叶轮及使用该叶轮的蒸汽压缩设备的制作方法

本发明涉及叶轮设计技术领域，尤其涉及一种叶轮及使用该叶轮的蒸汽压缩设备。

背景技术：

蒸汽压缩设备是对前道蒸发工序中产生的二次蒸汽进行压缩，提高蒸汽的压力及温度，使其能够重新进入蒸发循环中的热回收设备，其广泛应用于化工、医疗、食品浓缩、溶液回收等多个重要的工业领域。叶轮是蒸汽压缩设备的核心部件，叶轮的性能是影响蒸汽压缩设备整机性能的重要因素。目前国内的蒸汽压缩设备产品性能仍然不够优良，高端的蒸汽压缩设备长期依赖进口，其主要的原因，是叶轮的做功能力还有待提升。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种改进的叶轮及使用该叶轮的蒸汽压缩设备，其做功转化效率相对较高，蒸汽压缩设备的整机性能得到提升。

本发明提供一种叶轮，所述叶轮包括轮毂、叶片组件、轮盖及轮盘，所述叶片组件的一端固定连接于所述轮毂，另一端连接于所述轮盖及所述轮盘，所述轮盖及所述轮盘连接于所述轮毂的两侧，所述轮盘上还设置有导风板，所述导风板的一端连接于所述轮盘，另一端连接于所述轮毂的侧面，所述导风板配合所述轮毂引导流体介质进入所述叶轮内。

进一步地，所述导风板与所述轮毂及所述轮盖形成导风结构，所述导风结构包括第一面、第二面及第三面，所述第二面的一端连接于所述第一面，另一端连接于所述第三面，所述第一面及所述第二面为所述轮毂临近所述轮盖的两段外侧面，所述第三面为所述导风板邻近所述轮盖的侧面，所述第一面与所述轮毂中心轴线形成的夹角大于所述第二面与所述轮毂中心轴线形成的夹角，所述第三面与所述轮毂中心轴线形成的夹角大于所述第一面与所述轮毂中心轴线形成的夹角。

进一步地，所述第一面与所述轮毂中心轴线形成的夹角为0°至45°，所述第二面与所述轮毂中心轴线形成的夹角为0°至45°，所述第三面与所述轮毂中心轴线形成的夹角为30°至60°。

进一步地，所述轮盖包括第一板、第二板及第三板，所述第一板连接于所述叶片组件的输入端，所述第二板的一端连接于所述第一板，另一端连接于所述第三板，所述第一板与所述第三板相互垂直设置。

进一步地，所述第一板的厚度与所述第三板的厚度相匹配，所述第二板的厚度为所述第一板及所述第三板厚度的2至3倍。

进一步地，所述轮毂的中心处开设有通孔，所述通孔包括靠近所述轮盖的第一段及靠近所述轮盘的第二段，所述通孔的第二段呈锥形，所述叶轮通过所述通孔连接于外部连接轴。

进一步地，所述叶片组件包括第一叶片及第二叶片，所述第一叶片与所述第二叶片间隔设置，所述第一叶片的长度大于所述第二叶片的长度，所述第一叶片连接于所述轮毂的一端为三维扭矩结构，所述第一叶片与所述第二叶片对进入所述叶轮内的流体介质做功并压缩流体介质。

进一步地，所述叶片组件上设置有叶片齿，所述轮盘上对应所述叶片齿的位置开设有焊接槽，所述叶片齿嵌入所述焊接槽内并通过焊接连接方式与所述轮盘固定连接。

进一步地，所述叶片齿与所述轮盘通过塞焊的连接方式相互固定。

本发明还提供一种蒸汽压缩设备，所述蒸汽压缩设备包括叶轮，其特征在于，所述叶轮如上述所述的叶轮。

本发明提供的所述叶轮，通过所述导风结构实现对流体介质的引导，减少流体介质的气流分离层，提高所述叶轮的做功能力。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的叶轮的剖视示意图。

图2为图1所示叶轮的立体示意图。

图3为图1所示叶轮的结构示意图。

图4为图1所示轮毂部分结构的放大示意图。

图5为图2所示导风轮叶片部分结构的放大示意图。

图6为图1所示叶轮部分结构的放大示意图。

图7为图1所示叶轮组件与轮盖的连接状态图。

图8为图7所示叶轮组件与轮盖另一视角的连接状态图。

图9为图1所示轮毂与轮盘的连接状态图。

图10为图9所示轮毂与轮盘另一视角的连接状态图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，图1为本发明一实施方式中的叶轮100的剖视示意图，图2为图1所示叶轮100的立体示意图，图3为图1所示叶轮100的结构示意图。叶轮100用于卷动流体介质并对流体介质做功。本实施方式中，叶轮100应用于蒸汽压缩设备中，其用于压缩蒸汽循环系统中的二次蒸汽，通过对二次蒸汽做功来提高二次蒸汽的温度和压力，使得压缩后的二次蒸汽能够重新进入蒸发循环中，达到对二次蒸汽汽化潜能的热循环利用。可以理解，叶轮100并不限于仅应用于蒸汽压缩设备中，在其他的实施方式中，叶轮100还可以应用于水泵、搅拌器等其他的工业设备中，只要是需要对流体介质进行转动做功的应用场合，均可以应用本发明提供的叶轮100。

叶轮100包括轮毂10、叶片组件20、轮盖30及轮盘40，叶片组件20的一端连接于轮毂10，另一端连接于轮盖30及轮盘40，轮毂10、轮盖30及轮盘40围成一压缩腔50，叶片组件20容置于该压缩腔50内，该压缩腔50用于压缩二次蒸汽以提高二次蒸汽的温度和压力。

请一并参阅图4，图4为图1所示轮毂10部分结构的放大示意图，轮毂10大致呈中空圆柱形，轮毂10的大致中心处开设有通孔11，通孔11的中心轴线与轮毂10的中心轴线大致重合，轮毂10通过通孔11套设于外部连接轴(图未示)，通孔11用于允许外部连接轴穿入，使得轮毂10能够实现与外部连接轴的紧固连接。

本实施方式中，通孔11设置为台阶状，通孔11包括第一段111及与第一段111相连接的第二段112，第一段111呈圆柱形，第二段112呈圆锥形，第二段112沿自轮盖30指向轮盘40的方向逐渐扩展。将第二段112设置为锥形面，能够使得轮毂10更紧密地扣合外部连接轴。

本实施方式中，轮毂10通过第二段112与外部连接轴过盈配合，优选地，第二段112的锥度不大于1:20。

可以理解，在其他实施方式中，通孔11还可以设置为其他的形状，只要其能够实现与外部连接轴的紧固连接即可。

叶片组件20的一端设置于轮毂10上，另一端连接于轮盖30及轮盘40，叶片组件20远离轮毂10的一端与轮盖30及轮盘40平齐，叶片组件20与轮毂10、轮盖30及轮盘40固定连接。

本实施方式中，叶片组件20通过焊接实现与轮毂10、轮盖30及轮盘40的固定连接。可以理解，在其他的实施方式中，叶片组件20还可以通过铆接、胶固等其他的连接方式实现与轮毂10、轮盖30及轮盘40的固定连接。

请一并参阅图5，图5为图2所示叶片组件20部分结构的放大示意图，叶片组件20为三维扭曲叶片，叶片组件20用于卷动二次蒸汽，将二次蒸汽卷入压缩腔50中。叶片组件20包括多个第一叶片21及与第一叶片21相互间隔设置的多个第二叶片22，第一叶片21与第二叶片22沿叶轮100的径向布设并环状分布于叶轮100上。第一叶片21及第二叶片22的一端均与轮盖30及轮盘40平齐，第一叶片21的长度相对第二叶片22的长度要长，每一个第一叶片21沿叶轮100的径向设置于两个第二叶片22的大致中心处，每一个第二叶片22沿叶轮100的径向设置于两个第一叶片21的大致中心处。第一叶片21与第二叶片22的长度交错设置，能够提高叶轮100的做功能力。

本实施方式中，第一叶片21为三维扭矩叶片，第一叶片21的一端设置于两个第二叶片22之间，另一端三维扭曲并连接于轮毂10的外侧面上。第一叶片21及第二叶片22远离轮毂10的一端用以输出压缩后的工作流体，为叶片组件20的输出端；第一叶片21靠近轮毂10的一端用以卷入进入叶轮100内的工作流体，为叶片组件20的输入端。

优选地，第一叶片21在轮毂10上的安装角设置为80°至90°，第一叶片21前缘与轮毂10中心轴线的夹角α设置为80°至90°，第一叶片21尾缘与轮毂10中心轴线的夹角β设置为0至10°，此时叶片组件20具有较佳的卷动能力，能够相对强力的卷入二次蒸汽，提高叶轮100的做功能力。

本实施方式中，第一叶片21的数量与第二叶片22的数量均为十二个。可以理解，在其他的实施方式中，第一叶片21的数量还可以采用除十二个之外的其他数量，第二叶片22的数量还可以采用除十二个之外的其他数量，只要第一叶片21与第二叶片22能够相互配合，实现对工作流体的压缩做功即可。

轮盖30包括第一板31、第二板32及第三板33，第一板31与叶片组件20固定连接，第二板32的一端连接于第一板31，另一端连接于第三板33，第一板31与第三板33倾斜设置，第二板32大致呈圆弧状，第一板31通过第二板32均匀过渡并连接于第三板33，将第二板32设置为圆弧状，能够提高二次蒸汽进入压缩腔50时的稳定性，避免紊流。

本实施方式中，第一板31与第三板33相互垂直，此时叶轮100具有较佳的整机性能。可以理解，在其他的实施方式中，第一板31与第三板33还可以采用其他的倾斜角度交错设置。

本实施方式中，第一板31大致平行于轮毂10的中心轴线，第三板33大致垂直于轮毂10的中心轴线，第一板31与第三板33的厚度匹配，第二板32的厚度是第一板31及第三板33厚度的2-3倍，以增强轮盖30的结构强度。

本实施方式中，第一板31、第二板32及第三板33采用焊接的连接方式相互固定。可以理解，在其他的实施方式中，第一板31、第二板32及第三板33还可以采用铆接、胶固等其他的连接方式相互固定。

轮盘40连接于轮毂10相对叶片组件20的另一端。本实施方式中，轮盘40与轮盖30的第三板33相互平行设置，轮盘40大致垂直于轮毂10的中心轴线。可以理解，在其他的实施方式中，轮盘40与轮盖30还可以采用其他的角度相互倾斜设置。

轮盘40上还设置有导风板41，导风板41的一端连接于轮盘40，另一端连接于轮毂10，导风板41用以加强叶轮100的结构强度并引导二次蒸汽卷入压缩腔50内，减少二次蒸汽进入压缩腔50时的气流能量损失。

本实施方式中，导风板41倾斜设置于轮毂10上，导风板41与轮毂10中心轴线的夹角呈30°至60°，此时叶轮100具有相对较高的导风效率。可以理解，在其他的连接方式中，导风板41还可以采用除上述30°至60°之外的其他角度设置于轮毂10上。

本实施方式中，导风板41采用焊接的连接方式固定连接于轮毂10及轮盘40。可以理解，在其他的实施方式中，导风板41还可以采用铆接、胶固等其他的连接方式固定连接于轮毂10及轮盘40。

请一并参阅图6，图6为图1所示叶轮100部分结构的放大示意图，本发明提供的叶轮100，其轮毂10的外侧面与导风板41形成导风结构60，从而使得二次蒸汽能够快速的卷入叶轮100内，减少二次蒸汽的气流能量损失，提高叶轮100的工作能力。

用以引导二次蒸汽进入叶轮100内部的导风结构60包括第一面61、第二面62及第三面63，第一面61及第二面62为轮毂10临近轮盖30的两段外侧面，第三面63为导风板41临近轮盖30的侧面，二次蒸汽依次通过第一面61、第二面62及第三面63进入轮盖30与轮盘40之间，经过叶片组件20的做功后提高自身的温度和压力再重新进入蒸发循环中，达到对二次蒸汽汽化潜能的热循环利用。

第一面61与轮毂10中心轴线形成的夹角大于第二面62与轮毂10中心轴线形成的夹角，第三面与轮毂10中心轴线形成的夹角大于第一面61与轮毂10中心轴线形成的夹角。优选地，第一面61与轮毂10中心轴线形成的夹角为0°至45°，第二面62与轮毂10中心轴线形成的夹角为0°至45°，第三面63与轮毂10中心轴线形成的夹角为30°至60°。

可以理解，在其他的实施方式中，导风结构60还可以采用曲面涡旋等其他的导风方式，只要其能够实现对二次蒸汽的导入即可。

本发明提供的叶轮100，为了避免在传统的叶轮加工中出现的由于三维叶片的扭曲幅度和角度较大，叶片个数众多而引起的焊接难的问题，叶轮100中的叶片组件20与轮盘40之间还设置有焊接结构。

在传统的叶轮加工中，由于叶片扭曲的幅度和角度较大，叶片的个数多而密集，焊接工具如焊枪、焊丝等难以伸入叶片与轮盖、轮盘的接触面上，自然也就无法对叶片进行焊接作业。仅仅对叶片临近轮毂的一端进行焊接，又降低了叶轮100的整体连接强度，加之叶轮一般需要长时间作业，这降低了叶轮的服役寿命，甚至会对正常的生产造成干扰。

本发明提供的叶轮100，在叶片组件20与轮盘40之间还设置有焊接结构，以提高叶片组件20的焊接连接强度。

请一并参阅图7至图10，图7为图1所示叶轮20与轮盖30的连接状态图，图8为图7所示叶轮20与轮盖30另一视角的连接状态图，图9为图1所示轮毂10与轮盘40的连接状态图，图10为图9所示轮毂10与轮盘40另一视角的连接状态图。

本发明提供的叶轮100采用分体焊接的结构形式，叶轮100先将叶片组件20焊接设置于轮盖30上，再将轮毂10与轮盘40焊接固定连接，最后再将叶片组件20远离轮盖30的一端焊接固定设置于轮盘40上，从而实现对叶轮100的固定连接过程。

第一叶片21及第二叶片22的一端与轮盖30焊接固定，此时在第一叶片21及第二叶片22远离轮盖30的一端上设置叶片齿23，叶片齿23相对凸设于第一叶片21及第二叶片22上。

在轮盘40上对应于叶片齿23的位置开设用于容置叶片齿23的焊接槽24，焊接槽24的开设位置与叶片组件20上叶片齿23的装设位置对应，每一个焊接槽24内容置一个叶片齿23。

本实施方式中，焊接槽24的数量为二十四个，其中十二个焊接槽24间隔设置用于容置间隔设置的第一叶片21，余下的十二个焊接槽24间隔设置用于容置间隔设置的第二叶片22。

本实施方式中，为了简便焊接加工过程，第一叶片21上设置的叶片齿23的尺寸与第二叶片22上设置的叶片齿23尺寸相同，每个焊接槽24的尺寸也相同，此时叶片组件20的焊接安装过程相对简便。可以理解，在其他的实施方式中，第一叶片21上设置的叶片齿23的尺寸与第二叶片22上设置的叶片齿23的尺寸还可以不同，焊接槽24的尺寸与每个叶片齿23对应匹配，此时叶片组件20的安装精度相对较高。

叶片齿23嵌入焊接槽24后，叶片齿23与轮盘40嵌合连接，此时在叶片齿23与焊接槽24之间填入焊接材料，叶片齿23与轮盘40通过塞焊的方式相互固定，从而实现叶轮100的整体安装过程。

由于叶片组件20与轮盘40采用塞焊的方式相互固定，使得叶片组件20的整体能够固定连接于轮盘40上，叶轮100的连接强度提高，叶轮100在保证做功能力的同时具有较高的连接强度和服役寿命。

本发明还提供一种蒸汽压缩设备(图未示)，该蒸汽压缩设备用以压缩流体介质，该蒸汽压缩设备使用上述的叶轮100来完成对流体介质的压缩。

本发明提供的叶轮100，通过导风结构60实现对流体介质的引导，减少流体介质的能量损失，提高叶轮100的做功能力；通过设置上述的焊接结构，提高叶轮100的连接强度，延长叶轮100的服役寿命，具有较高的应用前景。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。