CN103998790A - 离心式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离心式压缩机。在离心式压缩机的子午面中，在将点B处的扩散器入口轮毂侧线(5a)与半径方向所成的角度设为θ、将叶轮轮毂侧线(3a)的、最靠近扩散器(5)的入口的点A处的切线(3b)与半径方向所成的角度设为α时，设为θ-α＞0°，进而θ设为0°＜θ＜34°，由此消除了离心式压缩机的扩散器内的气体的速度分布的不均。

Description

离心式压缩机
技术领域
本发明涉及一种离心式压缩机，尤其是涉及一种大流量的离心式压缩机。
背景技术
在增压机、燃气轮机、工业用压缩机等产品中，在性能提高的基础上实现大流量化为重大的课题。所谓“离心式压缩机中的大流量化”是指，在同一外壳尺寸的压缩机、进而同一外径的叶轮中使喷出流量变大。
作为伴随着该大流量化的课题可举出效率降低。因此，在抑制效率降低的同时实现大流量化的技术在工业方面非常有意义。
利用图6对于现有的离心式压缩机进行说明。现有的离心式压缩机主要具备吸入口1、叶轮2、轮毂3、旋转轴4、扩散器5及涡盘6。
叶轮2经由轮毂3而与旋转轴4连接，另外，扩散器5设于叶轮2的下游，流路朝向远离旋转轴4的方向，且出口朝向子午面的半径方向，进而，涡盘6设于扩散器5的下游，且与扩散器5的出口连结。
吸入口1具有将气体向叶轮2引导的作用。被引导向叶轮2的气体通过利用旋转轴4使叶轮2旋转，从而成为将气体向离心式压缩机内吸入的构造。通过了叶轮2的气体在扩散器5中减速并升压。通过了扩散器5的气体在向涡盘6流入后，向未图示的喷出口流动。如此，离心式压缩机将气体的动能转换为压力。
图7是现有的离心式压缩机的扩散器5及叶轮2的剖视图。气体的速度矢量(图中的箭头)越朝向子午面的半径方向而能量损失越少，当成为大流量时，从叶轮入口2a吸入后的气体在叶轮出口2b的时刻下，其速度分布偏向轮毂3侧，速度矢量从半径方向向轴向倾斜。另外，在这种状态下，当气体在扩散器5内进展时，进而速度分布产生不均(偏差)，其成为剪切应力的产生主要原因，导致静压恢复量减少而压缩机整体的效率降低。
作为其解决对策，已有通过在扩散器内设置引导叶片(参考专利文献1)、向叶轮入口的引导流路(参考专利文献2)等而使气体的速度分布接近均匀的分布的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2569143号公报
专利文献2：日本专利第2703055号公报
发明概要
发明要解决的课题
但是，在上述那样的装置中，必须在扩散器内设置新的机构，可能导致生产成本、作业时间的浪费。
发明内容
对此，在本发明中，其目的在于，并不设置新的机构，通过使扩散器的形状变化来消除现有技术的问题点，从而实现大流量的离心式压缩机中的高效率化。
解决方案
解决上述课题的第一发明所涉及的离心式压缩机具备：
叶轮，其经由轮毂而与旋转轴连接；
扩散器，其设于该叶轮的下游，流路朝向远离所述旋转轴的方向，且出口朝向子午面的半径方向，
所述离心式压缩机的特征在于，
当将所述扩散器的入口处的所述轮毂侧的线即扩散器入口轮毂侧线的、最靠近所述叶轮的出口的点处的、所述扩散器入口轮毂侧线与子午面的半径方向所成的角度设为θ、将所述叶轮的所述轮毂侧的线即叶轮轮毂侧线的、最靠近所述扩散器的入口的点处的切线与子午面的半径方向所成的角度设为α时，θ-α＞0°。
为了解决上述课题的第二发明所涉及的离心式压缩机在上述第一发明所涉及的离心式压缩机的基础上，其特征在于，
所述θ为0°＜θ＜34°。
解决上述课题的第三发明所涉及的离心式压缩机在上述第一或者第二发明所涉及的离心式压缩机的基础上，其特征在于，
所述扩散器入口轮毂侧线为凹状的曲线。
发明效果
根据上述第一发明所涉及的离心式压缩机，通过设为θ-α＞0°，消除了气体的速度分布的不均，与其相伴地，静压恢复量的减少得到抑制，从而能够实现压缩机整体的高效率化。
根据上述第二发明所涉及的离心式压缩机，通过设为0°＜θ＜34°，能够进一步消除气体的速度分布的不均。
根据上述第三发明所涉及的离心式压缩机，通过将扩散器入口轮毂侧线设为凹状的曲线，能够减少扩散器内的滞留域而实现进一步的高效率化。
附图说明
图1是本发明的实施例1所涉及的离心式压缩机的扩散器及叶轮的剖视图。
图2是表示本发明的实施例1所涉及的离心式压缩机的θ和效率改善率之间的关系的曲线图。
图3是本发明的实施例2所涉及的离心式压缩机的扩散器及叶轮的剖视图。
图4是表示本发明的实施例1所涉及的离心式压缩机和本发明的实施例2所涉及的离心式压缩机的不同点的示意图。
图5是表示本发明的实施例1或者2所涉及的离心式压缩机的θ和α之间的关系的简要图。
图6是现有的离心式压缩机的剖视图。
图7是现有的离心式压缩机的扩散器及叶轮的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图并利用实施例来对本发明所涉及的离心式压缩机进行说明。
实施例1
结合图1对本发明的实施例1所涉及的装置进行说明。本装置与现有的离心式压缩机相同，主要具备吸入口1、叶轮2、轮毂3、旋转轴4、扩散器5及涡盘6。叶轮2经由轮毂3而与旋转轴4连接，另外，扩散器5设于叶轮2的下游，流路朝向远离旋转轴4的方向，且出口朝向子午面的半径方向，进而，涡盘6设于扩散器5的下游，且与扩散器5的出口连结。需要说明的是，旋转轴4、涡盘6在图1中没有示出，但与现有技术相同。
进而，与现有技术同样地，吸入口1具有将气体向叶轮2引导的作用。被引导向叶轮2的气体通过利用旋转轴4使叶轮2旋转，从而成为将气体向离心式压缩机内吸入的构造。通过了叶轮2的气体在扩散器5中减速并升压。通过了扩散器5的气体向涡盘6流入后，向喷出口流动。
在此，使扩散器5的入口处的轮毂3侧的线(以下，记载为扩散器入口轮毂侧线5a)从子午面的半径方向向轴向倾斜。此时，将扩散器入口轮毂侧线5a的最靠近叶轮出口2b的点B处的、扩散器入口轮毂侧线5a与半径方向所成的角度设为θ。
接着，将叶轮2的轮毂3侧的线(以下，记载为叶轮轮毂侧线3a)的、最靠近扩散器5的入口的点A处的切线3b与半径方向所成的角度设为α。
在现有技术中，为了使叶轮轮毂侧线3a与扩散器入口轮毂侧线5a平滑地连结，设为θ＝α，但在本装置中，如图5那样设为θ-α＞0°，进而θ设为0°＜θ＜34°。
另外，将叶轮后缘2c与轴向所成的角度设为β。此时β无需特别限定，但设为在通常的离心式压缩机中所采用的值即0°≤β≤35°。
需要说明的是，护罩7的线为了与现有形状的扩散器宽度比相匹配，护罩7的线也倾斜与θ所倾斜的量相对应的量。扩散器宽度比为b3/b2(参考图1)，从而按照每个叶轮来确定值，通常采取b3/b2＝0.6～1.0的值。
通过设为上述那样的结构，即便在从叶轮出口2b向扩散器5流出了的时刻下的气体的速度矢量与现有相比没有变化，也能够抑制速度分布的不均。
本装置的压缩机效率中将α及β设为某一恒定的值而仅将θ设为变量，所模拟的结果示于图2。图2的曲线图中横轴表示θ，纵轴表示压缩机效率改善率。压缩机效率改善率是指由百分率表示本装置的压缩机效率和现有技术的压缩机效率之差，示出了越往曲线图中的上方而本装置的压缩机效率越高的情况。观察该图可知，在0°＜θ＜34°时，压缩机效率得到改善。
因而，在本装置中，消除了现有发生的在扩散器内的气体的速度分布的不均，抑制了扩散器内的静压恢复量的减少，从而能够实现作为压缩机整体的高效率化。
实施例2
本发明的实施例2所涉及的装置是对实施例1所涉及的装置进行改进后的装置。图4表示实施例1所涉及的装置和本装置的不同点。在实施例1所涉及的装置中，扩散器入口轮毂侧线5a呈直线，因此，当使扩散器5的出口朝向半径方向时，必然在某一部位处使扩散器5的角度发生改变。因而，如图4所表示那样，形成气体的流动停滞的滞留域11。在积存于滞留域11的气体和流动的气体之间作用有剪切应力，可能引发能量损失。本装置是对该滞留域11进行削减的装置。
本装置与实施例1所涉及的装置及现有技术相同，如图3所示主要具备吸入口1、叶轮2、轮毂3、旋转轴4、扩散器5及涡盘6。叶轮2经由轮毂3而与旋转轴4连接，另外，扩散器5设于叶轮2的下游，流路朝向远离旋转轴4的方向，且出口朝向子午面的半径方向，进而，涡盘6设于扩散器5的下游，且与扩散器5的出口连结。需要说明的是，旋转轴4、涡盘6在图3中没有示出，但与现有技术相同。进而，装置动作也与实施例1所涉及的装置及现有技术相同，故省略其说明。
在此，本装置中将扩散器入口轮毂侧线5b设为凹状的曲线，将扩散器入口轮毂侧线5b的最靠近叶轮出口2b的点B处的、扩散器入口轮毂侧线5b的切线5c与半径方向所成的角度设为θ，护罩7的线、α及β设为与实施例1所涉及的装置同样，如图5所示设为θ-α＞0°，进而θ设为0°＜θ＜34°。需要说明的是，扩散器入口轮毂侧线5b只要是曲线，既可以为一个圆弧，也可以为多个圆弧、椭圆等平滑的组合。
通过设为上述那样的结构，如图4所示，能够削减在实施例1所涉及的装置中存在的滞留域11。因而，本装置能够降低剪切应力，从而能够实现更加高效率化。
工业方面可利用性
本发明作为离心式压缩机、尤其是大流量的离心式压缩机适用。
附图标记说明如下：
1   吸入口
2   叶轮
2a  叶轮入口
2b  叶轮出口
2c  叶轮后缘
3   轮毂
3a  叶轮轮毂侧线
3b  切线
4   旋转轴
5   扩散器
5a  (本发明的实施例1所涉及的装置中的)扩散器入口轮毂侧线
5b  (本发明的实施例2所涉及的装置中)扩散器入口轮毂侧线
5c  切线
6   涡盘
7   护罩
11  滞留域

Claims (3)

1.一种离心式压缩机，其具备：
叶轮，其经由轮毂而与旋转轴连接；
扩散器，其设于该叶轮的下游，流路朝向远离所述旋转轴的方向，且出口朝向子午面的半径方向，
所述离心式压缩机的特征在于，
当将所述扩散器的入口处的所述轮毂侧的线即扩散器入口轮毂侧线的、最靠近所述叶轮的出口的点处的、所述扩散器入口轮毂侧线与子午面的半径方向所成的角度设为θ、将所述叶轮的所述轮毂侧的线即叶轮轮毂侧线的、最靠近所述扩散器的入口的点处的切线与子午面的半径方向所成的角度设为α时，θ-α＞0°。
2.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，
所述θ为0°＜θ＜34°。
3.根据权利要求1或2所述的离心式压缩机，其特征在于，
所述扩散器入口轮毂侧线为凹状的曲线。
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