CN1012698B - 改进离心式压缩机性能的装置 - Google Patents

Abstract

一种在离心式压缩机中通过稳定入口区叶轮流来在小流量时改进其性能的装置包括：定位在压缩机入口管(6)周向的槽式壁孔(5)，在流动方向，它以某一轴向宽度伸到叶轮(2)；一稳定环装在壁孔(5)内，置于叶轮(2)的前面及在传送介质主流(7)的外部；若干置于稳定环(3)外圆上的叶片(4，4a)，它们依次固定在壁孔(5)的内部周线上。

Description

本发明关于改进离心式压缩机性能的装置。

在使用涡轮压缩机时，不论它们是离心式的还是轴流式的，为了在部分载荷工作时得到高可靠性，人们正力图获得稳定的、随增加流量而没有滞后的单调下降的特性曲线，然而在设计点上压力比越高，则在部分载荷下获得稳定的特性曲线就越困难。人们已努力补救这一点，采用附加的稳定装置来改善所要求的特性曲线。由于叶片设计的差异，以及在部分载荷工作时，从层流到紊流变化区域的结构差异，迄今为止，还没总结出一套明确的技术方案，通过它来导出一种方便的稳定装置。

因此，现在还不能从科学精度上来说，是否能完全在一个压缩机内通过稳定装置获得稳定的特性曲线。尤其在离心式压缩机的情况下能感受到这种不满意的状态。

改善离心式压缩机的稳定工作范围的改进方案，已由美国专利US-A-4，212，585公开，该专利公开的压缩机包括：在邻近一系列压缩机叶片的前缘周向伸展的一系列槽，使得当压缩机的叶轮被驱动而转动时，该系列槽与叶片之间相对运动。该槽呈轴向倾斜约6°的角。但是，通过该建议方案，基本上不能达到所需的在小流量的改善压缩机性能的目的，由于特殊工作模式下出现的不稳定性在小流量时改善压缩机性能，是非常必需的。此外，不可能通过采用该建议的方案在部分流量下实现稳定和管道效应，也不可能在部分载荷或过载下有助于提高设备的稳定性。采用美国专利US-A-4，212，585的槽时，在部分载荷工作时，在入口区域 处不能产生叶轮流量的一般稳定性，因为该槽没有稳定性装置，而该槽的倾斜度不能造成管道效应。

因此，本发明的目的是为离心式压缩机提供一种新的装置，用可以预先确定的精度通过稳定入口区叶轮流来改进小流量时的性能。

本发明的优点立足于这样的事实：只要离心式压缩机传送全流量。这个装置自然运转;仅当不同的流体结构出现、尤其在部分载荷下，该装置才起作用，使出现越过整个部分载荷区的前述分离现象成为不可能。令人担心的“喘振”也得到避免，从而产生了稳定特性。本发明的进一步的优点立足于下列事实：本发明的装置结构简单，可用于每个离心式压缩机而不管它的技术性能如何。在附加的权利要求中，将描述按照本发明的目的得出的技术方案在优点和方便性方面的进一步发展。

本发明的目的采用一种在离心式压缩机叶轮入口区中的装置来达到。该装置包括一个壁孔，它定位于离心式压缩机进口管的圆周方向，从叶轮的入口向上游伸展;一个稳定环，它装在上述壁孔内，安置在叶轮的前面及在传送介质主流的外部;装在稳定环外圆周上的若干叶片，它们本身固定到壁孔的内部环上。本发明还对该装置的各部分尺寸以比率的形式明确给出，为实现本发明的目的提供数据。

通过对下列参照附图的详细描述，将可以很容易得到对本发明的较完整的评价和发现很多附属的优点，同样亦可更好地理解本发明，其中：

图1表示具有使压缩机性能改进的装置的离心式压缩机;

图2表示具有在结构上改进的装置的离心式压缩机;

图3表示该装置的尺寸情况。

现在参见附图，其中在所有附图中，同样的参照数字表示相同或相应的部件，图1表示离心式压缩机在工作期间用以改善其性能而提供的装置的区域的部分剖视图。在部分载荷工作期间，该装置通常在进口区 产生稳定的叶轮流。离心式压缩机由罩1和叶轮2组成，上述稳定装置安装在叶轮2的前方，它本身由稳定器壁孔5、稳定环3和若干稳定器叶片4组成。稳定器壁孔5做成内槽形，从入口管6的表面开始、沿径向以某一深度伸展到罩1内，在轴向大约从叶轮2的进流边缘向上游伸展某一定长度。稳定环3装入稳定器壁孔5内，它的内环表面延伸到入口管6表面的延伸部分内。稳定环3的外环与若干叶片切合，叶片填充了稳定器壁孔5径向的内部剩余宽度，并固定在那儿。稳定环3的壁厚随着工作要求的强度和稳定性而变化。从气动力方面考虑，稳定环3的壁厚必须不可毫无必要地损害稳定器叶片4的高度。因此，这是一种带叶片的稳定器变形体，与不带叶片的结构相比，它能确保减小滞后作用或不稳定性范围起良好作用。虽然不带叶片的稳定器结构本身也能减小不稳定性范围，然而后者的减少不能用它来获得。这很大程度上与下述事实有关，即在部分载荷状态下循环的容积流量，相对于压缩机传输的容积流量来说，对带叶片的稳定器来说，比不带叶片的要大一些。这些差异来源于稳定器的不同的损失系数。一般情况下，稳定器的正确设计主要取决于稳定环3外径的正确选择，它必须与压缩器协调，也就是说，叶轮进口处的外径，每种情况下，一方面而在最佳点上仅有很少的气流流过稳定器壁孔5，这样效率不致下降，而另一方面，尽可能大的气流8必须在部分载荷下循环。自然，在稳定环3的外径选定以后，在它与装置另一些元件的尺寸之间存在着相互依赖关系。

这里，我们来解释图2，在过载情况下，部分排气流9流过稳定器壁孔5，流动方向与主流7的方向相同，它撞击叶轮2，然后作为压缩空气排放到通道10。在稳定器壁孔5内，部分排气流9也获得反向扭转，由此效率呈现增加的倾向。从图1也可以看到，这里所提到的作为例子的结构是设计成叶轮2突入到稳定器壁孔5内。这样做的理由是，叶轮2突入到稳定器壁孔5内越深，传到循环气体上的功越多，循环容积流 量越大，则该装置的稳定作用就越大。在循环的部分载荷气流8的气流方向上稳定器叶片4的宽度如用虚线表示的稳定器叶片4a那样，是可变化的，并可设想该稳定器壁孔5的整个剩余宽度在此延伸平面内。最大可能宽度的稳定器叶片4a在部分气流8、9上有管道效应，从而有助于增加部分载荷和过载时的稳定性。

图2也表示图1那样的离心式压缩机，为了在部分载荷下改进稳定器壁孔5内的气流，稳定环3和稳定器叶片4a有了进一步的改善。稳定环3有仿形结构，而稳定器叶片4a在部分载荷气流8的方向上呈现了最大的轴向延伸，并由进流辅助设施4b而得到进一步改善，在部分载荷下，这些措施使特性曲线得到进一步改善，尽管这个改善较小。图2还表示在图1中假定的该装置稳定作用增加的例子，这个增加是由叶轮2a在逆流方向伸入稳定器壁孔5一个长距离而得到的。正如图2所示，在结构上完全可做到使叶轮2a突入到稳定器壁孔5内直到稳定环3a的地方。

图3作为下面描述的基础。正如在图1的描述中提到的，稳定器的正确设计主要包含稳定环3的外径d的正确选择。显然，如果希望从带有一个用以在进口区、尤其在部分载荷下稳定叶轮流的装置的离心式压缩机的工作来看确保优点，显然直径d对叶轮入口外径Y必须有一确定比率。正确的稳定环外径d对叶轮入口外径Y之比限制在1.02-1.05的范围内。该装置的其它元件的尺寸由这项初始选择值导出，为清楚起见，以后这些元件的尺寸用对叶轮入口外径Y的比率来表示。

我们可以概括出下面的关系：

叶轮2与稳定器壁孔5的叠加尺寸S2对叶轮入口外径Y之比为0-0.06。

在稳定器壁孔5的起始边缘和在流到叶轮2的气流流动方向上稳定环3的起始边缘之间剩余孔S3与叶轮入口外径Y之比为0.06-0.12。

从流体方向上稳定器壁孔5的入口边缘算起的稳定器叶片4a的宽度 B1与叶轮入口外径Y之比为0.08-0.22。

稳定器壁孔5外径D与叶轮入口外径Y之比为1.08-1.21。

稳定器壁孔5的有效宽度B2，它由稳定器壁孔5的总宽度减去重叠区尺寸S2得出，与叶轮入口外径Y之比为0.12-0.26。

稳定环3的有效宽度B3与叶轮入口外径Y之比为0.06-0.16。

稳定环3的端部边缘与叶轮2的入口边缘之间间隔S1与叶轮入口外径Y之比为0-0.04。

最后，如已于上述说明，稳定环3的外径d与叶轮入口外径Y之比为1.02-1.05。

这些非常相近的比率清楚地说明，不必经过预先的实验室试验，就能确定用来改善离心式压缩机在部分载荷下的性能的新的最佳装置的设计。

显然，根据上面的介绍，对本发明进行各种修改和变化是可能的。因此，应可以理解为在附加的权利要求的范围内，与这里描述的不一样的也可能是实施本发明。

Claims (1)

1、一种离心式压缩机叶轮入口区中用以改善在小流量时离心式压缩机的性能的装置，该装置包括：一个壁孔(5)，它位于离心压缩机进口管(6)的圆周方向，从叶轮(2)的入口向上游伸展；一个稳定环(3)安装在上述壁孔(5)内，安置在叶轮(2)的前面及在传送介质主流(7)的外部；装在稳定环(3)外圆周上有若干叶片(4，4a)，它们本身固定到壁孔(5)的内部周环上；其特征在于：叶轮(2)与壁孔(5)在流动方向上最远端边缘重叠，上述重叠尺寸(S2)与叶轮(2)入口外径(Y)之比为0-0.06；在流动方向上的稳定环(3)的端部边缘和叶轮(2)的入口边缘之间的间隔(S1)与叶轮(2)的入口外径(Y)之比为0-0.04；稳定环的外径(d)与叶轮(2)入口外径(Y)之比为1.02-1.05；稳定环(3)的宽度(B3)与叶轮(2)的入口外径(Y)之比0.6-0.16；从壁孔(5)在流动方向上的入口边缘到叶轮(2)的间距(B2)与叶轮入口外径(Y)之比为0.12-0.26；从流体方向壁孔(5)的入口边缘算起的稳定器叶片(4，4a)的宽度(B1)与叶轮(2)入口外径(Y)之比为0.08-0.22；壁孔(5)的外径(D)与叶轮(2)的入口外径之比为1.08-1.21。

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