CN110454441A - 一种进气畸变约束装置及具有该装置的离心压缩机 - Google Patents

Abstract

一种进气畸变约束装置及具有该装置的离心压缩机，涉及离心压缩机进气气流整流装置技术领域，包括导流管，导流管的内腔沿其导流方向设置有用以将紊乱气流进行整流的稳流板。本发明解决了传统技术中的紧凑系统中引入至离心式压气机的进气气流，造成压气机的效率衰减和加剧轴系波动；以及通过设置复杂的部件，造成构建复杂，成本高，更甚者提高压缩机运行故障率的问题。

Description

一种进气畸变约束装置及具有该装置的离心压缩机

技术领域

本发明涉及离心压缩机进气气流整流装置技术领域，具体涉及一种进气畸变约束装置及具有该装置的离心压缩机。

背景技术

随着工业技术的发展，特定场合对高增压气体的需求越来越多，并且离心式压缩机因为其优越的性能和环保特性比螺杆、涡旋等形式的压缩机得到了更多的青睐。为了获得较高的气体增压度很多场合都采用了顺序串联二级增压甚至多级增压的结构形式。而在增压的结构中绝大多数的结构又都采用了离心式压缩机形式；其中一个合格的离心压缩机，应当满足的最基本的条件便是，两级压缩机之间形成稳态气流，保证高压级压缩机的效率在不衰减的状态下，使其稳定输出。

在市面中，在涡轮增压器领域一般采用的多是单级的离心压缩机，即使是涡轮增压器两级增压领域，二级增压器入口的进气管也会是比较长而且不会存在剧烈折转的情况，涡轮增压器空气的入口一般具有一段平缓过渡的导流管，而且长度一般也会比较长,例如像汽车领域的涡轮增压器一般会有的导流管，并且该导流管的长度在1米上，且该导流管排布比较顺畅，使得气流在一段比较长的平缓管道中流动，通过1米的导流管对不稳定的气流进行整流，使得气流态状都比较稳定。

但是随着技术的创新进步，提高了对空间的合理利用，使设备小型化生产，使得对复杂的系统进行紧凑布置，这便使得原有的导流管由于其长度所带来的整流作用，使得无法满足该紧凑系统的生产需求。

于是现有技术中公开了一种压缩机如图1所示，燃料电池空气压缩机包括的低压级压缩机组件，高压级压缩机组件，高速电机总成组件和导流管；其中导流管为满足紧凑系统的需要，进行了180°弯折，缩小的体积，使得其在工作过程时，一级增压后的空气流速非常快，由于其惯性作用，会将气流甩向导流管的外侧7a位置，导致高压级压缩机叶轮入口处的气流非常不稳定：18a处气体密度大，流速慢；18b处气体密度小，流速快。

这种不稳定直接冲击高压级压缩机叶轮(8)会导致高压级压缩机效率降低，同时不稳定气流的冲击还会导致轴系振动加剧，更甚至对叶轮叶片造成高周疲劳损坏。

中国国家知识产权局公开了一个专利号为2016213816116的实用新型专利，该专利包括压缩机壳体，其引导进气和排气；用于吸入空气的压缩机叶轮，其布置在压缩机中；滑动插件，其与压缩机壳体内的直管同轴布置在直管内，并且在沿轴向靠近或远离直管移动时可变地调节进气再循环通道；以及驱动单元，其提供用于移动滑动插件的动力，并且由于可以通过可变的狭缝结构的方式来控制发动机所需的空气量，从而可以通过提高涡轮压缩机的性能来提高发动机的性能。

但是经过分析后发现，该方案通过可变的狭缝结构的方式来控制发动机所需的空气量，从而可以通过提高涡轮增压器的性能，虽然该方式能在一定的程度上实现提高发动机的性能，但是采用该结构会存在以下问题：

1.由于高压级压缩机壳入口的进气气流依旧无法形成稳态气流，使得该进气气流提高了对高压级叶轮的冲击和损伤，降低了高压级压缩机的做工效率，造成效率衰减的现象。

2.该装置设置有滑动插件，并还设有用以驱动滑动插件的动力部件，使得提高了该压缩机的结构的复杂性，提高了生产成本的同时，还提高了运行故障率，使得无法形成一个稳定的进气气流。

综上可得知，如图1所示，现有技术中的结构，由于不稳定的进气气流直接冲击高压级压缩机叶轮会导致高压级压缩机效率降低，同时不稳定气流的冲击还会导致轴系振动加剧，更甚至对叶轮叶片造成高周疲劳损坏；而专利号为2016213816116的专利，虽然通过设置了滑动插件用以通过调节进气量，进而优化压缩机的性能，但是还是没有从根本上没有克服进气气流对高压级压缩机造成效率衰减的问题，并且通过设置复杂结构，不仅构建复杂，提高成本及研发劳动力，更甚者提高压缩机运行时的故障率，满足不了当前离心压缩机的使用要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种进气畸变约束装置及具有该装置的离心压缩机，用以解决传统技术中的紧凑系统中引入至离心式压气机的进气气流，造成压气机的效率衰减和加剧轴系波动；以及通过设置复杂的部件，造成构建复杂，成本高，更甚者提高压缩机运行故障率的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种进气畸变约束装置，包括导流管，所述导流管的内腔沿其导流方向设置有用以将紊乱气流进行整流的稳流板。

作为一种改进的方案，所述导流管的内腔沿进气方向依次分为引流通道和分流通道，所述稳流板位于所述分流通道内。

作为一种改进的方案，所述稳流板的进气始端的朝向与所述引流通道的进气末端朝向相同。

作为一种改进的方案，所述稳流板的进气末端的朝向与所述分流通道的进气末端朝向相同。

作为一种改进的方案，所述导流管的进气端和出气端对应设有进气口连接管段和出气口连接管段。

作为一种改进的方案，所述稳流板沿横截面呈十字形设置。

作为一种改进的方案，所述稳流板沿横截面呈辐射状设置。

作为一种改进的方案，所述稳流板沿所述导流管的中心线还呈旋转对称式设置。

作为一种改进的方案，所述稳流板为至少一端连接于导流管上的实体隔板。

本发明同时还公开一种离心压缩机，所述离心压缩机的低压级出气口连接所述导流管的进气端，所述导流管的出气端连接所述离心压缩机的高压级进气口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过对气体分层划分导流，使气体在畸变约束装置的末端获得稳定的气体状态，使这部分经过整流的气体进入压缩机叶轮参与压缩做工过程；通过对进入离心式压缩机叶轮的气流进行整流、优化，保证进入压缩机叶轮的气体状态不会呈现紊乱状态，从而提高压缩机的压缩机效率；减少不稳定旋流对压缩机的冲击影响；通过改变部分气流的流动状态，获得高压级压缩机壳入口理想的稳态气流，从而提高高压级压缩机的做功效率，减少不稳定气流对高压级叶轮的冲击和损伤，最终实现使二级压缩机高效，可靠的目的；对整个压缩机起到提高效率，提高可靠性的作用；该装置结构极其简单，实现了通过简单的改进克服了大的技术难题；大大的降低了生产成本；并且克服了传统技术因复杂的部件构建，导致提高故障率的问题；结构简单，装配工艺步骤简便；结构简单，使用寿命长；结构简单，工作稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为背景技术中的空气压缩机结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的安装状态的结构示意图；

图4为本发明实施例一中的稳流板的结构示意图；

图5为实施例二的结构示意图；

图6为实施例三的结构示意图；

图7为实施例四的结构示意图；

图8为实施例五的结构示意图；

图9为实施例六的结构示意图；

图10为本发明的外部结构示意图；

图中：1-进气口连接管段，2-引流通道，3-分流通道，4-电机总成输出轴，5-出气口连接管段，6-稳流板，7-导流管，8-高压级压缩机叶轮，9-高压级气体扩压器，10-高压级压缩机壳流道，11-低压级压缩机组件，12-高压级压缩机组件，13-高速电机总成组件，14-低压级压缩机壳，15-低压级叶轮，16-低压级气体扩压器，17-低压级压缩机壳流道，18-高压级压缩机壳入口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一，

如图1至图4以及图10所示，进气畸变约束装置及具有该装置的离心压缩机包括导流管，导流管7的内腔沿其导流方向设置有用以将紊乱气流进行整流的稳流板6，离心压缩机低压级出气口的低压级压缩机壳流道17连接导流管7的进气端，导流管7的出气端连接离心压缩机的高压级进气口。

导流管7的内腔沿进气方向依次分为引流通道2和分流通道3，稳流板6位于分流通道3内。

引流通道2，引流通道2的作用是将经由气体进口部分的增压气体均匀分布，方便通过稳流板6按照需求划分每个隔板空间的气体流量，是增压气体发生分离的部分。

分流通道3，分流通道3是通过稳流板6和导流管7形成的不同或相同容积的空间部分。

稳流板6的进气始端的朝向与引流通道2的进气末端朝向相同，使导流管7中的气流在没有突变的条件下进入至分流通道3。

稳流板6的进气末端的朝向与分流通道3的进气末端朝向相同，稳流板6的进气末端分布于分流通道3没有剧烈变化的顺畅通道部分，这样可以防止导流后的气流再次经过转折而紊乱。

其中稳流板6一般分布于整个导流管7通道急剧变化的空间部分，比如说通道折弯，通道截面积剧变等。

导流管7的进气端和出气端对应设有进气口连接管段1和出气口连接管段5。

出气口连接管段5，是气体经过稳流板6后气体重新汇集的部分。

稳流板6至少设置有一个，且该稳流板包括一个随导流管形状进行随形的板体。

其中稳流板6为至少一端连接于导流管7上的实体隔板。

稳流板6可以与导流管7一体制造，也可以采用镶嵌方式或者采用组装的方式。

其中空气压缩机包括以下部件:

包括的低压级压缩机组件11，高压级压缩机组件12，高速电机总成组件13和导流管7。

其工作过程是：电机总成输出轴4高速旋转后，气体从低压级压缩机壳14进气口进入，经过低压级叶轮15压缩做功，由低压级气体扩压器16进入低压级压缩机壳流道17；

经过低压级压缩机压缩的气体进入导流管7；气流通过进气口连接管段1，进入引流通道2。气流在引流通道2中；

分流通道3内设置有两个稳流板6，稳流板6的始端6a和6b将引流通道2末端的稳态气流分隔成三部分。每一部分的气流方向都与引流通道2末端的稳态气流方向相同。

将气流分为三部分，平顺的引入分流通道3。分流通道3所在的位置需要将一级增压后的空气进行空间180°的方向逆转。

两片的稳流板6将折转气流分成三部分。气体的折转空间被限制，所以不会发生较大空间内的气流偏移。在出气口连接管段5的位置被导流的气体沿稳流板6导向流出，高压级压缩机叶轮8入口处的气流相对稳定。稳定的气流进入高压级压缩机叶轮8，被再次压缩做功；气体经过高压级气体扩压器9进入高压级压缩机壳流道10。

稳流板6的导向分布是沿导流管7中心线随形布置，并且是按照阻断气流横向偏移的方向布置。

本发明一种具有进气畸变约束装置的离心式压缩机，主要是改变导流管7气流的流动状态，获得高压级压缩机壳入口18理想的稳态气流，从而提高高压级压缩机的做功效率，减少不稳定气流对高压级叶轮的冲击和损伤，最终实现使二级压缩机高效，可靠的目的。

该装置主要的应用场合是离心式压缩机叶轮的轮前导流过程，如单级离心式压缩机叶轮，两级离心式压缩机的一级压缩机叶轮或二级压缩机叶轮，甚至多级离心式压缩机的各级压缩机叶轮。

其中稳流板6的形状还可以为相互平行的的两层或多层，也可以是彼此之间不平行的两层或多层环形，或者多种形状的组合形式。

实施例二，

如图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于稳流板的形状，该稳流板包括两个随导流管形状渐变的并列的板体。

实施例三，

如图6所示，本实施例与实施例一、二的不同之处在于稳流板的形状，该稳流板包括两个随导流管形状渐变的板体，且两个板体沿进气纵截面方向呈十字交叉式设置。

实施例四，

如图7所示，本实施例与实施例一、二、三的不同之处在于稳流板的形状，该稳流板包括随导流管形状渐变的板体以及导管，所述导管沿导流管的中心线随形布置，且导管外壁与导流管内壁之间均布有板体，该板体优选采用四个。且两个板体沿进气纵截面方向呈十字交叉式设置。

实施例五，

如图8所示，本实施例与实施例一、二、三、四的不同之处在于稳流板的形状，该稳流板包括随导流管形状渐变的板体，且该板体沿进气的纵截面方向呈s形设置。

实施例六，

如图9所示，本实施例与实施例一、二、三、四、五的不同之处在于稳流板的形状，该稳流板包括随导流管形状渐变的两个相对的板体，且该板体沿进气的纵截面方向呈旋转对称式设置，且板体还呈弧形设置。

当导流管入口位置气流状态稳定但需要导流管出口位置气流波动时，可以通过稳流板(稳流板截面形式可采用实施例一、实施例三、实施例四)将导流管内的空间分隔成渐缩的空间和渐扩的空间，这样在导流管出口位置渐缩的空间气流速度增加，流速快；渐扩的空间，气流速度减小，流速慢；当两者混合后会出现气流波动。或者可以采用沿导流管的中心线还呈旋转线形式进行布置稳流板(稳流板截面形式可采用实施例一、实施例五)这种状态可以应用在流体自搅拌混合方面。

当导流管入口位置气流状态稳定经过短距离剧烈折弯后，需要导流管出口位置气流稳定时，可以通过稳流板(稳流板截面形式可采用实施例一、实施例二、实施例五)将导流管内的空间等体积分隔，分隔成多份不能连通的通道，减少气流在导流管内的横向流动，最后在导流管出口汇合，获得气流稳定的均质气流。

当导流管入口位置气流状态非常紊乱，需要导流管出口位置气流稳定时，可以通过间隔阻断的稳流板形式(稳流板截面形式可采用实施例四、实施例六)，减少紊乱气流的横向流动强度，最终在导流管出口获得相对稳定的流体状态。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种进气畸变约束装置，其特征在于：包括导流管(7)，所述导流管(7)的内腔沿其导流方向设置有用以将紊乱气流进行整流的稳流板(6)。

2.根据权利要求1所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述导流管(7)的内腔沿进气方向依次分为引流通道(2)和分流通道(3)，所述稳流板(6)位于所述分流通道(3)内。

3.根据权利要求2所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述稳流板(6)的进气始端的朝向与所述引流通道(2)的进气末端朝向相同。

4.根据权利要求2所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述稳流板(6)的进气末端的朝向与所述分流通道(3)的进气末端朝向相同。

5.根据权利要求1所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述导流管(7)的进气端和出气端对应设有进气口连接管段(1)和出气口连接管段(5)。

6.根据权利要求1所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述稳流板(6)沿横截面呈十字形设置。

7.根据权利要求1所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述稳流板(6)沿横截面呈辐射状设置。

8.根据权利要求1所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述稳流板(6)沿所述导流管(7)的中心线还呈旋转对称式设置。

9.根据权利要求1所述的一种进气畸变约束装置，其特征在于：所述稳流板(6)为至少一端连接于导流管(7)上的实体隔板。

10.一种离心压缩机，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的一种进气畸变约束装置，所述离心压缩机的低压级出气口连接所述导流管(7)的进气端，所述导流管(7)的出气端连接所述离心压缩机的高压级进气口。