CN101842598B - 侧通道压缩机 - Google Patents

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Abstract

用于压缩气体的侧通道压缩机包括：机壳(3)；用于压缩气体的侧通道(30)，位于机壳(3)内并且具有横截面积(A)；在机壳(3)内形成的进气口开口(31)，该进气口开口(31)与侧通道(30)流体连通以引入气体；在机壳(3)内形成的排气口开口(32)，用于排放来自侧通道(30)的待压缩的气体，其中，通过侧通道(30)，排气口开口(32)与进气口开口(31)流体连通；和叶轮(2)，该叶轮(2)被安装成在机壳(3)内旋转并且包括在侧通道(30)内布置的叶轮片(1)，其中，从进气口开口(31)朝向排气口开口(32)，侧通道(30)的横截面积(A)非单调地减少。

Description

侧通道压缩机
技术领域
本发明涉及用于压缩气体的侧通道压缩机。本发明因此涉及用于压缩气体的工作机器，例如空气或技术气体。
背景技术
侧通道压缩机的工作导致宽带声谱。在传统的侧通道压缩机中，音调声音分量出现在侧通道压缩机的某些频率，如果音调声音分量与宽带声谱的不同大于7dB，那么音调声音分量是非常恼人的。
US 6779968 B1公开了一种具有侧通道的侧通道压缩机。侧通道的横截面积在从进气口到排气口的路上连续地降低。
EP 0863314 A1公开了一种侧通道压缩机。侧通道压缩机的侧通道从进气口到排气口连续地降低。
DE 4220153 A1公开了一种具有侧通道的鼓风机。在侧通道中，提供了横截面积的渐缩。
GB 1237363 A公开了一种具有侧通道的压缩机。侧通道的横截面积从入口到出口逐渐减少。
DE 876285 C公开了一种压缩机。侧通道的横截面积沿着侧通道的长度连续降低。
公知的流体机械具有的不利之处是它们在工作时非常嘈杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种确保特别安静工作的侧通道压缩机。
这个目的是通过用于压缩气体的侧通道压缩机实现，所述侧通道压缩机包括：机壳；用于压缩气体的侧通道，所述侧通道位于所述机壳内并且具有横截面积，其中，所述侧通道具有变化的轴向宽度；在所述机壳内形成的进气口开口，所述进气口开口与所述侧通道流体连通以引入气体；在所述机壳内形成的排气口开口，用于排放来自所述侧通道的待压缩的气体，所述排气口开口通过所述侧通道与所述进气口开口流体连通；和叶轮，该叶轮被安装成在所述外壳内旋转并且包括在所述侧通道内布置的叶轮片；其中，所述侧通道的横截面积从所述进气口开口朝着所述排气口开口减少，其中，所述侧通道的所述横截面积的路线在所述进气口开口和所述排气口开口之间具有多个拐点，其中，所述拐点之间的距离是非周期性的。
本发明的本质是所述侧通道的所述横截面积在所述进气口开口和所述排气口开口之间逐渐减少，结果是使在边缘处和在所述叶轮片的背部处的拆卸最小化，从而使得在所述侧通道中的湍流强度显著地降低。这保证了特别安静的工作。
当从所述进气口开口朝着所述排气口开口观看时，所述侧通道有优势地不规则地逐渐变细；横截面积连续的、尤其是线性的减少是不希望的。所述减少可以是严格单调的或非单调的。与单调减少对比，非单调减少的特征在于所述侧通道的所述横截面积可以在某些区域中增加或者甚至可以保持不变。同样地，所述横截面积还可以包括更快速逐渐变细的区域以及较慢逐渐变细的区域。当减少是严格单调时，所述横截面积根本不增加，而是不同程度地逐渐变细。这意味着可以存在更快速逐渐变细的区域以及较慢逐渐变细的区域。这防止了形成规则的调和流结构并且最终更进一步地降低音调声音分量。在所述侧通道中的气体因此特别遭受速度的不规则变化，换句话说，所传送的气体的速度必然增加和再次减少。这不仅适用于在所述侧通道中气体的绝对速度，而且适用于在所述侧通道中的气体和传送气体的叶轮片之间的相对速度。
下面是结合附图对本发明的几个实施方式的详细描述。
附图说明
图1示出发明的侧通道压缩机和用法兰安装到侧通道压缩机的驱动机的侧视图，该图示出了侧通道压缩机的局部纵向截面视图；
图2示出在图1中示出的侧通道压缩机的正面视图；
图3示出在图2中示出的侧通道压缩机拆卸了机壳盖后的正面视图；
图4-图10在每种情况下示出了从图1所示的侧通道压缩机的多个角度位置观看的侧通道的横截面视图；和
图11示出根据另一个实施方式的发明的侧通道压缩机从进气口开口到排气口开口的侧通道横截面路线。
具体实施方式
在图1到图3中示出的用于压缩气体的侧通道压缩机包括叶轮2，该叶轮2装备有叶轮片1并且被安装成在机壳3内围绕水平中央纵向轴线4旋转。传统的驱动机(drive)6用于沿箭头5的方向旋转驱动叶轮2。因而使气体同样沿箭头5的方向传输通过机壳。
机壳3包括机壳本体7和可拆卸的机壳盖8，把机壳本体7和可拆卸的机壳盖8根据图1和图2连接在一起，以便封闭包括叶轮片1的叶轮2，叶轮2被布置成在驱动轴9上旋转驱动，以与驱动轴9共同旋转。
叶轮2的形状制成类似盘形。叶轮2包括带有中央圆形轮毂孔11的内叶轮轮毂10。叶轮轮毂10由径向地向外为轮毂孔11定界限的内轮毂底座12和与所述轮毂底座12相邻的径向圆形轮毂垫圈13形成。叶轮2进一步包括径向外承载圈14，径向外承载圈14邻接轮毂垫圈13的外部并且沿中央纵向轴线4的方向与轮毂垫圈13的两个侧面重叠。承载圈14承载沿着圆周方向分布的多个径向突出的叶轮片1。本实施方式被提供有等距离地布置的总共52个分开的并且相同的叶轮片1，这意味着52个叶轮片1以相对于中央纵向轴线大约7°的角距离彼此间隔排列。因而，每45°布置6到7个叶轮片1。在每个情况中的叶轮片1具有沿箭头5的方向向前倾斜的径向外部。轮毂底座12、轮毂垫圈13和承载圈14形成整体的铸件。
在本公开中使用的术语“轴向”和“径向”是相对于中央纵向轴线14而言的。
中央轮毂孔11用来接收驱动轴9。在驱动轴9和轮毂底座12之间提供传统的平行键连接，用于把驱动轴9产生的扭矩传送到叶轮轮毂10，以旋转叶轮。
机壳本体7包括中央轮毂部分15，中央轮毂部分15径向地和轴向地为部分轮毂接收空间16定界限。通向部分轮毂接收空间16的中央轴孔17穿过轮毂部分15。径向向外延伸的环形侧壁18邻接轮毂部分15。圆周通道部分19邻接侧壁18的外侧。轮毂部分15、侧壁18和通道部分19形成整体铸件，而整体铸件形成机壳本体7。在机壳本体7的外侧上提供了以类轮辐的方式延伸的肋条片20，肋条片20显著地增加了机壳本体7的稳定性。此外，在侧壁18上布置轴向地向外突出的螺钉孔21。
通过几个连接螺钉22把机壳盖8固定到机壳本体7上，并且机壳盖8包括中央轮毂部分23，中央轮毂部分23径向地和轴向地为部分轮毂接收空间24定界限。径向向外延伸的环形侧壁25邻接轮毂部分23。圆周通道部分26连接到侧壁25的外侧。在轮毂部分23中布置有用于驱动轴9的滚动元件轴承27。轮毂部分23、侧壁25和通道部分26形成整体铸件，该整体铸件形成机壳盖8。在侧壁25上还提供了以类轮辐的方式延伸的肋条片28，以便增加机壳盖8的稳定性。
以下面的方式把机壳本体7和机壳盖8连接在一起，即，两个部分轮毂接收空间16、24在彼此之间限定轮毂接收空间29，并且两个通道部分19、26在彼此之间限定用于气体压缩的侧通道30。两个侧壁18、25是平行的但是彼此间隔排列。侧通道30在距中央纵向轴线4一定距离处围绕中央纵向轴线4环状地延伸并且由通道部分19、29定界限。
在机壳盖8的底部形成通向侧通道30的轴向进气口开口31。此外，在机壳盖8的底部提供轴向排气口开口32，该排气口开口32与侧通道30流体连通并且邻近进气口开口31。突出的进气口连接器33连接到进气口开口31，而以同样的方式突出的相应的排气口连接器34连接到排气口开口32。拦截器35布置在进气口开口31和排气口开口32之间的侧通道30中。
在由轮毂部分15、23限定的轮毂接收空间29中布置叶轮2的轮毂底座12，驱动轴9穿过轮毂孔17。在驱动轴9的末端布置了自由轴承轴颈36，自由轴承轴颈36被安装成在滚动元件轴承27内旋转，滚动元件轴承27布置在机壳盖8内。滚动元件轴承27具有连接到轴承轴颈36的内环37和连接到机壳盖8的外环38，具有在内环37和外环38之间布置的滚珠39的形状的滚动元件使得环37、38彼此分离。内环37收缩到轴承轴颈36上，用于与轴承轴颈36共同旋转，而外环38以非转动的方式固定到机壳盖8上。在机壳3的空间分离的侧壁18、25之间，叶轮2的轮毂垫圈13从轮毂底座12径向向外延伸。承载圈14和叶轮片1位于周向侧通道30内。承载圈14的底座的某一区域位于对外部开放的凹槽40内，并且形成在紧挨着侧壁18、25的通道部分19、26内。
侧通道30具有自由的横截面积A，自由的横截面积A可用于传输气体并且与箭头5大致垂直。横截面积从具有横截面积AE的进气口开口31向着具有横截面积AA的排气口开口32非单调地减少，其中AA＜AE。在进气口开口31和排气口开口32之间的锥度比在20％到60％之间，优选地在25％到50％之间。侧通道30具有由机壳3的通道部分19、26限定的轴向宽度B和由通道部分19、26限定的常量径向深度T。在任何情况下，横截面积A具有带有圆角区的近似矩形形状，其中深度T总是比宽度B小。通过使宽度B乘以深度T，可以得到侧通道30的近似横截面积A。每一个叶轮片1具有径向高度。凸入到侧通道30中的叶轮片1的自由部分的高度H大约在侧通道30的深度T的50％到75％之间，优选地大约是60％。此外，每个叶轮片1具有常量轴向宽度S，常量轴向宽度S总是显著地比侧通道30的宽度B小。
图4到图10在每一个图中示出沿侧通道30的路线相对于中央纵向轴线4在图3中示出的侧通道压缩机的相应角位置处侧通道30的各自横截面。在图4到图10中尤其示出从进气口开口31沿排气口开口32的绝对减少。图4示出当沿箭头5的方向看时正好在进气口开口31的后面的侧通道30的横截面。图10另一方面示出当沿箭头5的方向看时正好在排气口开口32前面的侧通道30的横截面。根据图4的横截面积A显著地超出根据图10的横截面积A。仅通过改变宽度B实现横截面积A的变化。
下面的角度是相对于垂直平面E的，垂直平面E横穿中央纵向轴线4并且以垂直对称的方式贯穿侧通道压缩机，更具体地沿侧通道压缩机的长度方向。此外，角度进一步是相对于在图3中示出的侧通道压缩机的中央纵向轴线4的。沿箭头5的方向观看时，角度指示从进气口开口31开始的角距离。所指示的数值涉及特别优选的实施方式，进气口开口31的中央位于大约30°处。根据图4的横截面布置在大约60°处，而根据图5的横截面布置在90°处，根据图6的横截面布置在135°处，根据图7的横截面布置在180°处，根据图8的横截面布置在225°处，根据图9的横截面布置在270°处，根据图10的横截面布置在大约300°处。排气口开32的中央位于大约330°处。
与根据图4的横截面积A相比，根据图5的横截面积A已经显著地减少，即减少了大约25％到35％。与在图5中示出的横截面积A相比，根据图6的横截面积A已经再次稍稍增加，即增大10％到20％。根据图6的横截面积A因而比根据图4的横截面积A小。当比较图6和图7时，显而易见的是，根据图7的横截面积A比根据图6的横截面积A稍大。根据图7的横截面积A近似等于根据图4的横截面积A。与根据图7的横截面积A比较，根据图8的横截面积A已经再次显著地减少。根据图8的横截面积A近似等于根据图5的横截面积A。根据图9的横截面积A再次稍稍超过在图8中示出的横截面积A并且近似等于根据图6的横截面积。与图9比较，根据图10的横截面积A再次稍小并且近似等于根据图5的横截面积A。如已经提到的，通过相应地改变宽度B在每个情况中实现横截面积A的变化。侧通道30的宽度B大致在1.2倍的叶轮片1的宽度S和3.0倍的叶轮片1的宽度S之间变化。侧通道30的宽度B优选地近似在图5、图8和图10中的1.5倍和1.9倍的叶轮片1的宽度S之间变化，并且在图4和图7中的2.1倍和2.5倍的叶轮片1的宽度S之间变化。在图6和图9中，宽度B大致在1.8倍和2.2倍的宽度S之间。
通过相应地设计通道部分19和/或通道部分26可以修改侧通道30。
驱动机6是可拆卸地连接到机壳本体7的外侧的电动机。为了这个目的，提供了几个紧固螺钉，把几个紧固螺钉拧进机壳本体7处的螺钉孔21内。
在侧通道压缩机的底部形成有支脚41，以保证包括侧通道压缩机和驱动机6的单元的固定安装，其中在承载体42的底部还形成有支脚43，承载体42通过螺钉连接到机壳本体并且承载驱动机6。
下面是对发明的侧通道压缩机的功能的描述。驱动轴9被设置成通过驱动机6沿箭头5的方向围绕中央纵向轴线4旋转。因此，因为叶轮2连接到驱动轴9以与驱动轴9共同旋转，因而包括叶轮片1的叶轮2开始同样沿箭头5的方向旋转。经过接近进气口开口31，叶轮片1通过进气口连接器33和进气口开口31将待压缩的气体吸进侧通道30内。叶轮片1沿箭头5的方向加速位于侧通道30内的气体，箭头5因此也被称为传输箭头。气体被陷入在圆周方向上由承载圈14和由相邻的叶轮片1向内限定的小空间(cell)内。在循环区的末端，叶轮片1通过排气口开口32和排气口连接器34从侧通道30排放压缩气体。因而在侧通道内由气体覆盖的距离相当于300°的角度范围。拦截器35防止由叶轮2传输到排气口开口32的气体通过侧通道30转移到进气口开口31。横截面积A越小，在侧通道30内的气体速度越高。另一方面，横截面积A越大，在侧通道30内的气体速度越低。
下面是根据上面的定义，参照图11，在侧通道压缩机的侧通道30的另一个优选实施方式中，进气口开口31和排气口开口32之间的横截面积A的路线(course)分别相对于圆周角或循环的详细描述。这个实施方式和作为参考的前述实施方式仅在两者各自的侧通道30的设计方面彼此不同。再次，仅通过改变宽度B实现横截面积A的变化。
如在图11中所示，在位于大约30°处的进气口开口31的下游，侧通道30的横截面积A首先显著地增加，直到在大约50°处达到第一最大值Max1。然后，横截面积A缓慢地减少直到在大约115°处达到第一最小值Min1。第一拐点WP1位于大约80°处；这是曲线的曲率或者侧通道30的锥度(tapering)分别发生变化的位置。在拐点WP1的下游，横截面积比在拐点WP1的上游减少地慢。在最小值Min1的下游，侧通道30的横截面积A再次显著地增加，直到达到位于大约180°处的第二最大值Max2；在大约155°处，曲线穿过第二拐点WP2。在最大值Max2处，侧通道30的横截面积A比在最大值Max1处的横截面积小。在最大值Max2的下游，侧通道30的横截面积A再次显著地减少，在大约205°处达到第二最小值Min2，在这里侧通道30的横截面积A比在最小值Min1处的横截面积稍小，其中在大约190°处，曲线穿过第三拐点WP3。在最小值Min2的下游，侧通道30的横截面积A再次显著地增加，直到在大约245°处达到第三最大值Max3，在这里侧通道30的横截面积A大约等于在第二最大值Max2处的横截面积A。在最大值Max3的下游，侧通道30的横截面积A再次显著地减少，直到大约265°处，并且稍稍地但是稳定地逐渐变细，直到到达在330°处的排气口开口32。为了进行对比，在图11中包括直线G，直线G示出在进气口开口31和排气口开口32之间横截面积A的稳定减少。最大值Max1、Max2和Max3布置在直线G上面，而最小值M1和M2布置在直线G下面。拐点WP1、WP2和WP3恰好沿着直线G布置。
如图11所示，最大值Max1、Max2和Max3彼此之间间隔不规则的距离，这导致沿着圆周的非周期分布。最大值Max1和最大值Max2之间的角距离大约达到130°，而最大值M2和M3之间的角距离大约达到65°。因此，距离已经缩小。同样地，拐点WP1、WP2和WP3也不是沿着圆周等距离地布置的，而是同样非周期地布置的。在拐点WP1和拐点WP2之间，具有大约75°的角距离，而在拐点WP2和WP3之间的角距离仅达到35°。
在进气口开口31和排气口开口32之间，相对于进气口开口31和排气口开口32之间的横截面积A的差值，侧通道30的横截面积A的变化在20％到60％之间，优选地在25％到50％之间，并且该变化被称为AA。该变化出现在极值和直线G之间。
在上面描述的实施方式中，通过改变宽度B来改变侧通道30的横截面积A。根据可选的实施方式，通过同时改变深度T和宽度B来改变横截面积A。
如开始处提到的，同样可想象的到横截面积以不规则的减少行为严格单调减少。再次，应当避免周期减少模式，换句话说，拐点应当非周期地分布。同样地，幅度也应当是不规则的。
本发明还相应地适用于多级侧通道压缩机。同样可想象得到本发明在多流侧通道压缩机中的实现。
上面对实施方式的描述仅是举例。最大值和最小值可以横跨圆周随机分布并且分布在任何希望的位置。应当避免等距离。同样，极值之间的连接还可以上升和下降到不同角度。还可以随机地选择幅度值。本质上是要避免规则的路线，以防止调和流结构。因此，提供了至少一个最大值、一个最小值和/或一个拐点。但是，几个最大值、最小值和/或拐点是优选的。

Claims (14)

1.一种用于压缩气体的侧通道压缩机，包括：
a)机壳(3)；
b)用于压缩气体的侧通道(30)、所述侧通道(30)位于所述机壳(3)内并且具有横截面积(A)，其中，所述侧通道(30)具有变化的轴向宽度(B)；
c)在所述机壳(3)内形成的进气口开口(31)，所述进气口开口(31)与所述侧通道(30)流体连通以引入气体；
d)在所述机壳(3)内形成的排气口开口(32)，用于排放来自所述侧通道(30)的待压缩的气体，所述排气口开口(32)通过所述侧通道(30)与所述进气口开口(31)流体连通；和
e)叶轮(2)，被安装成在所述机壳(3)内旋转并且包括布置在所述侧通道(30)内的叶轮片(1)；
f)其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)从所述进气口开口(31)朝向所述排气口开口(32)减少；
g)其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)的路线在所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间具有多个拐点(WP1、WP2、WP3、WP4)，所述拐点(WP1、WP2、WP3、WP4)并不是等距离地布置的。
2.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)在所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间不规则地减少。
3.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)在所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间严格单调地减少。
4.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)在所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间非单调地减少。
5.根据权利要求4所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)在所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间的一些区域中增大。
6.根据权利要求4所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)的路线在所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间具有至少一个最大值(Max1，Max2，Max3)。
7.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，包括叶轮轴(9)，两个相邻拐点(WP1，WP2，WP3，WP4)之间的角距离相对于所述叶轮轴(9)在20°和90°之间。
8.根据权利要求7所述的侧通道压缩机，其中，两个相邻拐点(WP1，WP2，WP3，WP4)之间的所述角距离相对于所述叶轮轴(9)在30°和80°之间。
9.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，在两个相邻拐点(WP1，WP2，WP3，WP4)之间提供有3到13个叶轮片(1)。
10.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，在两个相邻拐点(WP1，WP2，WP3，WP4)之间提供有5到10个叶轮片(1)。
11.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)从所述进气口开口(31)到所述排气口开口(32)减少20％到60％。
12.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)从所述进气口开口(31)到所述排气口开口(32)减少25％到50％。
13.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，相对于所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间的所述横截面积(A)的差值，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)的变化在20％到60％。
14.根据权利要求1所述的侧通道压缩机，其中，相对于所述进气口开口(31)和所述排气口开口(32)之间的所述横截面积(A)的差值，所述侧通道(30)的所述横截面积(A)的变化在30％到50％。
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