离心叶轮、压缩机及制冷设备的制作方法

1.本技术涉及动力技术领域，特别是涉及一种离心叶轮、压缩机及制冷设备。


背景技术：

2.离心叶轮作为离心式压缩机的心脏，用于将自身的机械能转换为气流的压力能及动能，并为压缩机提供动力。在传统的离心叶轮中，其内部形成的气流流场十分复杂，常常伴随有边界层分离、旋涡、射流等诸多现象，如此，导致离心叶轮风损严重，能量的传递效率减弱。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述能量的传递效率减弱的问题，提供一种具有较高的能量传递效率的离心叶轮、压缩机及制冷设备。
4.一种离心叶轮，所述离心叶轮包括：
5.轮毂；
6.轮盖，沿所述离心叶轮的轴向与所述轮毂间隔设置；
7.多个主风叶，夹持于所述轮毂及所述轮盖之间，并沿所述离心叶轮的旋转方向成对排布，每对所述主风叶与所述轮盖及所述轮毂共同界定形成一条风道；以及
8.至少一个分流风叶，每个所述分流风叶设于一个所述风道内，并将所述风道分隔形成沿所述离心叶轮的旋转方向依次布设的两个子风道，每个所述分流风叶上开设有连通于两个所述子风道之间的分流通道。
9.在其中一实施例中，所述分流风叶为多个，所有所述风道与所有所述分流风叶一一对应，每个所述分流风叶设于与其对应的一个所述风道内。
10.在其中一实施例中，每个所述分流风叶包括第一部及第二部，在每个所述分流风叶所在的所述风道内的气流流出方向上，每个所述分流风叶的所述第一部与所述第二部间隔设置并界定形成一条所述分流通道。
11.在其中一实施例中，每对所述主风叶包括位于所述离心叶轮的旋转方向下游的下游主风叶；
12.每个所述第一部上开设有喷射通道，所述喷射通道的进风口和与其对应的所述风道连通，所述喷射通道的出风口朝向与其对应的所述下游主风叶的吸力面。
13.在其中一实施例中，每条所述喷射通道的进风口口径大于自身的出风口口径。
14.在其中一实施例中，所述轮盖上开设有多条引流通道，所有所述引流通道与所有所述分流风叶一一对应；
15.每个所述第一部包括第一尾缘，每条所述引流通道用于将与其对应的所述第一尾缘所在的位置处的气流引导至与其对应的所述喷射通道的进风口。
16.在其中一实施例中，每个所述第二部包括和与其对应的所述第一部界定形成所述分流通道的弧形主体段，所述弧形主体段的弧度大于所述第一部的弧度。
17.在其中一实施例中，每个所述第二部还包括沿其所在的所述风道的气流流出方向与所述弧形主体段依次设置并连接的尾缘段，所述尾缘段沿所述离心叶轮的径向延伸。
18.在其中一实施例中，所述轮盖上开设有与每个所述风道连通的进气口，每个所述分流风叶在所述进气口所在的平面内的投影位于所述进气口外。
19.一种压缩机，包括如上述任意一项所述的离心叶轮。
20.一种制冷设备，包括如上述压缩机。
21.上述离心叶轮、压缩机及制冷设备，在每对主风叶中，包括位于离心叶轮旋转方向的上游主风叶，以及位于离心叶轮旋转方向的下游主风叶。离心叶轮工作时，上游主风叶的压力面，与下游主风叶下游主风叶的吸力面均朝向风道设置，且上游主风叶的压力面的气压大于下游主风叶的吸力面的气压。由于分流风叶上开设有分流通道，因此，基于气压平衡原理，上游主风叶的压力面上的气流将通过分流通道吹向下游主风叶的吸力面，导致下游主风叶的吸力面上的边界层损失，进而，可减少边界层的风损，从而具有较高的能量传递效率。
附图说明
22.图1为本技术一实施例中离心叶轮的整体结构示意图；
23.图2为图1所示的离心叶轮去掉轮盖后的整体结构示意图；
24.图3为图2所示的离心叶轮仰视透视图；
25.图4为图3所示的离心叶轮中每对主风叶与一个分流风叶配合的结构示意图；
26.图5为图1所示的离心叶轮去掉主风叶及分流风叶后，沿与分流风叶的分流压力面平行的横截面剖开的剖面图；
27.图6为图1所示的离心叶轮中分流风叶的第一部的结构示意图。
28.附图标号：
29.100、离心叶轮；10、轮毂；12、内底面；20、轮盖；22、内顶面；24、引流通道；241、引流段；243、集气段；26、进气口；30、主风叶；31、上游主风叶；312、上游吸力面；314、上游压力面；33、下游主风叶；332、下游吸力面；334、下游压力面；40、分流风叶；41、分流吸力面；42、分流压力面；43、第一部；432、喷射通道；4321、进风段；4323、出风段；434、第一首缘；436、第一尾缘；437、第一端面；438、第二端面；44、第二部；441、弧形主体段；443、尾缘段；45、分流通道；50、风道；52、上游子风道；54、下游子风道；60、喷嘴。
具体实施方式
30.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
31.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
33.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
36.请参阅图1，本技术提供一种压缩机，压缩机包括电机及离心叶轮100，电机与离心叶轮100传动连接，电机用于驱动离心叶轮100旋转，以使得离心叶轮100能够将自身的机械能转换为气流的压力能及动能，并为压缩机提供动力。
37.请一并参阅图2、图3及图4，离心叶轮100包括轮毂10、轮盖20、多个主风叶30及至少一个分流风叶40，轮毂10及轮盖20两者配合用于共同支撑所有主风叶30及所有分流风叶40，所有主风叶30及所有分流风叶40用于引导气流流动并压缩气流。具体地，轮盖20及轮毂10沿离心叶轮100的轴向间隔设置，所有主风叶30及所有分流风叶40均夹持于轮毂10及轮盖20之间。所有主风叶30沿离心叶轮100的旋转方向(如图2中弧形箭头a所指)成对排布，且每对主风叶30与轮盖20及轮毂10共同界定形成一条风道50。每个分流风叶40设于一个风道50内，并将风道50分隔形成沿离心叶轮100的旋转方向依次布设的两个子风道，每个分流风叶40上开设有连通于两个子风道之间的分流通道45。
38.具体地，离心叶轮100的旋转方向与离心叶轮100的周向重合。沿离心叶轮100的旋转方向设置的任意相邻的两个主风叶30形成一对主风叶30。以主风叶30为三个，且分别为第一主风叶、第二主风叶及第三主风叶，第一主风叶、第二主风叶及第三主风叶沿旋转方向依次排布为例，第一个主风叶30与第二个主风叶30间隔设置形成一对主风叶30，第二个主风叶30与第三个主风叶30间隔设置形成一对主风叶30，第三个主风叶30与第一个主风叶30间隔设置形成一对主风叶30。
39.请一并参阅图4，此外，每对主风叶30还分别具有沿离心叶轮100的旋转方向依次间隔设置的上游主风叶31及下游主风叶33。上游主风叶31及下游主风叶33均沿离心叶轮
100的径向延伸至轮盖20及轮毂10的外周面。上游主风叶31及下游主风叶33均具有沿离心叶轮100的旋转方向相对设置的吸力面及压力面。
40.在每对主风叶30中，该对的上游主风叶31还为上一对主风叶30中的下游主风叶33，该对的下游主风叶33还为下一对主风叶30中的上游主风叶31。定义上游主风叶31的吸力面为上游吸力面312，上游主风叶31的压力面为上游压力面314，下游主风叶33的吸力面为下游吸力面332，下游主风叶33的压力面为下游压力面334。在每对主风叶30中，上游主风叶31的上游吸力面312还为上一对主风叶30中下游主风叶33的下游吸力面332，上游主风叶31的上游压力面314还为上一对主风叶30中下游主风叶33的下游压力面334。且在每对主风叶30中，下游主风叶33的下游吸力面332还为下一对主风叶30中上游主风叶31的上游吸力面312，下游主风叶33的下游压力面334还为下一对主风叶30中上游主风叶31的上游压力面314。
41.请一并参阅图5，轮盖20及轮毂10分别具有相对且相互朝向设置的内顶面22及内底面12。每对主风叶30中的上游压力面314及下游吸力面332、与内顶面22以及内底面12共同围设形成一条风道50，且上游主风叶31远离离心叶轮100的中心轴线的端面，下游主风叶33远离离心叶轮100的中心轴线的端面，轮毂10的外周面，与轮盖20的外周面共同界定形成风道50的出风口。轮盖20上还开设有与每个风道50的进风口均连通的进气口26。离心叶轮100工作时，外部气流由进气口26流入至每个风道50内，并大致沿离心叶轮100的径向经每个风道50后由每个风道50的出风口流出至外部(如图5中箭头e-f-g-h所指，或如图5中箭头j-k-m所指)。
42.请再次参阅图3及图4，其中，每个分流风叶40设于一个风道50内，并将风道50分隔形成两个子风道，两个子风道沿离心叶轮100的旋转方向依次设置并分别形成上游子风道52及下游子风道54。具体地，每个分流风叶40也具有沿离心叶轮100的旋转方向依次设置的吸力面及压力面。定义每个分流风叶40的吸力面为分流吸力面41，每个分流风叶40的压力面为分流压力面42，上游压力面314、分流吸力面41、内顶面22及内底面12围设形成上游子风道52，分流压力面42、下游吸力面332、内顶面22及内底面12围设形成下游子风道54。分流通道45连通于上游子风道52及下游子风道54之间。此外，每个分流风叶40还具有沿离心叶轮100的轴向相对设置的第一端面437及第二端面438，第一端面437及第二端面438均与上游压力面314及分流吸力面41相邻设置。每个分流风叶40设于一个风道50内时，第一端面437与轮盖的内顶面22贴合，第二端面438与轮毂10的内底面12贴合。
43.离心叶轮100工作时，上游压力面314、分流压力面42及下游压力面334均用于压缩空气。因此，上游压力面314的气压大于上游吸力面312的气压，分流压力面42的气压大于分流吸力面41的气压，下游压力面334的气压大于下游吸力面332的气压。
44.在传统的离心叶轮100中，由于边界层的存在导致风损较大。其中，边界层是指紧贴物面(例如主风叶30的表面、分流风叶40的表面、轮毂10的表面、轮盖20的表面等)的气流流动薄层。在边界层，由于分子引力的作用，气流完全粘附于物面上，且与物体的相对流速为零。因此，边界层处的气流无法被离心叶轮100有效输出，且边界层处的气流流速相比离心叶轮100内部其他位置的气流流速更小，从而导致风损加大，能量的传递效率降低。此外，离心叶轮100中风叶的表面积越大，则形成的边界层的面积也越大。基于边界层的面积与风叶的表面积成正相关，若直接减少风叶的个数至风叶的总面积减少，虽然可减少边界层的
形成，但是将导致离心叶轮100的轮毂10与轮盖20界定形成的空间较为空洞。如此，轮毂10与轮盖20之间的气流容易在轮毂10与轮盖20之间形成涡流及回旋，亦将导致风损增大。由此可见，如何在不减少叶片数量的同时，还能减少边界层，成为亟待解决的问题。
45.回归到本技术中，所有的主风叶30与所有的分流风叶40组合形成整个离心叶轮100的风叶，且本技术中的风叶数量与现有技术中的风叶数量大致相同或相等，以防止轮毂10与轮盖20之间的空间过于空洞而导致形成涡流及回旋。离心叶轮100工作时，基于气压平衡原理，在设置有分流风叶40的一对主风叶30中，上游压力面314上的气流将经过上游子风道52高速流向分流吸力面41，并对分流吸力面41处的边界层造成冲击，导致分流吸力面41处的边界层损失。进一步地，由于分流通道45的设置，流入至分流吸力面41的气流还可经分流通道45流入至下游子风道54内(如图4中直线箭头d所指的方向)，并对分流压力面42处的边界层造成冲击，而且，气流还可经下游子风道54流向下游吸力面332，以对下游吸力面332处的边界层造成冲击。因此，综上所述，分流吸力面41处的边界层，分流压力面42处的边界层，以及下游吸力面332处的边界层均发生损失。边界层损失的越多，则整个离心叶轮100中边界层的风损越小，损失的边界层的气流可被输出并做功，从而有助于离心叶轮100能量传递效率的提高。
46.值得一提的是，在本技术中，分流风叶40的作用不仅在于将上游压力面314的气流经上游子风道52引导流入至下游子风道54，其还能够具有与主风叶30同样的压缩气流并对气流做功的功能。
47.优选地，分流风叶40为多个，所有风道50与所有分流风叶40一一对应，每个分流风叶40设于与其对应的一个风道50内。也就是说，每对主风叶30之间均设置有一个分流风叶40。因此，每个分流风叶40的分流吸力面41、每个分流风叶40的分流压力面42以及每对主风叶30中的下游吸力面332出的边界层均能够在离心叶轮100工作的过程中发生损失，从而有助于进一步提升离心叶轮100的能量传递效率。值得一提的是，分流风叶40的数量越多，则主风叶30的数量应适应性减少，以使得主风叶30与分流风叶40的数量总和保持不变。
48.当然，在其他一些实施例中，由于分流风叶40上分流通道45的设置，离心叶轮100具有较高的能量传递效率，因此，主风叶30及分流风叶40的总和也可以适应性地增加。
49.进一步地，每个分流风叶40包括第一部43及第二部44，在每个分流风叶40所在的风道50内的气流流出方向(如图4中箭头b或者箭头c所指)上，每个分流风叶40的第一部43与第二部44间隔设置并界定形成一条分流通道45。也就是说，在每个分流风叶40中，第一部43位于第二部44的上游，且第一部43及第二部44界定形成分流通道45。相较于直接在每个分流风叶40上开设分流通道45的方式而言，将分流风叶40分隔形成两个断开的第一部43及第二部44能够降低分流通道45的形成难度。此外，在该种设置下，分流通道45能够沿分流风叶40的高度方向(即离心叶轮100的轴向)延伸至分流风叶40的两端。因此，分流通道45的尺寸更大，使得气流通过的阻力较小，故有助于进一步地提升离心叶轮100的能量传递效率。
50.请一并参阅图6，更进一步地，每个第一部43上开设有喷射通道432，喷射通道432的进风口和与其对应的风道50连通，喷射通道432的出风口朝向与其对应的下游主风叶33的吸力面。具体地，喷射通道432的进风口可以与其所在的风道50内的上游子风道52或者下游子风道54连通，仅需保证喷射通道432所在的风道50内的气流能够由喷射通道432的进风口流入，并经喷射通道432的出风口喷向下游主风叶33的吸力面即可。可以理解地，通过设
置喷射通道432的出风口朝向与其对应的下游主风叶33的吸力面，因此，可保证下游主风叶33的吸力面处能够发生边界层损失，且损失的程度更大，从而有助于进一步提升离心叶轮100的能量传递效率。
51.更进一步地，每条喷射通道432的进风口口径大于自身的出风口口径。在流量不变的前提下，流体通过的口径越小，则流速越大。由于喷射通道432的进风口口径大于自身的出风口口径，因此，由喷射通道432的进风口流入的气流的流速小于喷射通道432的出风口流出的气流的流速。也就是说，气流能够经喷射通道432的出风口加速后喷向下游主风叶33的吸力面。如此，气流对边界层的冲击更大，从而有助于提升边界层的损耗，使得离心叶轮100具有更高的能量传递效率。
52.优选地，每条喷射通道432具有进风段4321及出风段4323，进风段4321的进风口与风道50连通，出风段4323的出风口朝向下游主风叶33的吸力面，且进风段4321的直径大于出风段4323的直径。因此，气流可经出风段4323进行加速后喷向下游主风叶33的吸力面。一般地，出风段4323具有一定的长度，经出风段4323加速后的气流具有更高的流速。如此，可进一步加大气流对边界层的冲击。
53.在一些实施例中，出风段4323可以为一段，在其他一些实施例中，出风段4323可以为多段，所有的出风段4323均与进风段4321连通。因此，进风段4321内的气流分流并经每一段出风段4323流出。具体地，不同的出风段4323的出风口对应下游主风叶33的吸力面上的不同位置。通过设置多段出风段4323，使得喷射通道432能够向下游主风叶33的吸力面的不同位置进行吹风，从而能够提升下游主风叶33的吸力面处边界层的损耗。
54.优选地，在同一个分流叶片当中，喷射通道432的出风段4323的数量在4个至8个之间，喷射通道432的出风段4323数量过多会影响第一部43的强度。
55.在其他一些实施例中，为保证喷射效果，每个出风段4323的出风口处还可设置一个喷嘴60。喷嘴60的数量与出风段4323的数量相同并一一对应。为方便在第一部43内设置喷射通道432，第一部43的厚度应较厚。
56.请再次参阅4及图5，在一些实施例中，轮盖20上开设有多条引流通道24，所有引流通道24与所有分流风叶40一一对应。每个第一部43包括沿其所在的风道50内的气流流出方向依次设置并连接的第一首缘434及第一尾缘436，第一首缘434靠近离心叶轮100的中心轴线设置，第一尾缘436和与其对应的第二部44界定形成分流通道45，每条引流通道24用于将与其对应的第一尾缘436所在的位置处的气流引导至与其对应的喷射通道432的进风口。
57.可以理解地，在每个风道50内，气流的流出方向大致与离心叶轮100的径向相同。且在气流流出的过程中，由于离心力的作用下，距离离心叶轮100的中心轴线的距离越远，则气流的流速越快。也就是说，第一首缘434所在的位置处的气流的流速小于及第一尾缘436所在的位置处的气流的流速。因此，每条引流通道24将与其对应的第一尾缘436所在的位置的气流引入至与其对应的喷射通道432内，则喷射通道432喷出的气流的流速更大，从而能够有效增大下游主风叶33上边界层的损耗。
58.当然，在其他一些实施例中，每条引流通道24也可设置于轮盖20上，并用于将与其对应的第一首缘434所在的位置处的气流引导至与其对应的喷射通道432的进风口。或者，在另外一些实施例中，也可以每条引流通道24直接设置于与其对应的分流风叶40上，并将与其对应的第一首缘434或第一尾缘436所在的位置处的气流引导至与其对应的喷射通道
432的进风口。
59.优选地，每条引流通道24还包括引流段241及集气段243，每条引流通道24的集气段243连通于与之对应的引流段241及喷射通道432之间。每个引流段241用于将与之对应的风道50内的气流引入至集气段243(如图5中箭头n所指)，集气段243用于集气，使得气流能够在集气段243内集中至具有较大的压力后流向喷射通道432。具有较大压力的气流从喷射通道432内流出时亦具有较大的风压，且对下游主风叶33的冲击作用也更强烈，从而使得边界层更容易损耗。
60.值得一提的是，为保证每条风道50内仅具有较少的气流流入引流段241，可设置引流通道24的口径较小(通过增大气流流入的阻力来减少气流的流入)。而为减少气流由集气段243流入至喷射通道432的阻力，可以设置集气段243与进风段4321的口径保持一致。
61.在一些实施例中，每个第二部44包括沿其所在的风道50内的气流流出方向依次设置并连接的弧形主体段441及尾缘段443，弧形主体段441和与第二部44对应的第一部43界定形成分流通道45，且弧形主体段441的弧度大于第一部43的弧度，尾缘段443沿离心叶轮100的径向延伸。具体地，气流在弧度稍大的风叶的引导下流动的过程中，受到的阻力较小。由于弧形主体段441相较于第一部43远离离心叶轮100的中心轴线，则在离心力的作用下，弧形主体段441所在的位置处的气流的流速大于第一部43所在的位置处的气流的流速。通过设置弧形主体段441的弧度大于第一部43的弧度，有助于风道50内的气流沿离心叶轮100的径向排出。
62.而通过设置尾缘段443，且尾缘段443沿所述离心叶轮100的径向延伸，则气流流入至与尾缘段443接触的位置时，能够在尾缘段443的引导下沿离心叶轮100的径向流出。根据两点之间直线最短原理，由于尾缘段443沿离心叶轮100的径向延伸，则气流具有最短的流出路径，故气流流动过程中的损耗也最小，则其流出至外部的做功能力也越强，能量的传递效率亦越高。
63.具体地，第二部44主要是承担做功的功能，第二部44的尾缘段443太厚则更容易产生尾迹损失，因此要尽可能薄，可设置尾缘段443的厚度小于或等于3mm。
64.在一些实施例中，每个分流风叶40在进气口26所在的平面内的投影位于进气口26外。因此，进气口26被分流风叶40遮挡的面积也较小，以防止进气口26堵塞，使得外部气流能够更顺畅的流入至每个风道50内。
65.优选地，在离心叶轮100的径向上，每个分流风叶40与进气口26的边界线为间隔设置，且每个分流风叶40之间到进气口26的边界线的间距在任意一个主风叶30总弧长的20％至30％的范围内。
66.上述离心叶轮100、压缩机及制冷设备，在每对主风叶30中，包括位于离心叶轮100旋转方向的上游主风叶31，以及位于离心叶轮100旋转方向的下游主风叶33。离心叶轮100工作时，上游主风叶31的压力面，与下游主风叶33下游主风叶33的吸力面均朝向风道50设置，且上游主风叶31的压力面的气压大于下游主风叶33的吸力面的气压。由于分流风叶40上开设有分流通道45，因此，基于气压平衡原理，上游主风叶31的压力面上的气流将通过分流通道45吹向下游主风叶33的吸力面，导致下游主风叶33的吸力面上的边界层损失，进而，可减少边界层的风损，从而具有较高的能量传递效率。
67.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实
施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。