叶轮及气体泵制造技术

本实用新型专利技术提供一种叶轮及气体泵。叶轮包括：轮轴、上轮盘、叶片对、下轮盘。上轮盘和下轮盘，均为与轮轴同心的旋转体，且具有平行相对面，上轮盘向上同心连接轮轴，下轮盘向下同心开设轴心管；叶片对为两条叶片，围绕轮轴中心对称，呈等距螺线形态；叶片对的轴向两边，分别贴合并连接所述相对面，由此形成的两条管道，在叶轮旋转时，可以推动内部气体径向扩散或径向汇集。气体泵基于叶轮设计。本实用新型专利技术的叶轮及气体泵，借鉴传统封闭式叶轮的密封优势，修正其具体结构的错误与不足：按相同的泵体体积衡量，能够超越涡轮牵引复合泵，不仅具有更高的压缩比，可以在更宽的压力范围工作，而且具有更大的运气通量与速度。

Impeller and gas pump

【技术实现步骤摘要】
叶轮及气体泵
本技术属于气体的定向流动与压力调控机械设备，涉及真空泵、压缩机等气体泵。
技术介绍
机械式气体泵种类繁多，工作模式各不相同。且各有优势与劣势，彼此无法替代。甚至没有一种气体泵，既可以做压缩机又可以做真空泵。它们唯一的共同点就是结构复杂，体积大成本高。因此有必要思考全新的气体泵设计理念，给出全新的原理结构。真空泵与压缩机的功能都是产生气体压差，只是方向相反而已。当然具体的工作条件肯定是不一样的。通过全封闭的叶轮的高速旋转，配合静态的降速扩压通道，实现运气功能的离心式压缩机，其叶轮套结在竖直向下的轮轴上，叶轮从上到下依次是上轮盘、几条叶片、下轮盘。上轮盘和下轮盘均为与轮轴同心的旋转体。上轮盘呈圆片形态，下轮盘呈漏斗形态，叶片围绕轮轴呈螺线形态，几条叶片围绕轮轴中心对称。为准确描述离心式气体泵的构造，下面需要先阐述几个机械领域的专业术语与定义：旋转面——其任意角度的轴剖面均呈相同的且对称的线段形态。旋转体——其任意角度的轴剖面均呈相同的且对称的闭合曲线形态。螺线——曲线上各点的极径与极角线性相关。中心对称——形态要素围绕轴线等角度均匀分布，且形态要素所在空间可以旋转重合。每条叶片的轴向两边分别与上轮盘的下表面和下轮盘的上表面结合，从而使两条相邻的叶片以及对应的上轮盘部分和下轮盘部分构成一条运气管道。有几条叶片就会有几条运气管道，一般是6条左右。运气管道的流通面积沿所在螺线处处相同。每条叶片的内端均止于下轮盘的轴心孔(即漏斗的小口)的外侧。因此该轴心孔是所有运气管道共同的吸气口，外界气体通过轴心孔先轴向进入叶轮再径向补充进入运气管道。上轮盘和下轮盘具有相同的圆形外缘周边，每条叶片的外端均止于所述外缘周边。每条运气管道的外端口即是各自的对外界的排气口。运气管道内的气体最终通过其外端口离开叶轮。从轴心处到外缘周边，每条叶片均朝着旋转的反向弯曲。且相邻两条叶片螺线的间距逐渐加宽。叶片的外端可以平行于轮轴，但叶片的内端必然倾斜，即趋向涡轮叶片形态。就叶片的径向中线所在旋转面而言，螺线上每点的切线相对此点处的径线的倾斜角度大多在45°左右。通过叶轮的高速旋转，使叶片对接触的气体产生离心力，在管道内将气体由轴心孔推向外端口，从而实现气体泵连续不断的运气功能。在其它条件一定时，叶轮的转速越高，叶片对接触的气体的离心力就越大，气体泵的运气功能就越好。从运作原理上看，这种气体泵属于离心式气体泵。相对分子牵引真空泵，按相同泵体体积比较，这种离心式气体泵结构简单成本低廉，运气通量大。但叶轮的排气口与吸气口的压缩比较低，因此无法使密闭容器实现超高真空或超大压强。这种离心式气体泵在设计原理上最突出的亮点在于，除了叶轮轴心处旋转的吸气口与泵壳轴心处静止的进气口间的连通需要转动密封外，整个叶轮可以是完全一体密封的。这个优势在其它气体泵的结构上是没有的。本技术认为这对于以机械方式设计气体泵，实现超大压缩比的努力非常重要。现存离心式气体泵存在的主要问题：一、螺线角度不合理，叶片所在螺线相对周线的倾斜角度过大，叶轮内气体所受的叶片推力的周向分力过大。其设计原则是离心分力的最大化。而没有考虑到周向分力的负面作用：推力垂直于叶片表面，因此离心分力使气体向排气口方向移动，而周向分力使气体向吸气口方向移动。当然，如果叶片呈几条径向直线，即推力完全是周向的，叶片对迎面气体没有径向的离心分力，即使在这种极端情况下，运气管道内的气体仍然会因自身的惯性而径向扩散。但是由于气体自身的质量很小，即惯性很小，所产生的离心力相对受到的外界气体的向心压力必然十分有限，因此这样的气体泵的运气功能必然十分有限。叶轮内的气体的径向扩散，主要是受到叶片因叶轮的高速旋转而施加的离心力作用的结果。叶片因向后弯曲及自身的刚性，在高速旋转的情况下可以对接触的气体产生巨大的离心力。二、两条相邻叶片之间的距离越靠近外缘周边越大，外缘周边全部对外界开放，致使叶片的轴向高度越靠近外缘周边必须越小。因为运气管道的截面积必须是从内到外处处相同的。所以按相同的螺线段长度衡量，线速度较大的外端的受力面积反而小于线速度较小的内端的受力面积。这样的外形设计浪费了叶轮宝贵的外侧空间。另一方面，运气管道的外端口越大，所受外界气体的压力也就越大，因此外缘周边全部对外界开放，非常不利于压缩比的提高。实际上，其叶轮的结构设计与水泵等液体泵类似，因此气体的比重越轻泵运效果越差。三、每条叶片的长度太短，使得整条叶片的离心力积分太小。显然在运气管道的截面积一定时，外界大气对管道内的气体的压力就是一定的，因此运气管道的长度越短，施加给管道内气体的离心力积分必然越小，所能维持的气压差值即压缩比越低。四、动态的运气管道与静态的扩压管道的连通存在缝隙，密封困难。轴心孔内有轮轴穿过，因此加大了轴心孔的内径，即加大了吸气口与进气口间转动密封的难度。上述几个主要方面，是造成现存这种离心式气体泵运气力量过小，压缩比过低等问题的主要原因。
技术实现思路
本技术的目的在于，借鉴传统封闭式叶轮的密封优势，修正其具体结构的错误与不足，提供一种同时具有压缩机与真空泵功能的气体泵：按相同的泵体体积衡量，能够超越涡轮牵引复合泵，不仅具有更高的压缩比，可以在更宽的压力范围工作，而且具有更大的运气通量与速度。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：叶轮的构成：从上到下包括，上轮盘、两条叶片、下轮盘，轮轴竖直向下连接上轮盘，下轮盘竖直向下开设轴心管。上轮盘和下轮盘，均为与轮轴同心的旋转体，且具有平行的相对面。两条叶片，垂直于所述相对面，或平行于轮轴，且围绕轮轴中心对称，呈两条等距螺线形态。叶片的轴向两边分别与所述相对面贴合并连接，共同形成两条呈中心对称的运气管道。当运气管道的一对叶片的间距处处相同，上轮盘和下轮盘的相对面平行，也即间距处处相同，则管道的流通面积沿所在螺线必然处处相同。本技术所称的中心对称的两条等距螺线，意指两条螺线相互交错，间隔相邻，处处平行且间距相同。上轮盘和下轮盘的相对面一般为旋转平面。特殊情况下也可以是相互平行的旋转曲面，比如旋转圆锥面，旋转圆弧面等；叶片的轴向两边，或者叶片的螺线方向的中心线，分别围绕轮轴呈中心对称，且沿所在旋转曲面，即在旋转曲面内，呈等距螺线。曲面相互平行，是指曲面上每点到另一曲面的距离都相等(点到曲面的距离，是指该点到曲面上所有点的最短距离)。另外当上轮盘和下轮盘的相对面呈轴向间距逐步变化的旋转曲面时，两条叶片则呈中心对称的两条变距螺线，以保持运气管道的流通面积沿所在螺线处处相同。正常情况下这种设计在空间利用上是不尽合理的，而且人为地增加了气体泵结构的复杂性。轴心管的内孔即轴心孔，两条叶片的内端均止于轴心孔的外侧，因此轴心孔是两条运气管道共同的对外界大气的吸气口，外界气体先轴向进入轴心孔再径向进入运气管道。轴心孔面积两倍于运气管道的流通面积。上轮盘和下轮盘具有大小与形状近似的，呈中心对称的外缘周边(上轮盘和下轮盘呈旋转体，是就其主体而言，即可以不包括其外缘周边)。两条叶片的外端均止于所述外缘周边，每条运气管道的外端口，即是其各自的对外界的排气口。运气管道内的气体最终通过其外端口离开叶轮。从叶轮视向轮轴(即由下向上看)，轮轴逆时针旋转称为正转，轮轴顺时针旋转称为反转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叶轮，其特征在于包括：轮轴、上轮盘、叶片对、下轮盘；上轮盘和下轮盘，均为与轮轴同心的旋转体，且具有平行相对面，上轮盘向上同心连接轮轴，下轮盘向下同心开设轴心管；叶片对为两条叶片，围绕轮轴中心对称，呈等距螺线形态；叶片对的轴向两边，分别贴合并连接所述相对面，由此形成的两条管道，在叶轮旋转时，可以推动其内部气体径向扩散或径向汇集。

【技术特征摘要】
1.一种叶轮，其特征在于包括：轮轴、上轮盘、叶片对、下轮盘；上轮盘和下轮盘，均为与轮轴同心的旋转体，且具有平行相对面，上轮盘向上同心连接轮轴，下轮盘向下同心开设轴心管；叶片对为两条叶片，围绕轮轴中心对称，呈等距螺线形态；叶片对的轴向两边，分别贴合并连接所述相对面，由此形成的两条管道，在叶轮旋转时，可以推动其内部气体径向扩散或径向汇集。2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，上轮盘和下轮盘，具有水平的相对面，叶片对垂直于所述相对面。3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，上轮盘和下轮盘之间，呈多个正向叶片对，和多个反向叶片对，交替相邻同心并列形态；反向叶片对向下，正向叶片对向上，与小轮盘贴合连接；反向叶片对向上，正向叶片对向下，与大轮盘贴合连接；小轮盘和大轮盘均为与轮轴同心的水平圆片；下轮盘的外周圆面和大轮盘的外周圆面，均与转筒的内周圆面贴合连接；转筒为与轮轴同心的圆管；小轮盘与转筒之间具有环形孔，大轮盘具有中心孔；叶轮的总压缩比为每级叶轮压缩比之和。4.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，上轮盘和下轮盘之间，呈多个同向叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，
申请(专利权)人：大连金刚科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21