CN111927832A - 离心式压缩机及其蜗壳被动防喘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，包括蜗壳和活塞组件；蜗壳上有依次连通环室通流孔、气体收集环室和预旋孔，预旋孔与叶轮入口连通；活塞组件包括外壳和通过弹性件与外壳相连的活塞；外壳安装在蜗壳上，且具有内部通道；活塞设置在内部通道中，且活塞两侧的内部通道分别与压缩机出口补气旁路管路和环室通流孔连通；活塞在内部通道内移动的过程中能够使内部通道闭合和导通；其中，活塞受活塞两侧的压差所形成的作用力或弹性件施加的作用力驱动而自动在内部通道中移动。该装置利用活塞两侧的压差和弹性件自身弹力同时作用，自动控制压缩机出口补气旁路管路与叶轮入口的连通情况，省去主动控制反馈系统，本发明公开一种离心式压缩机。

Description

离心式压缩机及其蜗壳被动防喘装置

本申请要求于2020年07月09日提交中国专利局、申请号为202010657041.3、发明名称为“离心式压缩机及其蜗壳被动防喘装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及离心式燃料电池空压机技术领域，更具体地说，涉及一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，还涉及一种离心式压缩机。

背景技术

目前，针对离心式燃料电池压缩机在小流量、低压比的怠速工况点的喘振问题，采用传统方式解决：从压缩机出口引气进入第一级入口防喘。该传动方式需要配备一套冗繁的主动控制反馈系统，而主动控制反馈系统存在结构复杂的问题。

综上所述，如何解决离心式燃料电池压缩机在小流量、低压比的怠速工况点的喘振问题，同时避免引入冗繁的主动控制反馈系统，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，其设有活塞组件，利用活塞两侧的压差和弹性件自身弹力自动控制压缩机出口补气旁路管路与叶轮入口的连通情况，省去了主动控制反馈系统，从主动控制防喘方式变成被动防喘方式，结构更简单，且拓宽了低转速、低压比工况的喘振范围。本发明还提供一种离心式压缩机，其应用上述蜗壳被动防喘装置，不仅结构简单，还解决小流量、低压比的怠速工况点的喘振问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，包括蜗壳和活塞组件；

所述蜗壳上设有依次连通的环室通流孔、气体收集环室和预旋孔，所述气体收集环室通过预旋孔与叶轮入口连通；

所述活塞组件包括外壳和通过弹性件与所述外壳相连的活塞；所述外壳安装在所述蜗壳上，且所述外壳具有内部通道；所述活塞设置在所述内部通道中，且所述活塞两侧的内部通道分别与压缩机出口补气旁路管路和所述环室通流孔连通；所述活塞于所述内部通道内移动的过程中能够使所述内部通道闭合和导通；

其中，所述活塞受所述活塞两侧的压差所形成的作用力或所述弹性件施加的作用力驱动而自动移动。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述弹性件向所述活塞提供移至内部通道呈导通状态的驱动力。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述外壳包括：

弹性件衬座，所述弹性件衬座固定在所述蜗壳上，并且所述弹性件衬座上设有与所述环室通流孔连通的衬座通流孔；所述弹性件一端固定于所述弹性件衬座，另一端固定在与所述活塞固定连接的活塞杆上；

活塞杆座，所述活塞杆座固定在所述蜗壳上，并抵紧所述弹性件衬座；

活塞阀芯环，所述活塞阀芯环由所述弹性件衬座和所述活塞杆座夹紧固定；

其中，所述内部通道由所述弹性件衬座的第一通道和活塞杆座的第二通道组成；所述活塞阀芯环分隔第一和第二通道，并且所述活塞阀芯环上设有连通两通道的透孔；所述活塞杆插入所述透孔中；

所述活塞位于所述第二通道内，且所述活塞上设有连通其两侧空间的导流孔；

在所述活塞两侧压差所形成的作用力足以克服所述弹性件的阻尼时，所述活塞移向所述活塞阀芯环并封堵所述透孔，使所述第一通道和所述第二通道闭合；在所述活塞两侧压差所形成的作用力不足以克服所述弹性件的阻尼时，所述活塞移至远离所述活塞阀芯环，所述透孔打开、所述第一通道和所述第二通道导通。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述弹性件衬座上设有第一活塞杆导向透孔；所述蜗壳上设有与所述第一活塞杆导向透孔连通的第二活塞杆导向孔；所述活塞杆插装于所述第一活塞杆导向透孔和所述第二活塞杆导向孔。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，还包括套装于所述活塞杆的滑动衬套环，所述滑动衬套环设置于所述蜗壳的沉槽，并由位于所述沉槽开口处所述弹性件衬座沿轴向抵紧固定。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述第二活塞杆导向孔为透孔，所述第二活塞杆导向孔上远离所述第一活塞杆导向透孔的端部由密封端盖封堵，所述密封端盖固定在所述蜗壳上。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述密封端盖上设有第一密封圈，所述第一密封圈圈在所述第二活塞杆导向孔外周；

所述弹性件衬座上设有第二密封圈，所述第二密封圈圈在所述第一活塞杆导向透孔外周。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述蜗壳上开设有空气环腔，所述空气环腔圈在所述弹性件衬座外周，并分别与所述环室通流孔和所述衬座通流孔连通；所述衬座通流孔为多个，并沿所述弹性件衬座的周向均匀分布。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，所述活塞杆座上固定有密封接头，所述密封接头与所述第二通道连通。

一种离心式压缩机，包括蜗壳被动防喘装置，所述蜗壳被动防喘装置为上述技术方案中任意一项所述的蜗壳被动防喘装置。

本发明提供一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，包括蜗壳和活塞组件；蜗壳上设有依次连通环室通流孔、气体收集环室和预旋孔，气体收集环室通过预旋孔与叶轮入口连通；活塞组件包括外壳和通过弹性件与外壳相连的活塞；外壳安装在蜗壳上，且外壳具有内部通道；活塞设置在内部通道中，且活塞两侧的内部通道分别与压缩机出口补气旁路管路和环室通流孔连通；活塞在内部通道内移动的过程中能够使内部通道闭合和导通；其中，活塞受活塞两侧的压差所形成的作用力或弹性件施加的作用力驱动而自动在内部通道中移动。

上述离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置中，蜗壳上设置了活塞组件，利用活塞两侧的压差和弹性件自身弹力同时作用，自动控制压缩机出口补气旁路管路与叶轮入口的连通情况，省去了主动控制反馈系统，从主动控制防喘方式变成被动防喘方式，结构更简单，且拓宽了低转速、低压比工况的喘振范围；另外，该蜗壳被动防喘装置还解决了现有技术不带反馈调节的补气防喘系统在大流量、高压比工况下功耗增加的问题，在离心式燃料电池空压机领域中尤其适用。

本发明还提供一种离心式压缩机，其应用上述蜗壳被动防喘装置，不仅结构简单，还解决小流量、低压比的怠速工况点的喘振问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置在内部通道导通时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置在内部通道导闭合时的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置的另一角度的结构示意图；

其中，图1-图4中：

蜗壳101；环室通流孔11；预旋孔12；气体收集环室13；空气环腔14；活塞102；导流孔121；弹性件衬座103；衬座通流孔131；活塞杆座104；密封接头105；活塞杆106；活塞阀芯环107；第二密封圈108；弹性件109；滑动衬套环110；密封端盖111。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，其设有活塞组件，利用活塞两侧的压差和弹性件自身弹力自动控制压缩机出口补气旁路管路与叶轮入口的连通情况，省去了主动控制反馈系统，从主动控制防喘方式变成被动防喘方式，结构更简单，且拓宽了低转速、低压比工况的喘振范围。本发明实施例还公开了一种离心式压缩机，其应用上述蜗壳被动防喘装置，不仅结构简单，还解决小流量、低压比的怠速工况点的喘振问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，本发明实施例提供一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，包括蜗壳101和活塞组件；蜗壳101上设有依次连通的环室通流孔11、气体收集环室13和预旋孔12，气体收集环室13通过预旋孔12与叶轮入口连通；活塞组件包括外壳和通过弹性件109与外壳相连的活塞102；外壳安装在蜗壳101上，且外壳具有内部通道；活塞102设置在内部通道中，且活塞102两侧的内部通道分别与压缩机出口补气旁路管路和环室通流孔11连通；活塞102在内部通道内移动的过程中能够使内部通道闭合和导通；其中，活塞102受活塞102两侧的压差所形成的作用力或弹性件109施加的作用力驱动而自动在内部通道中移动。

上述离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置中，蜗壳101上设置了活塞组件，利用活塞两侧的压差和弹性件109自身弹力同时作用，自动控制压缩机出口补气旁路管路与叶轮入口的连通情况，省去了主动控制反馈系统，从主动控制防喘方式变成被动防喘方式，结构更简单，且拓宽了低转速、低压比工况的喘振范围；另外，该蜗壳被动防喘装置还解决了现有技术不带反馈调节的补气防喘系统在大流量、高压比工况下功耗增加的问题，在离心式燃料电池空压机领域中尤其适用。

再者，上述离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置中，预旋孔12能够使气流沿预设角度进入叶轮入口，与主流区气流进行充分掺混，并使叶片入口绝对气流角产生一定的正预旋，从而在原有推迟喘振作用的基础上再次增强了推迟喘振到来的作用。预旋孔12的数量视实际需要而定。预旋孔12上游的气体收集环室13能提高进入预旋孔12气流的均匀性，确保预旋孔12的气流能够和主流区气流掺混充分。

具体的，弹性件109向活塞102提供移至内部通道呈导通状态的驱动力。当压缩机出口压力较低时，活塞102两侧压差作用力低于弹性件109的预紧力，活塞102在弹性件109的作用下移动并使内部通道导通，部分气体引入压缩机入口处，从而推迟喘振的到来；当压缩机出口压力高到一定值时，会导致活塞102两侧产生压差，使活塞102克服弹性件109的阻尼而移动，内部通道自动闭合。如此被动高效的实现防喘，解决压缩机，特别是离心式燃料电池空压机在低转速、低压比工况运行时的小流量喘振问题，同时解决了现有技术中没有控制反馈的防喘补气系统在高转速、高压比工况时因放气较多导致的效率下降的问题。

具体的，上述实施例提供的蜗壳被动防喘装置中，外壳包括：

弹性件衬座103，弹性件衬座103固定在蜗壳101上，并且弹性件衬座103上设有与环室通流孔11连通的衬座通流孔131；弹性件109一端固定于弹性件衬座103，另一端固定在与活塞102固定连接的活塞杆106上；

活塞杆座104，活塞杆座104固定在蜗壳101上，并抵紧弹性件衬座103；

活塞阀芯环107，所述活塞阀芯环107由弹性件衬座103和活塞杆座104夹紧固定；

其中，内部通道由弹性件衬座103的第一通道和活塞杆座104的第二通道组成；活塞阀芯环107分隔第一和第二通道，并且活塞阀芯环107上设有连通第一、第二通道的透孔；活塞杆106插入透孔中，且活塞杆106的直径小于透孔的孔径；活塞102位于第二通道内，且活塞102上设有连通活塞102两侧空间的导流孔121(导流孔121的数量以及尺寸根据实际需要而设定)；

在活塞102两侧压差所形成的作用力足以克服弹性件109的阻尼时，活塞102移向活塞阀芯环107并封堵活塞阀芯环107的透孔，使第一通道和第二通道闭合(即使内部通道闭合)；在活塞102两侧压差所形成的作用力不足以克服弹性件109的阻尼时，活塞102移至远离活塞阀芯环107，活塞阀芯环107的透孔打开，第一通道和第二通道连通(即内部通道导通)。

弹性件衬座103上设有第一活塞杆导向透孔；蜗壳101上设有与第一活塞杆导向透孔连通的第二活塞杆导向孔；活塞杆106插装于第一活塞杆导向透孔和第二活塞杆导向孔。上述弹性件109设置为弹簧，其套装在活塞杆106上，并位于第一活塞导向透孔中。

为了避免活塞杆106往复滑动磨损蜗壳101，上述实施例提供的蜗壳被动防喘装置中，还包括套装于活塞杆106的滑动衬套环110，滑动衬套环110设置于蜗壳101的沉槽中，并由位于沉槽开口处的弹性件衬座103沿轴向(即活塞杆106的延伸方向)抵紧固定。

上述第二活塞导向孔可设置为盲孔，但为了保证活塞杆106有足够的轴向滑动范围，第二活塞杆导向孔设置为透孔，相应的，第二活塞杆导向孔远离第一活塞杆导向透孔的端部由密封端盖111封堵，密封端盖111固定在蜗壳101上。密封端盖111亦可根据需要设置与第二活塞杆导向孔连通的活塞杆滑动盲孔。

优选的，上述蜗壳被动防喘装置中，端盖上设有第一密封圈，第一密封圈圈在第二活塞杆导向孔外周；弹性件衬座103上设有第二密封圈108，第二密封圈108圈在第一活塞杆导向透孔外周。

进一步的，上述蜗壳被动防喘装置中，蜗壳101上开设有空气环腔14，空气环腔14圈在弹性件衬座103外周，并分别与环室通流孔11和衬座通流孔131连通；衬座通流孔131为多个，并沿弹性件衬座103的周向均匀分布。

为了避免漏气，上述活塞杆座104上固定有密封接头105，密封接头105的第一端与第二通道连通，该处可采用锥管螺纹、普通管螺纹、密封圈等方式进行密封连接，以防止来气外泄；密封接头105的第二端连接压缩机出口补气旁路管路，该处可采用焊接、硬软管连接、快接等方式连接。

下面结果附图具体介绍蜗壳被动防喘装置的工作过程：

当压差所形成的作用力小于弹性件109的弹力，则活塞杆106处于如图2所示的状态：内部通道导通，气流从压缩机出口补气旁路管路进入密封接头105，经由活塞杆106上的导流孔121进入弹性件衬座103的第一通道中，通过多个衬座通流孔131进入到空气环腔14中，并经由环室通流孔11进入气体收集环室13将气体收集，最后通过预旋孔12进入到叶轮入口，提高入口空气流量，从而起到推迟压气机喘振的目的。

当压差所形成的作用力大于弹性件109的弹力，则活塞杆106处于如图3所示的状态：内部通道闭合，气流无法通过压缩机出口补气旁路管路进入叶轮入口，此时没有起到推迟喘振的作用。

活塞杆106左右两侧所形成的压差，是由压缩机出口压力所决定，当压缩机在低转速、低压比工况运行时，压缩机出口压力较低，进入到活塞102右侧的气体压力较小，活塞102两侧所形成的压差亦较小，此时不足以克服弹性件109的弹力阻尼力，因此此时内部通道导通。反之，内部通道闭合。当内部通道导通时，进入到气体收集环室13中的气流通过预旋孔12进入到叶轮入口，此时补气流会对主流区产生一定的气动掺混，使得进入到叶轮入口的气流质量流量增加、气流流速加快外，还使得气流流动方向存在一定的正预旋角度，因此能够高效的起到推迟压缩机喘振的目的。

本发明实施例还提供一种离心式压缩机，包括蜗壳被动防喘装置，蜗壳被动防喘装置为上述实施例提供的蜗壳被动防喘装置。

该离心式压缩机应用上述实施例提供的蜗壳被动防喘装置，不仅结构简单，还解决小流量、低压比的怠速工况点的喘振问题。当然，本实施例提供的离心式压缩机还具有上述实施例提供的有关蜗壳被动防喘装置的其它效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种离心式压缩机的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，包括蜗壳和活塞组件；

所述蜗壳上设有依次连通的环室通流孔、气体收集环室和预旋孔，所述气体收集环室通过预旋孔与叶轮入口连通；

所述活塞组件包括外壳和通过弹性件与所述外壳相连的活塞；所述外壳安装在所述蜗壳上，且所述外壳具有内部通道；所述活塞设置在所述内部通道中，且所述活塞两侧的内部通道分别与压缩机出口补气旁路管路和所述环室通流孔连通；所述活塞于所述内部通道内移动的过程中能够使所述内部通道闭合和导通；

其中，所述活塞受所述活塞两侧的压差所形成的作用力或所述弹性件施加的作用力驱动而自动移动。

2.根据权利要求1所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述弹性件向所述活塞提供移至内部通道呈导通状态的驱动力。

3.根据权利要求2所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述外壳包括：

弹性件衬座，所述弹性件衬座固定在所述蜗壳上，并且所述弹性件衬座上设有与所述环室通流孔连通的衬座通流孔；所述弹性件一端固定于所述弹性件衬座，另一端固定在与所述活塞固定连接的活塞杆上；

活塞杆座，所述活塞杆座固定在所述蜗壳上，并抵紧所述弹性件衬座；

活塞阀芯环，所述活塞阀芯环由所述弹性件衬座和所述活塞杆座夹紧固定；

其中，所述内部通道由所述弹性件衬座的第一通道和活塞杆座的第二通道组成；所述活塞阀芯环分隔第一和第二通道，并且所述活塞阀芯环上设有连通两通道的透孔；所述活塞杆插入所述透孔中；

所述活塞位于所述第二通道内，且所述活塞上设有连通其两侧空间的导流孔；

在所述活塞两侧压差所形成的作用力足以克服所述弹性件的阻尼时，所述活塞移向所述活塞阀芯环并封堵所述透孔，使所述第一通道和所述第二通道闭合；在所述活塞两侧压差所形成的作用力不足以克服所述弹性件的阻尼时，所述活塞移至远离所述活塞阀芯环，所述透孔打开、所述第一通道和所述第二通道导通。

4.根据权利要求3所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述弹性件衬座上设有第一活塞杆导向透孔；所述蜗壳上设有与所述第一活塞杆导向透孔连通的第二活塞杆导向孔；所述活塞杆插装于所述第一活塞杆导向透孔和所述第二活塞杆导向孔。

5.根据权利要求4所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，还包括套装于所述活塞杆的滑动衬套环，所述滑动衬套环设置于所述蜗壳的沉槽，并由位于所述沉槽开口处所述弹性件衬座沿轴向抵紧固定。

6.根据权利要求4所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述第二活塞杆导向孔为透孔，所述第二活塞杆导向孔上远离所述第一活塞杆导向透孔的端部由密封端盖封堵，所述密封端盖固定在所述蜗壳上。

7.根据权利要求6所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述密封端盖上设有第一密封圈，所述第一密封圈圈在所述第二活塞杆导向孔外周；

所述弹性件衬座上设有第二密封圈，所述第二密封圈圈在所述第一活塞杆导向透孔外周。

8.根据权利要求3所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述蜗壳上开设有空气环腔，所述空气环腔圈在所述弹性件衬座外周，并分别与所述环室通流孔和所述衬座通流孔连通；所述衬座通流孔为多个，并沿所述弹性件衬座的周向均匀分布。

9.根据权利要求3所述的蜗壳被动防喘装置，其特征在于，所述活塞杆座上固定有密封接头，所述密封接头与所述第二通道连通。

10.一种离心式压缩机，其特征在于，包括蜗壳被动防喘装置，所述蜗壳被动防喘装置为权利要求1-9任意一项所述的蜗壳被动防喘装置。

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