在離心式空壓機(jī)中,葉輪設(shè)計(jì)的好壞,對(duì)空壓機(jī)級(jí)特性將起著決定性的作用。設(shè)計(jì)葉輪的主要?dú)鈩?dòng)參數(shù),如流量系數(shù)、沖角、滑移系數(shù)、進(jìn)出口動(dòng)量矩變化等,在工程設(shè)計(jì)中通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算或進(jìn)行選取。然而,這也正是一元設(shè)計(jì)的不確定之處,為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性要進(jìn)行模型級(jí)的試驗(yàn)。

葉輪

葉輪又稱工作輪，離心式空壓機(jī)中唯一對(duì)氣體做功元件，而且是高速旋轉(zhuǎn)元件，所以對(duì)葉輪的設(shè)計(jì)、材料和制造工藝都有很高的要求。

設(shè)計(jì)及制造要求

提供盡可能大的能量頭

葉輪以及與之相配套的級(jí)的效率要高

所設(shè)計(jì)的葉輪形式能使級(jí)及整機(jī)的性能穩(wěn)定

強(qiáng)度和質(zhì)量的符合要求

葉輪類(lèi)型

壹

按照葉片的彎曲形式分

主要有后彎式、徑向式及前彎式三種

前彎式由于效率低，在空壓機(jī)中部采用，空壓機(jī)目前普遍采用后彎式，由于三元流理論的不斷發(fā)展以及加工技術(shù)的進(jìn)步，近幾十年來(lái)扭曲葉片在葉輪中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因?yàn)榕で~片葉輪內(nèi)氣體流動(dòng)比較均勻，速度和壓力分布比較合理，流動(dòng)損失小，壓縮級(jí)的效率明顯提高。

貳

按照葉輪開(kāi)放形式分

可以分為開(kāi)式、半開(kāi)式和閉式三種

開(kāi)式葉輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是氣體流動(dòng)損失大，故葉輪的效率低，在空壓機(jī)中很少使用。目前閉式和半開(kāi)式葉輪在空壓機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

半閉式葉輪和開(kāi)式葉輪不同，改善了氣體流道，減少了流動(dòng)的損失，提高了效率，但是唯一的缺點(diǎn)是側(cè)面間隙很大，內(nèi)泄漏算是大。由于半開(kāi)式葉輪可以整體銑削，葉輪的強(qiáng)大打，葉輪的圓周速度可以很大，有利于壓縮比的提高。

閉式葉輪由輪盤(pán)、葉片和輪蓋組成，這種葉輪低氣體流動(dòng)有利，效率也比前兩種高，在離心式空壓機(jī)中廣泛應(yīng)用。

叁

按照加工工藝可以分

分為鉚接式、焊接式、整體式三種

一般鉚接式葉輪的葉片常用鋼板壓制而成分別與輪盤(pán)、輪蓋鉚在一起，缺點(diǎn)是強(qiáng)度較低。

整體銑削葉輪減少了氣體的流動(dòng)阻力損失，可以提高葉輪的效率，精密鑄造工藝省時(shí)，省料，但是由于形狀復(fù)雜，加工工藝要求比較高。

焊接葉輪目前應(yīng)用廣泛，它使用于葉道較寬的葉輪，在出口寬度較大時(shí)，葉片單獨(dú)壓制，然后與輪盤(pán)和輪蓋焊接。

葉輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)

鑒于目前CFD已能在滿足工程精度的范圍內(nèi)得到葉輪機(jī)械內(nèi)部的流場(chǎng)細(xì)節(jié),而且還能真實(shí)地反映離心式空壓機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象,甚至還能夠預(yù)見(jiàn)理論分析和試驗(yàn)研究中尚未發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象。上著名的公司已將CFD技術(shù)用于空壓機(jī)設(shè)計(jì)和進(jìn)行流場(chǎng)研究及性能預(yù)測(cè),這說(shuō)明CFD技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始由研究階段向?qū)嵱没姆较虬l(fā)展。

離心式空壓機(jī)葉輪內(nèi)部流動(dòng)狀況十分復(fù)雜,葉輪進(jìn)出口氣動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)遠(yuǎn)不像工程設(shè)計(jì)中假定的那么簡(jiǎn)單。葉輪各葉道質(zhì)量流量和進(jìn)口沖角不均勻,呈現(xiàn)周期性變化,主要是受蝸殼中流場(chǎng)分布的影響。一個(gè)級(jí)的流場(chǎng)是一個(gè)整體,局部流場(chǎng)分布不均勻會(huì)影響其上、下游元件內(nèi)的流動(dòng)。離心式空壓機(jī)內(nèi)流場(chǎng)參數(shù)的分布,取決于壓縮過(guò)程進(jìn)行時(shí)的幾何條件及運(yùn)轉(zhuǎn)條件。其中,幾何條件對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的分布起著決定性作用。

葉輪制造

CFD

進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析（CFD）和性能預(yù)測(cè)、剛度計(jì)算分析（CAE）和數(shù)控加工（CAM）等

CAE

CAM

軟件

目前市場(chǎng)上使用的CAD/CAM/CAE商業(yè)軟件主要有UG、Pro/ENGINEER、CATIA等，其中Pro/E使用為廣泛，并且功能強(qiáng)大且接口友好，本文使用Pro/E進(jìn)行三維實(shí)體建立，并將在Matlab里生成的葉片坐標(biāo)數(shù)據(jù)保存為.lib文件，與Pro/E進(jìn)行接口，從而生成空間扭曲葉片。

硬件

五軸加工(5 Axis Machining)，顧名思義，數(shù)控機(jī)床加工的一種模式。采用X、Y、Z、A、B、C中任意5個(gè)坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，五軸加工所采用的機(jī)床通常稱為五軸機(jī)床或五軸加工中心。