CN1074095C - 离心流体机械 - Google Patents

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Abstract

一种离心流体机械，包括在壳体1内绕转动轴2转动的叶轮3和固定到壳体上的带叶片扩压器4或蜗壳 12；其中使叶轮3的叶片后缘半径和扩压器4的叶片前缘半径沿转动轴方向变化，使叶轮3的叶片后缘和扩压器4的叶片前缘或蜗旋舌在子午平面上的倾斜取向相同，从而尽可能抑制压头和效率的减小或轴向推力的出现，以便最佳地减小离心流体机械的噪声和压力脉动。

Description

离心流体机械
本发明涉及诸如泵或压缩机之类的离心流体机械，更具体地说，涉及其中噪声和压力脉动可以适当减小的离心流体机械。
由于叶片的厚度和在叶片之间出现的副流动或边界层，在叶轮叶片的后缘处会出现周缘方向不均匀的流动分布。这种不均匀的脉动流动干扰扩压器叶片的前缘或蜗旋舌，导致周期性的压力脉动并引起噪声。在某些情况下，这种压力脉动使扩压器振动，而且经装配部分使壳体或其壳体外部振动，进而使振动传播到泵周围的空气中而产生噪声。
在如在Zulzer Technical Review 62卷第1号(1980)第24-26页中公开的离心泵中，借助于改变叶轮叶片后缘的半径或在转动轴方向上改变叶片后缘的周边位置而降低噪声。此外，在如日本专利公开出版物No.51-91006中公开的一种电风扇中，压力增加部分和噪声减小部分(噪声小部分是蜗旋舌的周边位置在转动轴方向变化处的部分)形成在蜗壳壳体的蜗壳壁上，并且使噪声减小部分的周边距离大致等于叶轮中互邻的叶片后缘之间的周边距离，因而来自叶轮的流动不会全部马上碰撞蜗旋舌。以这种方式，在流动与蜗旋舌之间的干扰中出现转动轴方向的相移，由此减轻周期性的压力脉动以导致噪声的减小。
在上述的现有技术中，却存在着这样的问题：当叶轮叶片后缘的半径沿转动轴方向变化时，由于在叶轮叶片后缘的半径与扩压器叶片前缘的半径或蜗旋舌的半径之间的比率沿转动轴方向被改变的事实，其压头(head)或效率也被降低。此外，当与叶轮叶片后缘半径沿转动轴方向受到改变事实相关联地使叶轮主罩与前罩的外半径互不相同时，由于在转动轴方向上主罩的和前罩的投射面积之间不同，会出现一种轴向推力。在叶轮叶片后缘的周边位置沿转动轴方向变化的情况下，虽然在叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘或蜗旋舌之间的周边距离是变化的，但这种变化量尚未得到优化。在蜗旋舌的舌的周边位置沿转动轴方向是变化的且这一变化量大致等于互邻叶轮叶片的后缘之间的周边距离的情况下，在蜗壳壳体中用于实现压力恢复的部分变短，那么在此便不能获得足够的压力恢复。
本发明的一个目的在于，提供一种离心流体机械，其中在减小噪声和压力脉动的同时控制压头和效率的降低或轴向推力的出现。
在扩散器泵的情况下，上述目的可以这样得以实现，使叶轮叶片的后缘半径和扩压器叶片的前缘半径沿转动轴方向单调增大或减小，并且在叶轮后缘和扩压器前缘的子午平面上的倾斜取向相同。
或者，也可以这样来实现，使叶轮叶片后缘在沿转动轴方向的中心处的半径大于沿转动轴方向两端处的半径，而使扩压器叶片前缘在中心处沿转动轴方向的半径大于沿转动轴方向两端处的半径。
或者，还可以这样来实现，使叶轮叶片后缘在沿转动轴方向中心处的半径小于沿转动轴方向两端处的半径，而使扩压器叶片前缘在沿转动方向中心处的半径小于沿转动方向两端处的半径。
或者，也可以这样来实现，使叶轮叶片的后缘半径和扩压器叶片的前缘半径沿转动轴方向是变化的，而使叶轮叶片的的后缘半径与扩压器叶片的前缘半径之间的比率沿转动轴方向为常数。
或者，还可以这样来实现，使叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘之间的周边距离沿转动轴方向变化，并使叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘之间的周边距离的最大值与最小值之差等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离或者等于整数等分该周边距离而得到的一部分。
或者，也可以这样来实现，当扩压器叶片的前缘和叶轮叶片的后缘被投影到扩压器前缘的圆柱形展开面上时，使叶片的前缘与后缘在圆柱形展开面上相互垂直。
在蜗壳泵的情况下，上述目的可以这样来实现：使叶轮叶片的后缘半径和蜗壳壳体的蜗旋舌的半径沿转动轴方向单调增大或减小，并且使在叶轮叶片后缘和蜗旋舌的子午平面上的倾斜被设置为相同的取向。
或者，也可以这样来实现，使叶轮叶片的后缘在沿转动轴方向中心处的半径大于沿转动轴方向两端处的半径，而使蜗壳壳体的蜗旋舌在沿转动轴方向中心处的半径大于沿转动轴方向两端处的半径。
或者，还可以这样来实现，使叶轮叶片后缘在沿转动轴方向中心处的半径小于沿转动轴方向两端处的半径，而使蜗壳壳体中的蜗旋舌在沿转动轴方向中心处的半径小于沿转动轴方向两端处的半径。
或者，亦可以这样来实现，使叶轮叶片的后缘半径和蜗壳壳体的蜗旋舌半径沿转动轴方向变化，而使叶轮叶片的后缘半径与蜗旋舌的半径之间的比率沿转动轴方向为常数。
或者，也可以这样来实现，使叶轮叶片后缘的周边位置沿转动轴方向变化，而使叶轮叶片后缘与蜗旋舌之间的周边距离的最大值与最小值之差等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离或者等于整数等分该周边距离而得到的部分。
或者，还可以这样来实现，当蜗壳壳体的蜗旋舌和叶轮叶片的后缘被投影到蜗旋舌的圆柱形展开面上时，使蜗旋舌与叶片的后缘在圆柱形展开面上相互垂直。
在多级离心流体机械的情况下，上述目的可以这样实现：对于分别由主罩、前罩和一些叶片构成的各级叶轮的至少两个叶轮，使叶片的后缘半径沿转动轴方向是变化的，并将主罩和前罩制成不同的半径；其主罩和前罩形成不同半径的叶轮中，使至少一个叶轮的主罩外半径大于其前罩的外半径并使其余叶轮的主罩外半径小于其前罩的外半径。
或者，还可以这样来实现，对于分别由主罩、前罩和叶片构成的各级叶轮的偶数叶轮，使叶片的后缘半径沿转动轴方向是变化的并将主罩和前罩制成不同的半径；其主罩和前罩形成不同半径的叶轮中，使一半数目的叶轮前板外半径大于其前罩的外半径并使其余另一半的叶轮的前板外半径小于其前罩的外半径。
图1是表示本发明的一个实施例的一个扩压器泵的剖视轴测图。
图2是表示本发明的一个实施例的一个扩压器的剖视图。
图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ面取出的详细主视剖视图。
图4是通过把叶轮叶片的后缘和扩压器叶片的前缘投射到图3的A-A圆柱部分上而获得的展开图。
图5是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图6是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图7是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图8是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图9是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图10是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图11是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图12是表示本发明一个实施例的扩压器泵的剖视图。
图13是表示本发明实施例的沿图12的ⅩⅢ-ⅩⅢ面取出的详细主视剖视图。
图14是通过把叶轮叶片的后缘和扩压器叶片的前缘投射到图13的A-A圆柱形部分上获得的展开图。
图15是把叶轮叶片的后缘和扩压器叶片的前缘投射到图13的A-A圆柱形部分上获得的另一实施例的展开图。
图16是表示本发明一个实施例的蜗壳泵的剖视轴测图。
图17是表示本发明一个实施例的蜗壳泵的详细主视剖视图。
图18是表示本发明一个实施例的蜗壳泵的详细主视剖视图。
图19是表示本发明一个实施例的蜗壳泵的详细主视剖视图。
图20是表示本发明一个实施例的筒型多级扩压器泵的剖视图。
图21是表示本发明一个实施例的、具有水平可分型内壳体的多级蜗壳泵的剖视图。
图22是表示本发明一个实施例的分级型多级泵的剖视图。
图23是表示本发明一个实施例的水平可分型多级离心压缩机的剖视图。
图24表示本发明一个实施例的筒型单级泵。
图25表示本发明一个实施例的多级混合流动泵的剖视图。
图26表示在叶轮出口处的流动分布。
图27表示泵噪声和压力波动的频谱。
图28表示采用本发明的泵的噪声和压力波动频谱。
图29表示了在叶轮叶片的压力面与负压面之间的压力差作用的方向。
图30表示了根据本发明在叶轮叶片的压力面与负压面之间的压力差作用的方向。
现在将通过图1描述本发明的一个实施例。叶轮3绕壳体1内的转动轴2转动，而扩压器4被固定到壳体1上。叶轮3具有多个叶片5而扩压器4具有多个叶片6，其中叶轮3的叶片5的后缘7和扩压器4的叶片6的前缘8被如此地形成，使得它们的半径分别沿转动轴变化。图2表示图1中所示的一对叶轮和扩压器在子午平面上的形状。叶轮3的叶片后缘7在朝向主罩9a的一侧7a处具有其最大半径，而在朝向前罩9b的一侧7b处具有其最小半径。扩压器4的叶片前缘8在子午平面上也以与叶轮3的叶片后缘7相同的取向倾斜，且在朝向主罩9a的一侧8a处具有其最大半径，而在朝向前罩9b的一侧8b处具有其最小半径。图3详细表示了沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的截面的叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8的附近的情况。叶轮叶片5和扩压器叶片6具有三维的形状，即，叶片的周边位置沿转动轴的方向是变化的，并且叶轮叶片后缘7的半径和扩压器叶片前缘8的半径沿转动轴的方向是变化的，以便沿转动轴的方向改变叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8的周边位置。在图4的叶轮叶片后缘7与扩压器叶片前缘8之间沿周边方向的相对位置示于图4之中。图4是把叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8被投影到扩压器叶片前缘的圆柱形展开面上获得的。换句话说，在图3中，从转动轴的中心看到的叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8被投影到圆柱形横截面A-A上并被展开成一个平面。这是因为在涡轮流体机械中，当沿流动方向观察时，叶片取向在一个转动的叶轮和一个静止的扩压器之间是相反的。通过在子午平面上以相同的取向提供扩压器叶片前缘8和叶轮叶片后缘7的倾斜，在叶轮叶片后缘7与扩压器叶片前缘8之间的周边位置中就出现移动。由于在周边方向上的这一移动，从叶轮叶片后缘7流出的脉动流动以一相移来碰撞扩压器叶片前缘8，从而减轻压力脉动。此外，如果扩压器4通过一装配部分10被固定到壳体1上，如图5中所示，则由压力脉动振动的扩压器4的振动便经过装配部分10而传播到壳体1并振动周围的空气而引起噪声；因此，当根据本发明减轻作用在扩压器叶片前缘8上的压力脉动时，噪声得到减小。
在图2中所示的实施例中，在子午平面上叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8的形状为一条直线。然而，一般地，只要叶轮叶片后缘7的半径和扩压器叶片前缘8的半径沿转动轴方向单调增大或减少且在子午平面上叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8的倾斜以相同的取向倾斜就足够了。此外，也可以这样，如图7或图8中所示，使叶轮叶片后缘7在中心7c处沿转动轴方向的半径大于或小于在两端7a、7b处沿转动轴方向的半径，且使扩压器叶片前缘8在沿转动轴方向8c处的半径大于或小于沿转动轴方向两端8a、8b处的半径。
此外，在图2中所示的本实施例中，不要求叶轮3的主罩9a和前罩9b的外直径相互一致，如图9中所示，且也不要求扩压器的前罩11a、11b的内直径相互一致。通过这种方式的构造，在叶轮叶片后缘7与扩压器叶片前缘8之间的半径比率可以具有传统的结构，从而由于扩压器叶片前缘的半径与叶轮叶片后缘的半径之比增大造成的诸如压头或效率等性能方面的下降不会发生。更好的是，如图10中所示，通过使叶轮3的主罩9a的外直径小于前罩9b的外直径，可以使叶轮的叶片长度从主罩9a一侧到前罩9b一侧是均匀的，从而，沿转动轴方向在高压侧的主罩9a的投射面积相对于在低压侧上前罩9b的投射面积可以减少，从而减小其轴向推力。
此外，如图3中所示，扩压器叶片前缘8的最外周边部分8a的半径Ra与叶轮叶片后缘7的最外周边部分7a的半径ra之比(Ra/ra)被设置得相同于扩压器叶片前缘8的最内周边部分8b的半径Rb与叶轮叶片后缘7的最内周边部分7b的半径rb之比(Rb/rb)，且使叶轮叶片后缘的半径与扩压器叶片前缘的半径之比沿轴向为常数，因此可以将性能的降低控制到最小。
如图2、3、5、9和10所示，当沿转动轴上叶轮后缘半径与扩压器叶片前缘半径间之比为常数时，便可获得用于一个小流量区域的有效特性。此外，图11详细表示其中叶轮叶片5和扩压器叶片6为两维设计的情况。在图11中，叶片5和6为两维成形，即，叶片的周边位置沿转动轴方向上不变；然而，通过沿转动轴方向改变叶轮叶片后缘7的半径和扩压器叶片前缘8的半径，使叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8的周边位置沿转动轴方向被改变。由于这个原因，脉动流动以一种相移碰撞扩压器，从而减小了振动扩压器的力，进而降低噪声。特别是通过把叶片制成一种两维的形状，使其得压制钢板的扩压连接和形成变得更容易，并且叶片的可加工性、精度和强度可以得以改善。
如图2或5中所示的本发明可以用于离心泵或离心压缩机，而不论它是单级型的或是多级型的。
现在将通过图12描述本发明的另一实施例。一个叶轮3绕壳体1中的转动轴2转动，而扩压器4被固定到壳体1上。叶轮3具有多个叶片5而扩压器4具有多个叶片6，其中形成了叶轮3的叶片5的后缘7和扩压器4的叶片6的前缘8，使得它们的半径沿转动轴方向为常数。图13详细表示沿图12的横截面ⅩⅢ-ⅩⅢ的叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8的的邻近的情况。叶轮叶片5和扩压器叶片6为三维形状，即，叶片的周边位置沿转动轴方向是变化的。图13的叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8在周边方向的有关位置出于图14之中。图14是通过把叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8投影在扩压器叶片前缘的圆柱形展开面上获得的。换句话说，从图13中的转动轴中心看到的叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8被投影到圆柱形截面A-A上并展开成一个平面。如在图14中所示，使在叶轮叶片后缘7与扩压器叶片前缘8之间的周边距离的最大值l1与最小值l2之差(l1-l2)等于在叶轮中互邻的叶片后缘之间的周边距离l3。由于一个波长的脉动流动发生在叶轮中互邻叶片后缘之间，所以碰撞扩压器叶片前缘8的脉动流动的相位沿转动轴准确地对应于一个波长而被移动；因此，由此产生的脉动和振动力而作用在扩压器叶片前缘8上的压力脉动在轴向求和时被消除。如图13中所示的本发明可以适用于离心泵或离心压缩机，而不论它是单级型的或者是多级型的。
或者，通过把(l1-l2)设定为把l3分成“n”(整数)个相同部分而得到的一部分，撞击扩压器叶片前缘8的脉动流动相位便沿轴向准确地对应于“n”次高次谐波的一个波长而被移动，从而由于波动的“n”次高次谐波分量而作用在扩散器叶片前缘8上的振动力，在轴向求和时被消除。特别地，在多级流体机械或具有铠装型壳体的流体机械中，振动经诸级之间或在内外壳体之间的装配部分传播，使得因上述压力脉动的一次或“n”次主频率而产生的振动力成为噪声的主要原因；因此，它对于减小噪声设计是重要的，它使得由于脉动流动而产生的振动力的、成为噪声原因的特定高量级频率分量被消除掉。
此外，如在图15中所示，其中扩压器叶片前缘和叶轮叶片后缘被投影到扩压器叶片前缘的圆柱形展开面上，通过把叶轮叶片后缘7与扩压器叶片前缘8设置得在圆柱形展开面上相互垂直，由于在叶轮叶片的压力面与负压面之间的压力差而产生的力的方向变得平行于扩压器叶片前缘，借此由于这种压力差而产生的振动力便不会作用到扩压器叶片上并可以减小噪声。在扩压器进口处噪声和压力波动的频谱在图28中表示。在图28所示的情形中，图15中所示的实施例被用到一个离心泵上。这个泵具有这样数目叶片的组合，以致于4NZ和5NZ的振动频率为主要的；在图27中所示传统泵的情况下，噪声也主要在4NZ、5NZ的频率分量处。在采用本发明的泵中，就在图28中所示的压力波动而论，主要的4NZ、5NZ频率分量被消除，结果4NZ、5NZ频率分量在噪声中也被显著地减小从而大大地降低噪声。
通过图15的实施例表示的本发明，可以用来减小在扩压器部分与壳体之间或在内壳体与外壳体之间具有装配部分的单级或多级离心泵或离心压缩机中的噪声。
应该注意，图14和图15的实施例也可以通过沿转动轴方向改变叶轮叶片后缘的半径和扩压器叶片前缘的半径来实现，如图2中所示。换句话说，这些对应于在图4中所示的实施例的那些特定情形。
用于在静止流道上具有一扩压器的离心流体机械的上述发明，对于在静止流道上具有一蜗壳的离心流体机械也是有效的。图16表示其中本发明用于蜗壳泵的实施例。参照图16，在壳体1中叶轮3与转动轴2一起转动，而蜗壳12被固定到壳体1上。叶轮3具有多个叶片5而蜗壳12具有一蜗旋舌13，其中叶轮3的叶片后缘7的半径和蜗旋舌13的半径分别沿转动轴的方向是变化的。图17是在图16中表示的叶轮和蜗壳的详细主视剖视图。此外，图18表示其中叶轮叶片5和蜗旋舌13以一种两维形状设计的情形。参照图17和18，叶轮叶片后缘的最外周边部分是7a而其最内周边部分是7b；蜗旋舌13的最外周边部分是13a而其最内周边部分是13b。类似于扩压器的情形，通过沿转动轴方向改变叶轮叶片后缘7的半径和蜗旋舌13的半径，使叶轮叶片后缘7和蜗旋舌13的周边位置沿转动轴方向变化。在如在图19中所示的实施例中，使叶轮叶片后缘7的半径和蜗旋舌13的半径沿转动轴方向上为常数且使叶轮叶片后缘7和蜗旋舌13的周边位置在转动轴方向变化。
上述的本发明可以用于具有在壳体内绕转动轴转动的叶轮和固定到壳体上的装叶片的扩压器或蜗壳的流体机械；图20是用于一种筒型多级扩压器泵的实施例；图21是用于具有水平可分型内壳的多级泵的实施例；图22是用于分级型多级泵的实施例；图23是用于水平可分型多级离心压缩机的实施例；而图24是用于筒型单级泵的实施例。此外，本发明不仅可以用于离心型而且也可以用于混合流动型。图25表示用于多级混合流动泵的实施例。
此外，对于使用多级流体机械的情形，重要的是明白如何对每一级设定在叶轮后缘7的子午平面上的倾斜度。其原因是：如图9中所示，当叶轮主罩9a和前罩9b的外半径及扩压器的前罩11a、11b的内半径分别不同时，而可以使叶轮和扩压器的半径比率变得较小，以控制性能方面的降低，两个前罩沿转动轴方向的投射面积不同于传统技术且由于这些面积的不同存在有轴向推力问题。在图20的实施例中，在所有级处叶轮主罩9a的外半径小于前罩9b的外半径。以这种方式，使叶轮的叶片长度从主罩9a一侧到前罩9b一侧是一致的，且使高压侧主罩9a沿转动轴方向的投影面积相对于低压侧前罩9b的投影面积较小，因此减小轴向推力。在图21和22的实施例中，通过反向在诸级的第一半与诸级的第二半之间的叶轮叶片后缘的子午平面上的倾斜度，可以使由于主罩和前罩的投射面积差引起的轴向推力被消除。在图23的实施例中，叶轮叶片后缘在子午平面上的倾斜度在互邻的诸级之间被反向，使得由于主罩和前罩的投影面积差产生的轴向推力可以被消除。
现在将更详细地描述上述实施例的操作。
在叶轮出口处的流动W2形成一个流动分布，由于叶片5的厚度及在叶片之间的副流动和边界层，该流动分布在周边方向是不均匀的，如图26中所示。这种不均匀的脉动流动干扰扩压器叶片前缘或蜗旋舌而产生引起噪声的周期性压力脉动。在另一些情况下，这种压力脉动振动扩压器，并经过装配部分进一步振动壳体或其外壳体的外部，从而将振动传播到泵周围的空气中而引起噪声。
在离心泵扩压器进口处噪声和压力脉动的频谱表示在图27中。脉动流动的频率是叶轮的转动速度N与叶轮叶片的数量Z的乘积N×Z，在水平轴上的频率通过N×Z变成无量纲的。压力脉动不仅在N×Z的基础频率分量处是主要的而且在其较高次谐波分量处也是主要的。这是因为在叶轮出口处的流动分布不是正弦波而是杂散的。噪声在N×Z的基础频率分量的特定较高次谐波分量处是主要的，而噪声在上述压力脉动的所有主频率分量处不一定都是主要的。这是因为，如在日本未审专利申请公开物第No.60-50299中公开的那样，当脉动流动振动扩压器叶片时，由于叶轮和扩压器的叶片的数量的组合，存在着一些对其说来作为整个扩压器振动力被消除的频率，也存着一些对于其来说振动力未被消除的频率。特别地，振动通过在多级流体机械或铠装式壳体流体机械的诸级之间或在内外壳体之间的，或者，在单级情况下，在扩压器与壳体之间的装配部分传递，从而由上述主频率产生的振动力是产生噪声的主要原因。在图27中表示测量结果的离心泵由振动频率在4NZ和5NZ处是主要的叶片数量的组合构成，噪声在4NZ、5NZ的频率分量处也是主要的。
具体地说，当不均匀的脉动流动以相同的相位在转动轴方向碰撞扩压器叶片前缘或蜗旋舌的各自位置时，振动力被增大。因此，借助于在扩压器叶片前缘或蜗旋舌上形成倾斜或借助于在叶轮叶片后缘上形成倾斜，通过移动到达扩压器叶片前缘或蜗旋舌的脉动流动的相位，可以使压力脉动和振动力减小以降低噪声。
如在图2的轴向剖视图和表示扩压器泵的叶轮和扩压器的图11的主视图中，及在表示蜗壳泵的图18的主视图中所示的，叶轮叶片后缘7的半径、扩压器叶片前缘8的半径和蜗旋舌13的半径沿转动轴方向是变化的；因此，叶轮叶片后缘、扩压器叶片前缘和蜗旋舌的周边位置沿转动轴方向也都是变化的。特别地，在涡轮流体机械中，当沿流动方向观察时，叶片取向在一个转动的叶轮与一个静止的扩压器之间是相反的，相应地，如图2中所示，叶轮叶片后缘，扩压器叶片前缘和蜗旋舌的半径一律沿转动轴方向被增大或减小的，并且叶轮叶片后缘、扩压器叶片前缘和蜗旋舌以相同的取向在子午平面上倾斜；因此，如图4和14中所示，其中叶轮叶片后缘和扩压器叶片前缘或蜗旋舌被投射到扩压器叶片前缘部分或蜗旋舌的圆柱形展开面上，在叶轮叶片后缘7与扩压器叶片前缘8或蜗旋舌13之间的周边位置中出现移动。因此，在叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘或蜗旋舌之间的周边距离沿转动轴方向是变化的，借此从叶轮叶片后缘流出的波动流动以相移碰撞扩压器叶片前缘或蜗旋舌以便消除压力脉动。为此，作用在壳体上的振动力被减小并且噪声也被降低。应该注意，在转动轴方向上叶轮叶片后缘半径、扩散器叶片前缘半径和蜗旋舌半径的变化不限于一律增大或减小，并且类似的噪声降低效果可以通过以不同方法对他们进行改变来获得。
本发明可以用于扩压器叶片、蜗旋舌和叶轮叶片为两维形状的情形，即被如此地设计，使得叶片的周边位置沿转动轴方向不变(图11)；本发明还可以用于将他们制成三维形状的情形，即被如此地设计，使得叶片的周边位置沿转动轴方向是变化的(图3)。特别是，由于在叶片为两维形状的情况下噪声的减小是可能的，所以压制钢板的扩散连接和成形比较容易，并且使叶片和蜗壳的制造精度得到改善。此外，由于在子午平面上的倾斜取向相同，所以叶轮叶片后缘的半径与扩压器叶片前缘的半径或蜗旋舌的半径之比沿转动轴方向变化不大，因此性能方面上的降低很少。换句话说，由于增大半径比而产生的压力损失可以得到减小以便控制压头和效率的下降。此外，通过把叶轮叶片后缘的半径与扩压器叶片前缘的半径或蜗旋舌的半径沿转动轴方向之比设定为常数，可以将性能之下降控制到最小。
现在将通过图14描述本发明的其他效果。在图14中，从叶轮和扩压器的主视剖视图(图13)中的转动轴中心看到的叶轮叶片后缘7和扩压器叶片前缘8被投射到圆柱形部分A-A上，并被展开成一个平面。在叶轮叶片后缘7与扩散器叶片前缘8或蜗旋舌13之间的周边距离沿转动轴方向这样变化，以致于在叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘或蜗旋舌之间的周边距离最大值l1与最小值l2之差(l1-l2)等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离l3。由于对应于一个波长的脉动流动产生在叶轮中互邻叶片后缘之间，所以碰撞扩压器叶片前缘或蜗旋舌的相位被准确地移动一个波长，使得由于脉动而作用在扩压器叶片前缘或蜗旋舌上的压力脉动和振动力在沿转动轴方向求和时被消除。
然而，相当大的倾斜是必要的以便使上述的(l1-l2)等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离l3。如上所述，当在叶轮出口处的脉动流动振动扩压器叶片前缘或蜗旋舌时，只有NZ频率分量的特定较高次谐波分量是主要的并且是扩压器或蜗壳振动的原因，这取决于叶轮叶片数量与扩压器叶片数量或蜗旋舌数量的组合。因此，如果使在叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘或蜗旋舌之间的周边距离的最大值l1与最小值l2之差(l1-l2)等于将在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离等分为“n”(整数)个部分中的一份，则碰撞扩压器叶片前缘或蜗旋舌的脉动流动的相位沿转动轴方向准确地对应于“n”次较高谐波的一个波长而被移动，使得由于脉动的“n”次较高谐波分量而作用在扩压器叶片前缘或蜗旋舌上的振动力在沿转动轴方向求和时被消除。特别是在多级流体机械或铠装型壳体流体机械中，振动经过在诸级之间或内外壳体之间的装配部分传递，因而由于上述主频率而产生的振动力成为产生噪声的主要原因；所以，对于噪声的减少来说重要的是以这样方式设计的，使得由于脉动流动而产生的振动力、产生噪声的特定高量级频率分量被消除。
上述效果也可以这样获得，将叶轮叶片后缘和扩压器叶片前缘或蜗旋舌制成三维形状，并且，如图13中所示，在叶轮叶片后缘和扩压器叶片前缘或蜗旋舌各自的半径沿转动轴方向固定的同时，仅使其周边位置发生变化。换句话说，如果使在叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘或蜗旋舌之间的周边距离的最大值l1与最小值l2之差(l1-l2)等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离l3，或等于其“n”(整数)个等分部分中的一份，则作用在扩压器叶片前缘上或在蜗旋舌上的一次或“n”次谐波振动力在沿轴向求和时被消除。
此外，当扩压器叶片前缘或蜗旋舌和叶轮叶片后缘被投影到扩压器叶片前缘或蜗旋舌的圆柱展开面上时，通过把扩压器叶片前缘或蜗旋舌和叶轮叶片后缘设置成在上述的圆柱展开面上相互垂直，能够减小由作用在扩压器叶片前缘或蜗旋舌上的压力脉动而产生的振动力。换言之，如图29中所示，由于在叶轮叶片的压力面p与负压面s之间的压力差而产生的力F的垂直于扩压器叶片前缘或蜗旋舌的分量F1作为一个振动力作用在扩压器叶片或蜗旋舌上。具体地，叶轮叶片后缘随着叶轮的转动，如图中用1-5所指示的那样被替换，因此，力F1周期性地作用在扩压器叶片上或作用在蜗旋舌上。因而，如果，如图30中所示，叶轮叶片后缘与扩散器叶片前缘或蜗旋舌被设置得相互垂直，则由于在叶轮叶片的压力面p与负压面s之间的压力差而产生的力F的方向变为平行于扩压器叶片前缘或蜗旋舌，使得振动力不会作用在扩压器叶片上，也不会作用在蜗旋舌上。
在该情况下，其中，如图9中所示，使叶轮主罩9a的外直径大于前罩9b的外直径，并且扩压器的两个对应前罩的内直径分别根据叶轮的主罩和前罩的外直径而变化，而可以使叶轮与扩压器的半径比率较小，以便控制性能的下降，由于主罩与前罩在转动轴方向的投影面积相互不同这一事实，便会出现轴向推力问题。所以，在具有多级的情况下，除了沿转动轴方向改变叶轮叶片后缘的半径之外，还对于至少两个叶轮把主罩和前罩的外直径制成不同的；并且，对于这些主罩和前罩外直径制成互不相同的叶轮，对于至少一个叶轮而言，使主罩的外直径大于前罩的外直径，而对于其余叶轮而言，则使主罩的外直径小于前罩的外直径；因此，能够减小由于主罩和前罩在沿转动轴方向的投影面积不同而出现的轴向推力。
如已经描述的那样，根据本发明，离心流体机械的噪声和压力脉动可以得到最佳的降低，同时尽可能地抑制压头和效率的降低或出现轴向推力的可能性。

Claims (9)

1．一种离心式流体机械包括：
一个壳体；
一个在所述壳体内的转动轴，所述转动轴具有纵向延伸的转动轴；
多个固定到所述转动轴的叶轮叶片；以及
多个固定到所述壳体的扩压器叶片，所述多个扩压器叶片在至少一个级中与所述多个叶轮叶片配合，在每个所述至少一个级中每个叶轮叶片的后缘绕转动轴转动并且通过每个扩压器叶片的前缘，在每个所述至少一个级中靠近所述后缘的所述叶轮叶片端部以及靠近所述前缘的所述扩压器叶片的开始部分被提供在沿与转动轴垂直的径向延伸的液流通道中；
其中，在每个级中，所述叶轮叶片后缘和所述扩压器叶片前缘的半径在沿转动轴的方向上单调变化，使得所述叶轮叶片后缘和所述扩压器叶片前缘在子午平面上沿相同取向倾斜。
2．一种离心式流体机械包括：
一个蜗壳壳体；
一个在所述蜗壳壳体内的转动轴，所述转动轴具有纵向延伸的转动轴；
多个固定到所述转动轴的叶轮叶片；以及
至少一个固定到所述蜗壳壳体的蜗旋舌，所述蜗旋舌在至少一个级中与所述多个叶轮叶片配合，在每个所述至少一个级中每个叶轮叶片的后缘绕转动轴转动并且通过蜗旋舌的前缘，在每个所述至少一个级中靠近所述后缘的所述叶轮叶片端部以及所述蜗旋舌的开始部分被提供在沿与转动轴垂直的径向延伸的液流通道中；
其中，在每个级中，所述叶轮叶片后缘和所述蜗旋舌前缘的半径在沿转动轴的方向上单调变化，使得所述叶轮叶片后缘和所述蜗旋舌前缘在子午平面上沿相同取向倾斜。
3．在一筒型离心流体机械中使用根据权利要求1的离心流体机械，该筒型离心流体机械包括作为在一外壳体内的内壳体的所述壳体。
4．根据权利要求1的离心流体机械，其中叶轮叶片的后缘或扩散器叶片的前缘、或者这两者都由两维叶片构成。
5．根据权利要求2的离心流体机械，其中叶轮叶片的后缘由两维叶片构成，或者蜗壳壳体的蜗旋舌被制成两维的形状，或者这两者都被制成两维的形状。
6．根据权利要求1的离心流体机械，其中，在叶轮叶片后缘与扩压器叶片前缘之间的周边距离的最大值与最小值之差等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离，或者等于其n(整数，n＞1)等份的一份。
7．根据权利要求2的离心流体机械，其中，在叶轮叶片后缘与蜗旋舌之间的周边距离的最大值与最小值之差等于在叶轮中互邻叶片后缘之间的周边距离，或者等于其n(整数，n＞1)等份的一份。
8．根据权利要求1的离心流体机械，其特征在于各由一主罩、一前罩和一些叶片构成的诸叶轮的偶数的叶轮叶片后缘半径沿转动轴方向是变化的，其主罩和前罩被制成不同的外半径；而其主罩和前罩外径不同的诸叶轮中，一半的叶轮的主罩外半径被做成大于其前罩的外半径，而其余另一半的叶轮的主罩外半径被做成小于其前罩的外半径。
9．根据权利要求2的离心流体机械，其特征在于各由一主罩、一前罩和一些叶片构成的诸叶轮的偶数的叶轮叶片后缘半径沿转动轴方向是变化的，其主罩和前罩被制成不同的外半径；而其主罩和前罩外径不同的诸叶轮中，一半的叶轮的主罩外半径被做成大于其前罩的外半径，而其余另一半的叶轮的主罩外半径被做成小于其前罩的外半径。
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