CN102384106B - 离心压缩机壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心压缩机壳体，在离心压缩机壳体(10)中由进气部件(12)和涡旋部件(17)形成环状地包围气体吸入通路(13)的环状空间(14)。在进气部件(12)中，在比离心叶轮(5)更靠气体流动的上游侧的存在压力差的两处以上的部位上，形成连通气体吸入通路(13)和环状空间(14)的连通路(15)。

Description

离心压缩机壳体

技术领域

本发明涉及一种在各种制炼厂等中用于气体的压缩、送气的离心压缩机的壳体。

背景技术

图1是表示以往的离心压缩机壳体40的一例的剖面图。

该壳体40具备：构成包围气体吸入通路43的壁部且该壁部的一部分与离心叶轮48的叶片对置的进气部件42、和与进气部件42连结且在内部形成有涡旋室46的涡旋部件45。

涡旋室46是导入由离心叶轮48压缩的气体1的环状的空间。在离心叶轮48的出口和涡旋室46之间形成有将来自离心叶轮48的气体1导向涡旋室46的扩压部47。

在进气部件42的外周形成有环状凹部42a，通过将进气部件42和涡旋部件45相连结而将上述的环状凹部42a闭合，从而形成隔着进气部件42的壁部而环状地包围气体吸入通路43的环状空间44。环状空间44中在大气压下充满空气。进气部件42和涡旋部件45之间由密封部件50气密地密封。

在具备上述的壳体40的离心压缩机中，若驱动离心叶轮48旋转，则压缩对象的气体1通过气体导入通路43，被离心叶轮48吸入而向半径方向外侧排出，在通过扩压部47的过程中被减速加压而向涡旋室46导入，从未图示的排出部排出。

在这样的离心压缩机的运转中，气体吸入通路43的压力增高，但上述的环状空间44内还保持为大气压，在两空间中产生压力差。因此，需要抑制由于该压力差导致的进气部件42的变形。因此需要增加进气部件42的强度，压力差越大，就越需要使进气部件42为高强度的材质的部件，且需要加厚壁厚。因此，存在制造成本变高，重量增加的问题。

另外，被压缩的气体1变成高温，因为进气部件42被该高温气体加热，所以在进气部件42上会发生热变形。该热变形使离心叶轮48的顶隙(离心叶轮48的叶片和进气部件42间的间隙)及扩压部47的宽度变化，引起性能降低。另外，在压缩机壳体的设计中，因为还附加热变形的量而设定上述的顶隙，所以存在使从间隙的泄漏损失增大而压缩机的性能效率下降的问题。

另一方面，在下述专利文献1中，提出了在壳体上设置加强部件、在高温/高压下抑制壳体的变形的技术，但是存在与增加加强部件对应，制造成本以及重量增大的问题。

另外，在下述专利文献2中，提出了在与图1的环状空间44相当的部分中令冷却流体流动从而抑制相当于进气部件42的套筒壳的热变形的技术，但是必需设置供给冷却流体的机构(泵、配管等)而存在制造成本增大的问题。

另外，在下述专利文献3中，提出了在壳体中设置气体流动的流路、利用基于流体的通过的温度变化而使壳体变形而抑制变形量的技术，但是必需设置检测变形量的传感器，控制流体的温度的热交换器及其控制装置等而存在制造成本增大的问题。

另外，在下述专利文献4中，提出了通过在扩压部处设置环状板、间隔保持部件、紧固部件等从而即使与图1的进气部件42相当的第1壁部变形也将扩压部的宽度保持为一定的技术，但是存在部件个数大幅地增大而且构造变得复杂且制造成本增大的问题。

专利文献1：特许第3603911号公报

专利文献2：特开平2-233900号公报

专利文献3：特开2005-42612公报

专利文献4：特公平5-20597号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种离心压缩机壳体，不设置特别的装置即可抑制进气部件的由于压力差导致的变形以及热变形。

为解决上述问题，本发明的离心压缩机壳体采用以下机构。

本发明是一种离心压缩机壳体，包围离心叶轮，并且在内部形成有向上述离心叶轮引导气体的气体吸入通路和导入被叶轮压缩的气体的环状的涡旋室，具备构成包围上述气体吸入通路的壁部且该壁部的一部分与上述离心叶轮的叶片对置的进气部件、和与该进气部件连结且在内部形成有上述涡旋室的涡旋部件，利用上述进气部件和上述涡旋部件形成环状地包围上述气体吸入通路的环状空间，其特征在于，在上述进气部件上，在与上述离心叶轮相比在气体流动的上游侧的存在压力差的两处以上的部位形成连通上述气体吸入通路和上述环状空间的连通路。

根据上述的离心压缩机壳体，在进气部件中形成连通气体吸入通路和环状空间的连通路，因此气体吸入通路和环状空间的压力差变小，由于压力差导致的进气部件的变形变小。另外，压力差缓和，其结果，进气部件的壁厚能够减薄，因此能够轻量化并且能够用低成本制造。另外，由于温度上升前的气体继续地流入环状空间内，所以具有冷却进气部件的效果，所以能够将进气部件的热变形抑制为较小。

由此，能够抑制由于进气部件的压力差导致的变形以及热变形，因此能够将离心叶轮的顶隙及扩压部宽度的变化量抑制为较小。因而，不会引起性能的降低。

另外，连通路设置在与离心叶轮相比在气体流动的上游侧的、存在压力差的两处以上的部位，因此环状空间内的空气可迅速地被气体置换。因而，在使用气体是空气以外的气体的情况下，在运转中环状空间内的空气不会向压缩机内部继续流入而影响气体的纯度。

进而，上述的压力差的缓和与进气部件的冷却的作用，不需要特别的装置和控制，能够自动地进行。

另外，上述的离心压缩机壳体中，设置有上述连通路的存在压力差的两处以上的部位是上述进气部件的内径不同的两处以上的部位。

另外，在上述的离心压缩机壳体中，在上述气体吸入通路上设置有用于控制吸入容量的入口引导叶片，设置有上述连通路的存在压力差的两处以上的部位是上述入口引导叶片的前后方的部位。

若是进气部件的内径不同的两处以上的部位，则由于流速差而产生压力差，在吸入通路中设置用于控制吸入容量的入口引导叶片的情况下，若是入口引导叶片的前后方的部位，则由于基于入口引导叶片的压力损失而产生压力差。因而，在这样的产生压力差的两处以上的部位处设置连通路即可。

另外，在上述的离心压缩机壳体中，上述进气部件包括沿轴方向直列地连结的第1部件和第2部件，该第2部件配置在上述第1部件的气体流动的下游侧，上述第1部件和上述第2部件的边界部位于上述离心叶轮的入口部处或者比上述离心叶轮更上游侧。

这样，能够由第1部件和第2部件构成进气部件。由此，包围离心叶轮的第2部件的材料的选定范围变广。例如，作为第2部件的材料，能够选定在与离心叶轮的接触方面有利的材质的材料。

另外，在上述的离心压缩机壳体中，上述进气部件包括隔着间隙在轴方向上分割的第1部件和第2部件，该第2部件配置在上述第1部件的气体流动的下游侧，上述间隙作为上述连通路之一而起作用。

这样，能够用隔着间隙而在轴方向上分割的第1部件和第2部件构成进气部件。由此，包围离心叶轮的第2部件的材料的选定范围变广。例如，作为第2部件的材料，能够选定在与离心叶轮的接触方面有利的材质的材料。另外，也可如这样地构成的那样，上述的连通路是间隙(狭缝)。

另外，上述的离心压缩机壳体中，上述第2部件由与第1部件相比更容易被上述离心叶轮切削的材料构成，或者上述第2部件的内周面由上述材料形成。

另外，在上述的离心压缩机壳体中，上述第2部件由与第1部件相比与离心叶轮接触也不易着火的材料构成，或者上述第2部件的内周面由上述材料形成。

如上述所述，将进气部件的内外间的压力差抑制为较小，因此也能够选定材料强度较低的材料。因而，虽然容易被离心叶轮切削的材料和与离心叶轮接触也不易着火的材料强度较低，但作为第2部件的材料也是有利的，能够容易地使用这样的材料作为第2部件的材料。

根据本发明的离心压缩机壳体，不设置特别的装置，即可获得能够能够抑制由于进气部件的压力差导致的变形以及热变形的优异效果。

附图说明

图1是表示以往的离心压缩机壳体的一例的结构的剖面图。

图2是表示本发明的第1实施方式的离心压缩机壳体的结构的剖面图。

图3是表示本发明的第2实施方式的离心压缩机壳体的结构的剖面图。

图4是表示本发明的第3实施方式的离心压缩机壳体的结构的剖面图。

图5是表示本发明的第4实施方式的离心压缩机壳体的结构的剖面图。

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明的优选实施方式。另外，在各图中对于相同的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。

第1实施方式

图2是表示本发明的第1实施方式的离心压缩机壳体10(下面有时简称为“壳体10”)的结构的剖面图。

该壳体10包围离心叶轮5，并且在内部形成有向离心叶轮5引导气体1的气体吸入通路13和导入被离心叶轮5压缩的气体1的环状的涡旋室18。压缩对象的气体1是在各种制炼厂中使用的空气、氧、氮等，其种类并不特别地限定。

在离心叶轮5的背面上一体地连结有贯通下述涡旋部件17的回转轴3，借助未图示的驱动装置驱动回转轴3旋转，由此令离心叶轮5旋转。

在回转轴3与涡旋部件17之间，配置有用于密封的轴密封件7，以使流入到离心叶轮5的背面侧的气体1不会从回转轴3和涡旋部件17之间的间隙漏出。另外，回转轴3和离心叶轮5可以是一体形成的，也可以是作为分别部件制造后利用适宜的连结机构连结固定的。

如图2所示，壳体10具备：构成包围气体吸入通路13的壁部且该壁部的一部分与离心叶轮5的叶片对置的进气部件12、和与进气部件12连结且在内部形成有涡旋室18的涡旋部件17。进气部件12和涡旋部件17由螺栓等适宜的连结机构连结固定。

在离心叶轮5的出口和涡旋室18之间形成有将来自离心叶轮5的气体1导向涡旋室18的环状的扩压部19。

在进气部件12的外周上，形成有半径方向外周侧开口的环状凹部12a，通过将进气部件12和涡旋部件17连结而闭合上述的环状凹部12a的开口，形成隔着进气部件12的壁部环状地包围气体吸入通路13的环状空间14。在产品的组装后，在离心压缩机的运转前，在环状空间14中在大气压的状态下充满空气。进气部件12和涡旋部件17之间被密封部件20气密地密封。本实施方式中，进气部件12从入口向出口，具有内径缩小的区间、内径一定的区间、以及内径扩大的区间。

在具备上述的壳体10的离心压缩机中，若驱动离心叶轮5旋转，则压缩对象的气体1通过气体1导入通路，被离心叶轮5吸入而向半径方向外侧排出，在通过扩压部19部的过程中被减速加压而向涡旋室18导入，从未图示的排出部排出。

本实施方式的离心压缩机壳体10，进而具备以下的结构。

在进气部件12中，在与离心叶轮5相比更靠气体流动的上游侧的存在压力差的两处以上的部位形成连通气体吸入通路13和环状空间14的连通路15。

本在实施方式中，设置有连通路15的存在压力差的两处以上的部位是进气部件12的内径不同的两处以上的部位。若是内径不同的部位，则会由于流速差而产生压力差。在图2中，孔状的连通路15分别形成在内径相对较大的部位和内径较相对小的部位，各部位处的在气体吸入通路13中流动的气体1由于流速差而产生压力差，内径相对较大的部位处的在气体吸入通路13中流动的气体1的压力p1，比内径相对较小的部位处的在气体吸入通路13中流动的气体1的压力p2大。

并且，连通路15的延伸方向相对于轴心a可以是垂直方向也可以是倾斜方向。

根据上述结构的离心压缩机壳体10，在进气部件12上形成连通气体吸入通路13和环状空间14的连通路15，因此气体吸入通路13和环状空间14的压力差变小，由于压力差导致的进气部件12的变形变小。另外，压力差得到缓和，其结果，能够减薄进气部件12的壁厚，因此能够轻量化并且能够用低成本制造。另外，由于温度上升前的气体1继续地流入环状空间14内，所以具有冷却进气部件12的效果，因此能够将进气部件12的热变形抑制为较小。

由此，能够抑制由于进气部件12的压力差导致的变形以及热变形，因此能够将离心叶轮5的顶隙及扩压部19宽度的变化量抑制为较小。因而，不会引起性能降低。

另外，连通路15设置在与离心叶轮5相比更靠气体流动的上游侧的存在压力差的两处以上的部位，因此环状空间14内的空气迅速地被气体1置换。因而，在使用的气体1是空气以外的气体的情况下，在运转中环状空间14内的空气不会向压缩机内部继续地流入而影响气体1的纯度。

进而，上述的压力差的缓和与进气部件12的冷却的作用，不需要特别的装置和控制，能够自动地进行。

第2实施方式

图3是表示本发明的第2实施方式的离心压缩机壳体10的结构的剖面图。

在本实施方式中，进气部件12包括沿轴方向直列地连结的第1部件12A和第2部件12B。第2部件12B配置在第1部件12A的气体流动的下游侧，第1部件12A和第2部件12B的边界部位于离心叶轮5的入口部处或者比离心叶轮5更靠上游侧。第2部件12B隔着既定的顶隙与离心叶轮5的叶片对置。

第1部件12A和第2部件12B在互相相对的轴方向的端面处密接，用螺栓等的适宜的连结机构连结。

图3中，在存在压力差的多处形成的连通路15都设置在比第1部件12A和第2部件12B的边界部靠气体流动的上游侧的位置，但根据边界部的位置(例如，在边界部比图3表示的位置还靠上游侧的情况下)，连通路15的一部分或者全部也可以设置在比边界部更靠下游侧。

第2部件12B优选由与第1部件12A相比更容易被离心叶轮5切削的材料及与第1部件12A相比与离心叶轮5接触也不易着火的材料构成。或者优选第2部件12B的内周面由这样的材料构成。

如上所述，由于在进气部件12的内外之间将压力差抑制为较小，所以作为第2部件12B的材料可以选定材料强度比较低的材料。因此，尽管容易被离心叶轮5切削的材料及与离心叶轮5接触也不易着火的材料的强度低，但作为第2部件12B的材料也是有利的，能够易于将这样的材料用作第2部件12B的材料。

作为上述的容易切削的材料，可例举合成树脂、铜(或铜合金)、铝(或铝合金)、及可磨损材料等。在使用合成树脂、铜(或铜合金)、铝(或铝合金)等的情况下，能够用这些材料形成第2部件12B自体。另外，也可通过镀层及浇铸等的处理而由这些材料形成第2部件12B的内周面。

在使用可磨损材料的情况下，通过在第2部件12B的内周面上镀层有可磨损材料，能够用可磨损材料形成第2部件12B的内周面。作为上述的镀层，可例举喷镀、电镀等。

作为上述的不易着火的材料，可例举银、铜、镍、及含有这些的至少一种的合金等。在使用这些材料的情况下，能够用这些材料形成第2部件12B自体。另外，也可借助镀层及浇铸等的处理而用这些材料形成第2部件12B的内周面。

本实施方式的其他的结构以及效果和上述第1实施方式相同。

第3实施方式

图4是表示本发明的第3实施方式的离心压缩机壳体10的结构的剖面图。

在上述第1实施方式及第2实施方式中，说明了连通路15是孔状的例子，在本实施方式中说明连通路15是间隙(狭缝)15a的例子。

如图4所示，在本实施方式中，进气部件12包括隔着间隙15a在轴方向上分割的第1部件12A和第2部件12B。第2部件12B配置在第1部件12A的气体流动的下游侧，间隙15a作为连通路15之一而起作用。因而，间隙15a位于比离心叶轮5更靠气体流动的上游侧的位置。第1部件12A和第2部件12B分别利用螺栓等适宜的连结机构与涡旋部件17连结固定。

第2部件12B隔开既定的顶隙而与离心叶轮5的叶片对置。另外，第2部件12B和第2实施方式相同，优选由与第1部件12A相比更容易被离心叶轮5切削的材料构成。

本发明的其他的结构和第2实施方式相同。另外，根据本实施方式，能够得到与第2实施方式相同的效果。

第4实施方式

图5是表示本发明的第4实施方式的离心压缩机壳体10的结构的剖面图。

本实施方式中，在气体吸入通路13上设置有用于控制吸入容量的入口引导叶片22(IGV：inlet guide vane)。另外进气部件12中内径一定的区间可比第1至第3实施方式中长。

在上述第1至第3实施方式中，产生压力差的两处以上的部位是进气部件12的内径不同的两处以上的部位。另一方面，在本实施方式中，由于设置了入口引导叶片22，因此由于压力损失而在其前后方产生压力差。因而，在入口引导叶片22的前后方的部位设置连通路15。

在本实施方式中，进气部件12也包括第1部件12A和第2部件12B，因此第2部件12B与第2实施方式相同，优选由与第1部件12A相比容易被离心叶轮5切削的材料构成。

本发明的其他的结构和第3实施方式相同。另外，根据本实施方式，可得到与第3实施方式相同的效果。

另外，在本实施方式中，进气部件12包括隔着间隙15a而配置的第1部件12A和第2部件12B，但也可将它们如第1实施方式那样一体地形成，也能够与第2实施方式同样地将第1部件12A和第2部件12B连结。

另外，上述中，对于本发明的实施方式进行了说明，但上述公开的本发明的实施方式只是示例，本发明的范围不受这些发明的实施的方式的限定。本发明的范围由权利要求书表示，还包含与权利要求书的记载等同的意义以及权利要求书范围内的全部的变更。

Claims (4)

1.一种离心压缩机壳体，包围离心叶轮，并且在内部形成有向上述离心叶轮引导气体的气体吸入通路和导入被离心叶轮压缩的气体的环状的涡旋室，具备进气部件和涡旋部件，所述进气部件构成包围上述气体吸入通路的壁部且该壁部的一部分与上述离心叶轮的叶片对置，所述涡旋部件与该进气部件连结且在内部形成有上述涡旋室，利用上述进气部件和上述涡旋部件形成环状地包围上述气体吸入通路的环状空间，其特征在于，

在上述进气部件中，在比上述离心叶轮更靠气体流动的上游侧的存在压力差的两处以上的部位上形成直接连通上述气体吸入通路和上述环状空间的连通路，气体从上述气体吸入通路经由上述连通路而被导入至上述环状空间内，

上述进气部件包括沿轴方向直列地连结的第1部件和第2部件，上述第1部件和上述第2部件分别与上述涡旋部件连结固定，该第2部件配置在上述第1部件的气体流动的下游侧，上述第1部件和上述第2部件的边界部位于上述离心叶轮的入口部处或者比上述离心叶轮更靠上游侧处。

2.如权利要求1所述的离心压缩机壳体，设置上述连通路的存在压力差的两处以上的部位，是上述进气部件的内径不同的两处以上的部位。

3.如权利要求1所述的离心压缩机壳体，上述第2部件由与上述第1部件相比更容易被上述离心叶轮切削的材料构成，或者上述第2部件的内周面由上述材料形成。

4.如权利要求1所述的离心压缩机壳体，上述第2部件由与上述第1部件相比与上述离心叶轮接触也不易着火的材料构成，或者上述第2部件的内周面由上述材料形成。