一种新型离心风机叶轮及其制备方法与流程

本发明属于风机叶轮制造技术领域，具体涉及一种新型离心风机叶轮及其制备方法。

背景技术：

风机是对气体压缩和气体输送机械的习惯简称，其中风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能。离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

离心风机主要包括机壳、叶轮和电机等，而叶轮由前盘、叶片、后盘和轴盘等组成，其中前盘、叶片和后盘采用焊接方式连接，后盘与轴盘采用铆接连接固定；随着国家大力提倡节能减排，离心风机也进行了一系列的改进创新，以便提高工效。目前针对叶轮的改进主要集中在叶片的材料和焊接工艺方面，比如在叶片上增加耐磨层或者更换叶片材质，增加了自动焊接机器人等。但是现有的改进只是部分稍微改善了叶轮的性能，效率提升有限，风机的整体强度、寿命低、能耗大、成本高；现有技术中若要提高叶轮的强度需要采用较厚的叶片、前盘和后盘，导致叶轮整体较重，能耗较高，成本较高。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型离心风机叶轮及其制备方法，以至少解决目前离心风机叶轮的整体强度和寿命较低，重量大，成本高，能耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型离心风机叶轮，所述叶轮包括前盘、叶片、后盘和轴盘；

所述前盘呈环形面，所述前盘纵截面呈向内凹陷圆弧状；

所述叶片呈不规则片状结构，所述叶片的一侧边与所述前盘固定连接，所述叶片设置在所述前盘和所述后盘中间，所述叶片沿所述前盘圆周的切线方向倾斜设置，所述叶片有多个并沿所述前盘周向均匀排布；所述叶片沿所述后盘平行方向呈弧形设置，且垂直于所述叶轮轴向方向的横截面呈波浪形结构；

所述后盘与所述叶片的另一侧边固定连接，所述后盘与所述轴盘可拆卸连接，并通过所述轴盘与传动件连接。

在如上所述的新型离心风机叶轮，优选，所述后盘呈圆环面，所述后盘的盘面沿中心轴向设置有环向的加强槽。

在如上所述的新型离心风机叶轮，优选，所述叶片上的波浪形结构从所述叶片的一端面延伸至另一端面。

在如上所述的新型离心风机叶轮，优选，所述叶片上设置有压型槽，所述压型槽设置在所述叶片的中部。

在如上所述的新型离心风机叶轮，优选，所述压型槽的四周设置有圆弧形倒角。

在如上所述的新型离心风机叶轮，优选，所述加强槽的面积不大于所述后盘盘面的50％。

一种新型离心风机叶轮的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤s1、前盘、叶片和后盘的压型和连接

选取高强度钢板，分别对前盘、叶片和后盘进行冷压压型处理，将所述前盘、所述叶片和所述后盘焊接成一体结构，形成连接件；

步骤s2、振动时效处理内应力

采用振动时效装置对焊接后的所述连接件进行振动时效处理，消除内应力；

步骤s3、与传动件的连接以及偏摆与平衡测试

将振动时效处理之后的所述后盘与轴盘采用铆接连接，形成叶轮，通过所述叶轮的轴盘与传动件连接进行偏摆和平衡测试，得到合格的离心风机叶轮。

在如上所述的新型离心风机叶轮的制备方法，优选，所述步骤s1中的叶片压型具体为采用叶片模具对叶片进行冷压成型，所述叶片模具为分体式模具，包括第一叶片模具和第二叶片模具，所述第一叶片模具和所述第二叶片模具可拆卸连接，且在相对面上分别设有弯曲弧度波浪形凹腔和弯曲弧度波浪形凸起；

优选地，所述弯曲弧度波浪形凹腔和所述弯曲弧度波浪形凸起形状相同。

在如上所述的新型离心风机叶轮的制备方法，优选，所述步骤s1中的后盘压型处理采用后盘模具对后盘进行冷压压型，所述后盘模具为分体式模具，包括上后盘模具和下后盘模具，所述下后盘模具的上表面设有环形凹槽，所述上后盘模具的下表面设有环形凸起，所述环形凸起位于所述环形凹槽的上方内部，所述上后盘模具和所述下后盘模具形成的内部空间用于所述后盘钢板的成型；

优选地，所述环形凸起和所述环形凹槽的高度均为2～8mm。

在如上所述的新型离心风机叶轮的制备方法，优选，所述步骤s2中的振动时效处理的振动时间为8-12min；

优选地，振动时效处理的共振频率为3000-5000r/min，激振力为25-30kn。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明的新型离心风机叶轮，叶片沿后盘平行方向呈弧形设置，且垂直于叶轮轴向方向的横截面设置有波浪形结构，该结构改变了叶片出口处涡流脱离的位置，抑制了涡流脱离对流动的扰动从而减少了气动噪声，提高效率；叶轮的后盘采用冷压成型，通过设置环形凹槽和凸起结构，加强了后盘的强度，进而达到减薄钢板厚度的同时满足强度的要求；本发明通过改变加工叶轮的工艺方法，改善叶片和后盘的结构，实现了叶轮整体重量的减轻，降低了能耗和成本，同时提高了叶轮的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的叶轮的剖视图；

图2为叶轮的俯视图；

图3为叶片的展开结构示意图；

图4为另一实施例中带有压型槽的叶片展开结构示意图；

图5为图4中的叶片立体结构示意图；

图6为叶片模具的结构示意图；

图7为后盘模具的侧视图；

图8为图7中a处局部放大图；

图9为后盘模具的俯视图。

图中：1、前盘；2、叶片；21、压型槽；3、后盘；31、加强槽；4、轴盘；5、铆钉；6、叶片模具；61、第一叶片模具；62、第二叶片模具；7、后盘模具；71、上后盘模具；72、下后盘模具；73、环形凹槽；74、环形凸起；8、轴孔。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。

如图1至图9所示，根据本发明的实施例，提供了一种新型离心风机叶轮，叶轮包括前盘1、叶片2、后盘3和轴盘4。

前盘1呈环形面，前盘1的纵截面呈向内凹陷圆弧状，即前盘1呈内高外低的圆环形，圆弧光滑过渡连接。

叶片2呈不规则片状结构，叶片2的一侧边与前盘1固定连接，叶片2设置在前盘1和后盘3的中间，且沿前盘1圆周的切线方向倾斜设置，叶片2设置有多个并沿前盘1的周向均匀排布；叶片2整体沿与后盘3平行方向呈弧形设置，且垂直于叶轮轴向方向的横截面为波浪形结构。即叶片2沿与后盘3平行方向整体呈弧形，且具有与瓦楞结构相似的波浪形结构的弧形。

后盘3与叶片2的另一侧边固定连接，后盘3与轴盘4可拆卸连接，并通过轴盘4与传动件连接。本发明的具体实施例中，前盘1与叶片2采用焊接连接，叶片2与后盘3也采用焊接连接固定，轴盘4上设有轴孔8，轴孔8内通过主轴连接有传动箱，为叶轮提供动力。

在本发明的具体实施例中，叶片2上的波浪形结构从叶片2的一端面延伸至另一端面，即从叶片2与前盘1接触位置延伸至叶片2与后盘3接触位置。优选地，叶片2沿圆形切面的垂直方向按照一定角度倾斜，这样可以有效降低叶轮旋转过程中产生的紊流问题。叶片2沿前盘1周向均匀排布，共设置有12片叶片2。

在本发明的另一实施例中，叶片2上设置有压型槽21，压型槽21设置在叶片2的中部，压型槽21的底面与叶片2的弧形曲面曲率一致，压型槽21的四周设置有圆弧形倒角，防止叶片2发生扭曲变形，如图4和图5所示，在叶片2的四周边缘部位均为非凹槽结构的弧状平面结构。

在本发明的具体实施例中，后盘3呈圆环面，后盘3的盘面沿中心轴向设置有环向的加强槽31。加强槽31优选为一个，加强槽31也可以为多个，多个加强槽31均为环状，间隔设置在后盘3盘面上，加强槽31与后盘3盘面形成连续的高低起伏的台阶状，用于加强后盘3强度。

优选地，加强槽31的面积不大于后盘3盘面的50％，再优选地，加强槽31的面积为后盘3盘面的50％，压型强度增加幅度较大，本发明的实施例中后盘3的加强槽31的压型面积达到50％时，强度可以由350mpa增强到500-600mpa，强度提高了43％-71％。

本发明还提供了一种新型离心风机叶轮的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：

步骤s1、前盘1、叶片2和后盘3的压型和连接；

选取高强度钢板，本发明的具体实施例中，选取的是q345b材质钢板，分别对前盘1、叶片2和后盘3进行冷压压型处理，将前盘1、叶片2和后盘3焊接成一体结构，形成连接件。

对于前盘1的冷压压型，根据叶轮型号不同，前盘1的尺寸不同，前盘1采用整体下料压型或者断开下料压型，对于大尺寸型号的前盘1多采用将钢板断开后拼接焊接后再压型，拼接焊接压型包括：两拼、三拼和四拼，即通过切割钢板，采用两个钢板或三个钢板或四个钢板拼接在一起焊接成型，然后再进一步压型成前盘1；对于小尺寸型号的前盘1多采用整体下料压型，相比于拼接焊接压型这样可以增加美观度。根据型号不同采用不同前盘1压型方式可以满足尺寸要求的同时减少材料浪费，降低成本。

对于叶片2的冷压压型需要采用叶片模具6对叶片2进行冷压成型，叶片模具6为分体式模具，包括第一叶片模具61和第二叶片模具62，第一叶片模具61和第二叶片模具62可拆卸连接，且在相对面上分别设有弯曲弧度波浪形凹腔和弯曲弧度波浪形凸起；优选地，弯曲弧度波浪形凹腔和弯曲弧度波浪形凸起形状相同。将叶片2钢板放置在第一叶片模具61和第二叶片模具62之间，经过压型后形成具有波浪形弯曲弧度的叶片2。

叶片2的整体弯弧形结构设置，主要是增加整体强度，防止叶轮变形，降低叶轮的噪音；而波浪形结构设计进一步加强了叶片2的纵向强度，克服来自气流的扭矩，防止叶片2变形，使叶片2不会发生扭曲，降低叶轮爆炸的风险。本发明的叶片2结构设置可以保障在不影响离心风机性能的前提下，降低噪音，增加叶轮的强度。

后盘3的压型处理采用后盘模具7对后盘3进行冷压压型，后盘模具7为分体式模具，包括上后盘模具71和下后盘模具72，下后盘模具72的上表面设有环形凹槽73，上后盘模具71的下表面设有环形凸起74，环形凸起74位于环形凹槽73的上方内部，上后盘模具71和下后盘模具72形成的内部空间用于后盘3钢板的成型；优选地，环形凸起74和环形凹槽73的高度均为2～8mm(比如3mm、4mm、5mm、6mm、7mm)；本申请中的环形凹槽73可以设置有一个或者多个，环形凹槽73有多个时，沿叶轮的轴向环向间隔分布，通过模具压型形成具有多个连续的高低起伏的台阶状的后盘3。通过后盘3的压型，整体后盘3盘面强度提高。本申请中的后盘模具7可以多型号的风机叶轮后盘3共用，操作方便，节约成本。

步骤s2、振动时效处理内应力；

采用振动时效装置对焊接后的连接件进行振动时效处理，消除内应力。本发明的具体实施例中，振动时效处理装置采用的沈阳市辽河振动机械厂的asr2010真彩智能振动时效装置，优选地，振动时间为8-12min(比如9min、10min、11min、12min)；共振频率为3000-5000r/min(比如3100r/min、3200r/min、3300r/min、3400r/min、3500r/min、3600r/min、3700r/min、3800r/min、3900r/min、4000r/min、4100r/min、4200r/min、4300r/min、4400r/min、4500r/min、4600r/min、4700r/min、4800r/min、4900r/min)；激振力为25-30kn(比如26kn、27kn、28kn、29kn)。

步骤s3、与传动件的连接以及偏摆与平衡测试；

将振动时效处理之后的后盘3与轴盘4采用铆接连接，在形成叶轮，通过叶轮的轴盘4与传动件连接进行偏摆和平衡测试，得到合格的离心风机叶轮。

本发明的具体实施例中，后盘3与轴盘4采用人工铆接，可以在铆钉5充分加热后，在轴孔8位置可以迅速填满，使轴盘4和铆钉5的接触面积变大，叶轮的运行更平稳，安全系数更高。

偏摆测试控制偏摆量不超出1cm，本发明的叶轮经过本发明的制备方法成型后经测试，偏摆量可以控制在3mm以内。

平衡测试即动静平衡测试，本发明中的叶轮经过平衡测试后，直径在1000mm以下的叶轮，不平衡量值小于3g；直径在1000～2000mm的叶轮，不平衡量值小于10g；直径在2000以上，不平衡量值在20g以内。

叶轮的后盘3整体压型不仅增加的板材的强度，同时也大大增加了板材的平整度，增加平整度后的叶轮具有如下优势：第一，平整度增加会减小叶轮的偏摆量；第二，平整度的增加意味着板材均匀度的增加，使平衡难度降低和不平衡量降低。因此，后盘3经过压型后，钢板平整度和平滑度提高，提高了叶轮的稳定性，进而大大提高了离心风机的使用寿命。

采用本发明的离心风机叶轮的制备方法在实际生产中加工一台10#离心风机的叶轮，标准制作材料的厚度一般是：前盘：4mm，叶片8mm，后盘10mm，轴盘重35kg；而本发明的新型叶轮采用较薄的钢板即可实现同样的强度和更优异的效果，叶轮的厚度可以达到：前盘：3mm，叶片4mm，后盘4mm，轴盘4重20kg；叶轮重量可以由原来的200kg，降低到90kg左右，大大降低了叶轮的整体重量，和生产成本(离心风机用轴盘是根据叶轮的重量和转速设计，本发明叶轮的前盘、叶片、后盘重量分别降低后，轴盘重量也可以降低)。

综上所述，本发明的新型离心风机叶轮，叶片沿后盘平行方向的截面呈弧形设置，且垂直于叶轮轴向方向的横截面设置有波浪形结构，该结构改变了叶片出口处涡流脱离的位置，抑制了涡流脱离对流动的扰动从而减少了气动噪声，提高了效率；叶轮的后盘采用冷压成型，通过设置环形凹槽和凸起结构，加强了后盘的强度，进而达到减薄钢板厚度的同时满足强度的要求；本发明通过改变加工叶轮的工艺方法，改善叶片和后盘的结构，实现了叶轮整体重量的减轻，降低了能耗和成本，同时提高了叶轮的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。