CN104903586A - 离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法。该离心压缩机具备绕轴线(L)旋转的叶轮(20)及密封位于叶轮(20)的背面侧的壁部与叶轮(20)的背面之间的迷宫式密封部(1)，其中，迷宫式密封部(1)具有设为以轴线(L)为中心的多个圆周槽的迷宫式槽，多个迷宫式槽中的至少一个上连接有使冷却介质流通的冷却孔。

Description

离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法

技术领域

本发明涉及一种离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法，更具体而言，涉及离心压缩机的冷却。

背景技术

在以往的离心压缩机中，叶轮出口中的空气温度与离心压缩机的压力比相应地变高，例如在吸入常温空气时，若压力比约为4.5左右，则叶轮出口中的空气温度也达200℃以上。若该高温空气通过密封叶轮的出口与形成在叶轮背部的空间之间的迷宫式密封部，则通过由迷宫式密封部与叶轮的风扇的相对旋转产生的摩擦热，上述空气进一步升温，并且由于这种高热，叶轮背面被加热。通常，在这种吸入大气的单级型离心压缩机中，作为叶轮的材料，使用铝合金。然而，铝合金随着温度从220℃向250℃以上上升，材料的强度急剧下降，因此难以进行成为高压力比的设计和运行。

因此，专利文献1中公开有通过在迷宫式密封部的中间部设置空气通道并供给冷却空气来防止叶轮的温度上升的技术。

并且，专利文献2中公开有使冷却介质从叶轮外周侧流入的技术。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2934530号公报

专利文献2：日本专利第4503726号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

然而，即使利用专利文献1中公开的技术，对于叶轮温度变得最高的叶轮外周侧而言，由于距供给冷却空气的中间部的空气通道的距离较远，因此叶轮外周侧的冷却效果仍较低。而且，在迷宫式密封部的中间部设置有与迷宫式槽不同的空气通道，并且为了在圆周方向上使流动均匀化而将该空气通道设为宽幅。因此，由于存在宽幅的空气通道，因此迷宫式槽的个数减少，导致密封性能的下降。

另一方面，专利文献2中公开的技术中，并未向叶轮温度变得最高的叶轮外周侧直接导入冷却介质，因此冷却效果较低。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够确保迷宫式密封部的密封性，并且冷却叶轮来降低金属温度的离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明的离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法采用以下方法。

即，本发明的第1方式所涉及的离心压缩机，其具备：叶轮，绕轴线旋转；及迷宫式密封部，密封位于该叶轮的背面侧的壁部与该叶轮的背面之间，其中，所述迷宫式密封部具有设为以所述轴线为中心的多个圆周槽的迷宫式槽，多个所述迷宫式槽的至少一个上连接有使冷却介质流通的冷却孔。

根据本发明的第1方式，将用于向叶轮供给冷却介质的冷却孔连接于设为圆周槽的迷宫式槽。通过如此将迷宫式槽还用作冷却介质供给用的空间，能够不减少迷宫式槽的个数而进行叶轮的冷却。由此，能够实现兼顾叶轮的冷却与基于迷宫式密封部的密封性。

并且，在迷宫式槽设置冷却孔，并从冷却孔向叶轮供给冷却介质，由此能够降低叶轮的金属温度。由此，能够避免叶轮的温度上升而材料强度下降。

而且，本发明的第2方式所涉及的离心压缩机中，在所述迷宫式密封部的背面侧设置有供所述冷却介质流通的环状空间，所述冷却孔以彼此分离的状态形成有多个，以便连接所述环状空间与所述迷宫式槽。

根据本发明的第2方式，由于设置了供冷却介质流通的环状空间，因此能够使冷却介质在周向上均匀化。

并且，将使冷却介质在周向上均匀化的环状空间配置在迷宫式密封部的背面，且将冷却孔设置成连接环状空间与迷宫式槽，因此无需如专利文献1那样设置无法用作迷宫式槽的空气通道，能够将迷宫式槽直接用作冷却用。由此，无需减少迷宫式槽的级数，因此能够确保基于迷宫式密封部的密封性能。

而且，通过以分离状态形成有多个冷却孔，能够在周向的各处有效地冷却叶轮。

而且，本发明的第3方式所涉及的离心压缩机中，所述冷却孔连接于以所述轴线为中心的多个所述迷宫式槽中的最外周侧的迷宫式槽。

根据本发明的第3方式，通过将冷却孔连接于最外周侧的迷宫式槽，能够对金属温度变得最高的部分直接送入冷却介质。

并且，本发明的第4方式所涉及的离心压缩机的运行方法具备：叶轮旋转工序，通过排气涡轮的旋转，使叶轮绕轴线旋转；及冷却介质流通工序，使冷却介质在迷宫式槽中的至少一个中流通，所述迷宫式槽设置在位于所述叶轮的背面的迷宫式密封部且设为以所述轴线为中心的多个圆周槽。

根据本发明的第4方式，使冷却介质在迷宫式密封部所具有的多个迷宫式槽的至少一个中流通，因此能够确保迷宫式密封部的密封性，并且在冷却叶轮来降低金属温度的状态下运行离心压缩机。由此，能够实现叶轮的长寿命化。

而且，本发明的第5方式所涉及的离心压缩机的运行方法中，在所述冷却介质流通工序中，向多个所述迷宫式槽中的最外周侧的迷宫式槽供给所述冷却介质。

根据本发明的第5方式，通过将冷却孔连接于最外周侧的迷宫式槽，能够向金属温度变得最高的部分直接送入冷却介质。

并且，本发明的第6方式所涉及的增压器具备上述任一项中记载的离心压缩机及驱动该离心压缩机的排气涡轮。

根据本发明的第6方式，通过具备上述任一项中记载的离心压缩机，能够设为能够确保迷宫式密封部的密封性，并且冷却叶轮来降低金属温度的增压器。

发明效果

根据本发明，由于在迷宫式密封部所具有的多个迷宫式槽的至少一个上连接有使冷却介质流通的冷却孔，因此能够确保迷宫式密封部的密封性，并且冷却叶轮来降低金属温度。由此，能够实现叶轮的长寿命化。

附图说明

图1是具备本发明的一实施方式所涉及的迷宫式密封部的排气涡轮增压器的纵剖视图。

图2表示图1的迷宫式密封部，图2(a)是迷宫式密封部的纵剖视图，图2(b)是迷宫式密封部的俯视图。

图3是表示图2所示的迷宫式密封部中在位于以轴线为中心的半径方向最外侧的迷宫式槽上连接有冷却孔的状态的侧剖视图。

图4是表示图1所示的迷宫式密封部的周围的主要部分纵剖视图。

图5是将横轴设为冷却空气插入位置且将纵轴设为叶轮金属温度来表示冷却孔插入位置与叶轮金属温度的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。

以下，利用图1至图5对本发明的一实施方式进行说明。

图1中示出本实施方式所涉及的排气涡轮增压器(增压器)10的纵剖视图。排气涡轮增压器10通过用螺栓(未图示)一体紧固气体入口外壳11、气体出口外壳12、轴承台13及压缩机侧的空气引导外壳14而构成。旋转轴15通过推力轴承16及径向轴承17、18旋转自如地支承于轴承台13内，在旋转轴的一端部固定连结有构成涡轮部的涡轮(排气涡轮)19，在另一端部固定连结有构成压缩机部的叶轮20。

涡轮19在外周部具有多个叶片19a。该叶片19a配置在设置于气体入口外壳11的排气气体导入道22与设置于气体出口外壳12的排气气体排出道23之间。

另一方面，叶轮20配置在设置于空气引导外壳14的吸入空气导入道24的后方。吸入空气导入道24经由叶轮20与涡旋室25连接，而且涡旋室25经由未图示的吸入空气导入道与引擎的燃烧室连接。

另外，符号26为过滤器，所述过滤器使吸入空气在吸入到吸入空气导入道24的前段通过来整流吸入空气。

并且，轴承台13上形成有润滑油供给通道27，该润滑油供给通道27的基端部与引擎的油泵(未图示)连接。另一方面，润滑油供给通道27的另一端部分支为分别与推力轴承16及径向轴承17、18连接的分支通道28、29、30。

而且，在轴承台13中的叶轮20侧的端部上设置有密封位于叶轮20的背面侧的壁部与叶轮20的背面之间的迷宫式密封部1。迷宫式密封部1通过滑动抵接于叶轮20来防止压缩后的空气的泄露。

由这种结构构成的排气涡轮增压器10在工作期间，例如来自船舶用柴油机关的排气气体通过排气气体导入道22，涡轮19通过由涡轮喷嘴静压膨胀的轴向的排气气体流被旋转驱动。并且，驱动涡轮19的排气气体从排气气体排出道23向外部排出。

涡轮19的旋转经由涡轮旋转轴15使叶轮20旋转，通过吸入空气导入道24吸入的空气由叶轮20加压，并通过扩压器33及出口涡旋35，供给至船舶用柴油机关。

接着，对迷宫式密封部1的结构进行详细说明。

如图2所示，迷宫式密封部1设为以轴线L为中心轴线的环形状，例如优选使用SS400钢材。

迷宫式密封部1通过使螺栓分别插通于与轴线L大致平行地设置的多个外周螺栓孔8a及多个内周螺栓孔8b，从而向外壳主体37(参考图1)固定(另外，图4中示出通过螺栓固定迷宫式密封部1的状态)。外周螺栓孔8a及内周螺栓孔8b遍及迷宫式密封部1的整周以大致等间隔设置。

如图3中放大表示，在迷宫式密封部1的一个端面，即与叶轮20对置的端面上形成有多级迷宫式槽3。迷宫式槽3设为以轴线L为中心的多个圆周槽。其中，各个迷宫式槽3的槽尺寸(槽深及槽宽)设置为大致相等。

如图4所示，在迷宫式密封部1的背面(图4中的右侧)形成有供冷却介质流通的环状空间7。该环状空间7中，使从主机关供给的冷却介质从增压器侧面部的轴承台13引入。该环状空间7成为以轴线L为中心轴线的环形状，并形成为朝向迷宫式密封部1的背面开口。其中，图4中，环状空间7的纵剖面设为大致长方形形状。而且，环状空间7的纵尺寸，即相对于轴线L正交的方向(同图纵向)的长度为覆盖多个(图4所示的实施方式中为4个)迷宫式槽3的程度的长度。另外，该环状空间7的纵尺寸根据必要空气量适当设定。

迷宫式密封部1上设置有冷却孔5，所述冷却孔从形成有迷宫式槽3的端面(以下，称为“前表面”)的相反侧的端面(图4中的右侧端面)朝向前表面而形成。该冷却孔5与轴线L大致平行地延伸，连接最外周槽3a与对着背面的环状空间7。其中，冷却孔5的直径小于最外周槽3a的直径。另外，如图3所示，在冷却孔5的背面侧，实施有直径朝向环状空间7扩大的锥形加工，设为来自环状空间7的空气流动变得顺畅的形状。

如图2(b)所示，冷却孔5遍及迷宫式密封部1的整周以大致等间隔例如设置有24处。

图5中，示出有将横轴作为冷却空气插入位置且将纵轴作为叶轮金属温度(相对比较)来表示冷却孔插入位置与叶轮金属温度的关系的曲线图。如同图所示，金属温度依次为叶轮最外周部中的金属温度最高，接着是中间位置(叶轮20中，最外周部与最内周部之间的中间)的金属温度，最后是中心附近(叶轮20中的旋转轴15附近)的金属温度。

并且，冷却效果依次为在第1级(连接最外周槽3a与环状空间7的冷却孔5)中插入冷却空气时的冷却效果最高，接着是第2级(相对于轴线L位于最外周槽3a的1个内周侧的冷却孔5)，最后是第3级(相对于轴线L位于最外周槽3a的2个内周侧的冷却孔5)。

而且可知，在第1级冷却孔5插入冷却空气时，与在第2级及第3级冷却孔5插入冷却空气时相比，冷却效果明显高。这是因为，若从第2级及第3级插入冷却空气，则从叶轮外周部进入叶轮背面的空气通过摩擦而变成高温，与从第1级插入冷却空气时相比，入热量变多。

通过以上说明的结构，根据本实施方式，可获得以下作用效果。

将供冷却介质流通的环状空间7设置于迷宫式密封部1的背面侧并且将冷却孔5设置成连接环状空间7与最外周槽3a，因此能够通过使密封空气在环状空间7中沿周向流动来使其均匀化，之后从迷宫式密封部1所具有的24处的冷却孔5向最外周槽3a供给冷却空气。由此，无需减少迷宫式槽3的个数，能够确保迷宫式密封部1的密封性，并且与未进行冷却时相比，使上升至约230℃的叶轮20的金属温度下降约7℃。

另外，上述本实施方式中，设为在多个迷宫式槽3中的最外周槽3a上连接有冷却孔5来进行了说明。但是，本发明并不限定于此，例如可在位于最外周槽3a的1个内周侧的迷宫式槽3上连接冷却孔5。

并且，上述各实施方式中，将迷宫式密封部1的孔的个数设为24处来进行了说明。但是，本发明并不限定于此，其考虑冷却效果而决定，例如可以是如12处或者36处的偶数处，或者是如21处的奇数处。

并且，上述各实施方式中，将迷宫式密封部1的原材料设为SS400进行了说明。但是，本发明并不限定于此，例如可以是SS490或SS540等钢材。

并且，设为冷却孔5与轴线L大致平行地设置来进行了说明。但是，本发明并不限定于此，冷却孔5只要连接迷宫式槽3与环状空间7即可，例如可以相对于轴线L倾斜。

并且，上述各实施方式中，设为将空气用作冷却介质。但是，本发明并不限定于此，例如可使用水蒸气。

符号说明

1-迷宫式密封部，3-迷宫式槽，3a-最外周槽(位于以轴线为中心的半径方向最外侧的迷宫式槽)，5-冷却孔，7-环状空间，8a-外周螺栓孔，8b-内周螺栓孔，10-排气涡轮增压器，11-气体入口外壳，12-气体出口外壳，13-轴承台，14-压缩机侧空气引导外壳，15-旋转轴，16-推力轴承，17、18-径向轴承，19-涡轮，19a-叶片，20-叶轮，22-排气气体导入道，23-排气气体排出道，24-吸入空气导入道，25-涡旋室，26-过滤器，27-润滑油供给通道，28、29、30-分支通道，31-压缩机壳体，33-扩压器，35-出口涡旋，37-外壳主体，L-轴线。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(补正后)一种离心压缩机，其具备：叶轮，绕轴线旋转；及迷宫式密封部，在位于该叶轮的背面侧的壁部与该叶轮的背面之间，密封从该叶轮的外周部进入该叶轮的该背面的空气，所述离心压缩机的特征在于，

所述迷宫式密封部具有迷宫式槽，该迷宫式槽设为以所述轴线为中心的多个圆周槽，

多个所述迷宫式槽中，在最外周侧的迷宫式槽上连接有使冷却介质流通的冷却孔。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

在所述迷宫式密封部的背面侧设置有供所述冷却介质流通的环状空间，

所述冷却孔以彼此分离的状态形成有多个，以便连接所述环状空间与所述迷宫式槽。

3.(删除)

4.(补正后)一种增压器，其特征在于，具备：

权利要求1或2所述的离心压缩机；及

排气涡轮，驱动该离心压缩机。

5.(补正后)一种离心压缩机的运行方法，其特征在于，具备：

叶轮旋转工序，通过排气涡轮的旋转，使叶轮绕轴线旋转；及

冷却介质流通工序，使冷却介质在迷宫式槽中的最外周侧的迷宫式槽中流通，所述迷宫式槽设置于在该叶轮的该背面密封从所述叶轮的外周部进入该叶轮的背面的空气的迷宫式密封部且设为以所述轴线为中心的多个圆周槽。

6.(补正后)根据权利要求5所述的离心压缩机的运行方法，其特征在于，

所述冷却介质流通工序中，向多个所述迷宫式槽中的最外周侧的迷宫式槽供给所述冷却介质。

Claims (6)

1.一种离心压缩机，其具备：叶轮，绕轴线旋转；及迷宫式密封部，密封位于该叶轮的背面侧的壁部与该叶轮的背面之间，所述离心压缩机的特征在于，

所述迷宫式密封部具有迷宫式槽，该迷宫式槽设为以所述轴线为中心的多个圆周槽，

多个所述迷宫式槽中的至少一个上连接有使冷却介质流通的冷却孔。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

在所述迷宫式密封部的背面侧设置有供所述冷却介质流通的环状空间，

所述冷却孔以彼此分离的状态形成有多个，以便连接所述环状空间与所述迷宫式槽。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，

所述冷却孔连接于以所述轴线为中心的多个所述迷宫式槽中的最外周侧的迷宫式槽。

4.一种增压器，其特征在于，具备：

权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机；及

排气涡轮，驱动该离心压缩机。

5.一种离心压缩机的运行方法，其特征在于，具备：

叶轮旋转工序，通过排气涡轮的旋转，使叶轮绕轴线旋转；及

冷却介质流通工序，使冷却介质在迷宫式槽中的至少一个中流通，所述迷宫式槽设置在位于所述叶轮的背面的迷宫式密封部且设为以所述轴线为中心的多个圆周槽。

6.根据权利要求5所述的离心压缩机的运行方法，其特征在于，

所述冷却介质流通工序中，向多个所述迷宫式槽中的最外周侧的迷宫式槽供给所述冷却介质。