CN104500454A - 一种回流器及离心式压缩机 - Google Patents

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张治平
钟瑞兴
蒋楠
蒋彩云
刘建飞
陈玉辉
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/14—Multi-stage pumps with means for changing the flow-path through the stages, e.g. series-parallel, e.g. side-loads

Abstract

本发明涉及一种回流器及离心式压缩机，其中，回流器包括数个第一列叶片和数个第二列叶片，各所述第一列叶片设置在所述回流器的外圈，相邻两个所述第一列叶片之间形成回流器流道，所述第二列叶片设置在所述回流器流道的下游。本发明在第一列叶片的下游设置第二列叶片，延长了有叶片的流道，使气流按照叶片的方向流动，增强了回流器流道的整流效果，减小了气流圆周速度，改善了下一级叶轮的入流状态，提升了下一级叶轮的效率，进而提高了压缩机的运行效率和运行范围。

Description

一种回流器及离心式压缩机
技术领域
本发明涉及回流器领域，尤其涉及一种回流器及离心式压缩机。
背景技术
在多级压缩的离心式压缩机中，叶轮通常为串联布置形式。气流从上一级叶轮出口到进入下一级叶轮进口需经过扩压器、弯道、回流器。从扩压器流出的气流通常还具有较大的圆周速度，而带有大的圆周速度的气流直接进入下一级叶轮会恶化下一级叶轮的工作状态，降低叶轮工作效率、产生堵塞、旋涡、甚至导致压缩机喘振。对于叶轮来说，最理想的入流状态是，气流不具有圆周速度，而只有均匀分布的轴向速度。回流器就是用来收集从扩压器流出的气体，降低其圆周速度，并将气流引至下一级叶轮进口，使下一级叶轮进口入流尽可能接近理想状态。
在现有技术方案中，回流器与下一级叶轮之间仍有一个较大的环形空间无叶片引导入流，回流器对气流的引导效果有限，进入下一级叶轮的气流仍带有一定的圆周速度，影响下一级叶轮的运行。
发明内容
本发明的目的是提出一种回流器及离心式压缩机，其能够强化回流器流道的整流效果，减小气流圆周速度，使进入下一级叶轮的气流接近理想状态。
为实现上述目的，本发明提供了一种回流器，其包括数个第一列叶片和数个第二列叶片，各所述第一列叶片设置在所述回流器的外圈，相邻两个所述第一列叶片之间形成回流器流道，所述第二列叶片设置在所述回流器流道的下游。
在一优选或可选实施例中，各所述第二列叶片设置在所述第一列叶片的内圈。
在一优选或可选实施例中，所述第二列叶片的数量与所述第一列叶片的数量相等，和/或，相邻两个所述第一列叶片之间设置有一个所述第二列叶片。
在一优选或可选实施例中，所述第二列叶片位于相邻两个所述第一列叶片之间形成的回流器流道下游的中间，或者，偏向于所述第一列叶片的压力面。
在一优选或可选实施例中，所述第二列叶片的进口安放角和出口安放角均为80°～100°。
在一优选或可选实施例中，所述第二列叶片的进口安放角和出口安放角均为90°±5°。
在一优选或可选实施例中，所述第一列叶片的进口安放角与进入所述回流器的气流角一致，所述第一列叶片的出口安放角为90°±5°。
在一优选或可选实施例中，所述第二列叶片的整体尺寸小于所述第一列叶片的整体尺寸的50％。
在一优选或可选实施例中，所述第二列叶片为翼型叶片。
为实现上述目的，本发明还提供了一种离心式压缩机，其包括至少两级叶轮，相邻两级所述叶轮之间形成的流道内设置有上述任一实施例中的回流器。
基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
本发明在第一列叶片的下游设置第二列叶片，延长了有叶片的流道，使气流按照叶片的方向流动，增强了回流器流道的整流效果，减小了气流圆周速度，改善了下一级叶轮的入流状态，提升了下一级叶轮的效率，进而提高了压缩机的运行效率和运行范围。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的回流器的主视示意图；
图2为设置有本发明提供的回流器的离心式压缩机的流道子午面简图。
附图中标号：
1-第一列叶片；2-第二列叶片；3-回流器流道；4-压力面；5-吸力面；6-叶轮；7-扩压器；8-弯道；9-蜗壳；10-主轴轴线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，为本发明提供的回流器的示意性实施例，在该示意性实施例中，回流器包括数个第一列叶片1和数个第二列叶片2，各第一列叶片1围绕回流器的主轴设置在回流器的外圈，各第二列叶片2围绕回流器的主轴设置在回流器的内圈。相邻两个第一列叶片1之间形成回流器流道3，回流器流道3内的气流是从四周向中心汇聚的，因此，第二列叶片2位于第一列叶片1的出口处，即回流器流道3的下游。进一步的，第二列叶片2位于第一列叶片1的内圈，能够使第二列叶片2与第一列叶片1沿回流器的径向串联设置，第二列叶片2与第一列叶片1之间不存在重合部分。
第一列叶片1具有压力面4和吸力面5，其中，第一列叶片1向内凹进的一面为压力面4，第一列叶片1向外凸起的一面为吸力面5。回流器流道3由相邻的两个第一列叶片1形成，其具体由其中一个第一列叶片1的压力面4和另一个第一列叶片1的吸力面5形成。
由于回流器流道3内的气流是从四周向中心汇聚的，本发明在第一列叶片1的下游设置第二列叶片2，延长了有叶片的流道，使气流按照叶片的方向流动，增强了回流器流道3的整流效果，减小了气流圆周速度，改善了下一级叶轮6的入流状态，提升了下一级叶轮6的效率，进而提高了压缩机的运行效率和运行范围。
在本发明提供的回流器的示意性实施例中，第二列叶片2的设置数量可以与第一列叶片1的设置数量相等。进一步的，第二列叶片2可以设置在相邻两个第一列叶片1之间，即，第一列叶片1与第二列叶片2间隔交错布置，有效延长了回流器的叶片流道。
在本发明提供的回流器的示意性实施例中，第二列叶片2的叶片中间轴线位置可以位于相邻两第一列叶片1的出口之间，大约中间的位置，即，第二列叶片2可以位于相邻两个第一列叶片1之间形成的回流器流道3下游的中间；又或者，第二列叶片2可以偏向于回流器流道3下游中的第一列叶片1的压力面4。例如：若将相邻两第一列叶片1的出口处之间的夹角分为10等分，即：沿主轴的旋转方向划分，依次为0、1、2……10，图2所示的主轴为逆时针旋转，第二列叶片2的进口大约位于5～7等分的位置。
在本发明提供的回流器的示意性实施例中，第二列叶片2的进口安放角和出口安放角与叶片本身的形状有关，可取尽量接近90°，例如：均可以为80°～100°。
在一优选或可选实施例中，第二列叶片2的进口安放角和出口安放角均可以为90°±5°，即：第二列叶片2的叶片中间轴线的角度从叶片进口到出口始终取为90°±5°，即叶片基本指向主轴的轴心方向。
在本发明提供的回流器的示意性实施例中，第一列叶片1的进口安放角可以与回流器的气流角一致，第一列叶片1的出口安放角可以为90°或接近于90°，例如90°±5°。
在本发明提供的回流器的示意性实施例中，第二列叶片2的整体尺寸可以小于第一列叶片1的整体尺寸，在一优选或可选实施例中，第二列叶片2的整体尺寸小于第一列叶片1的整体尺寸的50％。第一列叶片1主要起到引导回流作用，第二列叶片2加强引导回流的效果。
在本发明提供的回流器的示意性实施例中，第二列叶片2在满足强度要求的基础上尽可能薄，其也可采用翼型叶片。
上述示意性实施例中，第二列叶片2和第一列叶片1均可以采用机加工或精密铸造的方式制成。
上述示意性实施例中，第二列叶片2和第一列叶片1的设置有两个关键参数：叶片进口安放角和叶片出口安放角。其中，叶片进口安放角的取值与设计的进入回流器流道3的气流的气流角有关。在一优选或可选实施例中，叶片进口安放角的取值与设计的进入回流器流道3的气流的气流角一致，当与气流角一致时才能保证损失最小，叶片出口安放角取垂直于叶轮6的主轴，或与其非常接近的角度。通过这种方式来规范气流的角度。
本发明提供的回流器可以应用在压缩机上。
如图2所示，在本发明提供的离心式压缩机的示意性实施例中，离心式压缩机包括上述任一实施例中的回流器，还可以包括多级叶轮6、扩压器7和蜗壳9。气流从上一级叶轮6的出口到进入下一级叶轮6进口需经过扩压器7、弯道8和回流器。
图2中为设置有本发明提供的回流器的离心式压缩机的流道子午面简图，即相对于主轴轴线10对称设置的部分结构示意图。
在多级离心式压缩机中，多级叶轮6串联排布在主轴上是一种常见的布置方式，图2中，为两级叶轮6串联于主轴，也可看作多级压缩机的最后两级叶轮6及流道，相邻两级叶轮6之间形成的流道内设置有扩压器7、弯道8和上述任一实施例中的回流器。
气流进入一级叶轮6，从一级叶轮6流出的气流具有非常高的动能，其中很大部分为圆周速度。为获得大的势能(也就是压力)，通常都需要在叶轮6下游设置扩压器7(有叶扩压器7或无叶扩压器7)，通过扩压器7的消旋作用，从扩压器7流出的气流的部分动能已转化为势能，变为相对高压低速的气流。这时气流仍具有很高的圆周速度。为将气流流动方向扭转引入下一级叶轮6进口，通常在扩压器7下游设置环形的流道，即图2中标示的弯道8。经弯道8扭转流动方向的气流在子午面上的速度的方向上已与进入弯道8时扭转接近180°，但其圆周速度并未得到有效降低。
为进一步收集气流引入下一级叶轮6，在弯道8到下一级叶轮6进口之间需设置回流器，在收集气流的基础上再通过回流器上的叶片的作用来降低圆周速度。
本发明提供的回流器包括第一列叶片1以及位于第一列叶片1下游的第二列叶片2，第二列叶片2的进口安放角和出口安放角度均接近90°，即第二列叶片2的中轴线始终接近保持垂直于主轴方向，延长了有叶片的流道，且两列叶片交错布置，有增强了整流的效果，使气流按照叶片的方向流动，减小了气流的圆周速度，增强了回流器的流道整流效果，提高了压缩机的运行效率，主要是提升了下一级叶轮6的效率，改善了下一级叶轮6的入流状态、拓宽了压缩机的运行范围，气流组织稳定，使压缩机的运行范围相应得到拓宽。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种回流器，其特征在于：包括数个第一列叶片(1)和数个第二列叶片(2)，各所述第一列叶片(1)设置在所述回流器的外圈，相邻两个所述第一列叶片(1)之间形成回流器流道(3)，所述第二列叶片(2)设置在所述回流器流道(3)的下游。
2.如权利要求1所述的回流器，其特征在于：各所述第二列叶片(2)设置在所述第一列叶片(1)的内圈。
3.如权利要求2所述的回流器，其特征在于：所述第二列叶片(2)的数量与所述第一列叶片(1)的数量相等，和/或，相邻两个所述第一列叶片(1)之间设置有一个所述第二列叶片(2)。
4.如权利要求3所述的回流器，其特征在于：所述第二列叶片(2)位于相邻两个所述第一列叶片(1)之间形成的回流器流道(3)下游的中间，或者，偏向于所述第一列叶片(1)的压力面(4)。
5.如权利要求1-4任一项所述的回流器，其特征在于：所述第二列叶片(2)的进口安放角和出口安放角均为80°～100°。
6.如权利要求5所述的回流器，其特征在于：所述第二列叶片(2)的进口安放角和出口安放角均为90°±5°。
7.如权利要求5所述的回流器，其特征在于：所述第一列叶片(1)的进口安放角与进入所述回流器的气流角一致，所述第一列叶片(1)的出口安放角为90°±5°。
8.如权利要求1-4任一项所述的回流器，其特征在于：所述第二列叶片(2)的整体尺寸小于所述第一列叶片(1)的整体尺寸的50％。
9.如权利要求1-4任一项所述的回流器，其特征在于：所述第二列叶片(2)为翼型叶片。
10.一种离心式压缩机，其特征在于：包括至少两级叶轮(6)，相邻两级所述叶轮(6)之间形成的流道内设置有如权利要求1-9任一项所述的回流器。
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