CN102619766A - 带有可变空气动力轮廓的电动压缩机单元 - Google Patents

Abstract

一种压缩机单元，其包括至少一个驱动转子旋转的电机、和至少一个包括一组安装在由转子驱动旋转的驱动轴上的叶轮的压缩级，包括电机和所述或各个压缩机的组件安装在公共外壳中，该壳体对于由压缩机单元处理的气体是气密性的。压缩元件中的至少一个包括用于调节由所述级处理的气体的流动角度的至少一个空气动力元件(13)、和用于控制安装在公用壳体中的调节元件(13)的电机(16)。

Description

带有可变空气动力轮廓的电动压缩机单元

技术领域

本发明涉及离心电动压缩机单元，更特别的是，涉及整体型离心压缩机单元，其中压缩机和用于驱动压缩机的电机装置固定在公共的外壳中，该外壳密封由压缩机处理的气体。

背景技术

常规的整体型压缩机单元包括通常由电驱动电机组成的电机装置和包括取决于应用的一个或多个压缩级的离心压缩机。

各个压缩级包括安装在由转子驱动的驱动轴上的叶轮，转子本身由电机驱动。

在一些应用中，并且尤其是在低压应用中，已经提议应用包括带有可变节距叶片的轮叶，因此改善压缩级作的功以适应气体流速。

为了改进叶片的方位，应用机械设备，例如通过在叶片上装有由蜗杆式设备驱动的冠齿轮。

在壳体之外的电机用于操作控制叶片方位的机械设备。这样的配置要求在回转机械的主体内构造孔并由此使用密封设备。现在，在压缩机的壳体中设置孔很大地限制了压缩机应用的范围，其范围仍然归属于低压，或某些中压范围，这意味着低于大约20bar的压力。

发明内容

因此，本发明的目的是克服上述缺点，并且提供一种带有可变空气动力轮廓的整体型电动压缩机单元，这意味着该单元能够改变压缩级内的气流，并适应于更宽的压力范围。

因此，本发明提供了一种压缩机单元，其包括驱动转子旋转的至少一个电机和包括固定在由转子驱动旋转的驱动轴上的一组叶轮的至少一个压缩级，包括电机和一个或各个的压缩机的整体安装在公共的外壳中，该壳体对于由压缩机单元处理的气体具有气密性。

依照该压缩机单元的一个一般性的特征，至少一个压缩级包括用于通过所述级调节气体流入的进入角的至少一个空气动力元件、和用于控制安装在公共的外壳中的所述调节元件的电机。优选地，调节元件能够改变到达或离开叶轮的气体的气流角。依照一种第一替换的实施例，调节元件能够改变到达至少一个叶轮的气流的进入角。依照另一个变化的实施例，调节元件能够改变离开叶轮的气体的气流角，例如朝向雾化器前进。

因为控制空气动力元件的电机结合到壳体中，在壳体中的本来用于通过机械调节元件的孔可以省去，因此壳体保持密封，允许电动压缩机单元在高压下操作。

特别地，已经发现由于这样的配置，电动压缩机单元的工作范围可以扩展到大约60至80bar。

依照另一个特征，调节单元包括在压缩级中设置横跨气体通道直径的叶片。调节元件例如可以包括多个径向叶片，每个长度小于或等于气体通道的直径的一半。这样叶片可以被同时地例如由机械设备，例如一个或多个由蜗杆式的设备驱动的冠齿轮致动。优选地，调节元件是这样构造的，因此它可以获得至少三种不同的进入角，或者气流朝向叶轮或离开叶轮的偏离。

依照又一个特征，电动压缩机单元包括一至三个压缩级，优选的是一个压缩级，至少一个所述级具有调节元件。

当压缩机单元包括几个压缩级时，需要提供设置在各个级中的空气动力元件来改善流动。

每个调节级在被处理气流的方向上包括连续的气体供给区域、压缩机叶轮和雾化器。然后调节元件可以设置在叶轮的上游。

作为可替换的实施例，它可以设置在雾化器中。

另一个变化的实施例包括同时在压缩级的上游安装调节元件、和在雾化器中安装调节元件。

依照另一个特征，电动压缩机单元还包括在壳体之外的电子控制器并且其通过在防水的导向通道穿过壳体的供给和控制电缆连接到控制电机。

附图说明

本发明的其他的目的、特征和优点通过仅非限制性的实施例和相对于附图而做出的下面的描述，将变得显而易见，其中：

-图1是显示单级压缩机单元的整体设计的示意性的视图；

-图2是图1的压缩机单元的详细的视图，显示了空气动力调节元件；

-图3图示图2的压缩机单元的变型的实施例；和

-图4显示了由压缩机单元产生的功率和作功作为确定气体流速的函数的变化曲线。

具体实施方式

在图1中图示的电动压缩机单元基本上包括电机1，包括例如驱动转子2旋转的变速电机，其本身以相同的速度驱动传动轴3，其上固定有叶轮4。

可以看出的是，电动压缩机单元因此包括由离心的叶轮4组成的单个压缩级，该叶轮吸入从供给管5释放的气体，以增加其压力并将其输送到出口5′。

在描述的实施例中，转子2由两个端轴承6和7支撑。传动轴3的壳体也是如此，其同样由两个端轴承8和9支撑。因此，利用这样的配置，转子2和传动轴3由柔性联轴节10连接。

然而，即使转子和传动轴由固定联轴节连接，它依然不会脱离本发明的范围。在这种情况下，轴承中的一个例如7和8可以省略。

然而，所描述的配置是有利的，因为这尤其是通过消除了转子和传动轴对准的问题，它显著地简化了压缩机单元的组件。

还如所示，该电动压缩机单元还设置有止推轴承11，其限制在叶轮4旋转动作时传动轴3的轴向移动。

最后，该组件，即电机1和压缩级，设置在公共的外壳12中，该壳体对于由压缩机处理的气体是密封的。换言之，这里的电机1处于电动压缩机单元的进气压力。

图2描绘了图1的电动压缩机单元的详细地视图。

该图显示了气体进口5，由此待压缩的气体在箭头F的方向吸入，实际上叶轮4压缩气体并将气体向下游输送到雾化器D，在雾化器中气体减速增压，直至被输送到出口。

在叶轮4的上游，压缩机设置有调节元件13，其以叶片的形式制成，该叶片横跨穿引在入口5和叶轮4之间的气体通道14的直径。该叶片构成了空气动力元件，其使得控制流体的角度和可将其在宽的流速范围内保持最优。如所示，该叶片13固定在由控制电机16旋转的控制杆15上，控制电机16为例如与电动压缩机结合形成的步进电机，这意味着两者设置在公用壳体12的内部。电机16从电动压缩机外获得电能并且通过中央控制器(未显示)操纵，其促使电机旋转并由此以改变电动压缩机的操作曲线的方式来确定叶片13在通道14中的位置。

当然，连接控制电机和中央处理器的供给和控制电缆在导向通道(未显示)穿过壳体12，所述导向通道密封由电动压缩机处理的气体，使得当电机设置壳体外时，其保持密封的水平比那些依照目前工艺水平所需要的在机械设备穿孔处的密封的水平更优。

注意到，压缩机在入口5和出口5′之间包括顺序布置的供给区域A、离心式叶轮4和雾化器D。注意到，这里，空气动力元件13设置在叶轮4的上游，还可能的是，依照在图3中所示的变化的实施例，其位于雾化器的区域中。

参见图4，其在一方面描绘了由压缩机作功变化(曲线a，b，c)，在另一方面描述了性能的变化(曲线a′，b′，c′)，作为相对公认的在电动压缩机单元入口的流速的函数，可通过利用可变节距的设置最优化压缩机的空气动力性能，从而享有更宽的流速范围。

特别地，所用的功，从初始位置开始(曲线a)，其中叶片13横跨通过压缩机的气体流道的整个轴延伸，可通过改变叶片的角位置以改进气流的角度，从而改进相同压力下的流速。

换言之，气流的进入角的改变允许压缩机的操作曲线平移，从而调节其工作范围。

此外，电机1和压缩级3设置在同一个壳体12内，其密封被处理的气体，这意味着在电动压缩机单元内，尤其是电机1和至少压缩级3，被浸没在被处理的气体中，处于通过供给管5进入的气体的压力下。电动压缩机内没有轴输出密封垫，因为支撑电机1和支撑叶轮4的轴、以及支撑它们的轴承完全容纳在壳体内。电动压缩机单元仅具有承受小压差的旋转密封，例如曲径式密封。因此，不会发生工作气体泄漏到大气的情况，因为壳体中的开口就限制于气体供给管5、气体输出管5′、用于控制和提供动力给电机1和16的电缆的导向通道、以及允许不同的部件被插入到壳体中的盖(未显示)的周边。另外，为了限制通风损耗，电机1承受在供给管5处建立的入口压力，另外，可以建立气体的循环以冷却它。

一个本发明特别有利的应用是在气体输送站中，其中在入口和输送端之间形成的压力比必须是相对小的，显著地小于2，为此，电动压缩机单元优选的是单级单元或通常包括少于三级的级数。明确地，对于这类应用，其通常期望的具有相对宽的流速范围，因此可以提供小或大流速。

然而，当然，也可以提供任何其他应用，其中期望的是具有相对宽的流速范围。

此外将要注意的是，对于包括1至3压缩级的电动压缩机单元，利用空气动力元件用于控制气流的进入角是有利的。然而，这样的元件可以有利地安装在单级电动压缩机单元中。然而，当利用多级压缩机时，空气动力元件可以固定在第一压缩级或者固定在所有级上。

如较早指出的，空气动力元件可以固定到压缩机的叶轮的入口，因此改善由叶轮处理的气流的进入角，或固定到雾化器，因此改进气体的减速，从而改进工作范围。还可能的是，依照另一实施例，提供一个空气动力调节元件和在雾化器中的一个调节元件，所述空气动力调节元件在上游或在叶轮的入口，或者换言之，在压缩机的上游。

Claims (10)

1.电动压缩机单元，包括驱动转子(2)旋转的至少一个电机(1)和至少一个压缩级，该压缩级包括安装在传动轴(3)上的一组叶轮(4)，其中传动轴的旋转由转子(2)驱动，包括电机和所述或各个压缩机的整体安装在相对于由压缩机单元处理的气体具有气密性的公用壳体(12)中，其中压缩级中的至少一个包括用于调节流入或流出压缩级的叶轮的气流的角度的至少一个元件(13)、和用于控制固定在公用壳体中的调节装置的电机(16)。

2.根据权利要求1所述的压缩机单元，其中调节元件包括设置为横跨气体通道的直径的至少一个叶片。

3.根据权利要求1或2所述的压缩机单元，其中它包括一至三个压缩级，优选的是一个压缩级，至少所述级的一个设置有调节元件(13)。

4.根据权利要求1至3所述的压缩机单元，其中各个压缩级被处理气体流动方向上包括顺序布置的气体供给区域、压缩叶轮和雾化器，该调节元件(13)设置在叶轮的上游。

5.根据权利要求1至3之一所述的压缩机单元，其中各个压缩级在被处理气体流动方向上包括顺序布置的气体供给区域、压缩机叶轮和雾化器，该调节元件(13)设置在雾化器中。

6.根据权利要求1至3之一所述的压缩机单元，其中各个压缩级在被处理气体流动方向上包括顺序布置的气体供给区域、压缩机叶轮和雾化器，并且还包括设置在叶轮上游的调节元件(13)和设置在雾化器中的调节元件。

7.根据权利要求1至6之一所述的压缩机单元，其中它还包括在壳体外的电子控制器，所述电子控制器通过在防水性的导向通道穿过壳体的供给和控制电缆连接到电机。

8.依照前述权利要求之一所述的电动压缩机单元，其中电机和压缩级设置在壳体中使得电机和压缩级的叶轮的至少一部分承受相同的进入压缩级的气体的压力。

9.根据前述权利要求之一所述的电动压缩机单元，其中该电动压缩机单元构造为在入口和传送之间提供小于2的压力比。

10.根据前述权利要求之一所述的电动压缩机单元，其中该电动压缩机单元能够在60bar或更高的入口压力下操作。

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