在离心式空压机中,叶轮设计的好坏,对空压机级特性将起着决定性的作用。设计叶轮的主要气动参数,如流量系数、冲角、滑移系数、进出口动量矩变化等,在工程设计中通常是根据经验公式来计算或进行选取。然而,这也正是一元设计的不确定之处,为了验证设计的可靠性要进行模型级的试验。

叶轮

叶轮又称工作轮，离心式空压机中唯一对气体做功元件，而且是高速旋转元件，所以对叶轮的设计、材料和制造工艺都有很高的要求。

设计及制造要求

提供尽可能大的能量头

叶轮以及与之相配套的级的效率要高

所设计的叶轮形式能使级及整机的性能稳定

强度和质量的符合要求

叶轮类型

壹

按照叶片的弯曲形式分

主要有后弯式、径向式及前弯式三种

前弯式由于效率低，在空压机中部采用，空压机目前普遍采用后弯式，由于三元流理论的不断发展以及加工技术的进步，近几十年来扭曲叶片在叶轮中的应用越来越广泛，因为扭曲叶片叶轮内气体流动比较均匀，速度和压力分布比较合理，流动损失小，压缩级的效率明显提高。

贰

按照叶轮开放形式分

可以分为开式、半开式和闭式三种

开式叶轮结构简单但是气体流动损失大，故叶轮的效率低，在空压机中很少使用。目前闭式和半开式叶轮在空压机中的应用越来越广泛。

半闭式叶轮和开式叶轮不同，改善了气体流道，减少了流动的损失，提高了效率，但是唯一的缺点是侧面间隙很大，内泄漏算是大。由于半开式叶轮可以整体铣削，叶轮的强大打，叶轮的圆周速度可以很大，有利于压缩比的提高。

闭式叶轮由轮盘、叶片和轮盖组成，这种叶轮低气体流动有利，效率也比前两种高，在离心式空压机中广泛应用。

叁

按照加工工艺可以分

分为铆接式、焊接式、整体式三种

一般铆接式叶轮的叶片常用钢板压制而成分别与轮盘、轮盖铆在一起，缺点是强度较低。

整体铣削叶轮减少了气体的流动阻力损失，可以提高叶轮的效率，精密铸造工艺省时，省料，但是由于形状复杂，加工工艺要求比较高。

焊接叶轮目前应用广泛，它使用于叶道较宽的叶轮，在出口宽度较大时，叶片单独压制，然后与轮盘和轮盖焊接。

叶轮气动设计

鉴于目前CFD已能在满足工程精度的范围内得到叶轮机械内部的流场细节,而且还能真实地反映离心式空压机内部复杂的流动现象,甚至还能够预见理论分析和试验研究中尚未发现的新现象。上著名的公司已将CFD技术用于空压机设计和进行流场研究及性能预测,这说明CFD技术已经开始由研究阶段向实用化的方向发展。

离心式空压机叶轮内部流动状况十分复杂,叶轮进出口气动设计参数远不像工程设计中假定的那么简单。叶轮各叶道质量流量和进口冲角不均匀,呈现周期性变化,主要是受蜗壳中流场分布的影响。一个级的流场是一个整体,局部流场分布不均匀会影响其上、下游元件内的流动。离心式空压机内流场参数的分布,取决于压缩过程进行时的几何条件及运转条件。其中,几何条件对流场参数的分布起着决定性作用。

叶轮制造

CFD

进行计算流体动力学分析（CFD）和性能预测、刚度计算分析（CAE）和数控加工（CAM）等

CAE

CAM

软件

目前市场上使用的CAD/CAM/CAE商业软件主要有UG、Pro/ENGINEER、CATIA等，其中Pro/E使用为广泛，并且功能强大且接口友好，本文使用Pro/E进行三维实体建立，并将在Matlab里生成的叶片坐标数据保存为.lib文件，与Pro/E进行接口，从而生成空间扭曲叶片。

硬件

五轴加工(5 Axis Machining)，顾名思义，数控机床加工的一种模式。采用X、Y、Z、A、B、C中任意5个坐标的线性插补运动，五轴加工所采用的机床通常称为五轴机床或五轴加工中心。