CN105387002B - 径向压缩器级 - Google Patents

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Abstract

一种径向压缩器级，其包括相对于定子(12)旋转的具有位于转子侧的多个叶轮叶片(11)的叶轮(10)，以及沿叶轮(10)下游的流动方向定位的具有位于定子侧的多个引导叶片(20)的扩散器(19)，并且其中在叶轮(10)与定子(12)之间形成有叶轮侧间隙(28)。定子侧的引导叶片(20)的流入边缘(22)处于第一圆弧轮廓上，即使得所有定子侧的引导叶片(20)的流入边缘(22)与相应的相邻引导叶片(20)的流入边缘(22)具有相等的间距。定子侧的引导叶片(20)的流出边缘(23)处于第二圆弧轮廓上，即使得在至少一个第一周向位置，定子侧的相应引导叶片(20)的流出边缘(23)与除了在第二周向位置之外的至少一个相邻引导叶片(20)的流出边缘(23)具有间距。

Description

径向压缩器级
技术领域
本发明涉及分别根据技术方案1和3的前序部分所述的用于径向压缩器的径向压缩器级。
背景技术
从DE 195 02 808 C2已知一种具有至少一个径向压缩器级的径向压缩器的基本构造。因此，在该现有技术中公开了径向压缩器的所述或各个径向压缩器级包括相对于定子旋转的叶轮，其中叶轮包括轮毂和位于转子侧的多个叶轮叶片。叶轮的每个叶轮叶片包括流入边缘和流出边缘，其中在每个叶轮叶片的流入边缘与流出边缘之间，抽吸侧、压力侧和面向定子的外表面进行延伸，其中相应叶轮叶片的外表面邻接定子，并用于相对于定子进行密封。径向压缩器的这种叶轮(其中叶轮叶片的外表面直接地邻接定子)不包括护罩，从而也被称为开式叶轮。叶轮叶片位于叶轮流动通道中，所述叶轮流动通道由定子和叶轮的轮毂界定出。
此外，从DE 195 02 808 C2已知的是，径向压缩器级包括位于叶轮下游的扩散器，其包括位于定子侧的多个引导叶片。扩散器的每个引导叶片具有流入边缘和流出边缘，其中在每个引导叶片的流入边缘与流出边缘之间，抽吸侧和压力侧进行延伸。引导叶片位于由定子界定的扩散器流动通道中。
从DE 195 02 802 C2可知，在其中示出的径向压缩器级的叶轮与定子之间，形成有所谓的叶轮侧间隙，即在定子和叶轮的后侧之间。该叶轮侧间隙连接至中间流动通道，其在叶轮流动通道与扩散器流动通道之间延伸。
具有这种叶轮侧间隙的再一径向压缩器级从DE 10 2007 019 264 A1中已知。
从EP 2 014 925 A1已知一种具有扩散器的径向压缩器级，其中配置成彼此相邻的两个引导元件的流入边缘的角度间隔不同于配置成彼此相邻的两个其它引导元件的流入边缘的角度间隔。
在径向压缩器的操作期间，径向压缩器级暴露于机械激励和振荡，其可能导致损坏径向压缩器级，特别是损坏径向压缩器级的叶轮的叶轮叶片。这类机械激励可能基于同步激励机制和异步激励机制。
具体而言，通过旋转和静止部件的相互作用而生成三维的和不稳定的流动现象。在某些条件下，发生压力波动，其具有在旋转方向上或者在与旋转方向相反的方向上旋转的特性。这些压力波动的数量和旋转速度是任意的。
该现象是径向压缩器中的开式叶轮的异步激励的基础。到目前为止，还不知道对应的方法，借助于这些方法能特别是抵消这种异步激励，以避免特别是叶轮的叶轮叶片的关键振动激励。
发明内容
因此，需要一种用于径向压缩器的径向压缩器级，其中特别是叶轮的叶轮叶片特别是通过这种异步激励暴露于低振动激励。
由此开始，本发明基于制造用于径向压缩器的径向压缩器级的目的，其满足以上要求，因此特别通过这种异步激励暴露于低振动激励。
根据本发明的第一方面，该目的通过根据技术方案1所述的径向压缩器级得到解决。因此，扩散器的位于定子侧的引导叶片的流入边缘处于第一圆弧轮廓上，即使得所有定子侧的引导叶片的流入边缘与相应的相邻引导叶片的流入边缘具有相等的间距。扩散器的位于定子侧的引导叶片的流出边缘处于第二圆弧轮廓上，即使得在至少一个第一周向位置，定子侧的相应引导叶片的流出边缘与除了在第二周向位置之外的至少一个相邻引导叶片的流出边缘具有间距。
根据本发明的第二方面，该目的通过根据技术方案4所述的径向压缩器级得到解决。因此，扩散器的位于定子侧的至少一个引导叶片具有与定子侧的其它引导叶片不同的曲率。
根据本发明的第三方面，该目的通过根据技术方案5所述的径向压缩器级得到解决。因此，在至少一个第一周向位置，形成于扩散器的位于定子侧的相邻引导叶片之间的扩散器流动通道部段具有与形成于第二周向位置的扩散器流动通道部段不同的流动截面。
通过本发明的上述方面的每一个方面，能够轻松且可靠地抵消径向压缩器中的开式叶轮的异步激励，其结果是，特别是对于径向压缩器级的叶轮的叶轮叶片来说振动激励能够得到降低。
这里，本发明的上述方面可单独采用在径向压缩器级上，或者优选与本发明的多个这种方面相结合。
本发明的上述方面整体涉及用于扩散器的设计构造的措施。
附图说明
本发明的再一些优选的改进从以下描述和从属技术方案中获得。借助于附图来更详细地说明本发明的示例性实施例，但并不局限于此。附图中：
图1示出了根据本发明第一方面的本发明的径向压缩器级的子午截面；
图2示出了图1的径向压缩器级的轴向截面；
图3示出了根据本发明第二方面的径向压缩器级的轴向截面；并且
图4示出了根据本发明第三方面的本发明的径向压缩器级的子午截面。
具体实施方式
本发明涉及具有至少一个径向压缩器级的径向压缩器。
图1示出了根据本发明第一方面的处于子午截面中的本发明的径向压缩器级的细节，其中图2示出了图1的径向压缩器级的轴向截面。
图1的径向压缩器级包括叶轮10，其在转子侧具有多个叶轮叶片11。叶轮10相对于定子12旋转。定子12可为壳体或定子环或类似物。叶轮叶片11定位在叶轮流动通道13中，所述叶轮流动通道13由转子侧的轮毂轮廓14和定子轮廓15界定。每个叶轮叶片12包括流入边缘16和流出边缘17。在每个叶轮叶片11的流入边缘16与流出边缘17之间，压力侧、抽吸侧以及在叶轮叶片11上的径向外侧面向定子12的相应叶轮叶片11的外表面18进行延伸。叶轮叶片11的外表面18邻接定子12，并用于相对于定子12进行密封。这种叶轮10，在叶轮叶片11的外表面18间接地邻接定子12的情况下，不具有护罩，从而也被称为开式叶轮。
根据图1，定子侧的扩散器19位于叶轮10的下游。扩散器19包括位于定子侧的多个引导叶片20。扩散器19的定子侧引导叶片20位于由定子12界定的扩散器流动通道21中，其中扩散器19的定子侧引导叶片20中的每个包括流入边缘22和流出边缘23。在位于定子侧的相应引导叶片20的流入边缘22与流出边缘23之间，相应引导叶片的抽吸侧24和压力侧25进行延伸。
在叶轮流动通道13(叶轮10的转子侧叶轮叶片11位于其中)与扩散器流动通道21(扩散器19的定子侧引导叶片20位于其中)之间，中间流动通道26进行延伸，经由所述中间流动通道26，从叶轮10流出的在径向压缩器级中受到压缩的介质可沿扩散器16的方向流动。根据图1，叶轮侧间隙28形成在叶轮10的后侧27与定子12之间，其中该叶轮侧间隙28根据图1经由间隙34与中间流动通道26联接。
以上参考图1描述的径向压缩器级的细节属于现有技术。
本发明现在涉及径向压缩器级的这样的细节，借此能降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的危险。
根据本发明的第一方面，其在以下参考图1和2得到描述，扩散器19的所有定子侧引导叶片20的所有流入边缘22处于第一圆弧轮廓29上。
这里，扩散器19的定子侧引导叶片20的流入边缘22处于第一圆弧轮廓29上，使得所有定子侧引导叶片20的流入边缘22与相应的相邻引导叶片20的流入边缘22具有相同的间距。扩散器19的沿扩散器流动通道21的周向方向观察彼此相邻定位的引导叶片20的流入边缘22因此沿周向方向观察是均匀地分布的，因此使得处于第一圆弧轮廓29上的所有流入边缘22与相邻的流入边缘22具有相同的周向间距。
根据本发明的第二方面和/或第一方面的第一个有利的再一改进，进一步提供了扩散器19的定子侧引导叶片20的流出边缘23处于第二圆弧轮廓30上。
这里，扩散器19的定子侧引导叶片20的流出边缘23处于第二圆弧轮廓30上，使得在扩散器流动通道21的至少一个第一周向位置，位于此处的相应定子侧引导叶片20的流出边缘23与除了在扩散器流动通道21的第二周向位置之外的至少一个相邻引导叶片20的流出边缘具有间距。
因此，在流出边缘23的区域中，沿扩散器流动通道21的周向方向观察不提供流出边缘23的均等分布，相反，所有处于第二圆弧轮廓30上的流出边缘23的均等分布优选在第一周向位置被取消，从而以便降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的风险。
根据本发明的第二方面和/或第一方面的第一有利的再一改进，在第一极端情况下有可能的是，相应的流出边缘23在扩散器流动通道21的单个周向位置与相应的相邻流出边缘23具有另一间距，使得相比之下在其它周向位置，流出边缘23相对于它们的周向位置均等地分布。
根据本发明的第二方面和/或第一方面的第一有利的再一改进，同样有可能的是，在第二极端情况下，在扩散器流动通道21的所有周向位置，流出边缘23在每个情况下与相应的相邻流出边缘23具有不同的间距。
在扩散器流动通道21的第二周向位置，扩散器19的相应定子侧引导叶片20优选均具有相等的第二步进角。
位于所述或各个第一周向位置的定子侧引导叶片20相比之下优选具有第一步进角，其不同于第二步进角，特别是达±10°，优选达±7°，特别优选达±5°，最优选达±3°。
根据本发明的第二方面和/或第一方面的第一有利的再一改进，因此为了降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的危险，建议沿周向方向重新定位扩散器19的所选定子侧引导叶片20的流出边缘23，优选是取消或中断沿扩散器流动通道21的周向方向观察要不然是均等分布的流出边缘23。
在一极端情况下，扩散器19的所有定子侧引导叶片20的流出边缘23可与相应的相邻流出边缘23具有不同的间距。
如图2中可看出的，处于相应的相邻引导叶片20的压力侧25的方向上的流出边缘23"(见图2中右侧引导叶片的虚线路径)或者流出边缘23'(见图2 中左侧引导叶片的虚线路径)沿周向方向在相应的相邻引导叶片20的抽吸侧24的方向上重新定位，即使得所有的流出边缘23像以前那样仍然处于第二圆弧轮廓上。
这对应于所选周向位置处的扩散器19的定子侧引导叶片20的步进角的变化。在扩散器19的所选第二周向位置，相应的定子侧引导叶片20具有不同的步进角。
那些所选的引导叶片20(其与其余的定子侧引导叶片20相比具有不同的步进角)的特征在于，它们的步进角与扩散器19的其余引导叶片20的步进角不同，特别是达±10°，特别优选是达±5°。
通过本发明的第二方面和/或第一方面的第一有利的再一改进的以上措施，略高或略低的负载可在具有不均匀周向间距的所定周向位置处被施加在扩散器19的引导叶片20上。因此，能够进一步降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的危险。
根据本发明的第二方面(见图3)，为了降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的风险，建议的是，扩散器19的定子侧引导叶片20的位于第一圆弧轮廓29上的流入边缘22以及扩散器19的定子侧引导叶片20的位于第二圆弧轮廓30上的流出边缘23沿周向方向均等地分布，即在每个情况下具有相等的周向间距。
然而，根据本发明的第二方面，扩散器19的至少一个定子侧引导叶片20在流入边缘22与流出边缘23之间具有不同的曲率，即抽吸侧24'和压力侧25'具有相对于其它引导叶片20不同的曲率。这在图3中对于中部引导叶片20由虚线路径示出。
根据本发明的第二方面，在第一极端情况下有可能的是，仅仅扩散器19的单个定子侧引导叶片20具有不同的曲率，相比之下，扩散器19的所有其它定子侧引导叶片20具有相等的曲率。
根据本发明的第二方面，在第二极端情况下同样有可能的是，扩散器19的所有定子侧引导叶片20具有彼此不同的曲率。
优选的是在径向压缩器级上采用彼此结合的本发明的第一方面和本发明的第二方面，以降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的风险。
下面参考图4来论述本发明的第三方面。
根据本发明的第三方面，为了降低可能导致开式叶轮的异步激励的不稳定流动现象的风险，建议的是将在扩散器流动通道21的至少一个第一周向位置形成于扩散器19的相邻定子侧引导叶片20之间的扩散器流动通道部段33改变成使得其与形成于第二周向位置的扩散器流动通道部段相比具有不同的流动截面。
因此，从图4可看出的是，在相邻定子侧引导叶片20之间的扩散器19的第一周向位置，相应的扩散器流动通道部段33具有减小的流动截面，即原因在于以下事实：界定相应扩散器流动通道部段33的位于定子侧的侧壁31、32朝内弯曲，从而减小相应的扩散器流动通道部段33的流动截面。应该指出的是，可以仅仅是界定相应扩散器流动通道33的这些侧壁31、32之一向相应的扩散器流动通道33中弯曲。同样有可能的是，在所选周向位置，使相应的扩散器流动通道部段相对于其流动截面扩张，其中这些侧壁31、32中的至少一个于是朝外侧弯曲向定子12中弯曲。
根据第三方面，在第一极端情况下有可能的是，仅仅在扩散器流动通道21的单个周向位置，相应的扩散器流动通道部段33具有不同的流动截面，相比之下，所有其它扩散器流动通道部段33具有相等的流动截面。
根据本发明的第三方面，同样有可能的是，在第二极端情况下，在扩散器流动通道21的所有周向位置，扩散器流动通道部段33均具有不同的流动截面。
第三方面的措施可被采用为与第一方面的措施和/或第二方面的措施结合。优选地，在径向压缩器级上将第三方面的措施采用为与第一方面的措施以及与第二方面的措施结合。
附图标记列表
10：叶轮
11：叶轮叶片
12：定子
13：叶轮流动通道
14：轮毂轮廓
15：定子轮廓
16：流入边缘
17：流出边缘
18：外表面
19：扩散器
20：引导叶片
21：扩散器流动通道
22：流入边缘
23：流出边缘
24：抽吸侧
25：压力侧
26：中间流动通道
27：后侧
28：叶轮侧间隙
29：圆弧轮廓
30：圆弧轮廓
31：侧壁
32：侧壁
33：扩散器流动通道部段
34：间隙

Claims (8)

1.一种径向压缩器级，其包括相对于定子(12)旋转的具有位于转子侧的多个叶轮叶片(11)的叶轮(10)，以及沿叶轮(10)下游的流动方向定位的具有位于定子侧的多个引导叶片(20)的扩散器(19)，并且其中在叶轮(10)与定子(12)之间形成有叶轮侧间隙(28)，其特征在于，
定子侧的引导叶片(20)的流入边缘(22)处于第一圆弧轮廓(29)上，即使得所有定子侧的引导叶片(20)的流入边缘(22)与相应的相邻引导叶片(20)的流入边缘(22)具有相等的间距；
定子侧的引导叶片(20)的流出边缘(23)处于第二圆弧轮廓(30)上，即使得在至少一个第一周向位置，定子侧的相应引导叶片(20)的流出边缘(23)与至少一个相邻引导叶片(20)的流出边缘(23)的间距与第二周向位置处的这种间距不同。
2.根据权利要求1所述的径向压缩器级，其特征在于，
在第二周向位置，定子侧的相应引导叶片(20)均具有相等的第二步进角；并且
在所述至少一个第一周向位置，定子侧的相应引导叶片(20)具有第一步进角，其不同于所述第二步进角。
3.根据权利要求2所述的径向压缩器级，其特征在于，第一步进角不同于第二步进角达±10°。
4.根据权利要求2所述的径向压缩器级，其特征在于，第一步进角不同于第二步进角达±7°。
5.根据权利要求2所述的径向压缩器级，其特征在于，第一步进角不同于第二步进角达±5°。
6.一种径向压缩器级，其包括相对于定子(12)旋转的具有位于转子侧的多个叶轮叶片(11)的叶轮(10)，以及沿叶轮(10)下游的流动方向定位的具有位于定子侧的多个引导叶片(20)的扩散器(19)，并且其中在叶轮(10)与定子(12)之间形成有叶轮侧间隙(28)，其特征在于，定子侧的至少一个引导叶片(20)具有与定子侧的其它引导叶片(20)不同的曲率，定子侧的引导叶片(20)的流入边缘(22)处于第一圆弧轮廓(29)上。
7.一种径向压缩器级，其包括相对于定子(12)旋转的具有位于转子侧的多个叶轮叶片(11)的叶轮(10)，以及沿叶轮(10)下游的流动方向定位的具有位于定子侧的多个引导叶片(20)的扩散器(19)，并且其中在叶轮(10)与定子(12)之间形成有叶轮侧间隙(28)，其特征在于，在至少一个第一周向位置，形成于定子侧的相邻引导叶片(20)之间的扩散器流动通道部段(33)具有与形成于第二周向位置的扩散器流动通道部段不同的流动截面，定子侧的引导叶片(20)的流入边缘(22)处于第一圆弧轮廓(29)上。
8.根据权利要求7所述的径向压缩器级，其特征在于，相对于第二周向位置，在位于定子侧的相邻引导叶片(20)之间的所述至少一个第一周向位置，界定扩散器流动通道部段(33)的至少一个侧壁(31、32)在减小流动截面的情况下朝内向扩散器流动通道部段(33)中弯曲，和/或在扩大流动截面的情况下朝外向定子(12)中弯曲。
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