CN115289036A - 一种混流式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混流式压缩机，解决了压缩机升压能力弱、效率低下、工作稳定性较差的技术问题。该装置包括壳体、转子、隔板、冷却装置、承缸、静叶、动叶以及离心叶轮等，其中，所述转子与承缸之间为子午流道，所述子午流道的前端采用等外径、等中径或等内径布置，所述子午流道的后端采用等中径、等内径或等外径布置，且所述子午流道的前端和后端的布置不同。本发明可以提升了叶片的做工能力，减少了叶片级数，减轻了机组重量及占地面积，提升机组的整体效率，同时能够降低生产成本、提升企业效益。

Description

一种混流式压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种混流式压缩机。

背景技术

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，广泛应用到冶金、空分、石化、制药等众多领域中。目前应用到冶金、空分、石化及制药等领域中的轴流压缩机均采用的是传统的全静叶可调轴流压缩机，轴流压缩机是混流式压缩机中的重要组成部件，全静叶可调轴流压缩机最主要的特点就是能够提供满足生产过程所需的风量和风压要求。

然而，目前工业用轴流压缩机的轴流段的子午流道均采用的是等内经结构形式，且静叶承缸采用的是两端或者三端式，随着承缸尺寸收缩，后面级叶片高度降低，升压能力减弱，需求的增压叶片级数增多，功耗损失加大。

不仅如此，为了避免在工作过程中转子上的动叶与静叶承缸发生擦缸问题，严重时引起叶片断裂而使得机组失效，所以在静叶承缸与动叶片径向方向上保留了一定的间隙。由于径向间隙的存在以及取值偏大问题，气流在压缩过程中会出现被压缩的气流经过径向间隙轴向倒流到前方，同时叶片压力面侧的高静压气流也会潜流至叶片吸力面，会导致气流损失增大、效率下降、升压能力减弱的问题。同时，间隙过大还直接加重了气流不稳定现象的发生，进而增加了气流从叶片分离的速度，减弱了机组的升压能力。

机组叶片级数增多会导致机组尺寸和重量较大，并导致机组工作不稳定性的概率增加；功耗损失加大会导致耗能增加、生产成本增高，且二氧化碳排放量增大，不利于节能环保。因此，提高压缩机的升压能力、做功效率并减少机组叶片级数具有重要意义。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的在于提供一种混流式压缩机，可以减少机组的级数并提高压缩机的升压能力与做功效率。

本发明提供了一种混流式压缩机，包括壳体，还包括：转子，水平转动设置于所述壳体内；隔板，一端与所述壳体的内壁固定，且另一端与所述转子抵接，所述隔板将壳体分隔为轴流段和离心段，所述轴流段具有轴流进气端和轴流排气端，所述离心段具有离心进气端和离心排气端，所述转子的一端位于所述轴流段内，且另一端位于所述离心段内；冷却装置，设置于壳体底部，且所述冷却装置将轴流排气端和离心进气端连通；承缸，固定于所述壳体内，且位于所述轴流段的内部；静叶，数量为多个，且设置于所述承缸上；动叶，数量为多个，且固定于所述转子上，所述静叶和动叶交替排布；离心叶轮，数量为多个，且固定于所述转子上，所述离心叶轮位于离心段内；其中，所述转子与承缸之间为子午流道，所述子午流道的前端采用等外径、等中径或等内径布置，所述子午流道的后端采用等中径、等内径或等外径布置，且所述子午流道的前端和后端的布置不同。

可选地，所述承缸和转子上分别开设有多个环槽，所述环槽与动叶和静叶一一对应。

可选地，所述环槽内嵌设有柔性复合型材料制成的承接块，所述动叶或静叶与相应的承接块之间存在间隙。

可选地，所述环槽的轴向尺寸为动叶叶尖弦长轴向投影尺寸的109％～115％。

可选地，位于所述子午流道前端的静叶与承缸转动连接，所述壳体上设有能够控制静叶摆动的调节机构。

可选地，所述轴流段的叶片级数不超过10级，所述离心段的叶轮级数不超过3级。

可选地，所述离心叶轮采用闭式三元流叶轮。

可选地，所述壳体上设有前轴承箱和后轴承箱，所述前轴承箱位于轴流段内，所述后轴承箱位于离心段内，且所述转子的端部分别与前轴承箱和后轴承箱连接。

可选地，所述前轴承箱采用迷宫密封与隔离气体的结构密封。

可选地，所述隔板与所述转子采用篦齿密封。

由上述技术方案可知，本发明提供的混流式压缩机，具有以下优点：

该装置采用组合式子午流道形式，提升了叶片的做工能力，减少了叶片级数，减轻了机组重量及占地面积，同时提升机组的整体效率。不仅如此，该设计能够提升机组的整体性能(风量范围、运行效率和压比裕度)，与现有常规机组相比，此设计性能更优，尺寸更小重量更轻，效率更高，在空分、制药及化工等领域应用能够减少能源消耗(降低二氧化碳排放量)、降低生产成本、提升企业效益。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例中混流式压缩机的结构示意图；

图2为本发明实施例中混流式压缩机的子午流道的结构示意图，主要展示等外径+等内径的布置；

图3为本发明实施例中混流式压缩机的子午流道的结构示意图，主要展示等外径+等中径的布置；

图4为本发明实施例中混流式压缩机的承缸与动叶的配合关系示意图；

图5为本发明实施例中混流式压缩机的隔板与转子的配合关系示意图，主要展示篦齿(斜齿)密封结构；

图6为本发明实施例中混流式压缩机的承缸的局部剖视图，主要展示调节机构；

图7为本发明实施例中混流式压缩机的调节机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、壳体；2、转子；3、隔板；4、轴流段；5、离心段；6、轴流进气端；7、轴流排气端；8、离心进气端；9、离心排气端；10、前轴承箱；11、后轴承箱；12、承缸；13、静叶；14、动叶；15、离心叶轮；16、子午流道；17、环槽；18、承接块；19、调节机构；191、电缸；192、调节环；193、滑块；194、曲柄；195、静叶轴承。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1～图7所示为本发明实施例，该实施例中公开了一种混流式压缩机，包括壳体1，壳体1内水平设置有转子2。壳体1内设置有隔板3，隔板3的一端与壳体1的内壁固定，且另一端与转子2抵接，并且隔板3将壳体1由前至后分隔为轴流段4和离心段5。轴流段4具有轴流进气端6和轴流排气端7，离心段5具有离心进气端8和离心排气端9。

壳体1上固定连接有前轴承箱10和后轴承箱11，前轴承箱10位于轴流段4内，后轴承箱11位于离心段5内。前轴承箱10内安装有支撑轴承，后轴承箱11内安装有支撑轴承和止推轴承，转子2的一端伸入前轴承箱10内连接支撑轴承，另一端伸入后轴承箱11，依次连接止推轴承和支撑轴承。

转子2与后轴承箱11相连侧安装有平衡盘，平衡盘与转子2之间采用过盈配合和销钉固定形式，平衡盘两侧分别为大气侧和离心压缩段入口侧。支撑轴承用来承受转子2重量以及其他附加重量，止推轴承和平衡盘用来承受转子2轴向力和平衡叶片的气动力，支撑轴承、止推轴承和平衡盘共同保证了转子2在一定转速范围内安全稳定可靠的运行。

壳体1的底部设置有冷却装置(图中未示出)，并且冷却装置将轴流排气端7和离心进气端8连通，以实现对空气的冷却，进而提高压力提升能力。气流从轴流段4流出后进入冷却装置入口，经冷却装置冷却后沿出口流入到离心段5，经过压缩后，气体流出。

壳体1的内壁固定连接有承缸12，并且承缸12位于轴流段4的内部，同时，承缸12上设置有多个静叶13，转子2上固定连接有多个动叶14，并且多个动叶14和多个静叶13交替分布。同时，转子2上固定连接有多个离心叶轮15，并且离心叶轮15位于离心段5内。

转子2与承缸12之间为子午流道16，子午流道16的前端采用等外径、等中径或等内径布置，子午流道16的后端采用等中径、等内径或等外径布置，且子午流道16的前端和后端的布置不同。即子午流道16的布置方式供6种，具体如下表所示：

本实施例中的混流式压缩机，采用组合式子午流道16的布置形式，提升叶排的级负荷，叶排做工能力更高(叶尖和叶根的线速度均会增大)达到同样压比状态下，所需的级数更少，尺寸上会进一步缩小。如果采用单一形式布置方式，整体加工难度低，增减叶片级数也方便，但做工能力相对较差，效率较低，达到同样工作压比，现有技术所需叶排的级数会更多，消耗的能耗更高。不仅如此，该设计能够提升机组的整体性能(风量范围、运行效率和压比裕度)，与现有常规机组相比，此设计性能更优，尺寸更小重量更轻，效率更高，在空分、制药及化工等领域应用能够减少能源消耗(降低二氧化碳排放量，利于节能环保)、降低生产成本、提升企业效益。

本申请中的子午流道16采用等外径+等内径，或者等外径+等中径的方式，在其他实施例中，也可以是其他4种方式。冷却装置可以是冷却器，也可以是工厂的其他冷却机构，只要能够起到对空气的冷却即可。

在一个实施例中，如图1、图4所示，承缸12和转子2的表面分别开设有多个环槽17，并且环槽17与动叶14和静叶13一一对应。环槽17内嵌设有柔性复合型材料制成的承接块18，并且动叶14或静叶13与相应的承接块18之间存在极小的间隙(动叶14的叶尖在运转时，在负载力的作用下与承接块18摩擦，形成较小的间隙)。承接块18可以采用铝青铜等软性金属或其他柔性复合型材料。同时，环槽17的尺寸与动叶14尖部叶片轴向方向投影的弦长有关，并且环槽17的轴向尺寸为动叶14叶尖弦长轴向投影尺寸的109％～115％，在其他实施例中也可以是其他比例。

通过环槽17并镶嵌易磨并能缓冲的复合型材料(即：承接块18)，保证动叶14叶尖和承缸之间的径向尺寸很小，降低了叶尖泄露因素影响，提升机组的工作效率，在满足风量和压力的基础上，具有更高的安全裕度。同时，承接块18兼具密封的作用，提高液压机的整体密封效果和工作稳定性。

在一个实施例中，如图1所示，轴流进气端6采用轴向进气，且内侧有辐条支撑，采用圆滑过渡形式，引导气流平稳流入，减少气流损失，提升工作效率。

在一个实施例中，如图1、图5所示，隔板3加厚至30-40mm(常规为20-30mm)，以保证隔板3的强度，并且隔板3与转子2相接触的部位采用斜齿(篦齿)密封，防止轴流排气端7与离心排气侧之间的气体泄露，提高压缩机的密封效果。

在一个实施例中，如图1所示，前轴承箱10采用迷宫密封与隔离气体的结构密封，防止油雾由于泄露进入到输送气体中。同时，壳体1外侧具有油雾分离器，用于排气壳体1内部的油雾气体。

在一个实施例中，如图1所示，轴流段4的叶片级数不超过10级，离心段5的叶轮级数不超过3级。位于子午流道16前端的静叶13(前3～5个)与承缸12转动连接，其余静叶13与承缸12固定连接，承缸12的前端位置采用打孔形式，用于安装可调静叶13，承缸12的后端位置开T型环槽17，固定安装带有T型榫头结构的静叶13，同时，壳体1上设有能够控制静叶13摆动的调节机构19。通过调节机构19控制前端的静叶13(前3～5个)摆动，实现风量和压力的调节。

在一个实施例中，如图1、图6和图7所示，调节机构19包括电缸191、调节环192、滑块193、曲柄194以及静叶轴承195，电缸191的活塞端与调节环193固定连接，并且滑块193与调节环192滑动连接。静叶轴承195与承缸12转动连接，静叶13与静叶轴承195固定连接，同时，曲柄194的一端与静叶轴承195固定连接，且另一端与滑块193固定连接。当电缸191推动调节环192滑动时，滑块193在调节环192内运动，此时，滑块193带动曲柄194以及静叶轴承195转动，然后静叶轴承195即可带动静叶13摆动。

调节机构19也可以采用电机齿轮齿条等其他驱动方式，只有能控制静叶13摆动的驱动方式均可。

在一个实施例中，如图1所示，离心叶轮15采用闭式三元流叶轮，叶轮之间有级间密封措施，减少气体的泄露。

本实施例中的混流式压缩机，工作过程如图1所示：

气流经轴流进气端6进入，经过轴流段4动叶14和静叶13的转动能量传递，带压和带速气流经轴流排气端7流出，进入冷却装置，给压缩后的气体降温。随后，经过降温后气体从离心进气端8流入，经离心端压缩后，带温带压的气体从离心排气端9流出，流入工艺管道中。

由上述过程可知，采用组合式子午流道16形式，提升了叶片的做工能力，减少了叶片级数，减轻了机组重量及占地面积，同时提升机组的整体效率。不仅如此，该设计能够提升机组的整体性能(风量范围、运行效率和压比裕度)，与现有常规机组相比，此设计性能更优，尺寸更小重量更轻，效率更高，在空分、制药及化工等领域应用能够减少能源消耗(降低二氧化碳排放量，利于节能环保)、降低生产成本、提升企业效益。同时，本设计能够减少轴流段4叶片的级数，同时消除或减小由于动叶14径向间隙因素引起的问题，降低机组整体重量，提升机组的整体性能。

对比现有技术的压缩机，本设计改变了结构形式，提升了机组的做功能力和工作效率，解决了各行业对机组的流量、压力和效率的需求，减少了能源浪费。同时，本设置采用变组合式子午流道16形式，提升了叶片的做工能力，减少了叶片级数，减轻了机组重量及占地面积，同时提升机组的整体效率。不仅如此，本设计采用部分静叶13可调结构，在满足风量调节的基础上，减小了轴向尺寸；

不仅如此，本设计承缸12采用开启环槽17并镶嵌易磨并能缓冲的复合型材料(即：承接块18)，保证动叶14的叶尖和承缸之间的径向尺寸做的很小，降低了叶尖泄露因素影响，提升机组的工作效率，在满足风量和压力的基础上，具有更高的安全裕度。同时，本设计能够减小气流损失，推迟气流分离以及旋转不稳定现象的发生，扩大了防喘区域，扩宽了机组工作范围。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种混流式压缩机，其特征在于，包括壳体(1)，还包括：

转子(2)，水平转动设置于所述壳体(1)内；

隔板(3)，一端与所述壳体(1)的内壁固定，且另一端与所述转子(2)抵接，所述隔板(3)将壳体(1)分隔为轴流段(4)和离心段(5)，所述轴流段(4)具有轴流进气端(6)和轴流排气端(7)，所述离心段(5)具有离心进气端(8)和离心排气端(9)，所述转子(2)的一端位于所述轴流段(4)内，且另一端位于所述离心段(5)内；

冷却装置，设置于壳体(1)底部，且所述冷却装置将轴流排气端(7)和离心进气端(8)连通；

承缸(12)，固定于所述壳体(1)内，且位于所述轴流段(4)的内部；

静叶(13)，数量为多个，且设置于所述承缸(12)上；

动叶(14)，数量为多个，且固定于所述转子(2)上，所述静叶(13)和动叶(14)交替排布；

离心叶轮(15)，数量为多个，且固定于所述转子(2)上，所述离心叶轮(15)位于离心段(5)内；

其中，所述转子(2)与承缸(12)之间为子午流道(16)，所述子午流道(16)的前端采用等外径、等中径或等内径布置，所述子午流道(16)的后端采用等中径、等内径或等外径布置，且所述子午流道(16)的前端和后端的布置不同。

2.根据权利要求1所述的混流式压缩机，其特征在于，所述承缸(12)和转子(2)上分别开设有多个环槽(17)，所述环槽(17)与动叶(14)和静叶(13)一一对应。

3.根据权利要求2所述的混流式压缩机，其特征在于，所述环槽(17)内嵌设有柔性复合型材料制成的承接块(18)，所述动叶(14)或静叶(13)与相应的承接块(18)之间存在间隙。

4.根据权利要求2所述的混流式压缩机，其特征在于，所述环槽(17)的轴向尺寸为动叶(14)叶尖弦长轴向投影尺寸的109％～115％。

5.根据权利要求1所述的混流式压缩机，其特征在于，位于所述子午流道(16)前端的静叶(13)与承缸(12)转动连接，所述壳体(1)上设有能够控制静叶(13)摆动的调节机构(19)。

6.根据权利要求1所述的混流式压缩机，其特征在于，所述轴流段(4)的叶片级数不超过10级，所述离心段(5)的叶轮级数不超过3级。

7.根据权利要求1所述的混流式压缩机，其特征在于，所述离心叶轮(15)采用闭式三元流叶轮。

8.根据权利要求1所述的混流式压缩机，其特征在于，所述壳体(1)上设有前轴承箱(10)和后轴承箱(11)，所述前轴承箱(10)位于轴流段(4)内，所述后轴承箱(11)位于离心段(5)内，且所述转子(2)的端部分别与前轴承箱(10)和后轴承箱(11)连接。

9.根据权利要求8所述的混流式压缩机，其特征在于，所述前轴承箱(10)采用迷宫密封与隔离气体的结构密封。

10.根据权利要求1所述的混流式压缩机，其特征在于，所述隔板(3)与所述转子(2)采用篦齿密封。

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