[發(fā)明專利]分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910365879.2
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110173444B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 梁世強;朱玉銘;蔡浩飛;朱陽歷;姜玉雁;郭永獻
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所;衡水中科衡發(fā)動力裝備有限公司
• 主分類號: F04D17/10
• 分類號: F04D17/10;F04D29/28;B23P23/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

本公開提供一種分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪及制造方法，該分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪包括：同軸設置的葉輪本體、葉輪輪盤以及主軸；葉輪本體，包括：多片葉輪葉片、設置于多片葉輪葉片內(nèi)側(cè)的輪轂和設置于多片葉輪葉片外側(cè)的輪蓋；其中，葉輪葉片、輪轂、輪蓋之間分別形成第一閉式流道和半開式流道。本公開提供的分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪及制造方法解決了傳統(tǒng)機械一體加工難以加工復雜流道閉式葉輪的問題；以及增材制造技術，制造精度低，高轉(zhuǎn)速下葉輪壽命難以保證的問題。

技術領域

本公開涉及超臨界流體壓縮機技術領域，尤其涉及一種分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪及制造方法。

背景技術

壓縮機(Compressor)是熱力循環(huán)系統(tǒng)的核心部件之一，為循環(huán)中的流體工質(zhì)提供能量，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w工質(zhì)的壓力能，提高流體工質(zhì)的壓力，主要分為離心式壓縮機、活塞式壓縮機、螺桿壓縮機等，均具有其各自的特點，分別適用于不同的場合。本專利所討論的離心式壓縮機具有以下優(yōu)點：結(jié)構緊湊，尺寸小，重量輕；排氣連續(xù)、均勻；除軸承外，機器內(nèi)部不需潤滑，不污染被壓縮的流體；

近年來，超臨界二氧化碳壓縮機作為特定化工循環(huán)、制冷循環(huán)、動力循環(huán)的核心部件，成為了葉輪機械領域的研究熱點。目前，國內(nèi)外研究的超臨界二氧化碳壓縮機規(guī)模都在10MW級以下，形式上大多采用離心式壓縮機。超臨界二氧化碳壓縮機功率密度大，葉輪尺寸小，對加工制造水平要求極高。采用半開式葉輪的離心式壓縮機，受到加工及裝配水平所限，葉輪與壓縮機機匣之間不可避免的會留有一定的葉尖間隙，由于超臨界流體壓縮機的工質(zhì)特性，該型壓縮機葉輪葉片高度小，壓縮機效率受葉尖間隙影響大。采用閉式葉輪的離心式壓縮機，能夠有效的減少葉尖間隙泄漏，提高壓縮機運行效率。因此，閉式葉輪加工方法成為了超臨界二氧化碳離心式壓縮機關鍵技術之一。

然而，在實現(xiàn)本公開的過程中，本申請人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有閉式葉輪加工工藝可分為機械一體加工(例如：五軸加工中心)以及增材制造(例如：3D打印)。超臨界流體壓縮機工質(zhì)物性變化劇烈，離心葉輪三維造型復雜，而且超臨界流體工質(zhì)密度大，葉輪流道較為狹窄，對于機械一體加工而言，下刀空間極小，加工精度要求又高，難以完成對閉式葉輪整個流道的一體銑削加工。以3D打印為代表的增材制造技術，盡管能夠完成對任意復雜程度幾何的制造，但在葉輪機械領域，仍然面臨著制造精度低，高轉(zhuǎn)速下葉輪壽命難以保證的問題。

公開內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

基于上述技術問題，本公開提供一種分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪及制造方法，以緩解現(xiàn)有技術中的閉式葉輪采用傳統(tǒng)機械一體加工難以加工復雜流道閉式葉輪，采用增材制造技術，制造精度低，高轉(zhuǎn)速下葉輪壽命難以保證的技術問題。

(二)技術方案

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種分體式超臨界二氧化碳閉式葉輪，包括：葉輪本體，包括：多片葉輪葉片，多片所述葉輪葉片均勻地沿第一圓弧回轉(zhuǎn)面排列，所述第一圓弧回轉(zhuǎn)面呈一圓臺形的側(cè)面設置，且該圓臺形的側(cè)面向內(nèi)凹陷；輪轂，其沿所述第一圓弧回轉(zhuǎn)面設置于多片所述葉輪葉片的內(nèi)側(cè)，且其外側(cè)面分別與多片所述葉輪葉片的內(nèi)側(cè)連接，所述輪轂的外側(cè)面寬度小于所述第一圓弧回轉(zhuǎn)面的寬度；輪蓋，其沿所述第一圓弧回轉(zhuǎn)面套設于多片所述葉輪葉片的外側(cè)，且其內(nèi)側(cè)面分別與多片所述葉輪葉片的外側(cè)連接，所述輪蓋的內(nèi)側(cè)面寬度不小于所述第一圓弧回轉(zhuǎn)面的寬度；其中，所述輪轂、所述輪蓋和其二者之間的多片所述葉輪葉片形成第一閉式流道，多片所述葉輪葉片延伸出所述輪轂外側(cè)面的部分與其外側(cè)對應連接的所述輪蓋形成半開式流道；葉輪輪盤，其與所述葉輪本體分體設置并固定連接，并與所述葉輪本體上的半開式流道配合形成第二閉式流道；主軸，其固定設置于所述葉輪輪盤的背部，其中，所述葉輪本體、所述葉輪輪盤和所述主軸同軸設置。