CN105683582A - 用于前掠切向流压缩机的扩散器 - Google Patents

Abstract

一种用于前掠切向流压缩机的扩散器包括用于容纳压缩机叶轮（14）的大体上为圆形的空间（24），相邻并围绕圆形空间（24）的多个微型蜗壳（42），多个扩散器通道（38），每个扩散器通道（38）具有入口和排放口，以及收集蜗壳（28），每个扩散器通道（38）的入口从圆形空间（24）的所关联的微型蜗壳（42）切向延伸，并且收集蜗壳（28）从扩散器通道（38）的其中一个的排放口过渡，其它扩散器通道排放到收集蜗壳（28）中，并且收集蜗壳（28）结合有出口孔（30）。

Description

用于前掠切向流压缩机的扩散器

技术领域

本发明涉及一种用于前掠切向流压缩机的扩散器。

背景技术

众所周知的是提供一种离心式压缩机，其高速运转，用于在运输和能源工业中使用。

与容积式压缩机，诸如往复式压缩机、旋转螺杆式压缩机和旋叶式压缩机，相比，离心式压缩机提供的优点在于：它们具有更高的功率密度，并且提供无油压缩、低元件数和稳流输送。

当与容积式压缩机相比较时，离心式压缩机的一个缺点是随着流速减小，轴转速必须增加。增加的轴转速将导致轴承磨损增加，从而减少压缩机的寿命。通常，离心式压缩机在低流速下也呈现低效率。由于这些原因，容积式压缩机已经是迄今为止通过其对低流速应用进行管理的主要方法，而它们的缺点是操作噪声大和维护成本高。

一些现有的离心式压缩机在60000-250000rpm运行以便提供所需的性能。

离心式压缩机具有前掠或后掠转子。其中转子具有朝向流体的方向弯曲的轮叶的前掠设计是有益的，因为没有必要增加转子中的静压，其解决了可能另外由于转子进口和出口之间的压力梯度造成的各种问题。尤其具有向压缩机的半径介于20°至90°之间的过大的前掠的离心式压缩机转子是非常有用的，因为转子出口处的流体速度大于轮叶速度，从而提供来自相对较小的压缩机，即小直径转子，的大压力上升。在WO2005024242中揭露了这种类型的前掠切向(与径向相对)离心式的压缩机。然而，已知前掠压缩机本身不稳定。

本发明的目的是提供一种用于离心式压缩机的改进扩散器，从而在低流速下实现更稳定运转，而没有过高的轴转速。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于前掠切向流压缩机的扩散器，所述扩散器包括用于容纳压缩机叶轮的大体上为圆形的空间，相邻并围绕圆形空间的多个微型蜗壳，多个扩散器通道，每个扩散器通道具有入口和排放口，以及收集蜗壳，每个扩散器通道的入口从圆形空间的所关联的微型蜗壳切向延伸，并且收集蜗壳从扩散器通道的其中一个的排放口过渡，其它扩散器通道排放到收集蜗壳中，并且收集蜗壳结合有出口孔。微型蜗壳类似于完整蜗壳，但不是大体上涵盖360°的完整方位角，相加一起的多个微型蜗壳将大体上涵盖该角度。通过示例的方式，每个占据60°的方位角的六个微型蜗壳将涵盖360°的完整方位角。

扩散器可以与高度前掠叶轮，例如在WO2005024242中揭露的类型，一起使用，所述高度前掠叶轮的描述通过引用并入本文。特别地，叶轮的前掠可以增加至从叶轮出口排出的流体流大体上与叶轮相切的点。也就是说，扩散器用于切向压缩机，而非径向压缩机。连同叶轮和扩散器之间的微型蜗壳阵列，这提供了一种在一个合理流量范围内稳定的压缩机。

扩散器被最优化用于切向流压缩机。微型蜗壳可以与到扩散器通道的入口形成一体，并且与来自叶轮的流体的方向对准，以避免可能导致压缩机失速的堵塞。

收集蜗壳大体上围绕扩散器，并且从扩散器通道的其中一个过渡。换言之，收集蜗壳与扩散器通道一体形成，从而形成从叶轮、通过微型蜗壳、通过扩散器通道、并通过收集蜗壳到出口孔的大体上连续的流体通路。

可以提供多个叶片，每个叶片具有前面和后面，相邻叶片的前面和后面每个限定扩散器通道的其中一个，并且每个前面的一部分限定圆形空间和叶片之间的微型蜗壳的其中一个。也就是说，扩散器通道处于叶片之间的空间中。

换言之，每个叶片的前面的一部分可以形成微型蜗壳的其中一个的壁，并且每个叶片的前面的另一部分可以与相邻叶片的后面一起形成扩散器通道。这样，微型蜗壳与扩散器通道形成一体，并且可以认为是形成到扩散器通道的入口，从而引导大体上为切向的流体从转子出口进入到扩散器通道中。随着流体从叶轮中排出，它将流经叶轮和扩散器之间的微型蜗壳，然后进入扩散器通道中。这提供了所排出的流体进入扩散器中的最佳接收。

每个微型蜗壳的宽度可以与每个扩散器通道的最小宽度大约相同。换言之，微型蜗壳可以紧密耦接到叶轮的出口，以便形成叶轮和扩散器的叶片之间的最小无叶片空间。

一般，狭窄的无叶片空间将导致径向压缩机的过度堵塞，因为流体无处逃逸。然而，在切向流压缩机的情况下，流体具有最小的径向分量，并且如果扩散器通道形成微型蜗壳，则可以较容易地被接纳到该扩散器通道的入口中。

紧密耦接的微型蜗壳保持压缩机稳定，因为它们阻碍了可能另外导致在具有宽大的无叶片空间的设计中失速的逆流。对于具有紧密耦接的微型蜗壳的成功运转，需要在出口处具有大体上是切向的流体流的高度前掠叶轮。与具有紧密耦接的微型蜗壳的扩散器一起使用的仅中度前掠的叶轮将会导致扩散器的过度堵塞。

扩散器通道可以是在切向-径向平面中发散。换言之，扩散器通道具有从入口到排放口增加的横截面面积。每个扩散器通道可以是弯曲的以在其入口处与微型蜗壳顺畅地会合并且在其排放口处与收集蜗壳顺畅地会合。也就是说，扩散器通道可以沿叶轮的旋转方向弯曲。

扩散器通道可以仅在切向-径向平面中发散(“二维扩散器”)或者可选择地在轴向-径向平面中发散(“三维扩散器”)。具有三维扩散通道，扩散更为有效。

发散扩散器通道允许增加来自叶轮的流体的扩散效率，从而提高扩散器的动能恢复，因此提高了可用的静压升。每个扩散器通道的端处的前掠确保收集蜗壳中顺畅的流体会合，从而防止扩散器的堵塞。

扩散器可以被制造成两个注射成型的半部，其可以关于径向-切向平面分开。单独成型的半部使得发散通道在制造中容易地成形。对于三维扩散器尤其如此。

扩散器通道可以具有矩形横截面，或可选择地，通道的壁可以具有倒角的或圆角/内圆角的内部边缘。发现这样的边缘优化扩散器内的流体流并提高性能，且尤其适用于通过注射成型制造的压缩机。发现表面抛光对性能来说是很重要的，并且注射成型是用于生产具有优异光洁度的扩散器的合适技术，并且具有上文所描述的所期望的几何特点。

根据本发明的第二个方面，提供了一种前掠切向流压缩机，包括叶轮和扩散器，叶轮具有多个前掠转子轮叶并且设置于扩散器内的大体上为圆形的空间中，并且扩散器包括相邻并围绕叶轮的多个微型蜗壳，多个扩散器通道，每个扩散器通道具有入口和排放口，以及收集蜗壳，每个扩散器通道的入口从叶轮的所关联的微型蜗壳切向延伸，并且收集蜗壳从扩散器通道的其中一个的排放口过渡，其它扩散器通道排放到收集蜗壳中，并且收集蜗壳结合有出口孔。

所附权利要求12-20中对本发明的第二个方面的优选和/或可选特征进行描述。

附图说明

为了更好地理解本发明并且更清楚地展示其如何付诸实施，现在通过示例的方式仅对附图进行参照，其中：

图1所示为根据本发明的包括二维扩散器和叶轮的切向流压缩机的第一实施例的透视图；

图2所示为用于切向流压缩机的扩散器，这种情况下是三维扩散器，的第二实施例的透视图；

图3所示为包括图2的扩散器和叶轮的压缩机的平面图；

图4所示为图3的压缩机的一部分的特写透视图；以及

图5所示为用于切向流压缩机的扩散器的第三实施例的透视图。

具体实施方式

首先参照图1，离心式压缩机通常以10指示。压缩机10包括主壳体12、叶轮14、盖板16、电机18、次级盖板20和出口组件22。

主壳体12提供用于压缩机10的扩散器，并且包括用于容纳叶轮14的大体上为圆形的空间24，围绕圆形空间24的多个扩散器叶片26，围绕叶片26的收集蜗壳28，以及出口孔30。外壁32围绕收集蜗壳，外壁32和盖板16包围扩散器的上述部件。

在使用中，叶轮14位于圆形空间24内，并且沿箭头A的方向由电机18驱动。

扩散器包括总共六个叶片26，并且叶片的布置是关于叶轮14的旋转轴线旋转对称的。也就是说，每个叶片26与下一个相同，并且叶片关于叶轮14的旋转轴线彼此角度改变。叶片26每个包括面向前方的壁34和面向后方的壁36。叶片的壁34，36均沿旋转方向A弯曲，并且形成不规则的像月牙状的叶片。

叶片限定扩散器通路38，每个扩散器通路38由一个叶片26的面向前方的壁34和相邻叶片26的面向后方的壁36界定。扩散器通路38沿旋转方向弯曲，并且随着它们向外移动，即远离叶轮，逐渐变宽。

收集蜗壳28由叶片26和内部壁40界定。收集蜗壳28从扩散器通路的其中一个38a过渡，并且剩余的扩散器通路38排放到扩散器圆周周围的收集蜗壳28中。扩散器通路38的曲率保证顺畅的排放到收集蜗壳中。随着收集蜗壳28从扩散器通路38a，通过其它扩散器，并且到出口孔30在扩散器圆周周围延伸，收集蜗壳28逐渐变宽。限定收集蜗壳28的外边界的内部壁40形状大体上呈螺旋形状。

叶片26还限定与叶轮14相邻的微型蜗壳42。微型蜗壳42过渡到扩散器通道38的入口。微型蜗壳42紧密耦接到叶轮14，也就是说，它们是狭窄的。换言之，在叶轮14和叶片26之间存在最小的无叶片空间。到扩散器通道38的入口大体上与叶轮相切，并且微型蜗壳42将流体引导到扩散器通道38中。

叶轮14包括高度前掠的轮叶44。每个轮叶在其尖端处大体上沿切向定向，并且从叶轮中出来的流体是沿大体上为切向的方向。连同紧密耦接的微型蜗壳42和前掠扩散器通道38，这允许在低流速和低轴转速下高效和稳定的运转。例如，该实施例可以在15,000rpm和20,000rpm之间运转，以获得在60,000rpm和100,000rpm之间运转的现有技术的压缩机的相似性能。

电机18或其它任何旋转驱动通过圆形空间24中心处的孔46被引入到主壳体中。电机18驱动叶轮。盖板16适配在主壳体12上，从而包围主壳体12内的叶轮14。盖板16通过螺丝被固定在壳体12的外壁32上。

盖板16包括其中心处的孔48。其中心处也具有孔50的次级盖板20适配在盖板16上并且形成进气口组件。在使用中，气体经由孔48，50被吸入到叶轮14中心处的压缩机中。气体经由叶轮被加速并且大体上沿切向被排出到扩散器中。然后，气体通过扩散器通道38和收集蜗壳28，在此处气体的速度减小，并且静压增加。静压增加的气体从出口孔30排出。

现在参照图2，用于压缩机的扩散器的第二实施例通常以100指示。扩散器在许多方面类似于图1的扩散器，并且包括具有用于容纳叶轮、多个扩散器叶片126、收集蜗壳128、出口130和外壁132大体上为圆形的空间124的两部分壳体112，113叶片。每个叶片126具有面向前方的壁134和面向后方的壁136，并且叶片126在一个叶片126的面向前方的壁134和相邻叶片的面向后方的壁136之间限定扩散器通道138。每个面向前方的壁134的一部分界定与叶轮相邻的微型蜗壳142。

在本实施例中，出口130通过是收集蜗壳128的延伸的出口沿切向将气体排出扩散器。

叶片126的壁134，136具有倒角边缘。因此，扩散器通道138在轴向-径向平面以及径向-切向平面中发散。换言之，这是一种三维扩散器。

在一侧上的扩散器的中心处提供孔146，并且在另一侧上的扩散器的中心处提供另一孔148。在使用中，电机或其它旋转驱动通过孔146驱动叶轮，并且孔148提供到压缩机的气体进气口。

图3所示为安装有叶轮114的扩散器100的一个半部的平面图。如上所述，叶轮具有高度前掠的轮叶144。

如图2所示，扩散器的两半部适配在彼此上以包围叶轮。它们可以根据特定的应用和特定扩散器的材料通过粘合剂、焊接、螺栓或任何其它合适的紧固进行接合。

图4所示为安装有叶轮114的扩散器100的特写透视图。叶轮114和叶片126之间的界面被示出。两个扩散器通道138的部分在图中示出，并且看到形成扩散器通道的其中一个138b的入口的微型蜗壳142。形成微型蜗壳的无叶片空间是狭窄的。

如在图中看到的，叶轮114的高度前掠轮叶144大体上沿切向从叶轮排出气体。然后，所排出的气体经由微型蜗壳142传递到扩散器通道138中。

图5所示为用于压缩机的三维扩散器的第三实施例200。本实施例在其工作部件方面大体上与第二实施例100相同，但是包括使之作为两件式注塑成型单元适合于生产的设计特点。注意，在图中，左边半部的内部和右边半部的外部是可见的。提供了用于将两个半部固定在一起的螺栓孔248。螺栓孔大体上位于每个叶片226的中央，以确保在每个叶片上形成良好的密封，从而减小从扩散器通道238的任何泄漏。

仅通过示例的方式提供上文所描述的实施例，在不脱离由本发明所附权利要求限定的范围的情况下，各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。尤其在每个实施例中所揭露的叶片的具体数量应被视为仅针对该工作示例。

Claims (22)

1.一种用于前掠切向流压缩机的扩散器，所述扩散器包括用于容纳压缩机叶轮的大体上为圆形的空间，相邻并围绕所述圆形空间的多个微型蜗壳，多个扩散器通道，每个扩散器通道具有入口和排放口，以及收集蜗壳，每个扩散器通道的所述入口从所述圆形空间的所关联的微型蜗壳切向延伸，并且所述收集蜗壳从所述扩散器通道的其中一个的所述排放口过渡，其它扩散器通道排放到所述收集蜗壳中，并且所述收集蜗壳结合有出口孔。

2.根据权利要求1所述的扩散器，其中提供多个叶片，每个叶片具有前面和后面，相邻叶片的所述前面和后面每个限定所述扩散器通道的其中一个，并且每个前面的一部分限定所述圆形空间和所述叶片之间的所述微型蜗壳的其中一个。

3.根据权利要求1或2所述的扩散器，其中每个微型蜗壳的宽度与每个扩散器通道的最小宽度大体上相同。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的扩散器，其中所述扩散器通道在切向-径向平面中发散。

5.根据权利要求4所述的扩散器，其中每个扩散器通道是弯曲的以在其入口处与所述微型蜗壳顺畅地会合并在其排放口处与所述收集蜗壳平滑地会合。

6.根据权利要求4或5所述的扩散器，其中所述扩散器通道还在轴向-径向平面中发散。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的扩散器，其中所述扩散器被制造成两个注射成型的半部。

8.根据权利要求7所述的扩散器，其中所述扩散器关于径向-切向平面被分成两个半部。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的扩散器，其中所述扩散器通道具有矩形横截面。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的扩散器，其中所述扩散器通道的壁具有倒角内部边缘。

11.一种前掠切向流压缩机，包括叶轮和扩散器，所述叶轮具有多个前掠转子轮叶并且设置于所述扩散器内的大体上为圆形的空间中，并且所述扩散器包括相邻并围绕所述叶轮的多个微型蜗壳，多个扩散器通道，每个扩散器通道具有入口和排放口，以及收集蜗壳，每个扩散器通道的所述入口从所述叶轮的所关联的微型蜗壳切向延伸，并且所述收集蜗壳从所述扩散器通道的其中一个的排放口过渡，其它扩散器通道排放到所述收集蜗壳中，以及所述收集蜗壳结合有出口孔。

12.根据权利要求11所述的压缩机，其中所述扩散器包括多个叶片，每个叶片具有前面和后面，相邻叶片的所述前面和后面每个限定所述扩散器通道的其中一个，并且每个前面的一部分限定所述叶轮和所述叶片之间的所述微型蜗壳的其中一个。

13.根据权利要求11或12所述的压缩机，其中每个微型蜗壳的宽度与每个扩散器通道的最小宽度大约相同。

14.根据权利要求11-13中的任一项所述的压缩机，其中所述扩散器通道在切向-径向平面中发散。

15.根据权利要求11-14中的任一项所述的压缩机，其中每个扩散器通道是弯曲的以在其入口处与所述微型蜗壳顺畅地会合并在其排放口处与所述收集蜗壳顺利会合。

16.根据权利要求14或15所述的压缩机，其中所述扩散器通道还在轴向-径向平面中发散。

17.根据权利要求11-16中的任一项所述的压缩机，其中所述扩散器被制造成两个注射成型的半部。

18.根据权利要求17所述的压缩机，其中所述扩散器关于径向-切向平面被分成两个半部。

19.根据权利要求11-18中的任一项所述的压缩机，其中所述扩散器通道具有矩形横截面。

20.根据权利要求11-19中的任一项所述的压缩机，其中所述扩散器通道的壁具有倒角内部边缘。

21.一种参照并如附图中的图1-5所图示的大体上如本申请所述的扩散器。

22.一种参照并如附图中的图1-5所图示的大体上如本申请所述的前掠切向流压缩机。