CN111742147A

CN111742147A - 离心压缩机

Info

Publication number: CN111742147A
Application number: CN201980014326.0A
Authority: CN
Inventors: 古贺淳; 宫本润
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: US20210115943A1; JP7019446B2; CN111742147B; JP2019143522A; WO2019163840A1; US11306734B2

Abstract

一种离心压缩机，其具备壳体(11)、旋转轴(12)、第1级入口导叶(13)、第1级叶轮(14)、扩压器(15)、返回流路(16)、多个返回叶片(26)、第2级入口导叶(17)及第2级叶轮(18)，在将返回叶片(26)从导入流体的前缘(26a)朝向排出流体的后缘(26b)的子午面距离中，在从前缘(26a)到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘(26b)的区域中使叶片角度恒定。

Description

离心压缩机

技术领域

本发明涉及一种使流体升压而形成压缩流体的离心压缩机。

背景技术

涡轮制冷机是一种大容量的热源设备，广泛用于电气电子相关工厂那样的具有无尘车间的大型工厂空调、地域制冷制热等用途。涡轮制冷机由使用叶轮压缩制冷剂气体的压缩机、蒸发器、冷凝器、节能器构成。而且，压缩机由第1级入口导叶、第1级叶轮、扩压器、返回流路、第2级入口导叶、第2级叶轮、扩压器及吐出涡旋盘构成。

作为这种离心压缩机，例如有下述专利文献1中记载的离心压缩机。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-264305号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

离心压缩机的外径的大小由扩压器的出口部的外径设定，为了减小返回流路的压力损耗，将扩压器的出口部的外径设定为尽可能大。另一方面，为了实现材料成本的削减和搭载性的提高，期望离心压缩机的小型化。作为使离心压缩机小型化的方法，可以考虑减小扩压器的出口部的外径。然而，若减小扩压器的出口部的外径，则流路长度变短，扩压器中的压力恢复不充分。当压力恢复不充分的流体流入返回流路时，该流体的流速变大，导致配置于返回流路中的返回叶片的压力损耗变大。作为该对策，考虑增大返回叶片中的入口部的叶片高度(流路宽度)，减小流体的流入速度。但是，若流入返回叶片的流体的速度变小，则压缩机整体的效率降低，压缩机整体的性能改善效果小。

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种在实现装置的小型化的同时抑制性能降低的离心压缩机。

用于解决技术课题的手段

用于实现上述目的的本发明的离心压缩机，其特征在于，具备：旋转轴；呈中空形状的壳体，将所述旋转轴支承为旋转自如，并且在所述旋转轴中的轴向上的一侧设置有吸入口，在另一侧设置有排出口；第1级入口导叶，配置于所述吸入口；第1级叶轮，在所述壳体内配置于比所述第1级入口导叶更靠下游侧；扩压器，在所述壳体内配置于比所述第1级叶轮更靠下游侧；返回流路，使通过所述扩压器并从所述旋转轴的径向内侧朝向径向外侧流通的流体向径向内侧反转；返回叶片，配置于所述返回流路中；第2级入口导叶，在所述壳体内配置于比所述返回叶片更靠下游侧；及第2级叶轮，在所述壳体内配置于比所述第2级入口导叶更靠下游侧，所述返回叶片在所述旋转轴的周向上隔着规定间隔配置，在从导入流体的前缘朝向排出流体的后缘的子午面距离中，在从所述前缘到规定位置的区域中叶片角度发生变化，在从所述规定位置到所述后缘的区域中所述叶片角度恒定。

因此，在从返回叶片的前缘到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘的区域中使叶片角度恒定。因此，在第1级入口导叶的开度为100％的附近，能够提高第1级叶轮的大流量侧的效率，并且在反向回转侧能够改善第1级叶轮的大流量侧的效率。并且，在第1级入口导叶的反向回转侧，能够改善第2级叶轮的大流量侧的效率。其结果，通过减小扩压器的出口部的外径，能够实现装置的小型化，另一方面，能够通过改善效率来抑制压缩机整体的性能降低。

本发明的离心压缩机中，其特征在于，所述规定位置设定在距所述前缘50％至70％的区域。

因此，由于将叶片角度为恒定的区域设定为适当区域，因此能够改善第1级叶轮的大流量侧的效率。

本发明的离心压缩机中，其特征在于，在从所述规定位置到所述后缘的区域中的所述叶片角度设定为沿着所述旋转轴的径向的角度。

因此，由于将叶片角度为恒定的角度设定为沿着旋转轴的径向的角度，因此能够改善第1级叶轮的大流量侧的效率。

本发明的离心压缩机中，其特征在于，所述返回叶片的所述后缘中的流体的流路面积设定为比所述返回叶片的所述前缘中的流体的流路面积大。

因此，能够减少在返回叶片中流通的流体的压力损耗。

本发明的离心压缩机中，其特征在于，所述第2级入口导叶中的所述旋转轴的径向长度设定为比所述返回叶片中的所述旋转轴的径向长度短。

因此，由于将第2级入口导叶的径向长度设定为比返回叶片的径向长度短，因此能够改善第2级叶轮的大流量侧的效率。

本发明的离心压缩机中，其特征在于，所述返回叶片的所述后缘和所述第2级入口导叶的前缘在所述旋转轴的周向上错开配置。

因此，由于返回叶片的后缘和第2级入口导叶的前缘在周向上错开，因此抑制返回叶片的压力面侧的后缘的流动与第2级入口导叶的前缘碰撞，能够减少损耗。

发明效果

根据本发明的离心压缩机，能够实现装置的小型化，另一方面，能够抑制性能降低。

附图说明

图1是第1实施方式的离心压缩机的概略剖视图。

图2是表示离心压缩机中的内部通路的概略图。

图3是表示返回叶片的概略图。

图4是表示返回叶片的叶片角度相对于无因次子午面距离的曲线图。

图5是表示第1级IGV中的效率的曲线图。

图6是表示压缩机整体(第2级IGV)中的效率的曲线图。

图7是表示第2实施方式的离心压缩机中的返回叶片的概略图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的离心压缩机的优选的实施方式详细地进行说明。另外，本发明并不限定于该实施方式，并且，当有多个实施方式时，也包括将各实施方式进行组合的结构。

[第1实施方式]

图1是第1实施方式的离心压缩机的概略剖视图。

在第1实施方式中，离心压缩机10具有壳体11、旋转轴12、马达(省略图示)、第1级入口导叶13、第1级叶轮14、扩压器15、返回流路16、第2级入口导叶17、第2级叶轮18、扩压器19及吐出涡旋盘20。

旋转轴12以中心轴心沿着中心线O配置的方式旋转自如地支承于壳体11上。马达的输出轴与旋转轴驱动连结，能够驱动旋转驱动轴。第1级叶轮14和第2级叶轮18在轴向上隔着规定间隔固定于旋转轴12的外周部。

壳体11在中心线O的一侧设置有使制冷剂气体从外部流入的吸入口21，在吸入口21配置有第1级入口导叶13。第1级入口导叶13是可动叶片。并且，壳体11在中心线O的另一侧设置有排出制冷剂气体的吐出涡旋盘(排出口)20。而且，壳体11形成有连通该吸入口21与吐出涡旋盘20的内部通路22。

第1级叶轮14和第2级叶轮18配置于该内部通路22中。第1级叶轮14形成第1压缩级，第2级叶轮18形成第2压缩级。第1级叶轮14和第2级叶轮18分别设置有从旋转轴12的外周部朝向径向外侧延伸的多个叶片14a、18a。

这些多个叶片14a、18a在相对于中心线O的周向上隔着规定间隔(优选为均等间隔)排列。在周向上相互相邻的叶片14a、18a彼此之间形成有用于制冷剂气体流通的流路。该流路随着从中心线O的一侧(制冷剂气体的流动方向的上游侧)朝向另一侧，从径向内侧朝向外侧(制冷剂气体的流动方向的下游侧)逐渐弯曲。

在内部通路22中设置有返回流路16和吸入流路23。返回流路16与第1级叶轮14的流路的下游侧连接，吸入流路23连接返回流路16的下游侧与第2级叶轮18的流路的上游侧。

返回流路16使制冷剂气体从第1级叶轮14的径向外侧的流路出口朝向第2级叶轮18的径向内侧的流路入口流通。返回流路16具有扩压器15、返回弯曲部24、直线流路25、返回叶片26及中间吸入口27。扩压器15将由第1级叶轮14压缩的制冷剂气体向径向外侧引导。

扩压器15随着从径向内侧朝向径向外侧，从径向观察的流路面积逐渐扩大。在包含中心线O的截面上，扩压器15中的中心线O方向的两侧的壁面从径向内侧朝向外侧相互平行地延伸。扩压器15在径向上的外侧的端部经由返回弯曲部24朝向径向内侧反转之后，与直线流路25连通。

在包含中心线O的截面上，返回弯曲部24的中央部朝向径向外侧弯曲。即，返回弯曲部24呈连接扩压器15的出口与直线流路25的入口的圆弧状。直线流路25从返回弯曲部24的下游侧的端部朝向径向内侧延伸。在直线流路25中，多个返回叶片26以中心线O为中心排列成放射状。流体被该直线流路25朝向径向内侧引导。中间吸入口27设置于多个返回叶片26的位置，并连接有腔室28。

在配置有多个返回叶片26的直线流路25的下游侧配置有第2级入口导叶17。第2级入口导叶17是可动叶片。该第2级入口导叶17在下游侧经由吸入流路23与第2级叶轮18的流路的上游侧连接，在第2级叶轮18的流路的下游侧配置有扩压器19。

考虑到制造成本和搭载性，期望如此构成的离心压缩机10小型化。在本实施方式中，通过减小扩压器15的出口部的外径，能够实现小型化，通过变更返回叶片26的形状来抑制性能降低。另外，在以下说明中，用符号01表示以往的大型离心压缩机，用符号02表示小型化的以往的离心压缩机。

图2是表示离心压缩机中的内部通路的概略图，图3是表示返回叶片的概略图。

如图1及图2所示，本实施方式的离心压缩机10具备壳体11、旋转轴12、第1级入口导叶13、第1级叶轮14、扩压器15、返回流路16、返回叶片26、第2级入口导叶17及第2级叶轮18。在图2中，相对于以往的离心压缩机中的扩压器的出口部的外径，即返回流路016的位置，本实施方式的离心压缩机10中的扩压器15的出口部的外径为小径，返回流路16的位置成为中心线O侧，整体被小型化。

而且，在本实施方式的离心压缩机10中，返回叶片26在旋转轴12的周向上隔着规定间隔配置有多个，在从导入流体的前缘朝向排出流体的后缘的子午面距离中，在从前缘到规定位置的区域中叶片角度发生变化，在从规定位置到后缘的区域中叶片角度成为恒定。

即，如图3所示，返回叶片26是中心线26A相对于旋转轴12(参考图1)的径向D及周向C从前缘26a朝向后缘26b弯曲的形状，并且是从后缘26b的近前朝向后缘26b沿着径向D平行的形状。而且，返回叶片26的腹部26c呈凹状的弯曲截面形状，背部26d呈凸状的弯曲截面形状。

在图4中，横轴是距返回叶片26的前缘26a的无因次子午面距离，纵轴是旋转轴12(参考图1)相对于径向D的叶片角度。以往的离心压缩机01、02的返回叶片在该子午面距离中，以在从前缘到后缘的区域中叶片角度从60度减少至0度的方式连续地发生变化。另一方面，本实施方式的离心压缩机10的返回叶片26在该子午面距离中，以在从前缘26a到成为规定位置的60％附近的区域中叶片角度从60度减少的方式连续地发生变化，在从成为规定位置的60％附近到后缘26b的区域中叶片角度成为恒定的0度。该规定的位置优选在子午面距离中设定在距前缘26a50％～70％的区域。

并且，如图2所示，在本实施方式中，返回流路16中，返回叶片26的后缘26b中的流体的流路面积设定为比返回叶片26的前缘26a中的流体的流路面积大。在此，根据经验，后缘26b中的流体的流路面积与前缘26a中的流体的流路面积的比率为2～3倍，返回叶片26的帘线长度相对于前缘流路高度的比率设定为3～10倍。

而且，第2级入口导叶17中的旋转轴12的径向长度设定为比返回叶片26中的旋转轴12的径向长度短。在此，根据经验，第2级入口导叶17的径向长度小于返回叶片26的径向长度的1/2，返回叶片26的直线区间的距离为从旋转轴到返回叶片26的后缘的距离的25％～35％。

图5是表示第1级IGV中的效率的曲线图，图6是表示压缩机整体(第2级IGV)中的效率的曲线图。

如图5所示，本实施方式的离心压缩机10在第1级入口导叶(IGV)13的开度为100％的附近，与以往的离心压缩机01、02相比，第1级叶轮14的大流量侧的效率得到提高。另一方面，在第1级入口导叶(IGV)13的反向回转侧，与以往的离心压缩机02相比，第1级叶轮14的大流量侧的效率得到改善。

并且，如图6所示，本实施方式的离心压缩机10在第1级入口导叶(IGV)13的开度为100％的附近，与以往的离心压缩机02相比，第2级叶轮18的大流量侧的效率得到改善。另一方面，在第1级入口导叶(IGV)13的反向回转侧，与以往的离心压缩机02相比，第2级叶轮18的大流量侧的效率得到改善。

离心压缩机10能够将第1级入口导叶(IGV)13调整到正回转侧而减少流量，或调整到反向回转侧而增加流量。离心压缩机10是当流体的吸入量增加时，效率提高的压缩机，性能由流体的最大吸入量决定。因此，在本实施方式的离心压缩机10中，在第1级入口导叶(IGV)13的反向回转侧，各叶轮14、18的大流量侧的效率提高，因此离心压缩机10的性能提高。

如此，在第1实施方式的离心压缩机中，具备壳体11、旋转轴12、第1级入口导叶13、第1级叶轮14、扩压器15、返回流路16、多个返回叶片26、第2级入口导叶17及第2级叶轮18，在将返回叶片26从导入流体的前缘26a朝向排出流体的后缘26b的子午面距离中，在从前缘26a到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘26b的区域中使叶片角度恒定。

因此，通过减小扩压器15的出口部的外径，离心压缩机10的外径变小，能够实现装置的小型化。并且，即使扩压器15的出口部的外径变小，也能够通过改善效率来抑制压缩机整体的性能降低。

在第1实施方式的离心压缩机中，将规定位置设定在距前缘26a50％～70％的区域。因此，由于将叶片角度为恒定的区域设定为适当区域，因此能够改善第1级叶轮14的大流量侧的效率。

在第1实施方式的离心压缩机中，将从规定位置到后缘26b的区域中的叶片角度设定为沿着旋转轴12的径向的角度。因此，能够改善第1级叶轮14的大流量侧的效率。

在第1实施方式的离心压缩机中，将返回叶片26的后缘26b中的流体的流路面积设定为比前缘26a中的流体的流路面积大。因此，能够减少在返回叶片26中流通的流体的压力损耗。

在第1实施方式的离心压缩机中，将第2级入口导叶17中的旋转轴12的径向长度设定为比返回叶片26中的旋转轴12的径向长度短。因此，能够改善第2级叶轮18的大流量侧的效率。

[第2实施方式]

图7是表示第2实施方式的离心压缩机中的返回叶片的概略图。另外，对具有与上述实施方式相同的功能的部件标注相同符号，并省略详细说明。

如图7所示，在第2实施方式中，返回叶片26在旋转轴12的周向上隔着规定间隔配置有多个(图示为2个)，在从导入流体的前缘朝向排出流体的后缘的子午面距离中，在从前缘到规定位置的区域中叶片角度发生变化，在从规定位置到后缘的区域中叶片角度成为恒定。即，返回叶片26是中心线26A从前缘26a朝向后缘26b弯曲的形状，并且是从后缘26b的近前朝向后缘26b沿着径向D平行的形状。而且，返回叶片26的腹部26c呈凹状的弯曲截面形状，背部26d呈凸状的弯曲截面形状。

该返回叶片26在子午面距离中，以在从前缘26a到规定位置(50％～70％)的区域中叶片角度从60度减少的方式连续地发生变化，在从规定位置(50％～70％)到后缘26b的区域中叶片角度成为恒定的0度。并且，第2级入口导叶17配置成中心线17A相对于返回叶片26的中心线26A向周向上的返回叶片26的背部26d侧(负压面侧)错开。即，返回叶片26的后缘26b和第2级入口导叶17的前缘17a在周向上错开。该错开量优选设为多个返回叶片26之间的周向上的间隔(中心线26A的间隔)的10％～20％的位置。另外，第2级入口导叶17能够从图示的位置沿顺时针方向(箭头方向)运转。

如此，在第2实施方式的离心压缩机中，返回叶片26的后缘26b和第2级入口导叶17的前缘17a在周向上错开配置。

因此，在第2级入口导叶17的开度为100％、沿着作为返回叶片26的背部26d的压力面侧流动的流体从后缘26b向第2级入口导叶17侧流动时，能够抑制该流动与第2级入口导叶17的前缘17a碰撞，能够减少损耗。

符号说明

10-离心压缩机，11-壳体，12-旋转轴，13-第1级入口导叶，14-第1级叶轮，15-扩压器，16-返回流路，17-第2级入口导叶，17a-前缘，18-第2级叶轮，19-扩压器，20-吐出涡旋盘，21-吸入口，22-内部通路，23-吸入流路，24-返回弯曲部，25-直线流路，26-返回叶片，26a-前缘，26b-后缘，27-中间吸入口，28-腔室，O、17A、26A-中心线。

Claims

1.一种离心压缩机，其特征在于，具备：

旋转轴；

呈中空形状的壳体，将所述旋转轴支承为旋转自如，并且在所述旋转轴中的轴向上的一侧设置有吸入口，在另一侧设置有排出口；

第1级入口导叶，配置于所述吸入口；

第1级叶轮，在所述壳体内配置于比所述第1级入口导叶更靠下游侧；

扩压器，在所述壳体内配置于比所述第1级叶轮更靠下游侧；

返回流路，使通过所述扩压器并从所述旋转轴的径向内侧朝向径向外侧流通的流体向径向内侧反转；

返回叶片，配置于所述返回流路中；

第2级入口导叶，在所述壳体内配置于比所述返回叶片更靠下游侧；及

第2级叶轮，在所述壳体内配置于比所述第2级入口导叶更靠下游侧，

所述返回叶片在所述旋转轴的周向上隔着规定间隔配置，在从导入流体的前缘朝向排出流体的后缘的子午面距离中，在从所述前缘到规定位置的区域中叶片角度发生变化，在从所述规定位置到所述后缘的区域中所述叶片角度恒定。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述规定位置设定在距所述前缘50％至70％的区域。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，

在从所述规定位置到所述后缘的区域中的所述叶片角度设定为沿着所述旋转轴的径向的角度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，

所述返回叶片的所述后缘中的流体的流路面积设定为比所述返回叶片的所述前缘中的流体的流路面积大。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，

所述第2级入口导叶中的所述旋转轴的径向长度设定为比所述返回叶片中的所述旋转轴的径向长度短。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，

所述返回叶片的所述后缘和所述第2级入口导叶的前缘在所述旋转轴的周向上错开配置。