叶轮、离心压缩机及空调器

技术领域

本公开属于制冷技术领域，具体涉及一种叶轮、离心压缩机及空调器。

背景技术

在离心压缩机设计中，工况选择通常将满负荷的性能作为唯一考核指标，要求离心压缩机在设计工况附近，其性能达到最佳，效率达到最高。

制冷离心压缩机，其运行使用工况与使用环境的温湿度以及室内负荷需求紧密相关。在一年之中，甚至一天之中，气温变化幅度变化很大，需要的冷量变化幅度也很大，离心压缩机的运行工况也会随之产生较大的变化。实践证明，离心压缩机的运行使用并不像最初设计时设想的一直运行于设计工况点。相反，在实际运行中，离心压缩机在绝大部分时间运行于部分负荷下，甚至远远偏离设计工况，其中国家标准GB/T 18430.1中就提到空调机组在75％和50％负荷下运行，时间占比达到41.5％和46.1％。这样，如果采用传统的单点设计方案进行压缩机设计，在部分负荷运行时，将造成压缩机低能效运行和巨大的能源浪费。对于满负荷设计时，叶轮入口面积的减少，会增大入口马赫数，增大摩擦损失。对于出口面积的增大，会加大叶轮出口处的分离损失；对于部分负荷时，此出口分离更加严重，损失更加厉害。

发明内容

因此，本公开要解决的技术问题是相关技术中叶轮造成压缩机低能效运行和能源浪费，从而提供一种叶轮、离心压缩机及空调器。

为了解决上述问题，本公开提供一种叶轮，包括：

轮毂、叶片；

轮毂与叶片连接处设有第一圆倒角，叶轮入口处的第一圆倒角的半径为R1，叶轮出口的处的第一圆倒角的半径为R2，满足R2＞R1。

本公开的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在一些实施例中，叶轮入口与叶轮出口之间的第一圆倒角的半径为R5，满足R2＞R5＞R1。

在一些实施例中，沿叶轮入口到叶轮出口的方向，第一圆倒角的半径逐渐增加。

在一些实施例中，R2＝3R1，R5＝2R1。

在一些实施例中，叶轮还包括轮盖，轮盖与叶片连接处设有第二圆倒角，叶轮入口处的第二圆倒角的半径为R3，叶轮出口处的第二圆倒角的半径为R4，满足R4＞R3。

在一些实施例中，满足R4＝R2，R3＝R1；或R4≠R2，R3＝R1；或R4＝R2，R3≠R1；或R4≠R2，R3≠R1。

在一些实施例中，叶轮入口与叶轮出口之间的第二圆倒角的半径为R6，满足R4＞R6＞R3。

在一些实施例中，沿叶轮入口到叶轮出口的方向，第二圆倒角的半径逐渐增加。

在一些实施例中，R4＝3R3，R6＝2R3。

在一些实施例中，轮盖与叶片焊接连接，靠近叶轮入口的连接处使用的焊料量小于靠近叶轮出口的连接处使用的焊料量。

在一些实施例中，叶轮还包括轮盖，叶片的厚度沿轮毂到轮盖的方向逐渐增加。

在一些实施例中，叶轮出口处的叶片采用强后弯角。

在一些实施例中，轮毂背离叶片的轴向端面设有凹槽结构，凹槽结构被构造为降低轮毂的应力。

在一些实施例中，凹槽结构的开设方向向轮毂的轴线方向倾斜。

在一些实施例中，凹槽结构的底部设有第三圆倒角。

在一些实施例中，轮毂设有阶梯轴孔，阶梯轴孔包括靠近叶片所在的端面的第一孔段，及原理叶片所在的端面的第二孔段，第一孔段被构造为穿接电机轴进行叶轮周向固定，第二孔段被构造为叶轮与电机轴的径向、轴向固定。

一种离心压缩机，采用上述的叶轮。

一种空调器，采用上述的叶轮。

本公开提供的叶轮、离心压缩机及空调器至少具有下列有益效果：

本公开的叶轮，通过不同的半径圆角，改变叶轮入口的气流马赫数，降低冲击损失；减少叶轮出口面积，减低叶轮的尾迹损失，优化扩压器入口流场，提高整级效率。

附图说明

图1为本公开实施例的叶轮的结构轴向视图；

图2为本公开实施例的叶轮剖视图；

图3为本公开实施例的叶轮入口示意图；

图4为本公开实施例的叶轮出口示意图；

图5为本公开实施例的离心压缩机结构示意图。

附图标记表示为：

1、轮毂；2、叶片；3、第一圆倒角；4、叶轮入口；5、叶轮出口；6、凹槽结构；7、第三圆倒角；8、阶梯轴孔；9、第一孔段；10、第二孔段；11、电机轴；12、筒体；13、定子；14、轴承；15、叶轮；16、扩压器；17、轮盖。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开具体实施例及相应的附图对本公开技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

结合图1至图4所示，本实施例提供了一种叶轮15，包括：轮毂1、叶片2；轮毂1与叶片2连接处设有第一圆倒角3，叶轮入口4处的第一圆倒角3的半径为R1，叶轮出口5的处的第一圆倒角3的半径为R2，满足R2＞R1。

本公开实施例的叶轮，在靠近叶轮入口4的叶片2与轮毂1连接处使用小半径的圆倒角，使流通面积变大，能够降低叶轮入口4处阻塞，相同时间相同速度能通过更多气体，能够降低入口马赫数，减少叶轮15在入口段的冲击损失。

同时，使用小半径的圆倒角，能够在避免圆倒角重叠的前提下，适当增加叶片数量，使叶轮15的叶片2数目处于有利于性能最优的区间，如果使用大的圆角会导致相邻叶片，圆角后发生重叠，需要减少叶片。

叶轮入口4的小半径圆倒角，还能够提高流体进入叶轮15的流场，同时与相关技术中因流道太窄需要将入口处的叶片截短成长短叶片的方案相比，使用小半径圆倒角可以避免使用长短叶片，方便叶轮15加工。

在靠近叶轮出口5的叶片2与轮毂1连接处使用大半径倒角，使根部的实体部分增大，压缩流体流动空间，使出口流通面积减少，适当增加出口速度，限制叶轮出口5边界分离层增长。

同时流通面积减少，适当增加叶片2之间的拥堵，导致叶片2之间的压力梯度降低，减少轴向流动，减少或抑制二次流，有效的抑制二次流的形成。

在出口处使用大半径的圆倒角能够增大径向出口速度，降低圆周切向速度，减少尾部回流。

在一些实施例中，叶轮入口4与叶轮出口5之间的第一圆倒角3的半径为R5，满足R2＞R5＞R1。在叶轮15中间轮毂通流段使用的第一圆倒角3的半径鉴于R2和R1之间，第一圆倒角3的半径由叶轮入口4到叶轮出口5进行梯次变化，能够使气流在叶轮15内部进行梯次扩压，防止突然的扩压形成大的逆压，限制低速团的生成。5

在一些实施例中，沿叶轮入口4到叶轮出口5的方向，第一圆倒角3的半径逐渐增加，第一圆倒角3的半径有入口到出口进行均匀增长，能够使气流在叶轮15内部进行均匀扩压，防止突然的扩压形成大的逆压，限制低速团的生成。

在一些实施例中，沿叶轮入口4到叶轮出口5的方向的弦长为L，自叶轮入口4到0.3L处的第一圆倒角3的半径为R1，0.3L到0.6L处的第一圆倒角3的半径为R5，R5＝2R1，0.6L到叶轮出口5处的半径为R2，R2＝3R1。

在一些实施例中，叶轮15还包括轮盖17，轮盖17与叶片2连接处设有第二圆倒角，叶轮入口4处的第二圆倒角的半径为R3，叶轮出口5处的第二圆倒角的半径为R4，满足R4＞R3。第二圆倒角的作用与第一圆倒角3相同，能够起到增加叶轮入口4处的流通面积，减小叶轮出口5的流通面积。

在一些实施例中，满足R4＝R2，R3＝R1，叶轮入口4和叶轮出口5处的第二圆倒角与第一圆倒角3均具有相同的半径；或R4≠R2，R3＝R1，叶轮入口4的第二圆倒角与第一圆倒角3均具有相同的半径，叶轮出口5的第二圆倒角的半径与第一圆倒角3的半径不同；或R4＝R2，R3≠R1，叶轮出口5第二圆倒角与第一圆倒角3均具有相同的半径，叶轮入口4的第二圆倒角的半径与第一圆倒角3的半径不同；或R4≠R2，R3≠R1，叶轮入口4和叶轮出口5处的第二圆倒角与第一圆倒角3均具有不同的半径。

在一些实施例中，叶轮入口4与叶轮出口5之间的第二圆倒角的半径为R6，满足R4＞R6＞R3。在叶轮15中间轮毂通流段使用的第二圆倒角的半径鉴于R4和R3之间，第二圆倒角的半径由叶轮入口4到叶轮出口5进行梯次变化，能够使气流在叶轮15内部进行梯次扩压，防止突然的扩压形成大的逆压，限制低速团的生成。

在一些实施例中，沿叶轮入口4到叶轮出口5的方向，第二圆倒角的半径逐渐增加。第二圆倒角的半径有入口到出口进行均匀增长，能够使气流在叶轮15内部进行均匀扩压，防止突然的扩压形成大的逆压，限制低速团的生成。

在一些实施例中，第一圆倒角3的半径大小需要跟进叶轮15实际的通流面积进行选择设计，通常对于小叶轮15的圆倒角半径在0.5mm-1.5mm范围内，对于大叶轮15使用半径在1mm-3mm范围内的圆倒角。

在一些实施例中，沿叶轮入口4到叶轮出口5的方向的弦长为L，自叶轮入口4到0.3L处的第二圆倒角的半径为R3，0.3L到0.6L处的第二圆倒角的半径为R6，R6＝2R3，0.6L到叶轮出口5处的半径为R4，R4＝3R3。

在一些实施例中，轮盖17与轮毂1分开加工，轮毂1与叶片2一体，通过五轴机床进行整体加工。加工完成后，轮盖17与叶片2焊接连接，为了使第二圆倒角实现变半径设计，靠近叶轮入口4的连接处使用的焊料量小于靠近叶轮出口5的连接处使用的焊料量。在轮盖17使用焊料进行连接叶片时，根据圆角半径大小，在不同位置进行不同量的焊料填充，加工形成不同半径的第二圆倒角。

在一些实施例中，叶片2在流道空间上进行三元曲率设计，叶片2的厚度沿轮毂1到轮盖17的方向逐渐增加，根据不同位置不同的压力分布进行厚度调整，保证叶轮15内部流场的载荷能够均匀分布。

在一些实施例中，叶轮出口5处的叶片2采用强后弯角，叶片弯曲方向与旋转方向相反，成为后弯式叶片。而在叶轮出口5处沿叶片2的切线与叶轮出口5圆周方向的切线的夹角的锐角为后弯角，此角度在15—30度称为强后弯角，保证叶轮15较大的做功能力和较高的效率。后弯的叶片2在流线方向弯曲度较小，叶轮15流通面积逐渐增大不容易产生边界分离。

在一些实施例中，轮毂1背离叶片2的轴向端面设有凹槽结构6，凹槽结构6被构造为降低轮毂1的应力，能够在叶轮15运行使中心孔处的应力有效降低，保证叶轮15的强度，使其能够安全可靠运行。

在一些实施例中，凹槽结构6的开设方向向轮毂1的轴线方向倾斜，从而将轮毂1的应力由靠近叶轮出口5处向靠近叶轮入口4处分散。

在一些实施例中，凹槽结构6的底部设有第三圆倒角7，减少局部的应力集中。

在一些实施例中，轮毂1设有阶梯轴孔8，阶梯轴孔8包括靠近叶片2所在的端面的第一孔段9，及原理叶片2所在的端面的第二孔段10，第一孔段9被构造为穿接电机轴11进行叶轮15周向固定，第二孔段10被构造为叶轮15与电机轴11的径向、轴向固定。

本实施例公开的叶轮，通过不同的半径圆角，改变叶轮进口的气流马赫数，降低冲击损失；减少叶轮出口面积，减低叶轮的尾迹损失，优化扩压器入口流场，提高整级效率。

结合图5所示，本实施例提供了一种离心压缩机，采用上述的叶轮15，离心压缩机包括筒体12、定子13、轴承14、电机轴11和扩压器16。其中筒体12为圆柱形，定子13通过过盈连接固定在筒体12上；支座主要通过过盈来进行轴承14固定，并且通过螺钉的方式进行固定在筒体12上；使用轴承14对电机轴11进行支撑，在其端面通过锁紧螺母的方式进行叶轮15锁紧。

一种空调器，采用上述的叶轮15。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。