CN101365883B - 用于离心式压缩机的涡壳 - Google Patents

Abstract

一种用于离心式压缩机的涡壳，该离心式压缩机包括叶轮。涡壳包括壳体，壳体限定了进口流道和流体收集流道。中心孔适合接收叶轮，使得叶轮将流体排出到进口流道。进口流道将流体流导入收集流道。排出部分被连接到壳体，且包括排出通道，该排出通道与收集流道流体连通，以排出流体。舌部置于收集流道和排出部分之间。舌部可操作以将流体分成流过收集流道的第一流体流和流过排出通道的第二流体流。

Description

用于离心式压缩机的涡壳

相关申请资料

根据美国法典第35编第119(e)条，本申请要求2005年9月13日提交的共同待决的美国临时申请号60/716,599的权益，在此将该临时申请的内容全部并入本文作为参考。

背景技术

本发明涉及一种离心式压缩机。更具体而言，本发明涉及一种用于离心式压缩机的涡壳。

压缩机用来压缩通常处于气态或液态的流体，其在工业中广泛应用。最常见的压缩机类型包括往复式压缩机、转动式压缩机(如：螺杆式、齿轮式、涡旋式等)和离心式压缩机。当需要例如空气等大流量压缩流体时，通常使用离心式压缩机。

离心式压缩机采用高速旋转的叶轮，其叶轮包括多个空气动力部件，通常为刃片、叶片、翅片等。刃片和待压缩流体相互作用以加速流体。流体随即会高速排出叶轮。

高速流体流入扩散器以减速增压，该扩散器包括作用于高速流体流的空气动力部件。涡壳围绕扩散器设置以收集来自径向出口的流体，该径向出口绕扩散器延伸360度。涡壳通常包括环形集流腔，该集流腔通过排出通道排出流体。当流体继续绕收集腔流动而未流出涡壳时，效率会降低。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种用于离心式压缩机的涡壳，该离心式压缩机包括叶轮。涡壳包括壳体，所述壳体限定了中心孔、进口流道和流体收集流道。所述中心孔适合接收叶轮，所述叶轮将流体排出到所述进口流道。所述进口流道将流体流导入所述收集流道。排出部分连接到所述壳体，所述排出部分包括排出通道，所述排出通道与所述收集流道流体连通，以排出流体。舌部布置在所述收集流道和所述排出部分之间。所述舌部可操作以将流体分成流过所述收集流道的第一流体流和流过所述排出通道的第二流体流。

在另一个实施例中，本发明提供了一种用于离心式压缩机的涡壳，该离心式压缩机包括扩散器。涡壳包括第一壳体部分；第二壳体部分，其与所述第一壳体部分连接，以限定进口流道和流体收集流道。所述流体收集流道具有第一角位置处的第一横截面面积和第二角位置处的第二横截面面积。在所述第一角位置到所述第二角位置之间，横截面面积呈非线性增大。排出部分连接到所述壳体，所述排出部分包括与所述收集流道流体连通的排出通道。

在另一个实施例中，本发明提供了一种用于离心式压缩机的涡壳。涡壳包括壳体，壳体限定了中心孔、进口流道和流体收集流道。所述壳体适合在所述中心孔内接收扩散器并且在所述进口流道接收排放流体。所述进口流道将流体流导入所述收集流道。排出部分连接到所述壳体，所述排出部分包括截头圆锥形排出通道，所述排出通道与所述收集流道流体连通，以排出流体。所述排出通道具有入口和出口，入口和出口被布置成使得横截面流动面积从所述入口到所述出口增大。

参照详细描述和附图，本发明其他方面和实施例将会变得明显。

附图说明

图1是体现本发明的离心式压缩机的横截面图；

图2是图1所示离心式压缩机的涡壳的正视图；

图3是图2涡壳沿图2的线3-3剖切而得的横截面图；

图4是图2涡壳沿图2的线4-4剖切而得的横截面图；

图5是图2涡壳的舌部和排出通道的切开的透视图；

图6是曲线图，示出了相对于角位置的收集流道横截面面积。

具体实施方式

在详细描述本发明的实施例之前，应当理解，本发明不局限于应用在以下描述和图示中阐述的结构和元件布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以多种方式被应用或实施。此外，也应当理解，在本发明中使用的措辞和技术术语是处于说明的目的，不应该被视为限制性的。本文使用的“包含”、“包括”、“具有”及其他变形的含义为包括其后所列项目及其等同物，并且包括额外的项目。除非另行指明或另行限定，否则“安装”、“连接”、“支承”、“耦接”及其变形均被广泛使用，并且包含直接和间接的安装、连接、支承和耦接。进一步，“连接”和“耦接”并不局限于物理或机械的连接或耦接。

图1示出了流体压缩系统10，该流体压缩系统包括原动机，例如和连接到压缩机20并且可操作以产生压缩流体的电机15。在图示的结构中，采用电机15作为原动机。然而，在别的结构中也可以采用其他原动机，例如但不限于内燃机、柴油机和燃气轮机等。

电机15包括转子25和定子30，定子30限定了一定子孔35。转子25由轴40支承以便旋转，且基本上定位于定子孔35中。所示的转子25包括永磁体45，该永磁体与由定子30产生的磁场相互作用以产生转子25和轴40的转动。可以改变定子30的磁场，来改变轴40的转速。当然，如果需要，其他结构能够采用其他类型的电机(如同步电机、感应电机和有刷直流电机等)。

电机15位于机壳50内，该机壳50为电机15提供支承及保护。轴承55位于机壳50的任何一端，并直接或间接地由机壳50支承。轴承55反过来旋转支承轴40。在图示的结构中，磁性轴承55可以采用其他适合使用的轴承(如滚柱轴承、球轴承和滚针轴承等)。在图1所示的结构中，当一个或全部磁性轴承55失效时采用备用轴承60提供轴支承。

在一些结构中，外保护层65围绕于机壳50的一部分，两者之间形成冷却通道70。液体(如乙二醇、制冷剂等)或气体(如空气、二氧化碳等)冷却剂从冷却通道70中流过以冷却运行中的电机15。

机电柜75位于机壳50的一端以装入不同组件，如电机控制器、断路器、开关等。电机轴40伸出机壳50的另一端以使轴40和压缩机20连接。

压缩机20包括吸入壳体80或吸入口环、叶轮85、扩散器90和涡壳95。涡壳95包括第一部分100和第二部分105。第一部分100连接到机壳50上以连接压缩机20的静止部分和电机15的静止部分。第二部分105连接到第一部分100以限定吸入流道110和收集流道115。第二部分105还限定了包括排出通道125的排出部分120，该排出通道125与收集流道115流体连通，用以排出来自压缩机20的压缩流体。

在图示的结构中，涡壳95的第一部分100包括腿部130，该腿部130用于支承压缩机20和电机15。在其他结构中，可用其他部件在水平位置支承压缩机20和电机15。在另外的其他结构中，可采用一个或多个腿部或其他装置在垂直位置或任何需要的位置支承电机15和压缩机20。

扩散器90位于收集流道115的径向内侧以使来自叶轮85的流体在流入涡壳95前必须流经扩散器90。扩散器90包括空气动力面(如刃片、叶片、翅片等)，布置这些空气动力面以使流体流经扩散器90时能减速增压。

叶轮85和转子轴40连接，使叶轮85和电机转子25一起转动。在图示的结构中，一杆140螺纹连接到轴40上，一螺母145螺纹连接在杆140上，以使叶轮85能固定地附着在轴40上。叶轮85伸出用以支承电机的轴40的轴承55，就像悬臂支承一样。在其他结构中可采用其他连接方式来连接叶轮85和轴40，以及其他支承结构来支承叶轮85。同样，本发明并不局限于图1所示的结构。此外，虽然图示的结构包括直接连接于叶轮85的电机15，但是，其他结构可采用增速器如齿轮箱，以使电机15的速度低于叶轮85运行。

叶轮85包括多个空气动力面或刃片150，布置这些刃片150以限定进口导流部分155和出口导流部分160。进口导流部分155位于叶轮85的第一端，并能引导流体沿大体上轴向方向流入叶轮85。刃片150加速流体并且直接引导流体至位于靠近叶轮85相反端的出口导流部分160。流体沿绕叶轮85延伸360度的至少部分径向方向从出口导流部分160中排出。

吸入壳体80有时也被称为吸入口环，其与涡壳95相连，并且包括通向叶轮85的流道165。待压缩流体由叶轮85驱动自下进入流道165并进入叶轮85的进口导流部分155。流道165包括位于叶轮85的刃片150附近的叶轮交界面部分170，以减少刃片150顶部的流体泄漏。因此，叶轮85与吸入壳体80配合限定了多个大体上封闭的流道175。

在图示的结构中，吸入壳体80还包括法兰180，该法兰180便于连接管子或其他流体引导部件或保持部件。例如，过滤器组件可以连接到法兰180上，用以对待压缩流体在流入叶轮85前进行过滤。一根管子从过滤器组件连接到法兰180上，用来大体上密封过滤器后面的系统并且阻止不希望的流体或杂质的进入。

转到图2，对涡壳95进一步详细描述。涡壳95限定了能容纳叶轮85和扩散器90的空间183。进口流道110径向环绕空间183，其由第一部分100和第二部分105配合限定。在图1所示的结构中，进口流道110是狭窄的通道，流体能经此从扩散器90进入收集流道115。

收集流道115基本上形成于涡壳95的第二部分105上。收集流道115是近似圆柱形导管，全部或近乎全部径向上能和进口流道110相连。图3示出了收集流道115在第一角位置185和第二角位置190下的横截面面积。横截面面积沿着图2所示的流体流动方向195朝着排出部分120增加。在图示的结构中，从最小面积处的角位置到最大面积处的角位置计算出的横截面面积的变化是非线性的。图6用图表示出一种优选结构的横截面面积的增加。在其他结构中，横截面面积的增加可能和图6所示的不同。

如图4所示，排出部分120限定了排出通道125，排出通道125包括进口200和出口205。排出部分120大体上形成为涡壳95第二部分105的一部分，从压缩机20正切地延伸。在其他结构中，排出部分120可与第二部分105一体形成。在图1所示的结构中，排出部分120与腿部130以相同方向延伸。然而，排出部分120可沿其他正切方向、轴向方向或任何所需方向延伸。

排出通道125通过入口200与收集流道115流体连通。出口205位于排出通道125中的与进口200相对的一端。排出通道125的形状为截头圆锥形，使靠近进口200处的横截面面积小于靠近出口205的横截面面积。增加的流通截面允许排出通道125中额外的扩散和压力回收。经出口205流出排出通道125的流体可流入其他设备或系统中进行使用、贮存等。

如图5中所示，涡壳95进一步包括舌部210。舌部210置于涡壳95的第二部分105上、收集流道115和排出通道125的出口200之间。在优选结构中，舌部210是作为第二部分105的单一同质部件一体形成的。在这些结构中，舌部210通常随第二部分105一并加工。舌部210将周向地在收集流道115中流动的流体分成继续沿收集流道115流动的第一流体流和流到排出通道125的第二流体流。

如图5所示，舌部210包括前缘215，该前缘215包括圆角220。该舌部210还包括第一壁部分225、第二壁部分230和中心部分235。第一壁部分225位于邻近排出通道125的前缘215的一端。第二壁部分230位于邻近排出通道125的前缘215的另一端，与第一壁部分位置相反。中心部分235置于前缘215上、第一壁部分225和第二壁部分230之间。舌部210大体上为U形，使得中心部分235位于第一壁部分225和第二壁部分230的下游。此外，如图2所示，穿过第一壁部分225和第二壁部分230的第一径向线245与穿过中心部分235的第二径向线250之间的角240大约介于15度至30度之间。在图示的结构中，所述角240大约为25度。

圆角220自第一壁部分225延伸至第二壁部分230。圆角220使前缘215变圆，以便前缘215在流体来流方向有更大的空气动力面。舌部210的锥形前缘215提高了高速流体变为高压流体的转换效率。圆角220形成为使圆角220在沿整个前缘215上的形状不一致。中心部分235处的圆角220的导角半径比壁部分225、230处的导角半径小，由此产生更窄的前缘215。中心部分235的前缘部分越窄，该区域的流动损失越小，从而提高了涡壳95的效率。

在运行时，给电机15供电，以带动轴40和叶轮85旋转。随着叶轮85的旋转，待压缩流体进入吸入壳体80和叶轮85的进口导流部分155。叶轮85将流体从几乎速度为零加速到出口导流部分160处的高速。流体流出叶轮85后流入扩散器90。扩散器90作用于流体以减速。速度的减小使流体的动能转化为势能或高压。此刻的高压流体流出扩散器90，经吸入流道110进入涡壳95。然后，高压流体流入收集流道115，收集流道115收集围绕吸入流道110的任意角位置内的流体。高压流体围绕收集流道115循环，收集流道115中的舌部210引导一部分高压流体流入排出通道125。留在收集流道115中的高压流体重新围绕收集流道115循环，直到舌部210引导其进入排出通道125。由于排出通道125的截头圆锥体结构和不断增加的截面积，高压流体在排出通道125中继续增压。

因此，本发明尤其提供了一种新型和实用的用于离心式压缩机的涡壳95。给出上文描述的和附图中图示的涡壳95的结构仅仅是作为示例，不能作为对本发明概念和原理的限制。所附权利要求将给出本发明的各种特征及优点。

Claims (8)

1.一种用于包括叶轮的离心式压缩机的涡壳，所述涡壳包括：

壳体，限定了中心孔、进口流道和流体收集流道，所述中心孔适合接收叶轮，使得所述叶轮将流体排出到所述进口流道，所述进口流道将流体流导入所述流体收集流道；

排出部分，连接在所述壳体上，且包括排出通道，所述排出通道与所述流体收集流道流体连通，以排出流体；以及

舌部，被置于所述流体收集流道和所述排出部分之间，所述舌部可操作以将流体分成流过所述流体收集流道的第一流体流和流过所述排出通道的第二流体流；

其中，所述舌部包括前缘，所述前缘包括圆角；而且

其中，所述舌部限定了第一壁部分和第二壁部分，且所述圆角限定了在所述第一壁部分和所述第二壁部分之间变化的圆角尺寸。

2.如权利要求1所述的涡壳，其中，所述壳体包括第一壳体部分和第二壳体部分，两者配合共同限定了所述进口流道和所述流体收集流道。

3.如权利要求2所述的涡壳，其中，所述排出部分和所述舌部与所述第二壳体部分一体地形成为单件式构件。

4.如权利要求1所述的涡壳，其中，所述流体收集流道具有第一角位置处的第一横截面面积和第二角位置处的第二横截面面积，在所述第一角位置到所述第二角位置之间，横截面面积呈非线性增大。

5.如权利要求1所述的涡壳，其中，所述排出通道为截头圆锥形，且靠近入口的横截面面积小于靠近出口的横截面面积。

6.如权利要求1所述的涡壳，其中，所述舌部还限定了中心部分，且所述舌部被成形为使得所述中心部分位于所述第一壁部分和所述第二壁部分的下游。

7.如权利要求6所述的涡壳，其中，所述中心部分被定位，以在穿过所述第一壁部分和所述第二壁部分的第一径向线与穿过所述中心部分的第二径向线之间限定一个角，所述角介于约15度至30度之间。

8.如权利要求7所述的涡壳，其中，所述角约为25度。

Images