CN104595240B

CN104595240B - 径向压缩机

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Publication number: CN104595240B
Application number: CN201410599742.0A
Authority: CN
Inventors: A.希尔德布兰特; T.锡罗夫斯基
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN104595240A; US9976566B2; FR3012539B1; FR3012539A1; US20150118061A1; RU2598117C2; DE102013018286A1; RU2014143963A

Abstract

一种径向压缩机，带有至少一个压缩机级，其中所述或每一个压缩机级包括叶轮（10），所述叶轮在转子侧带有设置在相应压缩机级的流动通路（11）中的多个运动叶片（12），其中相应压缩机级的流动通路（11）由毂轮廓（13）和壳体轮廓或盖盘轮廓（14）限定，并且其中每个运动叶片（12）具有流动进口边缘（15）和流动出口边缘（16）。在至少一个压缩机级的区域中，首先在相应流动通路（11）的毂轮廓（13）上形成从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化，以及在此之后的从该凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化，和/或在相应流动通路（11）的壳体轮廓或盖盘轮廓（14）上，首先形成从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化，和在此之后的从所述凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化。

Description

径向压缩机

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的径向压缩机。

DE102009019061A1公开了具有多个压缩机级的径向压缩机的基本构造。每个压缩机级包括叶轮，该叶轮在转子侧带有布置在相应压缩机级的流动通路内的多个运动叶片，其中相应压缩机级的所述流动通路由毂轮廓和壳体轮廓或盖盘轮廓限定，并且其中每个运动叶片具有流动进口边缘和流动出口边缘。根据现有技术，每个压缩机级的相应流动通路的毂轮廓是连续地弯曲形成凹形，而每个压缩机级的相应流动通路的壳体轮廓或盖盘轮廓连续地弯曲形成凸形。

从此出发，本发明是基于建立具有改善效率的新型径向压缩机的目标。该目标通过根据权利要求1的径向压缩机来实现。该径向压缩机，在至少一个压缩机级的区域中，首先包括相应流动通路的毂轮廓的从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化，以及在此之后的从该凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化，和/或在相应流动通路的壳体轮廓或盖盘轮廓上，首先从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化，和在此之后的从凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化。

通过在毂轮廓上提供凸形曲率和上面的曲率变化，可均衡运动叶片载荷。通过在壳体轮廓或盖盘轮廓上提供凹形曲率和上面的曲率变化，可同样地均衡运动叶片载荷。运动叶片载荷的均衡减少了流动分离的危险并且能在工作范围保持不变的情况下使效率增加。

根据有利的进一步发展，下列条件被应用到相应流动通路的毂轮廓上：

0.05 < R1-N/D2 < 0.60,

0.05 < R3-N/D2 < 0.80,

0.10 < R2-N/D2 < 5.00。

其中，R1-N是在毂侧上的相应流动通路的第一凹形曲率，R3-N是在毂侧上的相应流动通路的第二曲率范围，R2-N是在毂侧上的相应流动通路的凸形曲率，以及D2是相应叶轮的外直径。相应流动通路的毂轮廓的这些设计参数对均衡运动叶片载荷来说是优选的。

根据有利的进一步发展，下列条件被应用到相应流动通路的壳体轮廓或盖盘轮廓上：

0.03 < R1-D/D2 < 0.11，

0.05 < R3-D/D2 < 0.52，

0.05 < R2-D/D2 < 0.84。

其中，R1-D是在壳体侧或盖带侧上的相应流动通路的第一凸形曲率半径，R3-D是在壳体侧或盖带侧上的相应流动通路的第二凸形曲率范围，R2-D是在壳体侧或盖带侧上的相应流动通路的凹形曲率半径，以及D2是相应叶轮的外直径。相应叶轮的壳体轮廓或盖盘轮廓的这些设计参数对均衡运动叶片载荷来说是优选的。

根据另外的有利的进一步发展，相应流动通路的毂轮廓上的从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中毂轮廓的长度的10.0％到60.0％之间的范围内，其中在相应流动通路的毂轮廓上从凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中毂轮廓的长度的15.0％到75.0％之间的范围中。

在相应流动通路的壳体轮廓或盖盘轮廓上，从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中壳体轮廓或盖盘轮廓的长度的0.0％到25％之间的范围内，其中在相应流动通路的壳体轮廓或盖盘轮廓上，从所述凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中所述壳体轮廓或盖盘轮廓的10.0％和60.0％之间的范围内。

曲率变化在毂轮廓和壳体轮廓和盖盘轮廓上的这种定位对均衡运动叶片载荷来说是优选的。

根据另外的有利的进一步发展，下列条件中的至少两个，优选地至少三个，尤其优选地至少四个，最优选地下列条件中的全部被应用到紧接着的压缩机级的区域中。

0.15 < D1/D2 < 0.60，

0.20 < D3/D2 < 0.94，

0.05 < L1/D2 < 0.35，

0.01 < L2/D2 < 0.15，

-20° < α < +90°。

其中D1是相应叶轮的毂直径，D3是相应叶轮的吸入口直径，D2是相应叶轮的外直径，L1是相应流动通路的壳体轮廓或盖盘轮廓的轴向长度，L是相应叶轮的运动叶片的流动出口边缘的轴向长度，以及α是相应叶轮的运动叶片的流动进口边缘的倾斜角。相应压缩机级的这些设计参数对均衡运动叶片载荷来说是优选的。

从属权利要求和下面的描述给出了本发明的其它优选发展。借助于附图更具体地解释了本发明的示范性实施例，但并不局限于此。其中示出了：

图1位于子午线截面内的根据本发明的径向压缩机的细节以解释所述径向压缩机的设计参数；以及

图2图2的细节用于解释所述径向压缩机的另外的设计参数。

本发明涉及带有至少一个压缩机级的径向压缩机。图1和图2都示出了在子午线截面中的压缩机级区域中的根据本发明的径向压缩机的细节。根据本发明的径向压缩机的这个或者每个压缩机级包括叶轮10，所述叶轮在转子侧具有布置在相应压缩机级的流动通路11中的多个运动叶片12。相应压缩机级的流动通路11由转子侧上的毂轮廓13和定子侧上的壳体轮廓14或转子侧上的盖盘轮廓14限定。每个运动叶片12具有流动进口边缘15和流动出口边缘16。

在图1和2中，在那里示出的压缩机级的各种设计参数都被加入，即相应叶轮10的毂直径D1，相应叶轮10的吸入口直径D2，相应叶轮10的外直径D2，相应流动通路11的壳体轮廓或盖盘轮廓14的轴向长度L1，相应叶轮10的运动叶片的流动出口边缘16的轴向长度L2，和相应叶轮10的运动叶片12的流动进口边缘15的相对于其径向方向的倾斜角α。

而且，相应流动通路11的毂轮廓13的第一凹形曲率R1-N、凸形曲率半径R2-N和第二凹形曲率半径R3-N在图1中都被加入作为其中示出的压缩机级10的设计参数。

在图2中，相应流动通路11的壳体轮廓或盖盘轮廓14的第一凸形曲率半径R1-D、凹形曲率半径R2-D和第二凸形曲率半径R3-D也被加入。

就本发明来说，首先从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化以及在此之后的从所述凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化，当沿相应流动通路11的通流方向观察时，是形成在转子侧上相应流动通路11的毂轮廓13上的至少一个压缩机级的区域中。替换地或者优选是附加地，首先从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化以及在此之后的从所述凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化，当沿着相应流动通路11的通流方向观察时，是形成在相应流动通路11的壳体轮廓或盖盘轮廓14上。通过在毂轮廓13和/或壳体轮廓或盖盘轮廓14上的上述曲率变化，相应叶轮10的运动叶片载荷可被均衡。在相应叶轮上的运动叶片载荷的均衡减少了流动分离的风险并且能在工作范围保持不变的情况下使效率增加。

在相应流动通路11的毂轮廓13上，从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中毂轮廓的长度L-N的10.0％到60.0％之间的范围内，其中在相应流动通路11的毂轮廓13上从所述凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中毂轮廓的长度L-N的15.0％到75.0％之间的范围中。

在子午线投影中毂轮廓13的长度L-N的0％位于运动叶片12的流动进口边缘15的上游，并且在子午线投影中毂轮廓13的长度L-N的100％位于相应叶轮的运动叶片12的流动出口边缘15的区域内。

优选地，从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中毂轮廓13的长度的16.0％和46.0％之间的范围内，并且从所述凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中毂轮廓的长度的30.0％和65.0％之间的范围内。这些设计参数尤其在相应流动通路11是由转子侧上的毂轮廓13和转子侧上的盖盘轮廓14限定时，即是在所谓的封闭径向压缩机的情况下，是优选的。

在相应流动通路11的壳体轮廓或盖盘轮廓14上，从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中壳体轮廓或盖盘轮廓14的长度L-D的0.0％到25.0％之间的范围内，其中在相应流动通路11的壳体轮廓或盖盘轮廓14上，从所述凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中所述壳体轮廓或盖盘轮廓14的长度L-D的10.0％和60.0％之间的范围内。

在子午线投影中壳体轮廓或盖盘轮廓14的长度L-D的0％位于运动叶片12的流动进口边缘15的上游，并且在子午线投影中壳体轮廓或盖盘轮廓14的长度L-D的100％位于相应叶轮的运动叶片12的流动出口边缘15的区域内。

优选地，从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中壳体轮廓或盖盘轮廓14的长度的5.0％和9.0％之间的范围内，并且从所述凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中壳体轮廓或盖盘轮廓的长度的21.0％和35.0％之间的范围内。这些设计参数对所谓的封闭径向压缩机来说是优选的。

在转子侧上的相应叶轮10的相应流动通路11的毂轮廓13上，应用下列条件：

0.05 < R1-N/D2 < 0.60，

0.05 < R3-N/D2 < 0.80，

0.10 < R2-N/D2 < 5.00。

优选地，在所谓的封闭径向压缩机的情况下，下列条件应用在转子侧上的相应叶轮10的相应流动通路11的毂轮廓13上：

0.08 < R1-N/D2 < 0.53，

0.15 < R3-N/D2 < 0.39，

0.75 < R2-N/D2 < 3.35。

在定子侧上的相应叶轮10的相应流动通路11的壳体轮廓14或盖盘轮廓上，应用下列条件：

0.03 < R1-D/D2 < 0.11，

0.05 < R3-D/D2 < 0.52，

0.05 < R2-D/D2 < 0.84。

优选地，在所谓的封闭径向压缩机的情况下，下列条件应用在定子侧上的相应叶轮10的相应流动通路11的壳体轮廓14或盖盘轮廓上：

0.06 < R1-D/D2 < 0.09，

0.15 < R3-D/D2 < 0.25，

0.34 < R2-D/D2 < 0.56。

在相应压缩机级10的区域中，下列关系中的至少两个，优选地至少三个，尤其优选地至少四个，最优选地下列关系中的全部被应用：

0.15 < D1/D2 < 0.60，

0.20 < D3/D2 < 0.94，

0.05 < L1/D2 < 0.35，

0.01 < L2/D2 < 0.15，

-20° < α < +90°。

优选地，在所谓的封闭径向压缩机的情况下，下列关系中的至少两个，优选地至少三个，尤其优选地至少四个，最优选地下列关系中的全部被应用到相应压缩机级10的区域中：

0.23 < D1/D2 < 0.50，

0.47 < D3/D2 < 0.94，

0.11 < L1/D2 < 0.23，

0.04 < L2/D2 < 0.09，

0° < α < +70°。

相应压缩机级的叶轮10的外直径D2在30mm和2500mm之间。

通过在毂轮廓13上提供凸形曲率和上述曲率变化和/或通过在壳体轮廓或盖盘轮廓14上提供凹形曲率和上述曲率变化，可均衡运动叶片载荷。运动叶片载荷的均衡减少了流动分离的危险并且能在工作范围保持不变的情况下使效率增加。

在毂轮廓13上，可能减少流动通路11的流动横截面的凸形曲率朝着内部弯曲进入流动通路13。在壳体轮廓或盖盘轮廓14上，可能增加流动通路11的流动横截面的凹形曲率朝着外部弯曲到流动通路13外面。

附图标记列表

10 叶轮

11 流动通路

12 运动叶片

13 毂轮廓

14 壳体轮廓或盖盘轮廓

15 流动进口边缘

16 流动出口边缘。

Claims

1.一种径向压缩机，带有至少一个压缩机级，其中所述至少一个压缩机级包括叶轮（10），所述叶轮在转子侧带有被布置在相应的压缩机级的流动通路（11）中的多个运动叶片（12），其中所述相应的压缩机级的所述流动通路（11）由毂轮廓（13）和壳体轮廓或盖盘轮廓（14）限定，并且其中每一个运动叶片（12）具有流动进口边缘（15）和流动出口边缘（16），其特征在于，在从所述流动进口边缘到所述流动出口边缘的至少一个压缩机级的区域中，在相应的流动通路（11）的所述毂轮廓（13）上首先形成从第一凹形曲率到凸形曲率的曲率变化以及在此之后的从所述凸形曲率到第二凹形曲率的曲率变化；和在从所述流动进口边缘到所述流动出口边缘的至少一个压缩机级的区域中，在所述相应的流动通路（11）的所述壳体轮廓或盖盘轮廓（14）上，首先形成从第一凸形曲率到凹形曲率的曲率变化以及在此之后的从所述凹形曲率到第二凸形曲率的曲率变化。

2.如权利要求1所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的流动通路（11）的所述毂轮廓（13）上，对于所述相应的流动通路（11）的第一凹形曲率半径R1-N和第二凹形曲率半径R3-N，下面与所述叶轮（10）的外直径D2的关系每一者都成立：

0.05 < R1-N/D2 < 0.60，

0.05 < R3-N/D2 < 0.80。

3.如权利要求1或2所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的流动通路（11）的所述毂轮廓（13）上，对于所述相应的流动通路（11）的凸形曲率半径R2-N，下面与所述叶轮（10）的外直径D2的关系成立：

0.10 < R2-N/D2 < 5.00。

4.如权利要求1-2中任一项所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的流动通路（11）的所述毂轮廓（13）上，从所述第一凹形曲率到所述凸形曲率的所述曲率变化位于子午线投影中所述毂轮廓（13）的长度的10.0％到60.0％之间的范围内，在所述相应的流动通路（11）的所述毂轮廓（13）上，从所述凸形曲率到所述第二凹形曲率的所述曲率变化位于子午线投影中所述毂轮廓（13）的所述长度的15.0％到75.0％之间的范围中。

5.如权利要求1-2中任一项所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的流动通路（11）的所述壳体轮廓或盖盘轮廓（14）上，对于所述相应的流动通路（11）的第一凸形曲率半径R1-D和第二凸形曲率半径R3-D，下面与所述叶轮（10）的外直径D2的关系每一者都成立：

0.03 < R1-D/D2 < 0.11，

0.05 < R3-D/D2 < 0.52。

6.如权利要求1-2中任一项所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的流动通路（11）的所述壳体轮廓或盖盘轮廓（14）上，对于所述相应的流动通路（11）的凹形曲率半径R2-D，下面与所述叶轮（10）的外直径D2的关系成立：

0.05 < R2-D/D2 < 0.84。

7.如权利要求1-2中任一项所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的流动通路（11）的壳体轮廓或盖盘轮廓（14）上，从所述第一凸形曲率到所述凹形曲率的曲率变化位于子午线投影中所述壳体轮廓或盖盘轮廓（14）的长度的0.0％到25％之间的范围内，在所述相应的流动通路（11）的壳体轮廓或盖盘轮廓（14）上，从所述凹形曲率到所述第二凸形曲率的曲率变化位于子午线投影中所述壳体轮廓或盖盘轮廓（14）的所述长度的10.0％和60.0％之间的范围内。

8.如权利要求1-2中任一项所述的径向压缩机，其特征在于，在所述相应的压缩机级的所述区域中，下列关系中的至少两个被应用：

0.15 < D1/D2 < 0.60，

0.20 < D3/D2 < 0.94，

0.05 < L1/D2 < 0.35，

0.01 < L2/D2 < 0.15，

-20° < α < +90°，

其中D1是相应叶轮（10）的毂直径，D3是相应叶轮（10）的吸入口直径，D2是相应叶轮（10）的外直径，L1是定子侧上所述相应的流动通路（11）的壳体轮廓（14）或盖盘轮廓的轴向长度，L2是相应叶轮（10）的运动叶片（12）的流动出口边缘（16）的轴向长度，以及α是相应叶轮（10）的运动叶片（12）的流动进口边缘（15）的倾斜角。

9.如权利要求1-2中任一项所述的径向压缩机，其特征在于，所述相应的压缩机级的叶轮（10）的外直径D2在30mm和2500mm之间。