CN100455819C - 压缩机喷流道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压缩机喷流道结构，设置在一具有回流弯道与回流导叶的多级离心式压缩机中，该结构包括：一双向流道，将外界注入的制冷剂作双向分流，具有第一出口与第二出口；与该第一出口连通的第一侧向喷流道，具有第一侧向喷流口；以及与该第二出口连通的第二侧向喷流道，具有第二侧向喷流口。本发明提出的双侧喷流的压缩机喷流道结构，可实现双方向的喷注混合，使中段压力的制冷剂与主流道的制冷剂可在短流道下实现有效且均匀的混合，减少喷入的制冷剂对主流道流场的干扰，进而降低流损且提升压缩效率，同时，本发明还具有短流道与短转轴的优点，进而完成多级离心式压缩机的紧凑设计并降低材料成本。
Description
技术领域
本发明是关于一种压缩机喷流道结构，特别是关于一种运用在多级离心式压缩机的中压段制冷剂双侧喷流的压缩机喷流道结构。
背景技术
对于离心式制冷机等冷冻机械，现有均是采离心式压缩机作为制冷剂的加压传送的工具，且为了提升该制冷机系统的冷冻循环性能与制冷能力，目前均已采用二级或二级以上的多级(Multi-Stage)压缩机，取代传统单级(Single-Stage)的压缩机，进而提高了该制冷机的能源利用效率。
其原因在于，多级压缩过程是一经济冷冻循环(Economizer Cycle)过程，通过每一级中间的节能器作用，可把大部份的制冷剂焓值(Enthalpy)降低至液态饱和压力(Saturated Pressure)，且其中部份中段压力(Inter-Stage Pressure)的制冷剂经由管路装置注入每级出口处，与主流道中的制冷剂混合，进行下一级压缩。此过程将可降低该离心式压缩机的压缩功耗，并提高了冷凝器的单位制冷剂制冷能力。因此对于目前广为使用的大型中央空调系统，多级离心式压缩机已成为唯一的选择；且随着使用制冷剂种类的不同，该压缩机所对应的操作高低压比也有所不同，因而有二级、三级乃至多级压缩等多级离心式压缩机产生。
图1所示的是现有二级离心式压缩机剖视图，该离心式压缩机1包括一由轴承支撑的悬臂式转动轴19，由动力输入带动旋转；且该悬臂转动轴19的外伸悬臂是依序串接有一第一级离心压缩叶轮12与第二级离心压缩叶轮16。
因此，操作过程是制冷剂由图示R1方向进入该压缩机入口11，并经第一级离心压缩叶轮12(Impeller)、第一级扩压流道13、回流导叶14(Deswirl Vane)、回流弯道15(Return Channel Bend)、第二级离心压缩叶轮16、第二级扩压流道17与涡壳18(Volute Casing)等压缩/扩压流力元件，再以高压状态从该压缩机出口(未标出)排出；同时，在此过程中，该离心式压缩机1还设置有一中段压力的制冷剂喷流道入口110，由节能器注入的中压段气体制冷剂从图示R2方向流入，并由回流导叶14出口处附近的喷流道出口111喷入，此中压段气体制冷剂是以单侧喷入(单一侧向喷流道出口111)的方式与流经回流弯道15的主流道制冷剂混合后进入第二级压缩叶轮，完成所需的混合与二级压缩。
然而，此一现有二级(或多级)压缩设计却有其效率与成本上的缺点，这是由于在二级压缩中，从R2方向注入压缩机流道内(经喷流道出口111)的制冷剂，若无法与回流导叶14出口的主流场制冷剂均匀混合，会导致流体在各截面的压力、温度与密度分布不均，进而影响制冷剂进入下一级叶轮的角度，形成入射角(Incidence Angle)差异，导致空气动力效率(Aerodynamic Efficiency)的降低。
因此，对于现有采用单侧喷流的压缩机喷流道结构，由于单侧喷流对主制冷剂流道的速度场干扰较大，故而为使制冷剂均匀混合，避免上述问题，通常会考虑将两级叶轮间的流道加长，进而使该悬臂转动轴的轴向悬臂长度L1加长；此举导致转动轴刚性下降，同时也因流道加长，使得流损增加与压缩机轴向尺寸变大，在效率方面会有很大的损失，且材料成本增加、制冷剂混合控制性较差。
这些都是单侧喷流衍生的严重问题，形成多级离心式压缩机操作设计上的瓶颈。
因此，如何开发一种压缩机喷流结构，解决单侧喷流的上述问题，进而提升多级离心式压缩机的效率，确已成为此相关领域所迫切待解的课题。
发明内容
为解决上述现有技术的问题，本发明的主要目的在于提供一种可提升压缩效率的压缩机喷流道结构。
本发明的次一目的在于提供一种可降低材料成本的压缩机喷流道结构。
本发明的另一目的在于提供一种制冷剂可均匀混合的压缩机喷流道结构。
本发明的又一目的在于提供一种可减少转动轴长度与压缩机体积的压缩机喷流道结构。
本发明的还一目的在于提供一种可缩减流道长度的压缩机喷流道结构。
本发明的再一目的在于提供一种可提升转动轴刚性的压缩机喷流道结构。
为达上述及其它目的，本发明提出的压缩机喷流道结构是设置在一具有回流弯道与回流导叶的多级离心式压缩机中，该压缩机喷流道结构包括：双向流道，将外界注入的制冷剂作双向分流，且该双向流道是分别具有一第一出口与第二出口；第一侧向喷流道，与该双向流道的第一出口连通，且具有一位于该回流导叶下方位置的第一侧向喷流口，将该双向流道中的制冷剂注入该回流弯道中，并与流入该回流弯道中的制冷剂均匀混合；以及第二侧向喷流道，与该双向流道的第二出口连通，且具有一位于该回流导叶下方位置的第二侧向喷流口，将该双向流道中的制冷剂注入该回流弯道中，并与流入该回流弯道中的制冷剂均匀混合。
上述双向流道中的制冷剂是一中段压力的制冷剂，该回流弯道中的制冷剂则是经过该多级离心式压缩机的第一级压缩叶轮与回流导叶后注入到主流道的制冷剂；同时，该压缩机喷流道结构还具有一与该双向流道连通的制冷剂流道，传送从外界注入的制冷剂，且该制冷剂流道与该双向流道是可以任意角度连通。
此外，该第一侧向喷流口与第二侧向喷流口的位置是可以是相对对准或相对错开的配置，且该第一侧向喷流口与第二侧向喷流口是均位于该回流导叶出口的下方位置处附近、约略相同的径向高度位置上，该第一侧向喷流口是开设在该回流导叶出口、回流导叶叶片间的位置。
综上所述，本发明提出的双侧喷流的压缩机喷流道结构，可实现双方向的喷注混合，使中段压力的制冷剂与主流道的制冷剂可在短流道下实现有效且均匀的混合，减少喷入的制冷剂对主流道流场的干扰，进而降低流损且提升压缩效率。
同时，本发明还缩短了回流导叶出口至下一级叶轮入口间的距离，减少了转动轴悬臂外伸长度并增加转轴刚性，具有短流道与短转轴的优点，进而完成多级离心式压缩机的紧凑(Compact)设计并降低材料成本。
附图说明
图1是现有多级离心式压缩机的剖视图；
图2是本发明的压缩机喷流道结构与其多级离心式压缩机的剖视图；以及
图3是图2所示的压缩机喷流道结构与回流导叶位置的剖视图。
具体实施方式
实施例
本发明提出的压缩机喷流道结构，是设置在一多级离心式压缩机中，如图2所示的实施例，该多级离心式压缩机20是以一二级离心式压缩机为例，它是如现有压缩机一样包括压缩机入口21、第一级离心压缩叶轮22、第一级扩压流道23、回流导叶24、回流弯道25、第二级离心压缩叶轮26、第二级扩压流道27、涡壳28等压缩/扩压流力元件，以及一轴向悬臂外伸长度为L2的转动轴29(L2＜L1)；同时，该转动轴29的外伸悬臂是依序串接有该第一级离心压缩叶轮22与第二级离心压缩叶轮26。
同时，本发明的压缩机喷流道结构是一双侧喷流的喷流道结构，该压缩机喷流道结构包括一与中段压力制冷剂喷流道入口21a连接的制冷剂流道21b，该制冷剂流道21b是与一横向的双向流道30连通，将该中段压力制冷剂进行双向分流，分别分流到该双向流道30的第一出口30a与第二出口30b。
此外，该压缩机喷流道结构还分别具有一第一侧向喷流道300与第二侧向喷流道210，该第一侧向喷流道300与该双向流道30的第一出口30a连通，且具有一位于该回流导叶24出口下方位置的第一侧向喷流口301，将该双向流道30中的中段压力制冷剂注入到该回流弯道25中，并与流入该回流弯道25中主流道的制冷剂均匀混合；同时，该第二侧向喷流道210是与该双向流道30的第二出口30b连通，且具有一位于该回流导叶24出口下方位置的第二侧向喷流口211，同样将该双向流道30中的制冷剂注入到该回流弯道25中，并与流入该回流弯道25中主流道的制冷剂均匀混合。
因此，经由本发明的双侧喷流式喷流道结构，在操作过程中制冷剂可实现较佳的均匀混合与压缩效率；此时，制冷剂同样从图示R1方向进入该压缩机入口21，并经第一级离心压缩叶轮22、第一级扩压流道23、回流导叶24、回流弯道25、第二级离心压缩叶轮26、第二级扩压流道27与涡壳28，再以高压状态从该压缩机出口(未标出)排出；同时，在此过程中，中段压力的制冷剂将由节能器，而从中压段制冷剂流道入口21a由图示R2方向注入，并经制冷剂流道21b与双向流道30，进行双向分流，进而分别经第一侧向喷流道300与第一侧向喷流口301以及第二侧向喷流道210与第二侧向喷流口211，以双侧喷流混合的方式注入到该回流弯道25中，并与流经该回流弯道25的主流道中的制冷剂混合，并进入第二级压缩叶轮，完成所需的混合与二级压缩。
图3是上述压缩机喷流道结构与回流导叶24位置的剖视图，其中，该第一侧向喷流口301是开设在该回流导叶24出口、两个回流导叶叶片40间的位置附近。
综上所述，本发明提出的双侧喷流的压缩机喷流道结构，制冷剂可从双侧方向喷注混合，使中段压力制冷剂与主流道制冷剂可在短流道下实现有效且均匀地混合，减少喷入的制冷剂对主流道流场的干扰，进而降低流损且提升压缩效率。
同时，本设计还可缩短回流导叶24出口到下一级叶轮(第二级离心压缩叶轮26)入口间的距离，减少转动轴29悬臂外伸长度(L2＜L1)并增加转轴刚性，实现短流道与短转轴的优点，进而完成多级离心式压缩机的紧凑(Compact)设计并降低材料成本。
Claims (18)
1.一种压缩机喷流道结构，是设置于一具有回流弯道与回流导叶的多级离心式压缩机中，其特征在于，该压缩机喷流道结构包括：
双向流道，将外界注入的制冷剂作双向分流，且该双向流道具有一第一出口与第二出口；
第一侧向喷流道，与该双向流道的第一出口连通，且具有一位于该回流导叶下方位置的第一侧向喷流口，将该双向流道中的制冷剂注入该回流弯道中，并与流入该回流弯道中的制冷剂均匀混合；以及
第二侧向喷流道，与该双向流道的第二出口连通，且具有一位于该回流导叶下方位置的第二侧向喷流口，将该双向流道中的制冷剂注入该回流弯道中，并与流入该回流弯道中的制冷剂均匀混合，其中，流入该回流弯道中的制冷剂是经过该多级离心式压缩机的第一级压缩叶轮与回流导叶后所注入主流道的制冷剂。
2.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该第一侧向喷流口与第二侧向喷流口是以双侧喷流混合方式将制冷剂注入该回流弯道中。
3.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该压缩机喷流道结构还具有一与该双向流道连通的制冷剂流道，传输从外界注入的制冷剂。
4.如权利要求3所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该制冷剂流道是与一中段压力制冷剂喷流道入口连接。
5.如权利要求3所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该制冷剂流道与该双向流道是可以任意角度连通的。
6.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该双向流道中的制冷剂是一中段压力的制冷剂。
7.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，注入该主流道的制冷剂是从该离心式压缩机入口，并至少经第一级离心压缩叶轮、第一级扩压流道、回流导叶、回流弯道、第二级离心压缩叶轮、第二级扩压流道与涡壳，再以高压状态从该离心式压缩机出口排出。
8.如权利要求7所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，注入该主流道的制冷剂经该回流弯道时，先与经过该第一侧向喷流道与第二侧向喷流道注入该回流弯道的制冷剂均匀混合。
9.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该第一侧向喷流口与第二侧向喷流口的位置是相对错开。
10.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该第一侧向喷流口是位于该回流导叶出口的下方位置。
11.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该第二侧向喷流口是位于该回流导叶出口的下方位置。
12.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该第一侧向喷流口开设在该回流导叶出口与回流导叶叶片间的位置。
13.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该第二侧向喷流口是开设在该回流导叶出口与回流导叶叶片间的位置。
14.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该双向流道是一横向流道。
15.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该多级离心式压缩机具有至少两个离心压缩叶轮与扩压流道。
16.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该多级离心式压缩机还具有一涡壳。
17.如权利要求1所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该多级离心式压缩机还具有一转动轴。
18.如权利要求17所述的压缩机喷流道结构，其特征在于，该转动轴的外伸悬臂至少串接有第一级离心压缩叶轮与第二级离心压缩叶轮。
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