闭式叶轮和具有其的离心压缩机的制作方法

1.本实用新型属于压缩机技术领域，特别是涉及一种闭式叶轮和具有其的离心压缩机。


背景技术：

2.近年来，随着高速电机及控制技术的成熟，磁悬浮和气悬浮等高速压缩机快速发展，用户对离心机的要冷量范围也越来越广，小冷量高速离心机的需求日渐增多。而小冷量高速离心机的叶轮加工成为行业难题，尤其对于微小型的闭式叶轮。虽然铸造可以一体成型，但小型叶轮表面粗糙度等要求较高，铸造工艺难以直接满足精度要求，并且小型叶轮由于尺寸过小，也难以使用其他措施对其内部进行精度处理。


技术实现要素：

3.本实用新型的一个目的旨在克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种便于对叶片进行精度处理的闭式叶轮。
4.本实用新型一个进一步的目的是提高组装效率。
5.本实用新型另一个进一步的目的是降低轮盘和轮盖连接强度的要求。
6.特别地，本实用新型提供了一种用于离心压缩机的闭式叶轮，包括：
7.轮盘，其一侧表面上形成有沿轮盘的周向排列的多个第一叶片；
8.轮盖，与轮盘可拆卸连接，并且轮盖朝向轮盘的一侧表面形成有多个第二叶片，多个第一叶片与多个第二叶片一一对接，以构成闭式叶轮的叶片。
9.进一步地，至少部分第一叶片上具有第一定位部；且
10.至少部分第二叶片上具有第二定位部；
11.第一定位部与第二定位部配置成在轮盖连接于轮盘时，第一定位部与第二定位部相互约束，以对轮盖和轮盘的位置定位。
12.进一步地，第一定位部为开设于第一叶片上的定位凹陷部；且
13.第二定位部为凸出于第二叶片表面的定位凸出部。
14.进一步地，定位凹陷部的内周壁具有朝向闭式叶轮转动方向的抵接区段，以便在闭式叶轮转动时对定位凸起部施加推力。
15.进一步地，每个第一叶片上具有一螺纹孔，每个第二叶片上具有一与轮盖相贯通的螺钉孔，螺纹孔与螺钉孔一一对应设置，以便利用螺钉将轮盖固定于轮盘上。
16.进一步地，每个第一叶片上具有一第一定位部；且
17.各第一叶片上的螺纹孔开设于第一定位部上。
18.进一步地，轮盘为圆形；且
19.轮盘的直径不大于80mm。
20.进一步地，轮盘与第一叶片的连接处形成有第一圆角；且/或
21.轮盖与第二叶片的连接处形成有第二圆角。
22.进一步地，每个第一圆角的半径为第一叶片高度的1/8至1之间；
23.每个第二圆角的半径为第二叶片高度的1/8至1之间。
24.特别地，本实用新型还提供了一种离心压缩机，该离心压缩机包括上述任一项中的闭式叶轮。
25.本实用新型的闭式叶轮中，由于轮盘的一侧表面上形成有沿其周向排列的多个第一叶片，轮盖与轮盘可拆卸连接，并且轮盖朝向轮盘的一侧表面形成有多个第二叶片，多个第一叶片与多个第二叶片一一对接，构成了闭式叶轮的叶片。轮盘和轮盖采用分体式，这样可以实现当轮盘和轮盖各自成型后，缩短了闭式叶轮的叶片整体高度，便于安装人员进一步对第一叶片和第二叶片进行精度优化处理，使得叶片表面粗糙度满足要求；并且这种方式还能够使得刀具等伸入相邻的第一叶片或者相邻的第二叶片之间，便于在第一叶片和第二叶片加工出圆角，进一步使得闭式叶轮的气流流道更加光滑，实现圆滑过渡，避免气体在气流流道内流通时产生角涡。
26.进一步地，本实用新型的闭式叶轮中，第一叶片上具有第一定位部，第二叶片上具有第二定位部，在轮盖连接于轮盘时，第一定位部与第二定位部相互约束，以对轮盘和轮盖的位置定位，提高了组装效率。
27.进一步地，本实用新型的闭式叶轮中，定位凹陷部的内周壁具有朝向闭式叶轮转动方向的抵接区段，由于轮盘与电机的转子相连，当电机驱动闭式叶轮转动时，轮盘实际上作为主动轮，轮盖作为从动轮。当轮盘驱动轮盖转动时，定位凸起部的至少一部分可以抵靠于该抵接区段上，这样抵接区段可以辅助地将轮盘的转矩转递至轮盖上，使得定位凸出部和定位凹陷部组成的预定位结构不仅能够实现定位，而且可以传递转矩，降低了轮盘和轮盖连接强度的要求。
28.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
29.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
30.图1是根据本实用新型一个实施例的离心压缩机的整机结构示意图；
31.图2是对图1所示离心压缩机沿离心叶轮的轴线方向剖切后得到的示意性剖视图；
32.图3是图2的a处放大图；
33.图4是根据本实用新型一个实施例的离心压缩机中闭式叶轮的示意图；
34.图5是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮的分解图；
35.图6是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮中轮盘的正视图，其中箭头示出了轮盘的转动方向；
36.图7是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮中轮盖的示意图，其中箭头示出了轮盖的转动方向；
37.图8是根据本实用新型另外一个实施例的闭式叶轮中轮盘的正视图，其中示出了螺纹孔处于定位凹陷部；
38.图9是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮的叶片、轮盖和轮盘的位置关系图，其中h1表示第一叶片的高度，h2表示第二叶片的高度，r1表示第一圆角的半径，r2表示第二圆角的半径。
具体实施方式
39.请参见图1至图3，图1是根据本实用新型一个实施例的离心压缩机的整机结构示意图，图2是对图1所示离心压缩机沿离心叶轮的轴线方向剖切后得到的示意性剖视图，图3是图2的a处放大图；本实用新型提出一种离心压缩机1。该离心压缩机1一般性地可以包括机壳10、电机40和至少一个压缩单元20、30。
40.机壳10限定有容纳空间，电机40安装于机壳10内。电机40包括定子41和转子42，定子41固定于机壳10，转子42可相对定子41转动。压缩单元20、30的数量可为一个或多个。例如，可使离心压缩机1为单级压缩式，仅设置一个压缩单元。也可使离心压缩机1为多级压缩式，其设置多个压缩单元20、30。每个压缩单元20、30包括安装于机壳10的蜗壳100和设置在蜗壳100内的闭式叶轮200。闭式叶轮200配置成在电机40驱动下转动，以对进入蜗壳100的气流进行压缩并将其经蜗壳100的出口排出。
41.在一些具体的实施例中，例如图1和图2所示，离心压缩机1可为双级压缩式，压缩单元的数量为两个。可知，两个压缩单元20、30中必然有一个为低压级，另一个为高压级，如图1和图2中，位于图面左侧的压缩单元20为低压级，右侧的压缩单元30为高压级。低压级的压缩单元20的蜗壳100的出口通过连接管50与高压级的压缩单元30的蜗壳100的进口连通。具体地，连接管50的进口端设置法兰51以与低压级的压缩单元20的蜗壳100出口的法兰60相接，连接管50出口端设置法兰52以与高压级压缩单元30的蜗壳100连接。优选使低压级的压缩单元20与高压级的压缩单元20分别位于电机40的轴向两侧，以便两个压缩单元20、30的闭式叶轮200分别直接连接于电机40，且利于使两个闭式叶轮200的轴向力进行部分抵消。
42.蜗壳100内限定有沿气流方向依次相连的进气流道101、蜗形流道102和出气流道103，即蜗壳100流道分为三个区段。进气流道101的进口即构成本文所述的蜗壳100的进口，出气流道103的出口构成蜗壳100的出口。进气流道101沿闭式叶轮200的轴线方向(x轴方向)延伸。
43.请参见图4至图7，图4是根据本实用新型一个实施例的离心压缩机中闭式叶轮的示意图，图5是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮的分解图，图6是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮中轮盘的正视图，图7是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮中轮盖的示意图，其中箭头示出了轮盖的转动方向。闭式叶轮200具有朝向进气流道101的进口201和朝向蜗形流道102的出口202，从进气流道101进入的气流首先从闭式叶轮200的进口201进入闭式叶轮200，经闭式叶轮200压缩后将其排向出口202，进入蜗形流道102，最终从出气流道103排出离心压缩机1。
44.该闭式叶轮200还可以包括轮盘210和轮盖220，其中轮盘210的一侧表面上形成有沿其周向排列的多个第一叶片212，轮盖220与轮盘210可拆卸连接，并且轮盖220朝向轮盘210的一侧表面形成有多个第二叶片222，多个第一叶片212与多个第二叶片222一一对接，以构成闭式叶轮200的叶片(如图4所示)。
45.在本实施例中，闭式叶轮200的叶片分为两部分，即形成于轮盘210上的第一叶片212和形成于轮盖220上的第二叶片222，并且轮盘210和轮盖220可以采用分体加工的方式(例如铸造等)，以将第一叶片212和第二叶片222分别直接形成在轮盘210和轮盖220。将当轮盘210和轮盖220连接在一起时，第一叶片212与第二叶片222对接，使得在轮盘210和轮盖220形成该闭式叶轮200的叶片，进而使得相邻的两个叶片之间形成闭式叶轮200的气流流道2102。
46.请参见图5至图7，第一叶片212和第二叶片222可以分别沿轮盘210和轮盖220周向均匀地排列，并位于轮盘210和轮盖220外侧，轮盘210的中部可以形成安装孔218，轮盘210还可以通过紧固件(例如铆钉、螺钉300等)伸入该安装孔218将轮盘210安装在电机40的转子42上，以实现转子42驱动轮盘210旋转。轮盖220可以设置成圆环状，并且轮盖220的内圈向背离第二叶片222的方向延伸以形成连接区段228，连接区段228的内部还可以限定出闭式叶轮200的进口201。
47.如背景技术部分所述，目前对于小冷量高速离心机的叶轮加工成为行业难题，尤其对于微小型的闭式叶轮。虽然铸造可以一体成型，但小型叶轮表面粗糙度等要求较高，铸造工艺难以直接满足精度要求，并且小型叶轮由于尺寸过小，也难以使用其他措施对其内部进行精度处理。
48.为了克服上述现有技术中的缺陷，本实施例中的闭式叶轮200采用将叶片分别设置在轮盘210和轮盖220上，并且轮盘210和轮盖220采用分体式，这样可以实现当轮盘210和轮盖220各自成型后，缩短了闭式叶轮200的叶片整体高度，便于安装人员进一步对第一叶片212和第二叶片222进行精度优化处理，使得叶片表面粗糙度满足要求；并且这种方式还能够使得刀具等伸入相邻的第一叶片212或者相邻的第二叶片222之间，便于在第一叶片212和第二叶片222加工出圆角240，进一步使得闭式叶轮200的气流流道2102更加光滑，实现圆滑过渡，避免气体在气流流道2102内流通时产生角涡。
49.请参见图6和图7，为了进一步提高加工效率，本实施例的闭式叶轮200在分体式的基础上还可以增加预定位结构，以使得在组装轮盘210和轮盖220过程对其进行预定位。
50.具体地，至少部分第一叶片212上具有第一定位部214，至少部分第二叶片222上具有第二定位部224，第一定位部214和第二定位部224配置成在轮盖220连接于轮盘210时，第一定位部214与第二定位部224相互约束，以对轮盘210和轮盖220的位置定位。
51.在本实施例中，第一叶片212的数量可以为多个，并且在这多个第一叶片212中的一部分或者全部第一叶片212上均可以设置有第一定位部214。例如，当第一定位部214为一个时，其可以设置在任意一个第一叶片212上；当第一定位部214为多个时，每个第一定位部214可以对应设置在一个第一叶片212上，或者多个第一定位部214中几个第一定位部214共同设置在一个第一叶片212；又例如，当第一定位部214为3个时，3个第一定位部214可以分别设置在3个不同的第一叶片212上，也可以设置在2个第一定位部214上(其中一个第一定位部214设置1个，另一个第一定位部214设置2个)，或者设置于3个第二定位部224全部集中设置于其中一个第一叶片212上。
52.上述方案均能够实现对轮盘210和轮盖220的位置定位，但是需要说明的是，上述举例说明仅是为了更加清楚地描述本实施例的技术方案，不应理解为对本技术的限制。本领域技术人员可以根据上述描述作简单的变形进而形成更多替换方案，在此不一一阐述。
53.请参见图6和图7，在一些实施例中，第一定位部214为开设于第一叶片212上的定位凹陷部，第二定位部224为凸出于第二叶片222表面的定位凸出部。
54.第一叶片212向内凹进形成定位凹陷部，对应地，第二叶片222的顶端凸出形成与该定位凹陷部进行配合的定位凸出部。在组装轮盖220和轮盘210时，定位凸出部可以伸入至其对应的定位凹陷部，以对轮盖220和轮盘210进行定位。
55.在一些实施例中，当定位凸出部和定位凹陷部为一组(一个定位凸出部和一个定位凹陷部为一组)时，定位凸出部和定位凹陷部还可以分别设置成非圆形，例如三角形、四边形或其他异形，以使得定位凸出部和定位凹陷部和形状配合，进而在定位凸出部和定位凹陷部仅为一组时就能够实现对轮盖220和轮盘210定位。
56.当定位凸出部和定位凹陷部为多组时，定位凸出部和定位凹陷部可以为任意形状，例如多边形、圆柱状等，当每个定位凸出部对应地伸入定位凹陷部后就可以实现对轮盖220和轮盘210定位。
57.请参见图6，在一些实施例中，定位凹陷部的内周壁具有朝向闭式叶轮200转动方向的抵接区段214a，以便在闭式叶轮200转动时对定位凸起部施加推力。
58.由于轮盘210与电机40的转子42相连，当电机40驱动闭式叶轮200转动时，轮盘210实际上作为主动轮，轮盖220作为从动轮。当轮盘210驱动轮盖220转动时，定位凸起部的至少一部分可以抵靠于该抵接区段214a上，这样抵接区段214a可以辅助地将轮盘210的转矩转递至轮盖220上，使得定位凸出部和定位凹陷部组成的预定位结构不仅能够实现定位，而且可以传递转矩，降低了轮盘210和轮盖220连接强度的要求。
59.请参见图5至图7，在一些实施例中，轮盘210和轮盖220可以采用螺钉连接的方式实现紧固。具体地，每个第一叶片212上具有一螺纹孔216，每个第二叶片222上具有一与轮盖220相贯通的螺钉孔226，螺纹孔216与螺钉孔226一一对应设置，以便利用螺钉230将轮盖220固定于轮盘210上。
60.在组装时，安装人员可以首先利用第一定位部214和第二定位部224对轮盘210和轮盖220进行预定位，然后将螺钉230从螺钉孔226穿入，并且伸入第一叶片212上的螺纹孔216，最终使螺钉230与螺纹孔216连接，实现将轮盘210和轮盖220紧固。
61.在一些具体的实施例中，为了使闭式叶轮的整体更加平衡，多个螺纹孔216可以设置在与轮盘210同心的圆周上，这样可以避免闭式叶轮200出现偏心，进而避免在闭式叶轮200高度转动中出现振动、噪音等异常现象。
62.请参见图8，图8是根据本实用新型另外一个实施例的闭式叶轮中轮盘的正视图，其中示出了螺纹孔处于定位凹陷部。在一些实施例中，每个第一叶片212上具有一个第一定位部214，各第一叶片212上的螺纹孔216开设于第一定位部214上。由于每个第一叶片212上具有一个螺纹孔216，每个第一叶片212上具有一个第一定位部214，螺纹孔216可以设置于第一定位部214上，也即设置于定位凹陷部内，使得紧固效果更佳。
63.在一些实施例中，轮盘210可以设置成圆形，并且其直径可以设置成不大于80mm，例如80mm、70mm、60mm等。当闭式叶轮200小型化时，现有铸造工艺无法满足内部叶片精度要求，尤其是当轮盘210的直径不大于80mm时，由于整体尺寸过小，加工人员无法对内的叶片进行精度处理工序。而利用本实施例的分体式组装方式，即将轮盘210和轮盖220分别铸造，将第一叶片212或者第二叶片222暴露在外部，然后在对其进行精度处理工序，这种方式能
够在实现闭式叶轮200小型化的基础上加工出合格的叶片。
64.请参见图9，图9是根据本实用新型一个实施例的闭式叶轮中轮盘、轮盖与叶片的位置关系示意图；在一些实施例中，轮盘210与第一叶片212的连接处形成有第一圆角242，且/或轮盖220与第二叶片222的连接处形成有第二圆角244。也即是，轮盘210与第一叶片212的连接处或者轮盖220与第二叶片222的连接处两者其一可以设置有第一圆角242或第二圆角244，也可以是轮盘210与第一叶片212的连接处和轮盖220与第二叶片222的连接处分别设置有第一圆角242和第二圆角244。
65.第一圆角242和第二圆角244不仅可以提高第一叶片212和第二叶片222根部的强度，缓解该局部应力集中，而且可以使得每个气流流道2102更加光滑、消除了气流的角涡现象，保证了流场的均匀性。
66.请参见图9，图9中h1表示第一叶片212的高度，h2表示第二叶片222的高度，r1表示第一圆角242的半径，r2表示第二圆角244的半径；进一步地，第一圆角242的半径r1还可以配置成为第一叶片h1的1/8至1之间，第二圆角244的半径r2还可以配置成第二叶片高度h2的1/8至1之间，例如，1/8、1/5或者1等等。实用新型人通过多次试验发现，通过上述限定可以保证在不影响气流流道2102面积的前提下获得更佳的气流场，以进一步提高压缩效果。
67.特别地，当第一圆角242的半径r1与第一叶片h1高度h1比值为1，且当第二圆角244的半径r2与第二叶片高度h2比值为1时，也即第一圆角242的半径r1与第一叶片h1的高度相等，第二圆角244的半径r2与第二叶片222高度h2相等，通流流道212的内壁整体由第一圆角242和第二圆角244组成，使得通流流道212的内壁整体呈圆弧状。
68.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。