CN102414452A - 离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种离心式压缩机(1)包括叶轮(6)，扩散器(3)和护罩(4)，扩散器和护罩中的其中一个包括多个凹槽(28)，且扩散器和护罩的另一个包括多个径向翼片(15)，其中，护罩(4)覆盖叶轮(6)和扩散器(3)，使得每个径向翼片(15)突出进入相应的凹槽(28)。

Description

离心式压缩机

技术领域

本发明涉及了一种离心式压缩机。

背景技术

离心式压缩机的一种已知的设计包括被静态护罩覆盖的有翼片的扩散器和叶轮。为了将性能最大化，叶轮和护罩之间的理想间隙是尽可能小，同时在压缩机的后续使用期间允许叶轮和护罩出现些微变化。另外，由于任何间隙提供了用于工作流体在不被转动的情况下流过翼片的通道，理想的是无间隙出现在护罩和扩散器的翼片之间。由于制造公差，通常是很难复制在护罩和叶轮之间具有小的清楚限定的间隙，同时确保护罩和扩散器翼片之间无间隙的离心式压缩机。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种离心式压缩机，该离心式压缩机包括叶轮，扩散器和护罩，扩散器和护罩中的一个包括多个凹槽，扩散器和护罩中的另一个包括多个径向翼片，其中，护罩覆盖叶轮和扩散器以使每个径向翼片突出进入相应的凹槽。

护罩和扩散器定义了腔室，通过叶轮发射进入该腔室的工作流体被膨胀。径向翼片位于该腔室内，用于使膨胀的流体转向。通过提供径向翼片突出进入的凹槽，护罩相对于扩散器和叶轮的位置可被调整以使得在没有在翼片和护罩或扩散器之间建立径向间隙的情况下获得良好限定的护罩和叶轮之间的间隙。因此，高性能的压缩机可以被实现。

通过调整护罩相对于扩散器的位置，轴向间隙可被产生在每个径向翼片和护罩或扩散器之间。虽然，轴向间隙被产生，该间隙定义了回转的通道；而没有直接的径向间隙或通道在翼片和护罩或扩散器之间。因此，通过叶轮发射的工作流体撞击径向翼片并被径向翼片转向。这与一布置相反，在该布置中，清晰的径向间隙存在于每个径向翼片和护罩或扩散器之间，其于是提供了直接的通道用于让工作流体在不被转向的情况下穿过翼片的上方或下方。

优选地，护罩从叶轮被轴向隔开的量小于在每个径向翼片和定义相应凹槽的壁之间轴向间隔。也就是说，护罩-叶轮的间隙小于在每个径向翼片的顶部或底部处的轴向间隙。这于是具有护罩可首先接触叶轮的优点。然后护罩以预定量从叶轮分隔开以产生良好定义的间隙。

有利的是，每个径向翼片轴向突出进入相应的凹槽第一量，护罩从叶轮轴向隔开第二量，而每个凹槽具有大于第一量和第二量总和的深度。因此，护罩可首先接触叶轮，然后从叶轮分开以产生间隙，同时，翼片继续突出进入到凹槽。

护罩可包括具有中心孔的钟形壁。于是第一部分覆盖叶轮，第二部分覆盖扩散器。第一部分的内表面于是被成形为与叶轮叶片的边缘相符。

叶轮理想地被安装到轴，该轴进而可旋转地安装到扩散器。通过将轴直接安装到扩散器，叶轮和扩散器可精确地对准。特别是，轴可被安装到扩散器以使得轴的旋转轴线与扩散器同心并正交于扩散器。

优选的，叶轮，扩散器和护罩每个都是由塑料形成，因此，明显的减少了离心式压缩机的成本。虽然塑料通常不能保持确保护罩-叶轮之间良好定义的间隙通常所需的公差，径向翼片突出进入的凹槽作用于承受公差的积累，因此，可以使用在其它情况下被认为不合适的材料而获得的良好定义的间隙。

在第二方面，本发明提供了一种用于离心式压缩机的护罩-扩散器组件，所述组件包括护罩和扩散器，护罩和扩散器中的一个包括多个凹槽，护罩和扩散器组件的另一个包括多个径向翼片，其中，护罩可覆盖扩散器以使每个径向翼片突出进入相应的凹槽。

附加地，护罩被用于覆盖离心式压缩机的叶轮。如已指出的那样，通过提供翼片突出进入的凹槽，护罩可相对于叶轮定位以便在没有在每个翼片的顶部或底部产生径向间隙的情况下获得良好定义的间隙。

有利的是，护罩可覆盖扩散器以使得除了突出进入到相应的凹槽外，每个径向翼片被从相应的凹槽的壁轴向隔开。也就是说，轴向间隙有利地存在于每个径向翼片的顶部或底部。通过在每个翼片的顶部或底部具有轴向间隙，护罩可以相对于扩散器定位为具有一定程度的游隙。因此，护罩相对于叶轮的位置可被调整以便达到最佳或良好定义的间隙。虽然轴向间隙出存在于每个径向翼片的顶部或底部，每个翼片继续突出进入到凹槽，且因此，不存在与每个翼片相关的径向间隙。

护罩可包括具有中心孔的钟形壁，用于覆盖压缩机的叶轮的第一部分和用于覆盖扩散器的第二部分。而且，护罩可包括支撑壁和多个支柱，该支撑壁从钟形壁延伸，多个支柱在支撑壁和钟形壁之间延伸。然后，支柱和支撑壁为钟形壁提供良好结构支撑，于是钟形壁可被制造成更薄。

优选地，护罩可被直接固定到扩散器以便覆盖扩散器。因此，在护罩相对于扩散器的位置已经调整以定义在护罩和叶轮之间的间隙之后，护罩可被直接固定到扩散器以便保持间隙。

有利的是，扩散器包括轮毂，周壁和多个轴向翼片，该轴向翼片在轮毂和周壁之间延伸，护罩可覆盖周壁。因此，护罩和扩散器合作以从径向方向到轴向方向引导流体流动通过所述组件。护罩可包括弯曲的向下突出的边缘，该边缘位于扩散器的周壁内。这于是具有护罩提供光滑，连续的表面，在该表面上流体从径向转向到轴向方向，从而将压力损耗最小化的优点。

径向翼片优选为二维翼面，其在很大流速范围内提供了良好的压力恢复。

在第三方面，本发明提供了用于覆盖离心式压缩机的叶轮和扩散器的护罩，该护罩包括具有中心孔的钟形壁，覆盖叶轮的第一部分，覆盖扩散器的第二部分，其中，第一部分的表面的轮廓与叶轮的叶片边缘相符，多个凹槽形成在第二部分的表面中。每个凹槽的尺寸被设置为接收扩散器的相应径向翼片的一部分。

在第四方面，本发明提供了一种装配离心式压缩机的方法，该方法包括：提供叶轮，扩散器和护罩，护罩和扩散器中的一个包括多个凹槽，护罩和扩散器的另一个包括多个径向翼片；用护罩覆盖叶轮和扩散器使得护罩接触叶轮，且每个径向翼片突出进入相应的凹槽；将护罩从叶轮和扩散器分离开以使得间隙被定义在护罩和叶轮之间，每个径向翼片继续突出进入相应的凹槽。

优选的，该方法包括安装叶轮到轴和可旋转地安装轴到扩散器。因此，叶轮可精确地相对于扩散器对准。

有利的是，扩散器包括轮毂，周壁和多个轴向翼片，该轴向翼片在轮毂和叶轮之间延伸，该方法包括将护罩固定到周壁。然后，护罩和扩散器合作以将通过压缩机流动的流体从径向方向引导到轴向方向。优选的，护罩粘附到周壁。因此，随着护罩从叶轮和扩散器分离，护罩可方便地固定到扩散器以使得在护罩和叶轮之间的间隙被保持。另外，有效的密封被建立在护罩和扩散器之间，从而防止因为泄露可能在其他情形下发生的任何压力损耗。

叶轮，扩散器和护罩中的一个或多个可由塑料通过模制工艺形成，例如注射或压缩模制。因此，压缩机可用在其它情况下不可用的材料和工艺来制造。

本文中对术语‘轴向’和‘径向’(也就是说，轴向间隙，径向间隙，轴向方向，径向方向)的引用应该被理解为分别意味着沿平行和垂直于压缩机的旋转轴线的方向。轴向翼片和径向翼片应该被理解为分别对沿轴向和径向移动的流体发生作用的翼片。

附图说明

为了本发明可更容易的被理解，现在将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1是按照本发明的离心式压缩机的第一分解图；

图2是图1中的离心式压缩机的第二分解图；

图3是图1和图2中的离心式压缩机的剖视图；

图4是根据本发明的替代离心式压缩机的剖视图；

具体实施方式

图1中的离心式压缩机1包括转子2，扩散器3和护罩4.

转子2包括轴5，在该轴上被安装了叶轮6和轴承筒(bearing cartridge)7。叶轮6是半开放叶轮，包括轮毂8，多个叶片9围绕轮毂被支撑。轴承筒7包括一对被隔开的轴承10，其通过弹簧11预加载，且被套筒12围绕。

扩散器3包括轮毂13，周壁14，多个径向翼片15和多个轴向翼片16。台阶17成形在轮毂13的上部表面以便定义中央部分18和外部环形物19。径向翼片15是被圆周的围绕外部环形物19隔开的二维翼面。周壁14被从轮毂13隔开并围绕轮毂13。轴向翼片16是在周壁14和轮毂13之间延伸且将周壁14固定到轮毂13的二维翼面(aerofoil)。

转子2通过被固定在扩散器3的轮毂13的中心孔20的轴承筒7被可旋转地安装到扩散器3。

护罩4包括钟形壁21，外部支撑壁22，和多个在钟形壁21和外部支撑壁22之间延伸的支柱23。

钟形壁21是环状对称的，包括作为流体进口的中心孔24，用于覆盖叶轮6的第一部分25，和用于覆盖扩散器4的第二部分26。该第一部分25具有内部表面，其形成轮廓以便与叶轮叶片9的顶部边缘相符。第二部分26具有内部表面，该内部表面包括延伸到弯曲的并向下突出的边缘27的平面区域。

多个凹槽28成形于第二部分26的内部表面周围。每个凹槽28的尺寸被设置为接收扩散器3的相应的径向翼片15的一部分。特别地，每个凹槽的横截面轮廓对应于相应的径向翼片15的横截面轮廓。然而，考虑了公差的积累，每个凹槽28的横截面面积略大于径向翼片15的横截面面积，下面将更详细的讨论

外部支撑壁22从钟形壁21周边向上延伸。在外部支撑壁22的直径里的台阶定义了环形凸缘29。支柱23在钟形壁21和外部支撑壁22之间径向延伸以提供结构支撑构件。

护罩4被安装到扩散器3，使得它覆盖叶轮6和扩散器3两者。特别地，护罩4的第一部分25覆盖了叶轮6，第二部分26覆盖了扩散器3。护罩4的环形凸缘29通过粘合剂30被固定到扩散器3的周壁14。因此，流体通道被建立在护罩4的进口24和扩散器3的轴向出口之间。扩散器3的周壁14围绕护罩4的向下突出边缘27。由于护罩4的边缘27向下弯曲，护罩4提供了平滑的连续表面，工作流体在该表面上从径向转到轴向方向，从而将压力损耗最小化。

护罩4被安装到扩散器3以使得间隙存在于叶轮6和护罩4之间。另外，扩散器3的每个径向翼片15突出进入护罩4的相应的凹槽28。因此，离心式压缩机1在护罩4和叶轮6之间具有间隙，同时确保在护罩4和扩散器3的径向翼片15之间无径向间隙存在。如将进行的描述，将护罩4安装到扩散器3的方式确保良好定义的间隙成形在护罩4和叶轮6之间。

当装配离心式压缩机1时，转子2通过固定轴承筒7到扩散器轮毂13的孔20中而首先被安装到扩散器3。然后，护罩4被用来覆盖转子-扩散器组件2，3以使护罩4接触到叶轮6的叶片9。这是通过安装护罩4在夹具的一个半部里，安装转子-扩散器组件2，3在夹具的另一个半部中(这两个半部是同轴对齐的)，使两个半部到一起直到护罩4和叶轮6彼此接触来实现的。护罩4和扩散器3的相对对准被实现以使扩散器3的每个径向翼片15突出进入到护罩4的相应的凹槽28。每个凹槽28有足够的深度使得护罩4不被阻止接触叶轮6，也就是说，当护罩4接触叶轮6，每个径向翼片15从护罩3轴向隔开，或换句话说，轴向间隙存在于护罩4和每个径向翼片15的顶部之间。每个径向翼片15突出进入相应的凹槽28的量大于最终护罩-叶轮的间隙，它的优势将立刻变清晰。然后，护罩4从转子-扩散器组件2，3隔开一个量，该隔开的量定义了护罩4和叶轮6之间的轴向间隙。如上所述，在间隔开前，每个径向翼片15突出进入相应的凹槽28的量大于护罩-叶轮的间隙。因此，间隔开后，每个径向翼片15继续突出进入到相应的凹槽。最后，粘合剂30被用到形成在护罩4的凸缘29和扩散器3的周壁14之间的环状间隙。粘合剂30搁置一段时间，然后被固化以在护罩4和扩散器3之间建立密封。

存在与离心式压缩机1的制造和装配相关的尺寸和形位公差。例如，与特殊的径向翼片15的宽度，高度和安装角度相关的尺寸公差，以及与扩散器3和护罩4的对准相关的形位公差。为了使得每个径向翼片15自由地突出进入相应的凹槽28，每个凹槽28的横截面面积比相应的径向翼片15的横截面面积大至少考虑了公差的积累的量。同样的，每个凹槽的深度比翼片突出长度(也就是径向翼片15轴向地突出进入相应的凹槽28的距离)和护罩-叶轮的间隙(也就是护罩4从叶轮6被轴向间隔开的距离)之和大考虑了公差的积累的量。

虽然小的间隙出现在已装配的离心式压缩机1的护罩4和每个径向翼片15的顶部之间，该间隙定义了回转的通道；那是在翼片15和护罩4之间的非直接、径向通道。因此，通过叶轮6发射的工作流体撞击径向翼片15并被径向翼片15转向。这与一布置相反，在该布置中，清晰的径向间隙存在于翼片和护罩之间，这于是提供了直接的径向通道用于让工作流体在不被转向的情况下穿过翼片的顶部。

在上述实施例中，扩散器3同时具有径向翼片15和轴向翼片16。然而，扩散器具有轴向翼片16不是必须的。而且，扩散器3和离心式压缩机1具有轴向出口不是必须的。例如，离心式压缩机1可包括卷形物或其他收集器(未显示)。然而，护罩4连续覆盖叶轮6和扩散器3以便扩散器3的径向翼片15突出进入护罩4的凹槽28。

上述的扩散器3是叶删扩散器(cascade diffuser)，其具有单排径向翼片15。同样的，然而，扩散器3可具有多排径向翼片列；然后护罩4将包括相应数量的凹槽列。而且，扩散器3可以是通道扩散器(channel diffuser)而不是叶删扩散器。

上述的护罩4包括第二部分26，该第二部分26具有平行于扩散器3的轮毂13的上表面延伸的平面区域。另外，第二部分26可相对于轮毂13倾斜和/或弯曲以便实现不同的流量扩张。

在上述实施例中，扩散器3包括多个径向翼片15，且护罩4包括多个凹槽28。图4中示出了替代实施例，护罩4(而不是扩散器3)包括多个径向翼片15，扩散器3(而不是护罩4)包括多个凹槽28。径向翼片15被绕护罩3的第二部分26的内部表面圆周地隔开，且凹槽28绕扩散器3的轮毂13的外部环形物19成形。在所有其他方面中，离心式压缩机1和离心式压缩机1的制造和装配方法是未变化的。

在传统的离心式压缩机中，公差积累通常导致护罩-叶轮的间隙变化或相当大的间隙存在护罩和扩散器翼片之间。因此，高度精密的加工是必须的以确保公差的积累在允许的范围内。然而，高度精密的加工的使用增加了离心式压缩机的成本。而且，具有期望的特征(例如，重量，强度，热特性和成本方面)的某些材料不能被使用，因为其没可能在要求的公差内制造必要的部件。

在本发明的离心式压缩机1中，公差积累的问题通过供应凹槽28来解决，径向翼片15突出进入该凹槽。凹槽28的尺寸被设置以使翼片15自由地突出进入凹槽28一个量，该量吸收了公差累积。因此，本发明提供了成本更低、更简单的方法来重复制造离心式压缩机1，该离心式压缩机1具有良好定义的护罩-叶轮间隙，同时确保在扩散器翼片和护罩之间无径向间隙出现。而且，本发明使得能够使用在其它情况下将导致不能接受的公差的制造过程和材料。特别地，叶轮6，扩散器3和护罩4的每一个可由通过压缩或注射模制获得的塑料材料形成。

Claims (20)

1.一种离心式压缩机，包括叶轮，扩散器和护罩，扩散器和护罩中的一个包括多个凹槽，且扩散器和护罩的另一个包括多个径向翼片，其中，护罩覆盖叶轮和扩散器，使得每个径向翼片突出进入相应的凹槽。

2.如权利要求1所述的离心式压缩机，其中，每个径向翼片被从相应的凹槽的壁轴向隔开。

3.如权利要求2所述的离心式压缩机，其中，护罩被从叶轮轴向间隔开的量小于每个径向翼片和相应的凹槽的壁之间的轴向间隔。

4.如上述权利要求中任一项所述的离心式压缩机，其中，每个径向翼片轴向地突出进入到相应的凹槽第一量，护罩被从叶轮轴向隔开第二量，每个凹槽具有大于第一量和第二量的和的深度。

5.如上述权利要求中任一项所述的离心式压缩机，其中，叶轮是半开放叶轮，包括轮毂，多个叶片围绕轮毂被支撑。

6.如上述权利要求中任一项所述的离心式压缩机，其中，护罩包括具有中心孔的钟形壁，覆盖叶轮的第一部分和覆盖扩散器的第二部分，其中，第一部分表面的轮廓与叶轮的叶片边缘相符。

7.如上述权利要求中任一项所述的离心式压缩机，其中，扩散器包括轮毂，周壁和多个轴向翼片，该轴向翼片在轮毂和周壁之间延伸，护罩被安装到扩散器并围绕周壁。

8.如上述权利要求中任一项所述的离心式压缩机，其中叶轮、扩散器和护罩每一个都由塑料形成。

9.一种用于离心式压缩机的护罩-扩散器组件，该组件包括护罩和扩散器，护罩和扩散器中的一个包括多个凹槽，护罩和扩散器的另一个包括多个径向翼片，其中，护罩可被制造成覆盖扩散器以使每个径向翼片突出进入相应的凹槽。

10.如权利要求9所述的组件，其中，护罩可被制造成覆盖扩散器以使得每个径向翼片被从凹槽的壁轴向间隔开。

11.如权利要求9或10所述的组件，其中，护罩包括具有中心孔的钟形壁，用于覆盖离心式压缩机的叶轮的第一部分和用于覆盖扩散器的第二部分，且第一部分的表面的轮廓与叶轮的叶片边缘相符。

12.如权利要求9至11中中任一项所述的组件，其中，护罩可被直接固定到扩散器以便覆盖扩散器。

13.如权利要求9至12中中任一项所述的组件，其中，扩散器包括轮毂，周壁和多个轴向翼片，该轴向翼片在轮毂和周壁之间延伸。

14.如权利要求13所述的组件，其中，护罩包括弯曲的向下突出的边缘，护罩可被制造成覆盖扩散器以使得周壁围绕所述向下突出的边缘。

15.一种用于覆盖离心式压缩机的叶轮和扩散器的护罩，该护罩包括具有中心孔的钟形壁，覆盖叶轮的第一部分和覆盖扩散器的第二部分，其中第一部分的表面的轮廓与叶轮的叶片边缘相符，且多个凹槽成形在第二部分的表面中，每个凹槽尺寸被设置为接受扩散器的相应径向翼片的一部分。

16.如权利要求15所述的护罩，其中，护罩包括支撑壁和多个支柱，该支撑壁从钟形壁向上延伸，该多个支柱在支撑壁和钟形壁之间延伸。

17.如权利要求15或16所述的护罩，其中，第二部分包括弯曲的向下突出的边缘。

18.一种装配离心式压缩机的方法包括：

提供叶轮，扩散器和护罩，护罩和扩散器中的一个包括多个凹槽，护罩和扩散器的另一个包括多个径向翼片；

用护罩覆盖叶轮和扩散器以使护罩接触叶轮，且每个径向翼片突出进入相应的凹槽；

将护罩从叶轮和扩散器间隔开以使得间隙被限定在护罩和叶轮之间，每个径向翼片保持突出进入相应的凹槽。

19.如权利要求18所述的方法，其中，护罩接触叶轮的叶片。

20.如权利要求18或19所述的方法，其中，扩散器包括轮毂，周壁和在轮毂和周壁之间延伸的多个轴向翼片，该方法包括将护罩固定到周壁。

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