CN1071738A - 离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种离心压缩机，有一个带叶片的扩压器用于将 叶轮排出的流体的动能转化为压力能。静叶片具有 沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气 边。其弦长比每个静叶片的弦长短的辅助叶片具有 沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边， 并以这样方式配置在静叶片的径向向内位置上，使每 个辅助叶片的一个表面面对一个静叶片，该压缩机即 使在低的气流速率区间内也能够运行，而不会产生波 动和转动失速的缺点。

Description

本发明涉及一种要求提供高效率和宽广运行范围的离心压缩机。
一些离心压缩机具有这样一种结构，其中，许多个静叶片以相等间隔配置在围绕叶轮设置的扩压器的圆周上。静叶片之间的空间和扩压器边壁之间的空间相互配合，形成扩压器通道。在一个转动速度高而气流速率低的运行区间内，在静叶片负压表面上产生一个隔离区，因而不能获得足够的压力增大。这首先会造成所谓转动失速，在这种情况下隔离区沿圆周方向转动。当流动速率进一步减小时，波动现象产生。在低流动速率方面改变波动现象的一种技术形式包括提出一种离心压缩机，其中，在以相等间隔配置在扩压器上的静叶片之间的空间中，沿径向向内配置了辅助叶片，其中静叶片或辅助叶片具有进气边，这些进气边沿下游方向倾斜，偏离边板向着芯板延伸（例如日本专利未审查公布No.1-247798）。
但是，这样一种其中静叶片或辅助叶片的进气边沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的离心压缩机，其结构不足以在低流动速率区间中防止波动现象。其次，由于在压缩机的结构中，静叶片以相等间隔配置在围绕叶轮设置的扩压器圆周上，对防止转动失速并未给予足够的考虑。
本发明的目的是提供一种离心压缩机，它即使在低流动速率区间也能够不产生波动和转动失速而运行。
按照本发明，本发明提供一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个静叶片的弦长短，辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，辅助叶片以这样一种方式配置在静叶片的径向向内的位置上，使得每个辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
本发明也提供一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片不均匀地配置在扩压器中，并具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个静叶片的弦长短，辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边。辅助叶片以这样一种方式配置在静叶片的径向向内的位置上，使得每个辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
按照本发明，静叶片和辅助叶片两者都具有邻近边板的进气边，这些进气边设置的位置比常规的离心压缩机中的相应位置更接近叶轮。结果，沿接近切线方向流动的气流可以被强烈地沿静叶片方向引导。这有效地尽可能减小或防止产生逆流，从而即使在低的气流速率区间内也能防止波动。另外，辅助叶片与静叶片一起以变化的叶片间隔配置，以形成一个稀疏区和一个密集区，使得静叶片与辅助叶片一起不均匀地配置。结果，在通道的叶片间隔形成稀疏区的某些部分比起通道的叶片密集配置的其他部分来首先产生失速。这样，穿过失速已经发生的叶片间通道的气流速率降低而小于穿过失速尚未发生的叶片间通道的气流速率，从而提高穿过失速尚未发生的叶片间通道内第二部分中叶片间通道的气流速率，从而尽可能减小转动失速的发生。
图1是本发明第一实施例的截面图;
图2是扩压器部分的纵向截面图;
图3是表示静叶片和辅助叶片的配置的视图;
图4是本发明第二实施例的截面图;
图5是本发明第三实施例的截面图;
图6是本发明第四实施例的截面图;
图7是本发明第五实施例的截面图;
图8是本发明第六实施例的截面图;
图9是本发明第七实施例的截面图。
现在参考图1至图3说明本发明的第一实施例。图1表示一种按照本发明所述的离心压缩机沿叶轮转动轴方向截取的截面图。图2表示一个扩压器部分的纵向截面图。图3表示一个静叶片和一个辅助叶片的配置。参考这些附图，叶轮1和机壳5之间的空间限定一个扩压器的内部，扩压器用于将叶轮1排出的气流动能转变为压力。扩压器有许多个叶片。具体地说，静叶片2具有一个与静叶片延长部分3成整体的进气边。静叶片延伸部分3的高度等于或小于静叶片2的高度，它也有一个进气边，该进气边沿下游方向倾斜，偏离边板7向着芯板8延伸。一个辅助叶片4设置在一对相邻的静叶片2之间，其弦长和高度均小于每个静叶片2，辅助叶片4只有一个表面面向一个静叶片2。每个辅助叶片4具有一个进气边，该进气边沿下游方向倾斜，偏离边板7向着芯板8延伸。在一个涡卷形气流通道中（该通道可以是一个具有其宽度逐渐减小的螺旋形气流通道的涡卷，或者是一个具有恒定宽度的螺旋形气流通道的集气室），多个静叶片2和多个辅助叶片4是以这样一种方式配置的，使得叶片在机壳5的舌部6的附近（也就是在一个大体上对应于不多于整个圆周一半的区域内）是稀疏地配置的，而在非舌部6附近的区域内则是密集地配置的。在静叶片2与仅仅设置在气流通道的非舌部6附近的部分内（大体上对应于不多于整个圆周一半的区域内）的辅助叶片4相结合的情况下，防止转动失速的效果进一步增大。
在压缩机的运行气流速率高的状态下，从叶轮1排出的流体以大约等于由静叶片2、静叶片延伸部分3和辅助叶片4形成的进气角的角度流动。结果，气流的动能有效地转化为静叶片2之间的通道中的压力。在这个过程中，因为每个辅助叶片4只有一个表面面对相应的静叶片2，所以两相邻的一对静叶片2之间的通道的宽度并不由于辅助叶片4而变窄，从而保证气流的动能有效地转化成压力。
当压缩机的运行气流速率已经减小时，从叶轮1排出的流体并不以大体上等于由叶片2、3和4形成的进气角的角度流动，而是以偏离叶轮1的径向的角度流动。结果，气流具有一种强烈的倾向，并不沿着具有将气流动能转化为压力的强烈作用的静叶片2运动。这种倾向在边板7的边上是严重的。如果气流并不沿静叶片2运动，那末一部分气流形成逆流，造成失速，从而给动能转化为压力带来困难。这种失速也可能造成出现转动失速和波动之类的异常现象，这将使压缩机的运行变得困难。
按照本发明，静叶片延伸部分3引导在静叶片2的进气边处邻近边板7的边向着静叶片2的气流分量，而辅助叶片4引导在静叶片2的中间部分向着静叶片2的气流分量。因此，静叶片延伸部分3和辅助叶片4互相配合，强烈地引导邻近静叶片2的进气边向着静叶片的气流分量。以此种方式，失速的产生受到限制。于是，不容易发生诸如转动失速和波动之类的异常现象。因此，有可能在气流速率区间内扩大压缩机的运行范围。
为了在较低气流速率区间内扩大压缩机的运行范围，必须防止转动失速。转动失速是一种在比涉及波动的水平更高的气流速率水平上发生的现象。在转动现象中，失速发生在一部分静叶片2上，并沿圆周方向运动，产生大的噪声和振动，使压缩机的运行变得困难。在一台具有涡卷形气流通道的离心压缩机中，当气流速率较低时扩压器排气口的压力沿圆周方向是不均匀的。具体地说，压力在舌部6的附近是高的，而在对面部分是低的。因此，静叶片2在舌部6的附近比起静叶片2在对面部分来遇到失速的风险更大些。如果如图1所示的实施例中那样，邻近舌部6的第一组静叶片2的静叶片延伸部分3被除去的话，那末第一组静叶片2遇到失速的风险要高于对面部分的第二组静叶片2。利用这种结构，即使当舌部6附近的第一组静叶片2遇到失速时，对面部分的第二组静叶片2仍然不会遇到失速。结果，失速不会容易地沿圆周方向运动，从而限制了转动失速的出现。当不存在失速的圆周运动时，即使一部分静叶片2遇到失速，产生的噪声和振动水平不会显著增大。因此，压缩机在较低的气流速率时变成可以运行。
图4表示本发明的第二实施例，其中，面对一些在舌部6附近的静叶片2配置的一部分辅助叶片4被除去了。图5表示一种第三实施例，其中，一部分静叶片延伸部分3以及一部分辅助叶片4被除去了。第三实施例防止转动失速的效果比图1和图4所示的实施例要更大些。
图6至图8表示本发明的第四、第五和第六实施例，当位于扩压器下游的气流通道相对于轴对称时，这些实施例是适用的。在图6所示的实施例中，整个圆周上静叶片2的一部分静叶片延伸部分3被除去了。在图7所示的实施例中，整个圆周上静叶片2的一部分辅助叶片4被除去了。在图8所示的实施例中，整个圆周上一部分静叶片延伸部分3和一部分辅助叶片4都被除去了。
图9表示一种实施例，它适用于防止波动，也适用于减少径向推力，同时保证气流通道相对于轴的对称性。

Claims (11)

1、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边；多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个静叶片的弦长短，辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，上述辅助叶片以这样一种方式配置在静叶片的径向向内的位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
2、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，上述离心压缩机包括：静叶片均匀地配置在上述扩压器中，并具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个上述静叶片的弦长短，辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，上述辅助叶片以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内的位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
3、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片均匀地配置在上述扩压器中，上述静叶片包括第一组静叶片和第二组静叶片，第一组静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，第二组静叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组静叶片以混合方式配置;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个上述静叶片的弦长短，辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，上述辅助叶片以这样一种方式沿上述静叶片的径向向内方向设置，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
4、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片均匀地配置在上述扩压器中，上述静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个上述静叶片的弦长短，辅助叶片包括第一组辅助叶片和第二组辅助叶片，第一组辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，第二组辅助叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组辅助叶片以混合方式并以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
5、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片均匀地配置在上述扩压器中，上述静叶片包括第一组静叶片和第二组静叶片，第一组静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，第二组静叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组静叶片以混合方式配置;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个上述静叶片的弦长短，辅助叶片包括第一组辅助叶片和第二组辅助叶片，第一组辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，第二组辅助叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组辅助叶片以混合方式并以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
6、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片不均匀地配置在上述扩压器中，并具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边;多个辅助叶片，每个辅助叶片其弦长比每个上述静叶片的弦长短，并具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，辅助叶片以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
7、一种如权利要求6所述的离心压缩机，其特征是，上述静叶片和上述辅助叶片以这样一种方式配置，使得上述叶片在蜗卷形气流通道的舌部附近是稀疏的，而在上述通道的远离上述舌部的部分是密集的。
8、一种如权利要求7所述的离心压缩机，其特征是，上述舌部的附近是一个包括上述舌部并对应于不大于整个圆周一半的区域。
9、一种离心压缩机，它包括：装有叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片不均匀地配置在上述扩压器中，并包括第一组静叶片和第二组静叶片，第一组静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，第二组静叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组静叶片以混合方式配置;多个辅助叶片，每个辅助叶片其弦长比每个上述静叶片短，并具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，辅助叶片以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内的位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
10、一种离心压缩机，它包括：一台装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片不均匀地配置在上述扩压器中，上述静叶片包括第一组静叶片和第二组静叶片，第一组静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，第二组静叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组静叶片以混合方式配置;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个上述静叶片的弦长短，辅助叶片包括第一组辅助叶片和第二组辅助叶片，第一组辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，第二组辅助叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组辅助叶片以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内的位置上，使得上述每一个辅助叶片的一个表面面对上述静叶片。
11、一种离心压缩机，它包括：一个装有静叶片的扩压器，用于将叶轮排出的流体的动能转化为压力能，其中，静叶片不均匀地配置在上述扩压器中，并包括第一组静叶片和第二组静叶片，第一组静叶片具有沿下游方向倾斜而偏离边板向着芯板延伸的进气边，第二组静叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组静叶片以混合方式配置;多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个上述静叶片的弦长短，辅助叶片包括第一组辅助叶片和第二组辅助叶片，第一组辅助叶片具有沿下游方向倾斜而偏离上述边板向着上述芯板延伸的进气边，第二组辅助叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，上述第一和第二组辅助叶片以混合方式并以这样一种方式配置在上述静叶片的径向向内的位置上，使得每个上述辅助叶片的一个表面面对一个静叶片。
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