离心叶轮、离心压缩机、空调室外机和空调器的制作方法

1.本公开涉及泵送装置技术领域，特别涉及一种离心叶轮、离心压缩机、空调室外机和空调器。


背景技术：

2.离心叶轮包括轮毂和安装于所述轮毂上的多个叶片。所述叶片包括压力面、吸力面、位于所述离心叶轮的入口的所述压力面和所述吸力面的交界处的前缘和位于所述离心叶轮的出口的所述压力面和所述吸力面的交界处的尾缘。
3.图1为相关技术的离心叶轮的叶片的结构示意图。参见图1，该叶片1’的前缘13’从所述离心叶轮的径内侧至径向外侧逐渐向气流方向in的反方向倾斜且与所述离心叶轮的轴向形成一夹角λ。
4.在图1所示的离心叶轮设计时，通常近似认为进入离心叶轮的入口的气流方向in与离心叶轮的轴向(即图1中所示的水平方向)平行，参见图2，通常根据进入离心叶轮的入口的气流的体积流量与进口气流的轴向平均速度v来设计离心叶轮的入口的大小。图2中1a为设计离心叶轮的叶片时的叶片模型。根据图2所示的离心叶轮的入口的气流的轴向平均速度v的分布原理，离心叶轮入口靠近轮毂处流道面积小，靠近轮盖处流道面积大。如图1所示，使叶片1’的前缘13’相对于离心叶轮的轴向形成一夹角λ，可以增大离心叶轮轮毂处面积，从而防止离心叶轮堵塞。
5.另外，如图3所示，相关技术的离心叶轮的叶片1’的尾缘14’与压力面11’和吸力面12’的大致形成直角。
6.在实现本公开的技术方案时，发明人发现：
7.以上离心叶轮的叶片1’的前缘13’的形状，虽然能够保证离心叶轮基本满足流量要求，但离心叶轮的入口气流所产生的冲击损失和分离损失较大，对离心叶轮的效率产生不利影响。
8.以上离心叶轮的叶片1’的尾缘14’的形状，使得气流流出叶轮后，产生较大的向后滑移角，该气流滑移增加了气流在后续流道中的摩擦损失和分离损失，对离心叶轮的效率产生不利影响。


技术实现要素：

9.本公开的目的在于提供一种离心叶轮、离心压缩机、空调室外机和空调器，旨在提高离心叶轮的效率。
10.本公开第一方面提供一种离心叶轮，包括轮毂和安装于所述轮毂上的多个叶片，所述叶片包括压力面、吸力面、位于所述离心叶轮的入口的所述压力面和所述吸力面的交界处的前缘和位于所述离心叶轮的出口的所述压力面和所述吸力面的交界处的尾缘，所述前缘从所述离心叶轮的径内侧至径向外侧逐渐向气流方向的反方向倾斜且与所述离心叶轮的轴向的夹角逐渐变大。
11.在一些实施例的离心叶轮中，所述前缘与所述离心叶轮的轴向的夹角逐级变大或连续变大。
12.在一些实施例的离心叶轮中，所述前缘包括依次连接的多条直线段、依次连接的多条曲线段、单条曲线段或至少一条直线段和至少一条曲线段的组合。
13.在一些实施例的离心叶轮中，所述离心叶轮的入口的最大半径m和最小半径n根据以下公式择优确定：
[0014][0015]
其中，mv为所述离心叶轮的入口气流的单位时间内的体积流量的设计值，ax2+bx+c为离心叶轮的入口的气流在以离心叶轮的轴线为中心的半径x处的轴向速度，a、b、c为根据仿真或实验确定的常数。
[0016]
在一些实施例的离心叶轮中，所述压力面的靠近所述尾缘的一端包括与所述尾缘相接的第一曲面部，所述吸力面的靠近所述尾缘的一端包括与所述尾缘相接的第二曲面部，所述第一曲面部的曲率半径大于所述第二曲面部的曲率半径。
[0017]
在一些实施例的离心叶轮中，所述第一曲面部为第一圆弧面，所述第二曲面部为第二圆弧面。
[0018]
在一些实施例的离心叶轮中，所述第一圆弧面的半径与所述第二圆弧面的半径比约为2:1。
[0019]
本公开第二方面提供一种离心压缩机，包括本公开第一方面所述的离心叶轮。
[0020]
本公开第三方面提供一种空调室外机，包括本公开第二方面所述的离心压缩机。
[0021]
本公开第四方面提供一种空调器，包括本公开第三方面所述的空调室外机。
[0022]
基于本公开提供的离心叶轮，叶片的所述前缘从所述离心叶轮的径内侧至径向外侧逐渐向气流方向的反方向倾斜且与所述离心叶轮的轴向的夹角逐渐变大，利于减少离心叶轮入口处因为气流的轴向速度不均匀所引起的离心叶轮的气动损失，如气流对叶片的压力面的冲击损失和在叶尖处的分离损失，从而利于提高离心叶轮的效率。
[0023]
本公开提供的离心压缩机、空调室外机和空调器与本公开提供的离心叶轮具有相同的优点。
[0024]
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0025]
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本技术的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
[0026]
图1为相关技术的离心叶轮的叶片的结构示意图。
[0027]
图2为在确定现有技术的离心叶轮的叶片前缘形状时采用的进口气流速度分布示意图。
[0028]
图3为现有技术的离心叶轮的叶片的尾缘处的局部结构示意图。
[0029]
图4为本公开一实施例的离心叶轮的主视结构示意图。
[0030]
图5为图4所示的离心叶轮的侧视结构示意图。
[0031]
图6为图4所示的离心叶轮的叶片的结构示意图。
[0032]
图7为图4所示的离心叶轮的叶片在确定前缘形状时采用的速度分布示意图。
[0033]
图8为图4所示的离心叶轮的叶片的尾缘处的局部结构示意图。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0035]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0036]
在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
[0037]
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0038]
为了解决相关技术的离心叶轮中在入口处气流所产生的冲击损失和分离损失较大的技术问题，本技术实施例提供了一种离心叶轮。如图4和图5所示，该离心叶轮包括轮毂2和安装于所述轮毂2上的多个叶片1，所述叶片1包括压力面11、吸力面12、位于所述离心叶轮的入口的所述压力面11和所述吸力面12的交界处的前缘13和位于所述离心叶轮的出口的所述压力面11和所述吸力面12的交界处的尾缘14。如图6所示，所述前缘13从所述离心叶轮的径内侧至径向外侧逐渐向气流方向的反方向倾斜且与所述离心叶轮的轴向的夹角逐渐变大。图4中箭头方向代表离心叶轮工作时的旋转方向。图6中显示了前缘13的最靠近轮毂2的部位的前缘与所述离心叶轮的轴向的夹角倾角α。图6中气流方向in与离心叶轮的轴向平行。
[0039]
采用二次曲线v
x
＝ax2+bx+c拟合离心叶轮的入口处的气流的轴向速度v
x
在离心叶轮的径向上的分布更符合真实状况，其中v
x
为离心叶轮的入口的气流在以离心叶轮的轴线为中心的半径x处的轴向速度，a、b、c为根据仿真或实验确定的常数。
[0040]
如图7所示，随着半径x的增加，离心叶轮的入口处的气流的轴向速度增大，且增加
幅度越来越大。图7中1b为设计离心叶轮的叶片时的叶片模型。如图6所示，本公开实施例的离心叶轮，叶片1的前缘13从所述离心叶轮的径内侧至径向外侧逐渐向气流方向in的反方向倾斜且与所述离心叶轮的轴向的夹角(以下也称前缘倾角)逐渐变大，即采用了渐变式离心叶轮叶片前缘倾角的结构，更符合离心叶轮入口气流的轴向速度的二次曲线的径向分布规律，从轮毂2到轮盖(未图示，轮盖连接于各离心叶片1的径向外侧)，随着半径的增大，流道面积迅速增加，同时由于气流的轴向速度逐渐增大，叶片1导致的阻塞效应会逐渐减小，前缘倾角的角度从轮毂2到轮盖处逐渐增大利于气流的轴向速度逐渐减缓，从而该渐变式离心叶轮叶片前缘倾角的结构利于减少离心叶轮入口处因为气流的轴向速度不均匀所引起的离心叶轮的气动损失，如气流对叶片1的压力面11的冲击损失和在叶尖处的分离损失，从而利于提高离心叶轮的效率。
[0041]
在一些实施例的离心叶轮中，所述前缘13与所述离心叶轮的轴向的夹角可以逐级变大或连续变大。例如，在一些实施例的离心叶轮中，所述前缘13可以包括依次连接的多条直线段、依次连接的多条曲线段、单条曲线段或至少一条直线段和至少一条曲线段的组合。
[0042]
在一些实施例的离心叶轮中，所述离心叶轮的入口的最大半径m和最小半径n根据以下公式择优确定：
[0043][0044]
其中，mv为所述离心叶轮的入口气流的单位时间内的体积流量的设计值，ax2+bx+c为离心叶轮的入口的气流在以离心叶轮的轴线为中心的半径x处的轴向速度，a、b、c为根据仿真或实验确定的常数。
[0045]
基于二次曲线v
x
＝ax2+bx+c合理设置离心叶轮的入口的最大半径m和最小半径n，使离心叶轮的入口尺寸与渐变式离心叶轮叶片前缘倾角的结构更好地适配，利于该渐变式离心叶轮叶片前缘倾角的结构实现其功能，从而利于提高离心叶轮的效率。
[0046]
如图8所示，在一些实施例的离心叶轮中，所述压力面11的靠近所述尾缘14的一端包括与所述尾缘14相接的第一曲面部111，所述吸力面12的靠近所述尾缘14的一端包括与所述尾缘14相接的第二曲面部121，所述第一曲面部111的曲率半径大于所述第二曲面部121的曲率半径。
[0047]
离心叶轮的叶片1尾缘14处的以上设置考虑了气流对在压力面11和吸力面12存在的压差所产生的压力梯度影响，叶片1在离心出口处厚度逐渐减薄，能够有效地减少离心叶轮出口因气流滑移所产生的能量损失，从而利于提升离心叶轮的效率。
[0048]
在一些实施例的离心叶轮中，所述第一曲面部111为第一圆弧面，所述第二曲面部121为第二圆弧面。
[0049]
叶片1在离心叶轮出口处采用双圆弧段尾缘，利于降低气流滑移所产生的损失，有效减少离心叶轮的出口损失，提高离心叶轮的工作效率。
[0050]
根据压力面11和吸力面12的压差力，同时再结合叶片1的厚度，进行叶片1尾缘14处的弧度设计。例如，在一些实施例的离心叶轮中，所述第一圆弧面的半径与所述第二圆弧面的半径比约为2:1。
[0051]
本公开实施例还提供一种离心压缩机。该离心压缩机包括本公开实施例所述的离心叶轮。
[0052]
本公开实施例的离心压缩机具有本公开实施例的离心叶轮的优点。
[0053]
本公开实施例还提供一种空调室外机，包括本公开实施例的离心压缩机。本公开实施例还提供一种空调器，包括本公开实施例的空调室外机。本公开实施例的空调室外机和空调器具有本公开实施例的离心叶轮的优点。
[0054]
本公开实施例的离心叶轮、离心压缩机、空调室外机和空调器可以在离心叶轮、离心压缩机、空调室外机和空调器的各种应用场所使用。另外，还适用于需要较高压比的场所而仍能保证较高的效率。例如，低gwp冷媒介质具有密度低、压缩难度高等特性，采用本公开实施例的离心叶轮或离心压缩机对低gwp冷媒介质进行压缩可以实现高压比下具有较高的工作效率。
[0055]
根据以上描述可知，本公开实施例的离心叶轮、离心压缩机、空调室外机和空调器中，提出了提高离心叶轮的效率的有效措施。针对离心叶轮入口所产生的冲击损失和分离损失，根据离心叶轮入口气流的轴向速度沿离心叶轮的径向按二次函数分布的规律，对离心叶轮的叶片1的前缘倾角和入口的直径和进行优化设计，利于提高离心叶轮的效率。针对离心叶轮出口的气流由于尾缘14处的叶片1厚度所导致的气流滑移损失，根据压力面11和吸力面12所产生的压差力，对叶片1尾缘14处的结构进行优化设计，能够有效减少离心叶轮出口的损失，提升离心叶轮的效率。
[0056]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。