一种离心叶轮组件及变速可调的离心机组的制作方法

本发明属于电气设备领域，尤其涉及一种离心叶轮组件及变速可调的离心机组。

背景技术：

在离心机组（包括离心鼓风机、离心压缩机和离心真空泵等）的实际应用中，有很多应用场景的压力需求波动范围很大，并且变化频率很快。在这种应用工况下，现有离心机组单纯通过变速，则会引起工作范围过窄，如图5所示，在转速变化时，工作点沿红线变化，流量范围在低转速时变小，机组效能变差。同理，如果现有离心机组只是调整扩压器几何角度，虽然工作范围变大，但是离心机组的消耗会在低压点大大增加，尤其对于离心真空泵，功率增加的倍率最高，如图6所示，随着安装角变大，流量增大，功率也急剧增大，机组工作效率低。在诸如vpsa等实际应用中，离心机组（包括离心真空泵和离心鼓风机）的应用，如果不同时解决工作范围和功率消耗的问题，离心机组的应用推广将受到严重制约甚至难以推广。

另外，目前的离心机组应用的工况大多是稳定或者变化较小较慢的工况。典型的离心式机组是以工频电机+增速箱+离心机为主要结构形式的，经过数十年的发展，该种结构的形式的离心机组在各种工业系统种应用，如高炉风机、深冷制氧空压机、曝气风机和中央空调压缩机等，近年来，在曝气风机和空调压缩机行业越来越多的应用高速电机直驱的离心机组，依托高速电机的发展，推动了离心机与高速电机一体化的应用，一体化的机组解决了传统离心机组机械损失在中小型离心机里占比过大的问题，同时通过转速调整，提高了机组的工艺适应性，也大大降低了机组的能源消耗，典型产品就是磁浮曝气风机、气浮曝气风机以及磁浮制冷压缩机等。

虽然，现有直驱的离心机组在能耗上提高了很多，并且也具备实时做转速调整的条件，但是在vpsa等需要快速响应的场合，还存在工作范围窄，响应速度低等缺点，尤其是在低转速点或者低压力点的流量较小，这会对全局的性能产生较大的影响，使得机组的效能和效率都变得偏低。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种离心叶轮组件，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种离心叶轮组件，包括：

壳体；离心叶轮；

扩压器叶片；所述离心叶轮和所述扩压器叶片均活动设置在所述壳体内；连接轴，用于带动所述扩压器叶片进行转动；所述连接轴与所述扩压器叶片相连，所述扩压器叶片转动设置在所述壳体上；

变几何调节机构，用于驱动所述连接轴进行转动，以调节所述扩压器叶片在所述壳体内的安装角；

锁紧组件，用于锁紧所述离心叶轮，以使所述离心叶轮与用于带动所述离心叶轮进行转动的轴件进行可拆卸连接。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述变几何调节机构包括：

从动件，用于带动所述连接轴进行转动；所述从动件与所述连接轴相连；

主动件，用于带动所述从动件进行转动；所述从动件与所述主动件之间进行传动配合；

伺服电机，用于驱动所述主动件带动所述从动件进行转动。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述从动件为从动齿轮；所述主动件为主动齿轮；所述从动件与所述主动件相啮合；所述伺服电机与所述主动件相连。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述扩压器叶片设有若干组；若干组所述扩压器叶片呈环形分布在所述壳体内。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述从动件为齿形同步轮，所述从动件设有若干组；所述主动件为齿形同步带；若干组所述从动件均与所述主动件相啮合；所述伺服电机设有至少一组；所述伺服电机用于驱动所述主动件运转。

本发明实施例的另一目的在于提供一种变速可调的离心机组，其包括：

上述的离心叶轮组件；

驱动组件，用于驱动所述离心叶轮进行转动。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述驱动组件包括：

主轴；所述主轴通过所述锁紧组件与所述离心叶轮相连；

涡轮机，用于驱动所述主轴进行转动。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述锁紧组件包括：

锁紧螺母；

连接件；所述连接件的一端与所述主轴进行螺纹连接，所述连接件的另一端穿过所述离心叶轮与所述锁紧螺母进行螺纹连接。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述锁紧螺母与所述离心叶轮之间设有弹性套。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述驱动组件包括：

驱动电机；所述驱动电机的电机轴通过所述锁紧组件与所述离心叶轮相连；

变频器，用于控制所述驱动电机的转速；所述变频器与所述驱动电机进行电性连接。

本发明实施例提供的一种离心叶轮组件，通过设置变几何调节机构可以驱动扩压器叶片和连接轴转动，以调节扩压器叶片在壳体内的安装角及位置，从而在可变速的驱动组件的配合下，便于控制离心机组的流量和功率。另外，本发明实施例提供的变速可调的离心机组，便于对扩压器进行快速调节，可以同时使用直接驱动和可调扩压器的方式来满足工况反复快速变化的工况，其具有容量大、工作范围和效率较宽以及可以避免机组的喘振等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种离心叶轮组件的结构示意图。

图2为图1中a处的局部放大图。

图3为本发明实施例提供的一种变速可调的离心机组的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的另一种变速可调的离心机组的结构示意图。

图5为现有固定扩压器-变转速的离心机组的工作曲线图。

图6为现有变几何扩压器恒转速离心机组的工作曲线图。

图7为本发明实施例提供的变速可调的离心机组的工作曲线图。

图中：1-壳体、2-离心叶轮、3-支撑板、4-弹性套、5-锁紧螺母、6-连接件、7-扩压器叶片、8-连接轴、9-从动件、10-主动件、11-伺服电机、12-第一支撑轴承、13-支撑箱体、14-主轴、15-第二支撑轴承、16-第三支撑轴承、17-涡轮叶轮、18-可调式喷嘴、19-驱动电机、20-变频器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

另外，在本申请的描述中，所采用到的术语应当作广义的理解，对于本领域的技术人员而言，可以根据实际的具体情况来理解术语的具体含义。譬如，本申请中所采用的术语“设置”和“设有”，可以定义为接触式设置或者未接触式设置等；所采用的方位词术语均是以附图为参考或者根据以实际情况以及公知常识所定义的方向为准。

如附图1和2所示，在本发明的一个实施例中，提供了一种离心叶轮组件，其包括：

壳体1；

离心叶轮2；

扩压器叶片7；所述离心叶轮2和所述扩压器叶片7均活动设置在所述壳体1内；

连接轴8，用于带动所述扩压器叶片7进行转动；所述连接轴8与所述扩压器叶片7相连，所述扩压器叶片7转动设置在所述壳体1上；

变几何调节机构，用于驱动所述连接轴8进行转动，以调节所述扩压器叶片7在所述壳体1内的安装角；

锁紧组件，用于锁紧所述离心叶轮2，以使所述离心叶轮2与用于带动所述离心叶轮2进行转动的轴件进行可拆卸连接。

在实际应用中，为了降低其惯量，离心叶轮2的出口可设计成带斜角的混流形式；扩压器叶片7位于离心叶轮2和壳体1的内壁之间；扩压器叶片7可以设置多组，以组成叶片扩压器；扩压器叶片7和连接轴8可以为一体成型加工结构；另外，壳体1外还可固定安装支撑板3；连接轴8可通过第一支撑轴承12转动安装在支撑板3上。

本发明实施例通过设置变几何调节机构可以驱动扩压器叶片7和连接轴8转动，以调节扩压器叶片7在壳体1内的安装角及位置，从而在可变速的驱动组件的配合下，便于控制离心机组的流量和功率。

如附图2所示，在本发明的一个优选实施例中，所述变几何调节机构包括：

从动件9，用于带动所述连接轴8进行转动；所述从动件9与所述连接轴8相连；

主动件10，用于带动所述从动件9进行转动；所述从动件9与所述主动件10之间进行传动配合；

伺服电机11，用于驱动所述主动件10带动所述从动件9进行转动。

具体的，从动件9可以通过螺栓螺母固定安装在连接轴8上；伺服电机11可以安装在支撑板3上。

在本发明的另一个优选实施例中，所述从动件9可以是现有常见的从动齿轮；所述主动件10可以是现有常见的主动齿轮；所述从动件9与所述主动件10相啮合；所述伺服电机11的电机轴与所述主动件10相连。通过伺服电机11可以驱动主动件10转动，主动件10的转动可以驱动从动件9转动，从动件9的转动可以带动连接轴8转动，连接轴8的转动可以带动扩压器叶片7转动，以调节扩压器叶片7的位置和角度。

如附图1所示，在本发明的另一个优选实施例中，所述扩压器叶片7设有若干组；若干组所述扩压器叶片7呈环形分布在所述壳体1内。

具体的，扩压器叶片7可以设置六组或者六组以上，从动件9设置的数量与扩压器叶片7相同，但不限于此；主动件10的数量可以设置为一组或者与扩压器叶片7的数量相同，具体可根据主动件10的结构来进行选择。

譬如，在本发明的另一个优选实施例中，所述从动件9为齿形同步轮，所述从动件9设有若干组；所述主动件10为齿形同步带；若干组所述从动件9均与所述主动件10相啮合；所述伺服电机11设有至少一组；所述伺服电机11用于驱动所述主动件10运转。

具体的，从动件9的数量与扩压器叶片7的数量一一对应，主动件10只设置一组；每组从动件9均与主动件10相啮合，主动件10为环形结构；另外，伺服电机11可以设置一组或多组，伺服电机11的电机轴可以与其中一组从动件9相连，也可以通过额外设置与主动件10相啮合的齿形主动轮与伺服电机11的电机轴相连。通过伺服电机11可以驱动主动件10运转，从而可以带动多组从动件9进行同步转动，以实现同时调节多组扩压器叶片7的位置的目的。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种变速可调的离心机组，其包括：

上述的离心叶轮组件；

驱动组件，用于驱动所述离心叶轮2进行转动。

具体的，驱动组件为可变速驱动组件，其可以采用现有技术中的可变频电机或涡轮机。另外，离心机组具体可以是离心鼓风机、离心真空泵或者离心压缩机等等，但不限于此。

如附图3所示，在本发明的另一个优选实施例中，所述驱动组件包括：

主轴14；所述主轴14通过所述锁紧组件与所述离心叶轮2相连；

涡轮机，用于驱动所述主轴14进行转动。

具体的，涡轮机的结构可以与现有技术中常见的涡轮机结构相同，其包括涡轮叶轮17和可调式喷嘴18，通过涡轮机可以直接驱动离心叶轮2进行转动；主轴14的两端分别通过第二支撑轴承15和第三支撑轴承16转动安装在支撑箱体13上；第二支撑轴承15和第三支撑轴承16均可采用现有的滚子轴承或者磁浮轴承，以承受主轴14转速的快速变化所带来的冲击。涡轮叶轮17通过主轴14与离心叶轮2相连，通过涡轮叶轮17的转动可以带动主轴14转动，主轴14的转动可以带动离心叶轮2转动。其中，离心叶轮2转速的调整可以是涡轮机与离心叶轮2的特性自适应匹配调整，也可以通过调整涡轮机的可调式喷嘴18进行主动调整，一般地，为了实现更好的节能效果，利用可调式喷嘴18进行主动调整转速的效率会更高一些。

如附图3所示，在本发明的另一个优选实施例中，所述锁紧组件包括：

锁紧螺母5；

连接件6；所述连接件6的一端与所述主轴14进行螺纹连接，所述连接件6的另一端穿过所述离心叶轮2与所述锁紧螺母5进行螺纹连接。

具体的，连接件6的两端均设有外螺纹，主轴14的端部设有与连接件6一端的外螺纹相匹配的螺纹孔；锁紧螺母5与连接件6的另一端外螺纹相匹配；所述锁紧螺母5与所述离心叶轮2之间还可设置弹性套4。另外，主轴14与涡轮叶轮17之间的连接方式也可采用与上述锁紧组件相同的结构进行连接锁紧，以提高离心叶轮2、主轴14、涡轮叶轮17在变速转动时的稳定性。

如附图7所示，该实施例提供的离心机组在使用时，当伺服电机11将扩压器叶片7调整在较小的安装角时，离心叶轮2工作在小流量工作点，对应离心机组的高转速的设计点（如附图7的工作点b），在该工作点，需求的是高压力小流量；当伺服电机11将扩压器叶片7调整在较大的安装角时，叶轮工作在大流量工作点，对应机组的低转速的设计点（如附图7的工作点c），在该工作点，需求的是低压力大流量。另外，在该离心机组工作时，当工作在高压力点时（如附图7的工作点b），涡轮叶轮17和离心叶轮2工作在高转速，扩压器叶片7通过伺服电机11调节在小安装角位置，当工作在低压力点时（如附图7的工作点c），涡轮叶轮17和离心叶轮2工作在低转速，扩压器叶片7通过伺服电机11调节在大安装角位置。

如附图4所示，在本发明的另一个优选实施例中，提供了另一种结构的驱动组件，该驱动组件包括：

驱动电机19；所述驱动电机19的电机轴通过所述锁紧组件与所述离心叶轮2相连；

变频器20，用于控制所述驱动电机19的转速；所述变频器20与所述驱动电机19进行电性连接。

具体的，驱动电机19和变频器20均为现有技术中常见的部件；锁紧组件的结构可与上述实施例中锁紧组件的结构相同。通过驱动电机19可以直接驱动离心叶轮2进行转动。另外，通过变频器20输出频率的变换可以调整驱动电机19的转速，以实现控制离心叶轮2转速的目的。

如附图7所示，该实施例提供的离心机组在使用时，当工作在高压力点时（如附图7的工作点b），驱动电机19和离心叶轮2工作在高转速，扩压器叶片7通过伺服电机11调节在小安装角位置，当工作在低压力点时（如附图7的工作点c）驱动电机19和离心叶轮2工作在低转速，扩压器叶片7通过伺服电机11调节在大安装角位置。

综上，本发明实施例提供的变速可调的离心机组，便于对扩压器进行快速调节，可以同时使用直接驱动和可调扩压器的方式来满足工况反复快速变化的工况，其具有容量大、工作范围和效率较宽以及可以避免机组的喘振等优点。该离心机组通过转速和扩压器几何的联动调整，可以实现在低压下流量增大、功率大幅减小，这种改进对于有快速响应要求的机组应用有多重意义：一是提高了机组整体的流量压缩（相对于离心鼓风机和压缩机而言）或者抽吸（相对于离心真空泵而言）能力；二是降低了机组的全程消耗，甚至是大幅度的降低；三是可以降低机组设计点的参数，即可以减少机组设计点的流量要求参数，并降低装机功率，减少机组的整体造价；四是在需要多级串并联的情况下，可以避免机组喘振和堵塞风险。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。