一种离心叶轮及压气机的制作方法

1.本发明涉及空压机技术领域，更具体地涉及一种离心叶轮。

背景技术：

2.在飞机空气循环机中，压气机是涡轮进气的直接来源；压气机出口工质经过降温除水后进入涡轮，驱动涡轮膨胀做功，气流在涡轮内部膨胀做功以驱动压气机及其他转子部件。
3.而作为涡轮部件的上游组件，压气机能够使来流低压空气减速、增压，并驱动高压空气进一步流入涡轮，完成膨胀做功过程。可见，压气机的增压程度直接影响涡轮的做功能力，进而影响空气循环机系统的性能。而压气机中对气体总压升产生直接作用的是压气机叶轮转子，转子气动特性决定了涡轮入口边界条件。
4.由于离心压气机叶轮内部流动复杂，空气在叶轮入口叶尖位置速度较高，在流道内流动时受到叶片力、离心力、科氏力的作用，也存在因叶顶泄漏而引起的低能空气流动损失。

技术实现要素：

5.本发明公开的技术方案，提出了一种离心叶轮，其特征包括轮缘、轮毂以及周向分布在所述轮缘、轮毂之间的多个叶片；
6.每相邻两个所述叶片间形成一流道；
7.所述叶片形成有叶根、叶顶以及连接于所述叶根与叶顶之间的叶型部分，所述叶型部分形成有压力面和吸力面；
8.沿所述流道的入口到出口方向，随着相对流向位置ф的升高，所述叶根的中弧线与轮毂轴线形成的叶根中弧线安装角β1先增大再减小；
9.沿所述流道的入口到出口方向，随着相对流向位置ф的升高，所述叶顶的中弧线与轮毂轴线形成的的叶顶中弧线安装角β2先增大再减小，
10.在流道未达到出口前也即ф《100％的任一相对流向位置，所述β1大于β2，且β1-β2的差值随着相对流向位置ф的升高，先增大后减小。
11.进一步的，在一些可选的实施例中，在所述流道ф＝40％～60％的位置，β1达到最大值，β2达到最大值，β1-β2的差值达到最大值；
12.进一步的，在一些可选的实施例中，当ф＝50％时，β1达到最大值，β2达到最大值，β1-β2的差值达到最大值。
13.进一步的，在一些可选的实施例中，在所述流道的出口位置也即ф＝100％时，β1等于β2。
14.进一步的，在一些可选的实施例中，在所述流道ф＝100％的出口位置，β1与β2满足以下关系式：
15.β1＝β2＝arccos(0.2
×
z0.7)2，其中z为叶片数。
16.进一步的，在一些可选的实施例中，所述叶片数z为15～19，在所述流道ф＝100％的出口位置，β1与β2均在-63.7
°
～-51.9
°
范围内。
17.进一步的，在一些可选的实施例中，在所述流道ф＝0的入口位置，β1为-56
°
～-57
°
，β2为-38.5
°
～-39.5
°
。
18.进一步的，在一些可选的实施例中，从所述流道的入口到出口方向，所述叶根包括前段、中段及后段，
19.所述叶根的前段对应的相对流向位置ф值为0～30％；
20.所述叶根的中段对应的相对流向位置ф值为30～70％；
21.所述叶根的后段对应的相对流向位置ф值为70～100％；
22.在所述叶根的前段，β1由-39
°
逐渐增大为0
°
；在所述叶根的中段，β1由0
°
逐渐增大到+2.7
°
，再由+2.7
°
逐渐减小为0
°
；在所述叶根的后段，β1由0
°
逐渐减小到-58
°
。
23.进一步的，在一些可选的实施例中，从所述流道的入口处到出口方向，随着相对流向位置ф值的增大，所述叶根的厚度先增大，再减小；
24.从所述流道的入口处到出口方向，随着相对流向位置ф值的增大，所述叶顶的厚度先增大，再减小，其中所述叶顶的厚度小于所述叶根的厚度。
25.进一步的，在一些可选的实施例中，在所述流道的入口处的所述叶根厚度等于在所述流道的出口处的叶根厚度；
26.在所述流道的入口处的所述叶顶厚度等于在所述流道的出口处的叶顶厚度。
27.进一步的，在一些可选的实施例中，从所述流道的入口处到出口方向，所述叶根前段的厚度逐渐增大，所述叶根中段的厚度变化趋近于零，所述叶根后段的厚度逐渐减小；
28.从所述流道的入口处到出口方向，所述叶顶前段的厚度逐渐增大，所述叶顶中段的厚度变化趋近于零，所述叶顶后段的厚度逐渐减小。
29.进一步的，在一些可选的实施例中，从所述流道的入口处到出口方向，所述叶根中段的厚度为1.3mm，所述叶根前段厚度从0.9mm逐渐增大到1.3mm，所述叶根后段的厚度从1.3mm逐渐减小为0.9mm。
30.进一步的，在一些可选的实施例中，叶片在流道入口、出口的轮毂位置的厚度为0.85mm～0.95mm；在30％-70％相对流向范围内，厚度最大，1.2mm～1.4mm；叶片在流道入口、出口的轮缘位置厚度为0.55mm～0.65mm，在30％-70％相对流向范围内，厚度最大，为0.85mm～0.95mm。
31.进一步的，在一些可选的实施例中，叶片入口安装角与叶片气流角差为5.5
°
～6.5
°
，其中在流道入口，两者角度差5.5
°
～6.5
°
，随着展向高度的增加，两者差距逐渐缩小。
32.进一步的，在一些可选的实施例中，流道入口的β1为-39度；在ф到达50％流向位置时，轮毂型线角度为2.7度，到达100％流向位置即叶轮出口时，β1达到-58度；
33.转子入口的β2为-56.6度；在ф到达47％流向位置时，轮缘型线角度达到最大，角度为23.2，到达100％流向位置即叶轮出口时，β2达到-58度。
34.进一步的，在一些可选的实施例中，从所述流道的入口到出口方向，所述叶顶包括前段、中段及后段，
35.所述叶顶的前段对应的相对流向位置ф值为0～40％；
36.所述叶顶的中段对应的相对流向位置ф值为40～65％；
37.所述叶顶的后段对应的相对流向位置ф值为65～100％；
38.在所述叶顶的前段，所述β2由-56.6
°
逐渐增大为0
°
；在所述叶顶的中段，所述β2由0
°
逐渐增大到-23.2
°
；在所述叶顶的后段，所述β2由-23.2
°
逐渐减小到-58
°
。
39.进一步的，在一些可选的实施例中，β2增大到-23.2度时，对应的相对流向位置ф值为47％。
40.本发明还提供外一种设计方法实施例，其是一种设计上述任一项所述的离心叶轮的方法，其方法包括：
41.确定入口气体状态参数，同时给定转子轮毂半径值；
42.选择叶轮入口流向速度cm1作为迭代参数，优选的cm1初值可选定为0.28-0.32倍的入口马赫数；
43.根据基本气体动力学方程计算得到转子入口面积，转子入口轮缘半径；
44.计算轮缘位置相对速度w1s；
45.返回步骤2，改变cm1数值，继续计算，得到不同的w1s，直至在得到的所有w1s值中，出现最小值时，退出计算循环，并选择w1s的最小值所对应的轮缘半径值作为该轮毂半径对应的最佳轮缘半径。
46.本发明还提供外一种空压机实施例，其设有上述任一项所述的离心叶轮。优选的，空压机包括轮盖，所述轮盖和离心叶轮的轮毂配合在一起，多个叶片设置在所述轮盖的轮缘与轮毂之间。
47.本发明提供的，与现有技术相比，具有以下有益效果：
48.通过对叶片叶根及叶顶的型线设计，离心叶轮入口流速保持在较低水平，可以增大叶轮出口安装角，使其在工作点保持在较高的等熵效率，降低了离心叶轮的耗功。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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。
50.图1为本发明实施例提供的离心叶轮立体结构示意图；
51.图2a为本发明实施例提供的离心叶轮的主视图；
52.图2b为本发明实施例提供的离心叶轮的侧视图；
53.图3为本发明实施例提供的沿流道流向位置(相对流向位置)分布示意图；
54.图4为本发明实施例提供的叶片厚度沿流道流向位置(相对流向位置)分布示意图；
55.图5为本发明实施例提供的转子入口安装角、气流角沿展向分布；
56.图6为本发明实施例提供的图5中相对展向高度叶轮流线分布示意图；
57.图7为本发明实施例提供的相对展向高度叶片载荷分布；
58.图8a为本发明提供的空压机实施例的轮盖结构示意图；
59.图8b为本发明提供的空压机实施例的叶片结构示意图；
60.图8c为本发明提供的空压机实施例的轮毂结构示意图；
61.图9为本发明实施例提供的空压机实施例的整体装配示意图。
具体实施方式
62.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
63.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
64.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
65.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
66.压气机为飞机空调空气循环机中的重要部件，其将来流增压并送入涡轮完成膨胀做功，进而维持整个转子系统正常运行；其增压效果直接影响涡轮的做功能力，进而影响空气循环机系统的性能。而压气机中对气体总压升产生直接作用的是压气机叶轮转子，叶轮性能优劣直接影响涡轮性能。由于离心压气机叶轮内部流动复杂，空气在叶轮入口叶尖位置速度较高，在流道内流动时受到叶片力、离心力、科氏力的作用，也存在因叶顶泄漏而引起的低能空气流动损失。本发明提出一种大后弯角的离心压气机以改善压气机内部流动，提升压气机转子性能。
67.实施例1
68.图2a-图2b去掉轮盖的离心叶轮的正视、侧视图。图9为具有该离心叶轮的空压机实施例的侧视图，图8a-8c为本发明提供的空压机实施例的轮毂、叶片、轮盖示意图，进一步结合图1至图3，8a-8c，图9，本发明离心叶轮实施例包括：轮毂1；轮缘3，多个叶片2，多个叶片2设置于轮缘和轮毂之间且沿着轮毂的周向分布，相邻两个叶片间隔设置形成流道；叶片2形成有叶根21、叶顶22以及连接于叶根与叶顶之间的叶型部分，叶型部分是叶片的工作部分，其形成压力面和吸力面，两者均为曲面23，其中叶根21与轮毂1连接，叶顶与轮缘形成有动静配合间隙；叶根21形成轮毂线，叶顶22形成轮缘线。
69.通过大量实验数据，如图3-7所示，惊讶的发现以下结构尺寸的优化设计，可以很好的改善压气机内部流动，提升压气机转子性能：
70.沿所述流道的入口到出口方向，随着相对流向位置ф的升高，所述叶根的中弧线与轮毂轴线形成的叶根中弧线安装角β1先增大再减小；
71.沿所述流道的入口到出口方向，随着相对流向位置ф的升高，所述叶顶的中弧线与轮毂轴线形成的的叶顶中弧线安装角β2先增大再减小，
72.在流道未达到出口前也即ф《100％的任一相对流向位置，所述β1大于β2，且β1-β2
的差值随着相对流向位置ф的升高，先增大后减小。
73.需说明的是：
74.本技术中叶根的中弧线与轮毂轴线形成的夹角我们定义为叶根中弧线安装角β1，叶顶的中弧线与轮毂轴线形成的夹角定义为叶顶中弧线安装角β2；
75.叶根中弧线安装角β1的正负与叶顶中弧线安装角β2的正负是：流道入口处的入口安装角的基准为轴向，与轴向形成顺时针夹角的角度定义为负夹角，与轴向形成逆时针夹角的角度定义为正夹角；其流道出口处的出口安装角以径向为基准，与径向形成顺时针夹角的角度定义为负夹角，与径向形成逆时针夹角的角度定义为正夹角。入口安装角以及出口安装角通常为固定值，但叶根中弧线安装角β1、叶顶中弧线安装角β2在流向上不同位置的值是存在范围变化的，是较为灵活的，并不是固定值(例如，-23.2度，该值存在一定的变化范围，而且叶轮的性能是会随着该值的变化而发生变化的)。
76.本技术用ф表示相对流向位置，以轮毂轴向为基准，为流道入口到流道某一位置的轴向距离占流道入口到出口的轴向总距离的比值。
77.作为本技术优选的实施示例，在一些实施例中，如图3-9所示：在流道ф＝0的入口位置，β1优选为-56
°
～-57
°
，β2优选为-38.5
°
～-39.5
°
。在流道ф＝40％～60％的位置，β1、β2达到最大值，β1-β2的差值达到最大值，优选的ф＝50％时，β1达到最大值，β2达到最大值，β1-β2的差值达到最大值。在流道ф＝100％的出口位置，β1优选等于β2。β1与β2满足以下关系式：β1＝β2＝arccos(0.2
×z0.7
)2，其中z为叶片数。叶片数z优选为15～19，在流道ф＝100％的出口位置，β1与β2均在-63.7
°
～-51.9
°
范围内。
78.作为本技术优选的实施示例，在一些实施例中，如图3-9所示：从流道的入口到出口方向，叶根包括前段、中段及后段；叶根的前段对应的相对流向位置ф值为0～30％；叶根的中段对应的相对流向位置ф值为30～70％；叶根的后段对应的相对流向位置ф值为70～100％。作为本技术进一步优选的一个实施例，流道入口(ф值为0)的β1为-39度；在ф到达50％流向位置时，β1为2.7度，到达100％流向位置即叶轮出口时，β1达到-58度；如图3-7所示所示：沿着流道入口到出口方向，β1与ф可以优化关系为：在叶根的前段，β1由-39
°
逐渐增大为0
°
；在叶根的中段，β1由0
°
逐渐增大到+2.7
°
，再由+2.7
°
逐渐减小为0
°
；在叶根的后段，β1由0
°
逐渐减小到-58
°
。
79.作为本技术优选的实施示例，在一些实施例中，如图3-6所示：
80.从流道的入口处到出口方向，叶根前段的厚度逐渐增大，叶根中段的厚度变化趋近于零，叶根后段的厚度逐渐减小；
81.从所述流道的入口到出口方向，所述叶顶包括前段、中段及后段，
82.所述叶顶的前段对应的相对流向位置ф值为0～40％；
83.所述叶顶的中段对应的相对流向位置ф值为40～65％；
84.所述叶顶的后段对应的相对流向位置ф值为65～100％；
85.转子入口的β2为-56.6度；在ф到达47％流向位置时，β2达到最大，角度为23.2，到达100％流向位置
86.即叶轮出口时，β2达到-58度。进一步优选的，从所述流道的入口处到出口方向，在所述叶顶的前段，所述β2由-56.6
°
逐渐增大为0
°
；在所述叶顶的中段，所述β2由0
°
逐渐增大到-23.2
°
；在所述叶顶的后段，所述β2由-23.2
°
逐渐减小到-58
°
。
87.作为本技术优选的实施示例，在一些实施例中，从所述流道的入口处到出口方向，优选的在所述流道的入口处的所述叶根厚度等于在所述流道的出口处的叶根厚度。所述叶顶前段的厚度逐渐增大，所述叶顶中段的厚度变化趋近于零，所述叶顶后段的厚度逐渐减小。优选的，在所述流道的入口处的所述叶顶厚度等于在所述流道的出口处的叶顶厚度。具体的优选，叶片在流道入口、出口的轮毂位置的厚度为0.85mm～0.95mm，优选的为0.9mm；在30％-70％相对流向范围内，厚度最大，1.2mm～1.4mm，进一步优选为1.3mm；叶片在流道入口、出口的轮缘位置厚度为0.55mm～0.65mm，进一步优选为0.6mm在30％-70％相对流向范围内，厚度最大，为0.85mm～0.95mm，进一步优选为0.9mm。
88.具体优选的，从流道的入口处到出口方向：叶根前段厚度从0.9mm逐渐增大到1.3mm，叶根中段厚度保持1.3mm基本不变，叶根后段的厚度从1.3mm逐渐减小为0.9mm；
89.作为本技术进一步优选的一个实施例，
90.从所述流道的入口到出口方向，所述叶顶包括前段、中段及后段，
91.所述叶顶的前段对应的相对流向位置ф值为0～40％；
92.所述叶顶的中段对应的相对流向位置ф值为40～65％；
93.所述叶顶的后段对应的相对流向位置ф值为65～100％；
94.转子入口的β2为-56.6度；在ф到达47％流向位置时，β2达到最大，角度为23.2，到达100％流向位置即叶轮出口时，β2达到-58度；从所述流道的入口处到出口方向，在所述叶顶的前段，所述β2由-56.6
°
逐渐增大为0
°
；在所述叶顶的中段，所述β2由0
°
逐渐增大到-23.2
°
；在所述叶顶的后段，所述β2由-23.2
°
逐渐减小到-58
°
。
95.作为本技术进一步优选的实施例，如图5所示，本技术为保证转子入口气流状态的稳定，将转子入口安装角和转子入口气流角设计为随着展向相对高度的增加，转子入口安装角和转子入口气流角逐渐增大，且将转子入口安装角与气流角差距维持在较小的范围内。优选的，在转子入口，两者角度差5.5度～6.5度，优选为6度左右，同时随着叶片展向高度的增加，使两者差距逐渐缩小。结合图7流线分布来看，转子入口保持了良好的流动状态，转子入口未产生吸力面分离。
96.图7为设计工况下叶轮转子表面载荷状态，叶片压力面、吸力面的主要压差集中在0.5相对流向位置后，叶轮负载呈现后加载状态。
97.下表为工作状态下叶轮气动参数及效率的计算结果，叶轮气动效率达到了87％，降低了压气机入口叶尖相对流速，改善叶轮载荷分布，形成后加载特性，减小了压气机转子入口的冲击损失，提升了压气机转子气动效率。
98.表1
·
整机工作状态下叶轮气动参数
[0099][0100]
实施例2
[0101]
如图1-图9，本发明提出的一种离心叶轮设计方法实施例，可应用于实施例1所示
空压机的离心叶轮设计，包括：
[0102]
确定入口气体状态参数，同时给定转子轮毂半径值；
[0103]
选择叶轮入口流向速度cml作为迭代参数，优选的cml初值可选定为0.28-0.32倍的入口马赫数；
[0104]
根据基本气体动力学方程计算得到转子入口面积，转子入口轮缘半径；
[0105]
计算轮缘位置相对速度w1s；
[0106]
返回步骤2，改变cml数值，继续计算，得到不同的w1s，直至在得到的所有w1s值中，出现最小值时，退出计算循环，并选择w1s的最小值所对应的轮缘半径值作为该轮毂半径对应的最佳轮缘半径。
[0107]
经过一维、三维计算，优选叶轮叶片数目为17个，且叶片绕旋转轴均匀分布；图2同时给出了(β)及流向位置(m)的相关定义。本发明提供的叶片出口安装角(β)达到-58度。
[0108]
本发明的离心叶轮通过一维设计计算完成压气机入口设计，且得到其最佳叶顶半径。离心压气机入口叶顶位置相对流速保持在较低水平；而且通过应用高阶贝塞尔曲线对叶片沿流向的安装角进行调节、优化，增大叶轮了出口后弯角。使其在工作点保持在较高的等熵效率，降低了压缩叶轮的耗功。同时又使得压气机叶轮载荷主要分布在0.5-1.0相对流向位置，整个叶轮负载处于后加载状态。
[0109]
综上，本技术所提供的实施例解决了以下技术问题：
[0110]
1、降低了压气机入口叶尖相对流速；
[0111]
2、改善叶轮载荷分布，形成后加载特性；
[0112]
3、减小了压气机转子入口的冲击损失；
[0113]
4、提升了压气机转子气动效率。
[0114]
对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
[0115]
以上仅为本公开一个或多个实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本公开一个或多个实施例，凡在本公开一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开一个或多个实施例保护的范围之内。

技术特征：

1.一种离心叶轮，其特征在于，包括轮毂以及周向分布在所述轮毂上的多个叶片；每相邻两个所述叶片间形成一流道；所述叶片形成有叶根、叶顶以及连接于所述叶根与叶顶之间的叶型部分，所述叶型部分形成有压力面和吸力面；沿所述流道的入口到出口方向，随着相对流向位置ф的升高，所述叶根的中弧线与轮毂轴线形成的叶根中弧线安装角β1先增大再减小；沿所述流道的入口到出口方向，随着相对流向位置ф的升高，所述叶顶的中弧线与轮毂轴线形成的叶顶中弧线安装角β2先增大再减小，在流道未达到出口前也即ф<100％的任一相对流向位置，所述β1大于β2，且β1-β2的差值随着相对流向位置ф的升高，先增大后减小。2.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，在所述流道ф＝40％～60％的位置:β1达到最大值，β2达到最大值，β1-β2的差值达到最大值。3.根据权利要求2所述的离心叶轮，其特征在于，当ф＝50％时，β1达到最大值，β2达到最大值，β1-β2的差值达到最大值。4.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，在所述流道的出口位置也即ф＝100％时，β1＝β2。5.根据权利要求4所述的离心叶轮，其特征在于，在所述流道ф＝100％的出口位置，β1与β2满足以下关系式：β1＝β2＝arccos(0.2
×
z
0.7
)2，其中z为叶片数。6.根据权利要求5所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶片数z为15～19，在所述流道ф＝100％的出口位置，β1与β2均在-63.7
°
～-51.9
°
范围内。7.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，在所述流道ф＝0的入口位置，β1为-56
°
～-57
°
，β2为-38.5
°
～-39.5
°
。8.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，从所述流道的入口处到出口方向，随着相对流向位置ф值的增大，所述叶根的厚度先增大，再减小；从所述流道的入口处到出口方向，随着相对流向位置ф值的增大，所述叶顶的厚度先增大，再减小，其中所述叶顶的厚度小于所述叶根的厚度。9.根据权利要求1-8任一项所述的离心叶轮，其特征在于，从所述流道的入口到出口方向，所述叶根包括前段、中段及后段，所述叶根的前段对应的相对流向位置ф值为0～30％；所述叶根的中段对应的相对流向位置ф值为30～70％；所述叶根的后段对应的相对流向位置ф值为70～100％；在所述叶根的前段，β1由-39
°
逐渐增大为0
°
；在所述叶根的中段，β1由0
°
逐渐增大到+2.7
°
，再由+2.7
°
逐渐减小为0
°
；在所述叶根的后段，β1由0
°
逐渐减小到-58
°
。10.根据权利要求9所述的离心叶轮，其特征在于，在所述流道的入口处的所述叶根厚度等于在所述流道的出口处的叶根厚度；
在所述流道的入口处的所述叶顶厚度等于在所述流道的出口处的叶顶厚度。11.根据权利要求9所述的离心叶轮，其特征在于，从所述流道的入口处到出口方向，所述叶根前段的厚度逐渐增大，所述叶根中段的厚度变化趋近于零，所述叶根后段的厚度逐渐减小；从所述流道的入口处到出口方向，所述叶顶前段的厚度逐渐增大，所述叶顶中段的厚度变化趋近于零，所述叶顶后段的厚度逐渐减小。12.根据权利要求11所述的离心叶轮，其特征在于，从所述流道的入口处到出口方向，所述叶根中段的厚度为1.3mm,所述叶根前段厚度从0.9mm逐渐增大到1.3mm，所述叶根后段的厚度从1.3mm逐渐减小为0.9mm。13.根据权利要求1-8任一项所述的离心叶轮，其特征在于，叶片在流道入口、出口的轮毂位置的厚度为0.85mm～0.95mm；在30％-70％相对流向范围内，厚度最大，1.2mm～1.4mm；叶片在流道入口、出口的轮缘位置厚度为0.55mm～0.65mm，在30％-70％相对流向范围内，厚度最大，为0.85mm～0.95mm。14.根据权利要求1-8任一项所述的离心叶轮，其特征在于，β1与叶片气流角差为5.5
°
～6.5
°
，其中在流道入口，两者角度差5.5
°
～6.5
°
，随着展向高度的增加，两者差距逐渐缩小。15.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，流道入口的β1为-39度；在ф到达50％流向位置时，β1为2.7度，到达100％流向位置即叶轮出口时，β1达到-58度；转子入口的β2为-56.6度；在ф到达47％流向位置时，β2达到最大，角度为23.2，到达100％流向位置即叶轮出口时，β2达到-58度。16.根据权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，从所述流道的入口到出口方向，所述叶顶包括前段、中段及后段，所述叶顶的前段对应的相对流向位置ф值为0～40％；所述叶顶的中段对应的相对流向位置ф值为40～65％；所述叶顶的后段对应的相对流向位置ф值为65～100％；从所述流道的入口处到出口方向，在所述叶顶的前段，所述β2由-56.6
°
逐渐增大为0
°
；在所述叶顶的中段，所述β2由0
°
逐渐增大到-23.2
°
；在所述叶顶的后段，所述β2由-23.2
°
逐渐减小到-58
°
。17.一种设计权利要求1-16任一项所述的离心叶轮的方法，其特征在于，确定入口气体状态参数，同时给定转子轮毂半径值；选择叶轮入口流向速度cm1作为迭代参数，优选的cm1初值可选定为0.28-0.32倍的入口马赫数；根据基本气体动力学方程计算得到转子入口面积，转子入口轮缘半径；计算轮缘位置相对速度w1s；返回步骤2，改变cm1数值，继续计算，得到不同的w1s，直至在得到的所有w1s值中，出现最小值时，退出计算循环，并选择w1s的最小值所对应的轮缘半径值作为该轮毂半径对应的最佳轮缘半径。18.一种压气机，其包括轮盖和权利要求1-16任一项所述的离心叶轮，所述轮盖和离心
叶轮的轮毂配合在一起，所述多个叶片设置在所述轮盖的轮缘与轮毂之间。

技术总结

本发明提供一种离心叶轮包括：轮毂；多个叶片，多个叶片设置于轮毂，且沿着轮毂的周向分布；叶片形成有叶根、叶顶；从流道的入口到出口方向，叶根中弧线安装角先增大再减小；叶顶中弧线安装角先增大再减小，且流道入口处的叶根中弧线安装角大于叶顶中弧线安装角，流道出口处的叶根中弧线安装角等于叶顶中弧线安装角。通过对叶片叶根及叶顶的型线设计，离心叶轮入口流速保持在较低水平，增大叶轮出口安装角，使其在工作点保持在较高的等熵效率，降低离心叶轮的耗功。离心叶轮的耗功。离心叶轮的耗功。