流體通道數(shù)出口流量和出口壓力。
流體通道的截面積出口流量。
圖1是一種按照本發(fā)明制造的流體機(jī)械葉輪的正視圖;
圖2是圖1中沿2-2線的橫截面圖;
圖3是表明圖1中的葉輪葉片的位置圖。
參閱圖1和圖2，圖中示出一種按照本發(fā)明的葉輪實(shí)例，葉輪1包括一個(gè)帶有輪轂了的園盤2和許多在園周上相隔等距的葉片4，它們是在園盤2的一個(gè)側(cè)面上沿軸向方向凸去。圖中所示實(shí)例是單向抽吸式，葉片4配置在園盤2的一個(gè)側(cè)面上，應(yīng)該理解，本發(fā)明也可用于雙向抽吸式的葉輪，相應(yīng)園盤的兩個(gè)側(cè)面都裝有葉片，每片葉片4可以用鋼之類的厚度均勻一致金屬薄板成形，并按予定的曲率半徑使曲面成形，葉片用焊接牢固地固定在園盤2的一側(cè)面早己予先確定的位置上。葉片4的端點(diǎn)距離輪轂3有一確定的間隔，這是為了在圍繞輪轂3的周圍區(qū)域限定為一個(gè)入口區(qū)5，而葉片4的另一端點(diǎn)一直伸展到園盤2的外周邊。在各葉片4的前面41各與其相鄰葉片4的后面42之間限定了流體通道6，通道6的進(jìn)口7和入口區(qū)5連通，而出口8向著園盤2的外周邊開口，每個(gè)流體通道6都有相同的深度，也就是說(shuō)，各葉片4相對(duì)于園盤2是等高的，然而，流體通道6的寬度要求從進(jìn)口7朝出口方向8逐漸減小，當(dāng)然寬度的差別可以是微小的。所描述的實(shí)例是屬于一種敞開式的葉輪，即各流體通道6的一側(cè)是敞開的，當(dāng)然正如圖2中用虛線表示的那樣，只要加上一個(gè)環(huán)形的側(cè)板9就可以構(gòu)成一個(gè)封閉式的葉輪，葉輪1的輪轂3以常用的方法安裝在傳動(dòng)軸10上并用一緊固螺母11緊緊地固定住。
圖3表明了圖1所示葉輪1上各葉片4的位置，圖中各相同零件位號(hào)同前圖，可以看出，葉片4的前面41和后面42各自分布在具有不同曲率半徑RF與RB的園弧面上，曲率半徑RF與RB都從同一的中心點(diǎn)P引出，這樣在一葉片4的前面41和與其相鄰的葉片4的后面42之間限定了流體通道6，更具體地說(shuō)，某一葉片4a的前面41a和后面42a各自分布在從同一中心點(diǎn)P1引出且曲率半徑分別為RF1和RB1的園弧面上，而與葉片4a相鄰的葉片4b的前面41b和后面42b各自分布在從另一中心點(diǎn)P2引出的曲率半徑分別為RF2和RB2的園弧面上，中心點(diǎn)P2和上述的中心點(diǎn)P1偏離一段距離，各中心點(diǎn)P1和P2都分布在以同一個(gè)園心的假想園R上，而該園心與園盤2的中心C相重合。按照上述的布置，兩相鄰葉片間所限定的流體通道從進(jìn)口7朝出口8方向其寬度就趨于逐漸減小，流體通道6的寬度可以被認(rèn)為象征一個(gè)可以容納在通道內(nèi)的最大想象球的直徑，在這點(diǎn)上，葉輪1的基本工作原理與上面例舉的美國(guó)專利內(nèi)容保持相同，因而不再重復(fù)敘述。然而按照本發(fā)明，各葉片4的曲率是不變化的，因而從靠近葉輪的中心部位起到遠(yuǎn)離葉輪的中心部位葉片的厚度都保持不變，這就實(shí)現(xiàn)了園盤2上重量分布的平衡。避免了葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)在外園周區(qū)域形成過(guò)大的機(jī)械應(yīng)力集中，因而此葉輪既可應(yīng)用于液壓泵也可應(yīng)用在空氣壓縮機(jī)中。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的葉輪，它包括有一個(gè)帶有輪轂的園盤，輪轂適合安裝在傳動(dòng)軸上；許多葉片在葉輪園周上以相等的間隔均勻分布并且至少在園盤的一個(gè)側(cè)面沿軸線方向凸出，各葉片具有一個(gè)前面和一個(gè)后面并由一葉片的前面和與其相鄰葉片的后面之間限定流體的通道，這些流體通道所分布的區(qū)域是從輪轂的周圍起一直延伸到園盤本體的外園周，流體通道從輪轂附近朝園盤的外園周方向其寬度是逐漸減小的，但深度保持不變。這種葉輪的特點(diǎn)是，各葉片的前后面實(shí)質(zhì)上是從同一中心點(diǎn)引出的分別具有不同曲率半徑的園弧面上，各中心點(diǎn)都分布在一個(gè)與園盤園心同心的假想園上。
2.按權(quán)利要求
1所述的葉輪適用于液壓泵。
3.按權(quán)利要求
1所述的葉輪適用于氣體壓縮機(jī)。
4.按權(quán)利要求
1所述的葉輪，各葉片可用均勻厚度的金屬薄板制造成形，葉片采用焊接方法固定在園盤上。
專利摘要
本發(fā)明介紹一種離心式旋轉(zhuǎn)機(jī)械的葉輪，它適用于液壓泵也適用于氣體壓縮機(jī)。葉輪有一個(gè)帶有安裝在傳動(dòng)軸上輪轂的圓盤和許多葉片，它們?cè)趫A周上以均勻間隔分布并至少在圓盤的一個(gè)側(cè)面沿軸線方向凸出。葉片的前面與其相鄰葉片的后面之間限定了流體的通道。流體通道從輪轂附近處朝圓盤的外圓周方向其寬度是逐漸減少。各葉片的前后面實(shí)質(zhì)上是分布在同一中心點(diǎn)引出的具有不同曲率半徑的圓弧面上。各葉片的中心點(diǎn)都分布在一個(gè)與圓盤圓心同心的假想圓上。
文檔編號(hào)F04D29/22GK86102777SQ86102777
公開日1987年11月4日 申請(qǐng)日期1986年4月22日
發(fā)明者杉浦榮市 申請(qǐng)人:杉浦榮市導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan