CN105201905B - 离心叶轮组件及离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心叶轮组件，其特征在于，包括离心叶轮(1，2)和设置在离心叶轮(1，2)的进口前侧的进口导流叶片(3，3’)，所述进口导流叶片(3，3’)包括：随所述离心叶轮(1，2)同步转动的多个导流叶片体(31)，所述导流叶片体(31)的出口安装角度设置为与所述离心叶轮(1，2)的叶片的进口安装角度差值范围为‑10°～10°。本发明能使离心叶轮转动时经过进口导流叶片的流体更顺畅的进入离心叶轮，减少流体对离心叶轮的冲击损失和分离损失；将其应用在离心压缩机时，能够有效地提高离心压缩机在部分负荷时的性能，拓宽离心压缩机的运行范围。

Description

离心叶轮组件及离心压缩机

技术领域

本发明涉及空气压缩技术领域，尤其涉及一种离心叶轮组件及离心压缩机。

背景技术

离心压缩机是一种通过高速旋转的叶轮对沿径向流动的气体做功而使气体获得动能，再经扩压流动后转变为压力能的设备。离心压缩机具有满负荷运行和部分负荷运行的运行工况，其中部分负荷运行工况下的压缩机效率低于满负荷运行工况下的压缩机效率。发明人通过研究，发现这一问题产生的原因在于：叶轮叶片的安装角是根据满负荷运行工况下的气体流动角度设计的，而部分负荷运行工况下叶轮入口的气体流动角度与叶轮叶片的安装角不一致，因此当离心压缩机运行工况由满负荷运行工况改变为部分负荷运行工况，或者在部分负荷运行工况内调整负荷时，由叶轮入口处的气体流动角度(简称气流角)与叶轮叶片的安装角不一致而造成气流冲击，而气流角与叶轮安装角偏离越大，气流冲击损失越大。

发明内容

本发明的目的是提出一种离心叶轮组件及离心压缩机，能够减少流入离心叶轮的流体冲击损失。

为实现上述目的，本发明提供了一种离心叶轮组件，包括离心叶轮和设置在离心叶轮的进口前侧的进口导流叶片，所述进口导流叶片包括：随所述离心叶轮同步转动的多个导流叶片体，所述导流叶片体的出口安装角度设置为与所述离心叶轮的叶片的进口安装角度差值范围为-10°～10°。

进一步的，所述多个导流叶片体安装在所述离心叶轮的驱动轴上。

进一步的，所述进口导流叶片还包括套设在所述驱动轴上的套筒，所述多个导流叶片体固定连接在所述套筒的外周面上，通过所述套筒与所述驱动轴进行固定连接。

进一步的，所述多个导流叶片体在周向上均匀分布。

进一步的，所述多个导流叶片体的叶片个数与所述离心叶轮的叶片个数之差的绝对值不大于5。

进一步的，所述导流叶片体沿径向的横截面形状为翼型、椭圆形或圆角矩形。

进一步的，所述导流叶片体的出口安装角度与所述离心叶轮的叶片的进口安装角度之差为-5°～5°。

进一步的，所述导流叶片体的厚度为0.5mm～3mm。

进一步的，所述导流叶片体的宽度为10mm～60mm。

进一步的，所述导流叶片体的宽度为20mm～30mm。

为实现上述目的，本发明还提供了一种离心压缩机，包括至少一组权利要求1～10任一所述的离心叶轮组件。

基于上述技术方案，本发明的进口导流叶片设置在离心叶轮的进口前侧，导流叶片体通过安装在所述离心叶轮的驱动轴上而随所述离心叶轮同步转动，并使导流叶片体的出口安装角度设置为与所述离心叶轮的叶片的进口安装角度的差值在一个较小的数值范围内，从而使离心叶轮转动时经过进口导流叶片的流体更顺畅的进入离心叶轮，减少流体对离心叶轮的冲击损失和分离损失；将其应用在离心压缩机时，能够有效地提高离心压缩机在部分负荷时的性能，拓宽离心压缩机的运行范围。

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为本发明离心叶轮组件的一实施例的安装示意图。

图2和3分别为本发明离心叶轮组件实施例中的进口导流叶片在不同视角的结构示意图。

图4为本发明离心叶轮组件实施例中的导流叶片体的相关尺寸示意图。

图5为本发明离心叶轮组件实施例中的导流叶片体的横截面形状的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本发明离心叶轮组件的一实施例的安装示意图。在图1中，进口导流叶片3和进口导流叶片3’被安装在一个离心压缩机中，分别为两级的离心叶轮提供进口流体的导流作用。具体来说，进口导流叶片3设置离心叶轮1的进口前侧，进口导流叶片3’设置在离心叶轮2的进口前侧。在离心压缩机中除了进口导流叶片3、3’以及离心叶轮1、2之外，还包括有其他离心压缩机内的常规部件，例如扩压器、回流器等，这里就不再详述了。

对于进口导流叶片3、3’来说，其包括多个导流叶片体31，多个导流叶片体31能够安装在离心叶轮1、2的驱动轴4(图1中虚线示意的部分)上，随离心叶轮1、2同步转动。除了安装在驱动轴4上，其他任何可以使导流叶片体31随离心叶轮1、2同步转动的结构均可应用于本发明。导流叶片体31的出口安装角度设置为与离心叶轮1、2的叶片的进口安装角度差值范围为-10°～10°。离心叶轮在由驱动轴驱动而转动时，进口导流叶片也随之转动，而由于导流叶片体31的出口安装角度设置为与离心叶轮1、2的叶片的进口安装角度的差值在一个较小的数值范围内，因此无论离心叶轮1、2转速高低，进口导流叶片3、3’都能确保通过进口导流叶片3、3’的流体流向离心叶轮1、2的角度与离心叶轮1、2的叶片进口安装角度保持基本一致，从而更顺畅的进入离心叶轮，尽量消除流体的冲击损失和分离损失，提高离心叶轮的效率。对于离心压缩机来说，由于应用了这种进口导流叶片，使得离心压缩机在部分负荷时的性能得到提高，从而拓宽离心压缩机的运行范围。

进口导流叶片3、3’需要与离心叶轮1、2同步转动，因此进口导流叶片3、3’可以直接安装固定在离心叶轮1、2的驱动轴4的外周上，优选的，为了避免对驱动轴4的削弱，增加安装的便利性，进口导流叶片3、3’还可以增加套筒32，将多个导流叶片体31固定连接在套筒32的外周面上，通过套筒32与驱动轴4进行固定连接。在安装时，需要将套筒套设在驱动轴4上进行固定，套筒可通过花键、过盈配合等方式固定在驱动轴4上。

如图2、3所示，多个导流叶片体31优选在周向上均匀分布，从而使离心叶轮的进口流体比较均匀，进而提高叶轮的效率。而导流叶片体31的叶片个数与离心叶轮1，2的叶片个数之差的绝对值优选于不大于5个，这是因为如果导流叶片过多，将会影响到流动面积，导致流体速度不均，进而无法起到提高叶轮效率的作用，而如果导流叶片过少，则又无法起到规范流体运动方向的作用，也无法起到提高叶轮效率的作用。例如导流叶片体的个数为12～25个。

导流叶片体31为整体呈沿径向延伸的柱体，其横截面形状对流体的流动阻力有一定影响，因此优选设置导流叶片体31沿径向的横截面形状为图5所示的翼型，即目前飞机机翼设计普遍采用的形状。在另一实施例中，考虑到加工条件的限制，导流叶片体31的横截面也可以采用如图4所示的椭圆形，导流叶片体31也可以为横截面呈圆角矩形的直叶片。

在导流叶片体31的尺寸选择上，参见图4，厚度H优选为0.5mm～3mm，这是由于导流叶片体的厚度H对流体的影响较大，如果厚度过大，则会减小过流面积，增加导流叶片体31的倾斜角，进而容易在叶片尾部形成尾流，加大流体的流动损失；而如果厚度太小，导流叶片体31的刚度较差，加工难度较大。

导流叶片体31的宽度L也对流体的流动产生影响，优选宽度L为10mm～60mm，更优选20mm～30mm通过设置合适的宽度，能够使流体有较多的时间改善流动情况，减少叶片的倾斜角，减少叶片的尾迹损失。如果宽度L过大，则会造成设备整体尺寸增大，而如果宽度过小，气体改善流动的时间和距离过短，进而流动的改善效果不佳。

导流叶片体31的出口安装角度θ为导流叶片体31的横截面的中线(例如图4中椭圆长轴线)与转轴的轴线之间的角度，该角度可根据离心叶轮的不同设计而改变。此外，该角度与离心叶轮1、2的叶片进口安装角度的差值优选为-10°～10°，更优选-5°～5°。超出优选预设范围的安装角度差会使得流体在流入离心叶轮时产生较大的冲击损失，降低离心叶轮的效率。

上述本发明离心叶轮组件的各实施例可应用于离心压缩机中。其中这种结构不仅适用于单级压缩，也适用于图1所示的双级压缩或者多级压缩。本发明的离心叶轮组件实施例还可以适用于其他采用离心叶轮的设备或场合。

下面结合图1所示的离心叶轮组件及离心压缩机结构的例子说明一下其工作方式。

在图1中，离心叶轮1的前侧设有与其同轴转动的进口导流叶片3，进入进口导流叶片3的流体(例如气流)通过多个导流叶片体31之间的空隙后被调整流动方向和速率，调整后的流体再进入离心叶轮1后被压缩入扩压器、回流器等部件，再流出到设置在离心叶轮2前侧的进口导流叶片3’，进口导流叶片3’依旧对流入的流体进行流动调整，调整后的流体再进入离心叶轮2进行压缩。在此过程中，进口导流叶片3安装在离心叶轮1的驱动轴上，并随驱动轴转动，而且两者基本一致的安装角度能够在转动过程中保持不发生变化，进而确保通过进口导流叶片3的流体在离心叶片1的转动过程中被导流叶片体31进行持续的、稳定的流动调整。

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 (9)

1.一种离心压缩机，其特征在于，包括至少一组离心叶轮组件，其特征在于，所述离心叶轮组件包括离心叶轮(1，2)和设置在离心叶轮(1，2)的进口前侧的进口导流叶片(3，3’)，所述进口导流叶片(3，3’)包括：随所述离心叶轮(1，2)同步转动的多个导流叶片体(31)，所述导流叶片体(31)的出口安装角度设置为与所述离心叶轮(1，2)的叶片的进口安装角度差值范围为-10°～10°；所述多个导流叶片体(31)安装在所述离心叶轮(1，2)的驱动轴(4)上。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述进口导流叶片(3，3’)还包括套设在所述驱动轴(4)上的套筒(32)，所述多个导流叶片体(31)固定连接在所述套筒(32)的外周面上，通过所述套筒(32)与所述驱动轴(4)进行固定连接。

3.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述多个导流叶片体(31)在周向上均匀分布。

4.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述多个导流叶片体(31)的叶片个数与所述离心叶轮(1，2)的叶片个数之差的绝对值不大于5。

5.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述导流叶片体(31)沿径向的横截面形状为翼型、椭圆形或圆角矩形。

6.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述导流叶片体(31)的出口安装角度与所述离心叶轮(1，2)的叶片的进口安装角度之差为-5°～5°。

7.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述导流叶片体(31)的厚度为0.5mm～3mm。

8.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述导流叶片体(31)的宽度为10mm～60mm。

9.根据权利要求1-2任一所述的离心压缩机，其特征在于，所述导流叶片体(31)的宽度为20mm～30mm。