CN112236600A - 包括扩散器压力均衡特征的离心式压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种离心式压缩机包括叶轮，该叶轮构造成经由多个离散通路沿流体流径驱动流体。每个离散通路包括离散通路出口。扩散器部分围绕叶轮周向布置。扩散器部分包括经由多个扩散器入口连接到离散通路的每个出口的压室和邻近叶轮限定的均衡压室。均衡压室经由对应的槽流体地连接到每个离散通路出口。

Description

包括扩散器压力均衡特征的离心式压缩机
技术领域
本公开总体上涉及压缩机离心式压缩机，并且更具体地涉及包括排出压力均衡特征的离心式压缩机。
相关申请的交叉引用
本申请请求享有于2019年5月15日提交的美国临时申请第62/847360号的优先权。
背景技术
诸如离心式压缩机的旋转机器通常用于制冷和涡轮应用中。离心式压缩机包括叶轮，该叶轮驱动和压缩流体并将压缩流体提供给排放压室(plenum，有时称为器室)。排放压室将压缩流体分配到构造成利用压缩流体的系统。向扩散器提供的压力不均匀会影响叶轮和扩散器入口之间的上游空间，并对压缩机的操作能够产生负面影响。
离心式压缩机具有可行的操作范围，其中该范围由扩散器构造决定的(dictated)扼流和由叶轮和扩散器构造以及流动相互作用决定的喘振控制。在一些压缩机构造中，叶轮的出口经由多个不同的通路连接至扩散器。这样的构造可具有减小的范围，该减小的范围至少部分地由于如上所述通过每个不同通路的流动的局部不均匀性而导致。
发明内容
在一个示例性实施例中，离心式压缩机包括叶轮，该叶轮构造成经由多个离散通路沿流体流径驱动流体，每个离散通路包括离散通路出口；绕叶轮周向设置的扩散器部分，扩散器部分包括经由多个扩散器入口连接到离散通路的每个出口的压室；以及邻近叶轮限定的均衡压室，该均衡压室经由对应的槽流体地连接到每个离散通路出口。
在上述离心式压缩机的另一个实例中，每个对应的槽是限定在扩散器部分本体中的侵入体。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，每个对应的槽是在叶轮出口附近的径向向外的流径壁中的孔。
根据权利要求1所述的离心式压缩机，其中均衡压室是密封的，使得对应的槽是均衡压室的唯一入口和出口。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室设置在叶轮的毂侧上。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室设置在叶轮的护罩侧上。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室包括毂侧部分和护罩侧部分。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，扩散器部分经由蜗壳连接至压缩机出口。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，槽至少部分地限定在扩散器部分本体中。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，槽至少部分地限定在叶轮本体中。
在一个示例性实施例中，一种离心式压缩机包括叶轮，该叶轮包括多个离散通路，每个离散通路包括离散通路出口，以及流体地连接到每个离散通路出口的均衡压室。
在上述离心式压缩机的另一个实例中，均衡压室经由多个均衡槽流体地连接到每个离散通路出口。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，多个均衡槽中的每个均衡槽将多个离散通路中的一个离散通路的出口连接至均衡压室。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室是密封的，使得多个均衡槽是均衡压室的唯一入口和出口。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室设置在叶轮的护罩侧上。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室设置在叶轮的毂侧上。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，均衡压室包括第一部分和与第一部分不同的第二部分。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，第一部分设置在叶轮的毂侧上，而第二部分设置在叶轮的护罩侧上。
在上述离心式压缩机中的任一个的另一个实例中，离心式压缩机是混合流离心式压缩机。
一种用于使离心式压缩机扩散器入口处的压力均衡的示例性方法，该方法包括将多个离散叶轮通路的出口与均衡压室流体连接。
本发明的这些和其它特征可从下面的说明书和附图中得到最好的理解，下面是简要描述。
附图说明
图1示出了包括护罩侧均衡压室的示例性离心式压缩机的高度示意性横截面视图。
图2示出了包括毂侧均衡压室的示例性离心式压缩机的高度示意性横截面视图。
图3示出了示例性离心式压缩机的高度示意性横截面视图，该示例性离心式压缩机包括具有毂侧部分和护罩侧部分的均衡压室。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据一个实例的示例性离心式压缩机10。如图所示，离心式压缩机10包括入口14。入口14通过多个入口导叶将流体引导到旋转的叶轮16中。驱动轴20连接至叶轮16，并驱动叶轮16的旋转。叶轮16限定了护罩侧2和毂侧4。
叶轮16限定了多个不同的通路22，每个通路将进入的流体从轴向流动方向转向径向流动方向。通路22通过多个扩散器区段入口32将流体从叶轮16排出到扩散器区段30中。扩散器区段30大体上围绕叶轮16沿周向布置，并将压缩流体引向压缩机出口。在一个实例中，将流体引导到蜗壳中，该蜗壳将流体引向压缩机出口(参见图3)。
由于通路22的不同，每个通路22的出口24处的流体压力可不同于一个或多个其它通路22的出口处的流体压力。该变化被称为局部不均匀，并且可增加压缩机10内喘振的发生。喘振的增加会导致压缩机总范围的减小，进而降低系统的整体性能。除了不连续的通路之外，限定扩散器区段30的本体31中的制造变化会在扩散器部分的喉部处产生不均匀性，这同样会增加喘振表现，并减小压缩机10的操作范围。
压缩机10中还包括设置在叶轮16的护罩侧2上的压室11。每个通路22经由槽40流体地连接到压室11。通过延伸，与压室11的流体连接通过压室11和槽40将每个通路22的出口24连接到每个另一通路22的出口24。通过经由压室11连接通路22，当流体被提供给扩散器区段30时，离心式压缩机10能够在叶轮16的流体出口24上提供更均匀的压力场，从而减少进入扩散器区段30的流动的不均匀性。
在一些实例中，压室11是密封的压室，其中仅有的入口和出口是槽40。结果，当出口24之一处的局部压力超过压室11内的压力时，对应的槽40允许压缩流体进入压室11，并且出口24处的局部压力降低。相反，当出口24处的流体压力低于压室11内的压力时，来自压室11的流体提供给出口24，并且出口24处的局部压力增加。由于这两个特征同时发生，并且在离心式压缩机10的整个操作中，在任何给定出口24处的局部压力均衡，并且提供给扩散器区段30的流体压力的局部不均匀性大幅减小。
继续参看图1，并且用相同的数字表示相同的元件，图2示意性地示出了示例性离心式压缩机100，其包括毂侧104均衡压室150。与图1的实例一样，离心式压缩机100包括入口114。入口114通过多个入口导叶将流体引导到旋转的叶轮116中。驱动轴120连接至叶轮116，并驱动叶轮116的旋转。叶轮116限定了护罩侧102和毂侧104。
叶轮116限定了多个不同的通路122，每个通路将进入的流体从轴向流动方向转向径向流动方向。通路122通过多个扩散器区段入口132将流体从叶轮116排出到扩散器区段130中。扩散器区段130大体上围绕叶轮116沿周向布置，并将压缩流体引向压缩机出口。
与图1的实例不同，扩散器区段130由经由一个或多个紧固件连结的两个本体131,133限定。在该实例中，在叶轮116的毂侧104处的两个本体131,133之间限定了均衡压室150。均衡压室150经由一对密封件142,152在径向内端和径向外端处密封。在一个实例中，密封件142,152可为O形环型密封件。在备选实例中，可利用备选密封件达到相同的效果。
在叶轮116本体和扩散器部分本体131中限定槽140。槽140将每个出口124流体连接至毂侧均衡压室150。毂侧均衡压室150以与图1的护罩侧均衡压室11相同的方式操作以均衡出口124处的局部压力。
继续参看图1和图2，图3示意性地示出了图1和图2的概念在单个实施例中的组合。在图3的实例中，离心式压缩机200包括入口214。入口214通过多个入口导叶将流体引导到旋转的叶轮216中。驱动轴220连接至叶轮216，并驱动叶轮216的旋转。叶轮216限定了护罩侧202和毂侧204。
叶轮216限定了多个不同的通路222，每个通路将进入的流体从轴向流动方向转向径向流动方向。通路222通过多个扩散器区段入口232将流体从叶轮216排出到扩散器区段230中。扩散器区段230大体上围绕叶轮216沿周向布置，并通过蜗壳234将压缩流体引向压缩机出口236。
在图3的实例中，毂侧压室部分250和护罩侧压室部分211中的每一个都经由本体231中的槽240连接到出口224，该槽部分地限定了扩散器区段230。每个槽240提供单个流体连接，该单个流体连接将对应的扩散器区段入口232连接到每个压室部分211,250。与前面的实例一样，护罩侧202均衡压室部分211和毂侧204均衡压室部分250的组合用于均衡至扩散器区段230的入口232处的压力，从而减少扩散器区段230内的局部不均匀性。
参看所有图1-3，将认识到，在扩散器入口32,132,232之间提供静压力平衡有助于在变化的扩散器入射角条件下抑制失速行为。扩散器入口32,132,232处的平衡压力还提供了在旋流场中的入射缓解。槽的确切位置和长度，以及要使用哪种均衡压室构造取决于给定离心式压缩机设计和应用的特定特征和条件，并且可由本领域技术人员确定。
虽然本文参照混合流离心式压缩机进行了描述和示出，但将认识到，由均衡压室提供的局部非均匀性缓解特征可应用于任何备选的离心流压缩机，并且不限于在此描述和示出的特定实例。
还应理解，任何上述概念可单独使用，或与任何或所有其它上述概念组合使用。尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入本发明的范围内。因此，应研究以下权利要求书以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种离心式压缩机，包括：
叶轮，其构造成经由多个离散通路沿流体流径驱动流体，每个所述离散通路包括离散通路出口；
围绕所述叶轮周向设置的扩散器部分，所述扩散器部分包括经由多个扩散器入口连接到所述离散通路的每个出口的压室；以及
邻近所述叶轮限定的均衡压室，所述均衡压室经由对应的槽流体地连接到每个离散通路出口。
2.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，每个对应的槽是限定在扩散器部分本体中的侵入体。
3.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，每个对应的槽是在所述叶轮出口附近的径向向外的流径壁中的孔。
4.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室是密封的，使得所述对应的槽是所述均衡压室的唯一入口和出口。
5.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室设置在所述叶轮的毂侧上。
6.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室设置在所述叶轮的护罩侧上。
7.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室包括毂侧部分和护罩侧部分。
8.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述扩散器部分经由蜗壳连接至压缩机出口。
9.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述槽至少部分地限定在扩散器部分本体中。
10.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，所述槽至少部分地限定在叶轮本体中。
11. 一种离心式压缩机，包括：
包括多个离散通路的叶轮，每个所述离散通路包括离散通路出口；以及
流体地连接到每个离散通路出口的均衡压室。
12.根据权利要求11所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室经由多个均衡槽流体地连接到每个离散通路出口。
13.根据权利要求12所述的离心式压缩机，其特征在于，所述多个均衡槽中的每个均衡槽将所述多个离散通路中的一个离散通路的出口连接至所述均衡压室。
14.根据权利要求12所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室是密封的，使得所述多个均衡槽是所述均衡压室的唯一入口和出口。
15.根据权利要求11所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室设置在所述叶轮的护罩侧上。
16.根据权利要求11所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室设置在所述叶轮的毂侧上。
17.根据权利要求11所述的离心式压缩机，其特征在于，所述均衡压室包括第一部分和与所述第一部分不同的第二部分。
18.根据权利要求17所述的离心式压缩机，其特征在于，所述第一部分设置在所述叶轮的毂侧上，并且所述第二部分设置在所述叶轮的护罩侧上。
19.根据权利要求11所述的离心式压缩机，其特征在于，所述离心式压缩机是混合流离心式压缩机。
20.一种用于使离心式压缩机扩散器入口处的压力均衡的方法，所述方法包括：
将多个离散叶轮通路的出口与均衡压室流体地连接。
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