CN103423171A - 透平压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透平压缩机，它包括转轴、一级或一级以上的转子。所述的转子主要由气缸、叶轮、前向弧形叶片和端盖组成。气缸与叶轮结合一体并固定安装在转轴上，前向弧形叶片安装在叶轮的后端。由于本发明采用气缸与离心叶轮共轴同转，气缸与叶轮之间没有相对运动，同时各级之间也没有相对运动，因此不需要设置动密封和高精度的间隙配合，加工制造和组装都比较简单、密封性好。

Description

透平压缩机

技术领域

本发明涉及一种气体压缩机，具体的说是一种气缸与叶轮同轴旋转的透平压缩机。 

背景技术

透平压缩机是通过叶轮使气体高速运动，再把气体运动的动能转化为压力能。为了获得足够压力，需要采用多级叶轮。不管是离心式还是轴流式透平机，都需要在旋转叶轮（转子）与定子（固定叶片或气缸）相互作用下工作。比如离心式透平压缩机的结构是由叶轮（也称转子）和气缸（也称定子）组成。在叶轮旋转时气流高速流向叶轮外沿，在这个过程中气体获得动能，气体通过气缸中的弯道进入下一级叶轮的内沿，动能转化成压力能，气体经过多级压缩后达到所需的压力。由于气缸是固定的，叶轮和气缸之间存在相对运动，而转子的转速非常高，各级之间为了防止高压气体回窜，必须采用迷宫式密封，要求较高的制造精度和装配精度，导致造价昂贵，特别是当制造小流量的压缩机时，由于叶轮的宽度非常小，使得几乎无法制造。因此多用于大流量压缩机。但由于其卓越的性能和效益，业界一直都期望离心压缩机的小型化。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、结构尺寸和流量小型化的透平压缩机，它不依靠转动元件和固定元件相互作用来提高压力。 

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是： 

本发明是一种透平压缩机，它包括转轴、一级或一级以上的转子；所述的转子由气缸、叶轮、数个沿圆周均布的前向弧形叶片、端盖组成，气缸与叶轮结合一体并固定安装在转轴上，前向弧形叶片安装在叶轮的后端，端盖安装于气缸的出气一端用于封闭气室和构成出气口；所述的叶轮上的多个叶片与气缸一起形成多个流道，每个流道由两段构成，一段流道使气流在叶片作用下离心流动，并在接近外圆时通过弯道由离心流动转为轴向，另一段流道在叶轮外周与叶轮旋转方向相反呈一角度构成后向流道，使气流在流道出口获得与叶轮旋转方向相反的相对速度。

所述的前向弧形叶片可固定安装在气缸内壁或端盖内侧面或叶轮上。 

所述的前向弧形叶片前端与气缸内壁相切且气流入口朝向旋转方向。 

所述的一级以上的转子依次固定安装在同一转轴上并共同高速旋转。 

对于具有一级以上的转子只有一个端盖，其安装在最后一级转子气缸的外端，后级转子的气缸取代其前级转子的端盖，安装在前级转子的出气端，即后级转子的进气口与前级的出气口相通。 

采用上述方案后，由于气缸与离心叶轮共轴同转，结合相对反向旋转气流向心扩压结构，通过改变气体流动的相对速度及其方向来获得压力，因此能以较小的马赫数来获得气体内能，气体流动的路径较短而流动阻力损失小，气缸与叶轮之间没有相对运动，同时各级之间也没有相对运动，没有级内和级间泄漏损失，因此不需要设置动密封和高精度的间隙配合，加工制造和组装都比较简单。能以较小的结构尺寸，获得较高的工作效能。另外由于叶轮与气缸构成了比开式叶轮效率高的闭式的气体流道，而且这增加了叶轮的强度。同时叶轮可以采用简单的开式叶轮的方式加工，因此可以制造较窄出口宽度的叶轮，这对于制造小流量的压缩机是很重要的。 

如果为了使气流能够进入管道系统，只需在最后一级设置固定的气口和采用动密封，因此整个系统只有此处需解决密封问题，结构较为简单。由于旋转缸部分高速旋转，可与外界空气强烈对流热交换而进行主动散热，使级间空气得到冷却而提高了压缩效率。 

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。 

附图说明

图1是本发明剖视图； 

图2是本发明叶轮方向的正视图；

图3是本发明叶轮外周后向流道的沿周向展开示意图；

图4是本发明前向弧形叶片的正视图；

图5是本发明正向轴测图；

图6是本发明的反向轴测图；

图7是本发明立体分解图；

图8是多级压缩转子的剖视图；

图9是本发明实施例的剖视图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明：一种透平压缩机的一级转子的基本结构，它包括转轴1、转子2。 

所述的转子2由气缸21、叶轮22、数个沿圆周均布的前向弧形叶片23、端盖24组成。所述的气缸21安装在叶轮22外，气缸21与叶轮22结合一体并固定安装在转轴1上，该转轴1用于安装、支撑其它所有元件并驱动它们一起高速转动。所述的端盖24安装于气缸21的出气一端，气缸21、端盖24和其它元件一起构成对外封闭的气室，气体只能经过进气口224、出气口225进出。所述的叶轮22上的多个叶片221与气缸21一起形成多个流道，每个流道由两段流道222、223构成，一段流道222使气流在叶片221作用下离心流动，并在接近外圆时通过弯道由离心流动转为轴向，另一段流道223在叶轮22外周与叶轮22旋转方向相反呈一角度构成后向流道，使气流在该后向流道223出口获得与叶轮22旋转方向相反的相对速度。 

如图1、图4所示，所述的数个沿圆周均布的前向弧形叶片23安装在气缸21内且位于叶轮22的后端与端盖24之前的这段起向心扩压作用的气室25空间内，前向弧形叶片23的前端与气缸21内圆相切且气流入口朝向旋转方向。需要说明的是，所述前向弧形叶片可以如本图例，通过加工、焊接、安装等方式固接在气缸内圆，也可以固接在端盖、叶轮的后端等。 

本发明的工作原理： 

如图1、图2、图3，图5所示，当转子以转速ω旋转时，气流通过进气口224被吸入流道，受叶轮22上的叶片221的作用，气流离心运动获得静压和动能，当高速流到叶轮22外周并从背面出口喷出时，气流获得相对速度V，其具有与压缩机转向相反的分速度Vτ（如图3所示），由于这个分速度，进入向心扩压气室25的气流相对ω反向旋转。而在前向弧形叶片23的作用下，如图4、图6所示，气流将循对其阻力最小的路径，也就是向心弧形方向T运动，并逐渐减速，也即该相对速度所产生的动能将转化成压力能而造成气体压力上升，并流出排气口。

实际应用中，为获得较高的压力，将多级转子同轴串联起来，如图8所示，多级转子中，后级转子的气缸21’取代前级转子的端盖，安装在前级转子的出气端，使后级转子的进气口与前级的出气口相通，上一级排出的气体就可以进入下一级的吸气口。只有一个端盖24’，其安装在最后一级转子气缸的外端。这样整个多级转子只有一个进气口224’和出气口225’ 。每一级叶轮22’的流道截面积都递次减小，这样经过逐级压缩后气体可以达到所需要的较高压力。 

图9 为本发明的一个实施例。本实施例是由图8所示的多级转子加上一级固定气缸－叶轮构成。它包括转轴1’、三级转子2’,末级固定气缸201’和末级叶轮202’。 

所述的一至三级转子2’皆包括气缸21’、叶轮22’、 前向弧形叶片23’和端盖24’。其后级转子20’的气缸201’、作为前级转子2’的端盖，安装在前级转子2’的出气端，而端盖24’只有一个，该端盖24’安装在第三级转缸转子2’的气缸21’外端。为了使气体进入固定的管道系统，最后一级（第四级）按照传统离心压缩机的结构，设计了固定气缸201’具有扩压器203’和涡室204’，末级叶轮202’对气体进行最后一级压缩，气体在扩压器203’中获得了所需最大的压力，并经过涡室204’进入管道系统。本发明的级数可根据具体需要而定。 

本发明的重点就在于：气缸与离心叶轮共轴同转，特殊的流道设计使气流在气缸内获得反向相对旋转，在前向弧形叶片的作用下使气体扩压并向心流动。 

以上所述，仅为本发明实施例之一，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。 

Claims (5)

1.一种透平压缩机，其特征在于：它包括转轴、一级或一级以上的转子；所述的转子由气缸、叶轮、数个沿圆周均布的前向弧形叶片、端盖组成，气缸与叶轮结合一体并固定安装在转轴上，前向弧形叶片安装在叶轮的后端，端盖安装于气缸的出气一端用于封闭气室并构成出气口；所述的叶轮上的多个叶片与气缸一起形成多个流道，每个流道由两段构成，一段流道使气流在叶片作用下离心流动，并在接近外圆时通过弯道由离心流动转为轴向，另一段流道在叶轮外周与叶轮旋转方向相反呈一角度构成后向流道，使气流在流道出口获得与叶轮旋转方向相反的相对速度。

2.根据权利要求1所述的透平压缩机，其特征在于：所述的前向弧形叶片可固定安装在气缸内壁或端盖内侧面或叶轮上。

3.根据权利要求2所述的透平压缩机，其特征在于：所述的前向弧形叶片前端与气缸内壁相切且气流入口朝向旋转方向。

4.根据权利要求1所述的透平压缩机，其特征在于：所述的一级以上的转子依次固定安装在同一转轴上并共同高速旋转。

5.根据权利要求书4所述的透平压缩机，其特征在于：对于一级以上的转子只有一个端盖，其安装在最后一级转子气缸的外端，后级转子的气缸取代其前级转子的端盖，安装在前级转子的出气端，即后级进气口与前级出气口相通。

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