旋转机械结构及其叶片扩压器的制作方法

本实用新型涉及旋转机械技术领域，更具体地说，涉及一种旋转机械结构及其叶片扩压器。

背景技术：

在离心压缩机、鼓风机、空压机等旋转机械中，一般都会在叶轮出口位置设计扩压器结构，该扩压器主要使从叶轮中出来的具有高流速的气流减速，使动能有效的转化为压力能。

扩压器包括无叶扩压器和叶片扩压器，其中无叶扩压器包括由两个壁面构成的环形通道，其结构简单，造价低，性能曲线平坦，稳定工况范围较宽，并且在马赫数Ma较高时，效率降低不明显，故无叶扩压器得到广泛应用。但其缺点是因气流方向角基本不变，流动路程较长，摩擦损失大。并且在设计工况下，其效率低于叶片扩压器，特别在气流方向角很小时显得更明显。

叶片扩压器是在上述无叶扩压器的环形通道内装上一系列叶片，具有扩压能力强，尺寸小等优点，其流道短，流动损失小，因而效率较高。在设计工况下，其效率比无叶扩压器高3～5％。但是由于叶片的位置固定不变，变工况时气流冲击损失较大，效率下降明显，特别是当冲角过大时，流道中易产生严重的分离，会导致喘振的发生。当压缩机流量减小时，往往在叶片扩压器中首先出现流动严重恶化，而引起整个压缩机的喘振。

综上所述，如何有效地解决叶片扩压器变工况适应性差的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种叶片扩压器，以有效地解决叶片扩压器变工况适应性差的问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述叶片扩压器的旋转机械结构。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种叶片扩压器，包括驱动环、能够带动所述驱动环正反向转动的驱动装置以及沿着所述驱动环周向设置的多个叶片组件，所述叶片组件包括：

连杆，所述连杆的一端与所述驱动环的外侧转动连接，且两者的相对转动轴线与所述驱动环的轴线平行；

一端与所述连杆的另一端转动连接的控制杆，且两者的相对转动轴线与所述驱动环的轴线平行；

一端与所述控制杆的另一端固定连接的导杆，且所述导杆与控制杆相互垂直；

周向限位件，所述周向限位件能够控制所述导杆周向固定且能围绕自身轴线转动；

固定在所述导杆的另一端的叶片。

优选地，上述叶片扩压器中，所述驱动装置包括驱动件和一端与所述驱动件的输出端转动连接的连杆轴，所述连杆轴的另一端与所述驱动环转动连接，所述驱动件的输出端沿着直线伸缩，其通过所述连杆轴带动驱动环转动。

优选地，上述叶片扩压器中，所述连杆轴的两端通过球形连轴节分别与所述驱动环和所述驱动件的输出端连接。

优选地，上述叶片扩压器中，所述连杆轴和所述驱动件的输出端之间还设置有驱动轴，且所述驱动轴的一端与连杆轴转动连接另一端与所述驱动件的输出端固定连接。

优选地，上述叶片扩压器中，所述驱动件为直线步进电机。

优选地，上述叶片扩压器中，所述驱动环的外侧固定有多个直杆，多个所述叶片组件分别连接在多个所述直杆上。

优选地，上述叶片扩压器中，所述连杆的两端通过安装销分别与所述直杆和控制杆连接。

优选地，上述叶片扩压器中，所述连杆为扁平杆，且直杆的端部和控制杆的端部均具有开孔，所述连杆两端分别插入所述直杆和控制杆的开孔内，所述扁平杆的两端均为弧形。

优选地，上述叶片扩压器中，所述导杆与所述控制杆连接的端部开设有安装孔，所述控制杆穿过所述安装孔。

优选地，上述叶片扩压器中，所述控制杆穿过所述安装孔的端部固定有螺母，所述控制杆上还设有与所述导杆相抵的定位壁，所述导杆通过所述定位壁和螺母夹紧固定。

优选地，上述叶片扩压器中，所述叶片旋转的角度为0-20°。

优选地，上述叶片扩压器中，所述叶片旋转的角度为15°。

优选地，上述叶片扩压器中，还包括限制所述驱动环的旋转角度的角度限位件。

优选地，上述叶片扩压器中，所述周向限位件具体为支座，且所述导杆穿过所述支座。

优选地，上述叶片扩压器中，所述支座上设置有挡块，且所述驱动环上设置有限位块，所述驱动环转动时所述限位块能与所述挡块相抵以对所述限位块进行限位。

优选地，上述叶片扩压器中，所述连杆和控制杆之间的角度不大于160°。

优选地，上述叶片扩压器中，所述叶片上开设有腰形孔且所述导杆上设置有与所述腰形孔配合的腰形轴。

优选地，上述叶片扩压器中，所述导杆穿过所述腰形孔的端部固定有螺母，所述导杆和叶片通过螺母锁紧。

优选地，上述叶片扩压器中，所述叶片的腰形孔开设在其厚度最大的位置，所述叶片的弦长为L，最大厚度位于距所述叶片的进气位置0.3L-0.5L处。

优选地，上述叶片扩压器中，所述叶片的最大厚度处设有沉孔，锁紧所述叶片的螺母沉入所述沉孔中，所述沉孔和所述腰形孔共同形成阶梯孔。

优选地，上述叶片扩压器中，所述叶片的最大厚度处设置有凸起，且所述阶梯孔的孔壁距所述凸起外表面的最小距离为1.5-3mm。

一种旋转机械结构，包括如上述中任一项所述的叶片扩压器。

优选地，上述旋转机械结构中，所述旋转机械结构为离心压缩机、鼓风机、离心水泵或空压机。

优选地，上述旋转机械结构中，所述旋转机械结构为离心压缩机，所述驱动环带动叶片的旋转方向与所述离心压缩机的叶轮旋转方向一致。

本实用新型提供的叶片扩压器包括驱动环、驱动装置和多个叶片组件。其中，驱动装置能够带动驱动环正反向转动，多个叶片组件沿着驱动环的周向设置。叶片组件包括连杆、控制杆、导杆、周向限位件以及叶片。其中，连杆的一端与驱动环的外侧转动连接，另一端与控制杆的一端转动连接，并且连杆和驱动环之间的转动轴线与驱动环的轴线平行，连杆和控制杆之间的转动轴线也与驱动环的轴线平行，即连杆与驱动环之间的转动轴线、连杆与控制杆之间的转动轴线以及驱动环转动时的轴线均相互平行。控制杆的另一端与导杆的一端固定连接，并且导杆与控制杆相互垂直，即导杆与控制杆、连杆均相互垂直。周向限位件能够控制导杆周向固定且能围绕自身轴线转动，即导杆不能发生周向位移，仅能围绕自身轴线转动。叶片固定在导杆的另一端，导杆转动时能够带动叶片旋转，且叶片和导杆同轴转动。

应用本实用新型提供的叶片扩压器时，当变工况时，可以通过驱动装置带动驱动环转动，由于连杆的两端分别与驱动环和控制杆转动连接，故驱动环带动连杆和控制杆一起转动，导杆与控制杆固定连接，因此导杆跟随控制杆转动，进而叶片跟随导杆转动，实现了叶片的转动，以通过调节叶片旋转角度来满足不同负荷下压缩机始终处于高效运行，转动后叶片的角度适应变工况后的气流冲角，避免了冲角过大时发生喘振现象和整个压缩机的喘振。

为了达到上述第二个目的，本实用新型还提供了一种旋转机械结构，该旋转机械结构包括上述任一种叶片扩压器。由于上述的叶片扩压器具有上述技术效果，具有该叶片扩压器的旋转机械结构也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的叶片扩压器的左视图；

图2为本实用新型实施例提供的叶片扩压器的右视图；

图3为本实用新型实施例提供的驱动环与驱动装置的装配示意图；

图4为本实用新型实施例提供的叶片组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的驱动环与叶片组件的装配示意图；

图6为本实用新型实施例提供的导杆与叶片的装配示意图；

图7为本实用新型实施例提供的叶片的旋转示意图；

图8为本实用新型实施例提供的叶片的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的离心压缩机的结构示意图。

在图1-9中：

1-驱动环、11-限位块、12-凸台；

2-驱动装置、21-球形连轴节、22-驱动轴、23-连杆轴；

3-叶片组件、31-直杆、32-连杆、33-控制杆、34-导杆、34a-腰形轴、35-叶片；

4-支座、41-挡块；

A-压缩机箱体、B-叶片扩压器、C-叶轮、D-主轴、E-出风通道。

具体实施方式

本实用新型的第一个目的在于提供一种叶片扩压器，以有效地解决叶片扩压器变工况适应性差的问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述叶片扩压器的旋转机械结构。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图8，本实用新型实施例提供的叶片扩压器包括驱动环1、驱动装置2和多个叶片组件3。其中，驱动装置2能够带动驱动环1正反向转动，多个叶片组件3沿着驱动环1的周向设置。叶片组件3包括连杆32、控制杆33、导杆34、周向限位件以及叶片35。其中，连杆32的一端与驱动环1的外侧转动连接，另一端与控制杆33的一端转动连接，并且连杆32和驱动环1之间的转动轴线与驱动环1的轴线平行，连杆32和控制杆33之间的转动轴线也与驱动环1的轴线平行，即连杆32与驱动环1之间的转动轴线、连杆32与控制杆33之间的转动轴线以及驱动环1转动时的轴线均相互平行。控制杆33的另一端与导杆34的一端固定连接，并且导杆34与控制杆33相互垂直，即导杆34与控制杆33、连杆32均相互垂直。周向限位件能够控制导杆34周向固定且能围绕自身轴线转动，即导杆34不能发生周向位移，仅能围绕自身轴线转动。叶片35固定在导杆34的另一端，导杆34转动时能够带动叶片35旋转，且叶片35和导杆34同轴转动。

其中，驱动环1、连杆32和控制杆33共同形成类似多连杆机构，当驱动环1顺时针转动时，连杆32带动控制杆33顺时针转动，同时控制杆33带动导杆34以及叶片35顺时针转动。当驱动环1逆时针转动时，连杆32带动控制杆33逆时针转动，同时控制杆33带动导杆34以及叶片35逆时针转动。

应用本实用新型提供的叶片扩压器时，当变工况时，可以通过驱动装置2带动驱动环1转动，由于连杆32的两端分别与驱动环1和控制杆33转动连接，故驱动环1带动连杆32和控制杆33一起转动，导杆34与控制杆33固定连接，因此导杆34跟随控制杆33转动，进而叶片35跟随导杆34转动，实现了叶片35的转动，以通过调节叶片35旋转角度来满足不同负荷下压缩机始终处于高效运行，转动后叶片35的角度适应变工况后的气流冲角，避免了冲角过大时发生喘振现象和整个压缩机的喘振。

具体地，驱动装置2包括驱动件和连杆轴23，其中连杆轴23的一端与驱动件的输出端转动连接，连杆轴23的另一端与驱动环1转动连接，驱动件的输出端沿着直线伸缩，驱动件的输出端伸缩时通过连杆轴23带动驱动环1转动。调整叶片35角度时，驱动件的输出端伸出或者收缩，进而带动连杆轴23移动，驱动件的输出端伸缩过程中连杆轴23与输出端之间的角度发生变化，即连杆轴23与输出端所在的伸缩直线之间的角度发生变化，由于连杆轴23两端均为转动连接，因此连杆轴23能够带动驱动环1转动。为了避免卡住可以将输出端伸缩时沿着的直线与驱动环1的圆心相错设置，即输出端伸缩时沿着的直线不过驱动环1的圆心。如此设置，驱动装置2将直线移动转换为转动，较容易实现驱动环1的转动，结构简单便于操作。

其中，连杆轴23的两端可以通过球形连轴节21分别与驱动环1和驱动件的输出端连接，如此连杆轴23的两端可以相对于驱动环1和驱动件的输出端发生360°转动，使得连杆轴23的一端随驱动件的输出端伸缩平移，另一端随着驱动环1做周向旋转，如此使得连杆轴23两端的移动更加灵活。当然，连杆轴23的两端也可以通过转动轴分别与驱动环1和驱动件的输出端连接，在此不作限定。

为了保证连杆轴23与球形连轴节21不发生相对转动，可以在连杆轴23两端与球形连轴节21连接的位置安装一个锁紧螺母，此锁紧螺母能够限制连杆轴23与球形连轴节21不发生相对转动。

为了便于连接，连杆轴23和驱动件的输出端之间还可以设置有驱动轴22，并且驱动轴22的一端与连杆轴23转动连接另一端与驱动件的输出端固定连接。如此则连杆轴23的一端通过球形连轴节21与驱动轴22连接，另一端通过球形连轴节21与驱动环1连接。

优选地，驱动件可以为直线步进电机，直线步进电机的精度较高且成本低。当然，驱动件还可以为气缸或者伸缩油缸，在此不作限定。

为了便于叶片组件3的连接，可以在驱动环1的外侧固定有多个直杆31，多个叶片组件3分别连接在多个直杆31上。多个直杆31沿着驱动环1的周向设置，直杆31的长度可以沿着驱动环1的径向设置，如此直杆31的一端与驱动环1固定连接，另一端与叶片组件3连接。直杆31与驱动环1可以通过螺纹连接，具体地驱动环1上可以开设有螺纹孔，直杆31的端部设置外螺纹段，为了便于两者的连接，还可以在直杆31上设置一个六角扳手卡位，如此可以通过扳手卡住六角扳手卡位后转动直杆31。当然，直杆31和驱动环1之间也可以过盈配合，在此不作限定。

另外，驱动环1的外侧可以沿周向设有多个凸台12，直杆31的一端直接与凸台12固定连接。如此更加便于直杆31的定位，多个直杆31应该沿着驱动环1的周向均匀分布。

为了简化结构，其中连杆32的两端可以通过安装销分别与直杆31和控制杆33连接。即连杆32的一端通过安装销与直杆31转动连接，连杆32的另一端通过安装销与控制杆33转动连接。

具体地，连杆32可以为扁平杆，直杆31的端部和控制杆33的端部均具有开孔，连杆32的两端插入直杆31和控制杆33的开孔内部，然后通过安装销将连杆32与直杆31和控制杆33转动连接。为了避免干涉连杆32的转动角度，连杆32的两端可以均设置为弧形，连杆32的两端可以均向外突出，如此连杆32转动时其端部不会与开孔的内壁相抵而限制连杆32的转动角度。

当然，连杆32也可以为圆杆，连杆32与直杆31和控制杆33通过转动轴连接。

为了便于导杆34与控制杆33的连接，可以在导杆34与控制杆33连接的端部开设有安装孔，控制杆33穿过安装孔。进一步地，控制杆33穿过安装孔的端部固定有螺母，控制杆33上还设有与导杆34相抵的定位壁，导杆34通过定位壁和螺母夹紧固定。即导杆34的一侧与定位壁相抵，另一侧与螺母相抵，定位壁和螺母夹紧导杆34以实现导杆34和控制杆33的相对固定。

具体可以在控制杆33上设置有突出的定位块，定位块的靠近导杆34的一侧为定位壁。控制杆33上还可以设置一个六角扳手卡位，如此拧紧螺母时便于用扳手卡柱六角扳手卡位以固定住控制杆33。六角扳手卡位可以作为突出的定位块与导杆34相抵。

如图6所示，实线所示的叶片35位置表示在流量最小时叶片35所处的位置，虚线所示的叶片位置表示流量最大时叶片35所处的位置，b表示叶片35旋转角度，且叶片35旋转的角度b为0-20°。优选地，叶片35旋转的角度b为15°。当然，叶片35的旋转角度b也可以大于20°，在此不作限定。进行安装时，叶片35的旋转方向需顺着叶轮旋转方向，图6中即为叶轮顺时针旋转时，叶片35的旋转示意图。

为了避免叶片35的旋转角度过大，该叶片扩压器B还可以包括限制驱动环1的旋转角度的角度限位件。即当驱动环1转动至设定角度时，由于角度限位件的作用，驱动环1不能再继续转动。

周向限位件可以具体为支座4，导杆34穿过支座4。即支座4上开设通孔，导杆34穿过通孔。如此设置，支座4位置固定，通孔的孔壁对导杆34进行限位阻止其发生周向位移，且导杆34可以在通孔内围绕自身轴线转动。

进一步地，支座4上设置有挡块41，驱动环1上设置有限位块11，驱动环1转动时限位块11能与挡块41相抵以对限位块11进行限位。如此挡块41和限位块11共同构成角度限位件，即驱动环1转动至设定角度时，驱动环1上的限位块11与支座4上的挡块41相抵以阻止驱动环1继续转动。其中挡块41的数量可以为两个，驱动环1转动时限位块11仅能在两个挡块41之间转动，两个挡块41可以分别对驱动环1的正转角度和反转角度进行限制。若限位块11和与其配合的两个挡块41称为一个角度限位件，则该叶片扩压器B可以设置多个角度限位件，优选地设置三个角度限位件，且三个角度限位件沿着驱动环1周向均布。

当然，角度限位件还可以为限制驱动件的输出端伸缩长度的卡件，具体卡件限制驱动件输出端的伸缩长度，进而限制驱动环1的转动角度。

如图4所示，为了防止驱动环1转动过程中连杆32打翻，连杆32和控制杆33之间的角度a应该不大于160°，否则在装配过程中很容易由于装配误差而导致连杆32打翻，最终导致整个结构失效。

在本实施例中提高的叶片扩压器B中，叶片35上可以开设有腰形孔，并且导杆34上设置有与腰形孔配合的腰形轴34a。如此保证了导杆34转动时带动叶片35转动，且两者同轴转动。进一步地，导杆34穿过腰形孔的端部固定有螺母，导杆34和叶片35通过螺母锁紧，即螺母锁紧以使导杆34和叶片35相对固定。螺母外部可以带有2-6个缺口，优先选用2个或者4个，缺口用于工装卡住后转动螺母以锁紧固定叶片35。

当然，叶片35还可以与导杆34过盈配合，在此不作限定。

为了保证叶片35的强度，叶片35的腰形孔最好开设在其厚度最大的位置。叶片35的进气位置称为前缘，出气位置称为尾缘，前缘尾缘之间的距离称为弦长L，从前缘开始计算，叶片35厚度最大位置一般位于0.3L-0.5L处，即最大厚度位于距叶片35的进气位置0.3L-0.5L处。

为了不产生较大阻力影响气流通过，叶片35的最大厚度处设有沉孔，锁紧叶片35的螺母沉入沉孔中。并且，沉孔和腰形孔共同形成阶梯孔。

当叶片35的最大厚度处不足以加工阶梯孔时，可以在叶片35的最大厚度处设置凸起，阶梯孔的孔壁距凸起外表面的最小距离为1.5-3mm。凸起的外表面最好为弧面。优选地，阶梯孔的孔壁距凸起外表面的最小距离为2mm，若阶梯孔的孔壁距凸起外表面的最小距离太小则加工时容易破边，太大则会造成流体在经过时产生较大的阻力。

叶片35可以为翼型叶片。并且叶片35可以通过切割、铣制或者铸造的方式加工形成，优先选用切割、铣制的方式，如此可保证叶片35表面光洁度，减少摩擦损失。当流体流量较小时，叶片35尺寸形状较小，不宜使用铸造的方法，铸造叶片35仅适用于流体流量较大时的叶片35。

该叶片扩压器B可以为低稠度叶片扩压器，即叶片35数量不宜过多，否则结构不易布置，一般来说叶片35数量可为5～15片，最优的选取9～11片。

基于上述实施例中提供的叶片扩压器，本实用新型还提供了一种旋转机械结构，该旋转机械结构包括上述实施例中任意一种叶片扩压器。由于该旋转机械结构采用了上述实施例中的叶片扩压器，所以该旋转机械结构的有益效果请参考上述实施例。

具体地，该旋转机械结构可以为离心压缩机、鼓风机、离心水泵或空压机。当该旋转机械结构可以为离心压缩机时，其可以具体为多级压缩机或者单级压缩机。

当旋转机械结构为离心压缩机时，驱动环1带动叶片35的旋转方向应该与离心压缩机的叶轮旋转方向一致。如图8所示，该叶片扩压器B位于压缩机箱体A内部，压缩机的主轴D带动叶轮一起旋转，叶轮C是整个压缩机的做功元件，叶片扩压器B叶片位于叶轮的出风通道E内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。