CN208578769U - 叶轮和包括这种叶轮的离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种叶轮(3)，所述叶轮(3)具有轮盘(31)、轮盖(32)和位于所述轮盘(31)与所述轮盖(32)之间的叶片(33)，其中，所述轮盘(31)和所述轮盖(32)中的至少一者在其背离所述叶片(33)的一侧上设置有至少一个防旋板(34)，所述防旋板(34)从所述叶轮(3)的外缘向所述叶轮(3)的中心延伸。通过这种叶轮，可以减小密封结构进口处的旋流，改善转子系统的动力特性，提高转子系统的稳定性。此外，本实用新型还涉及一种包括这种叶轮(3)的离心压缩机(1)。

Description

叶轮和包括这种叶轮的离心压缩机
技术领域
本实用新型涉及一种叶轮，特别是用于离心压缩机的叶轮，所述叶轮具有轮盘、轮盖和位于所述轮盘与所述轮盖之间的叶片。
此外，本实用新型还涉及一种包括这种叶轮的离心压缩机。所述离心压缩机特别是用于石油、石化、空气分离领域，用于给下游提供氮气、氧气等。
背景技术
离心压缩机是具有叶轮的旋转式流体机械，主要包括定子和转子，定子是压缩机的固定元件，由扩压器、弯道、回流器、机壳等组成，转子主要由转轴、叶轮、平衡盘、推力盘等元件组成。工质通过离心压缩机时，被叶轮上高速旋转的叶片带动，在离心力的作用下流至叶轮边缘，经扩压器实现增压作用，离心压缩机可以分为单级压缩机和多级压缩机，其中，单级压缩机装配有单个转子，多级压缩机装配有串联的多个转子。在离心压缩机的旋转部件和静止部件之间安装有密封结构，控制通过动静间隙从高压区向低压区的泄漏流动。
叶轮是离心压缩机的关键部件。由于叶轮内叶栅通道的导流以及转轴、轮盘等旋转部件的旋转，工质在密封结构进口处具有很大的周向旋流速度，引起转子系统的振动，影响转子系统的稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的是，提供一种叶轮，特别是用于离心压缩机的叶轮，其可以减小密封结构进口处的旋流，改善转子系统的动力特性，提高转子系统的稳定性。
上述目的通过根据本实用新型的一种叶轮、特别是用于离心压缩机的叶轮实现，所述叶轮具有轮盘、轮盖和位于所述轮盘与所述轮盖之间的叶片，其中，所述轮盘和所述轮盖中的至少一者在其背离所述叶片的一侧上设置有至少一个防旋板，所述防旋板从所述叶轮的外缘向所述叶轮的中心延伸。由此，所述叶轮可以阻止气流在叶轮高速旋转情况下沿周向的均一流动，进而阻止进入转轴密封处的气动旋流，从而实现止旋抑振的作用。
有利地，所述防旋板可以基本上沿着所述叶轮的径向延伸。由于防旋板的存在，在高速旋转产生的离心力下，将迫使工质沿径向流动。一方面，可以阻止气流在叶轮高速旋转情况下沿周向的均一流动，实现止旋抑振的作用。另一方面，可以调整轮盘或轮盖背部的压力分布，从而达到减小单级叶轮轴向力的目的，可以省去现有技术中通常使用的平衡活塞，使转轴长度减小，进一步提高转子的稳定性；同时可以实现背腔压力近轴处到叶轮外缘逐渐增大的压力分布形式，这样就对转轴处的密封设计有较大优势，同时降低了近轴处的压力，可以减小转轴密封处的泄漏量。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板沿叶轮轴向方向的高度可以从所述叶轮的外缘向所述叶轮的中心逐渐减小。由此，可以实现所期望的叶轮背腔中从近轴处到叶轮外缘逐渐增大的压力分布形式。
根据本实用新型的一种优选实施方式，可以设置多个防旋板以形成叶栅，所述防旋板的数量使叶栅稠度大于1。防旋板例如为叶片的形式，叶栅由多个叶型相同的叶片以相同的间隙和角度在同一回转面、例如轮盘或轮盖上排列而成。在叶栅稠度大于1时，叶轮高速旋转引起的泄漏水平很低。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板的长度可以根据所述叶轮的背腔压力设定。通过调整防旋板的长度，可以调整叶轮背腔处的压力。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板沿叶轮轴向方向的高度还可以根据所述叶轮与固定元件之间的间隙调节，所述叶轮设置在该固定元件之内。由此使泄漏尽可能地减小。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板的厚度根据强度设计准则设定，使防旋板能够承受叶轮高速旋转时工质所带来的压力。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板的形状可以为直线形、二次曲线形、样条曲线形。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板和与其相邻的在所述轮盘和所述轮盖之间的两个叶片错开一定角度地设置。更为优选地，所述防旋板设置在上述两个叶片之间的中间位置。因轮盘或轮盖通常较薄，通过将防旋板设置在两个叶片之间，可以提高轮盘或轮盖的强度，起到加强肋条的作用。由此，可以将轮盘或轮盖设计得更薄，可以在减小叶轮质量的同时维持叶轮的强度。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述防旋板与所述轮盘和所述轮盖中的至少一者一体铣削而成。由此，可以简单、成本低廉地制造出带有防旋板的叶轮。
根据本实用新型的又一方面，还提供了一种离心压缩机，其包括至少一个如上述任一种实施方式所述的叶轮。所述离心压缩机具有上文中结合所述叶轮所描述的优点。
优选地，在离心压缩机包括多级叶轮的情况下，每个叶轮可以设计为如上述任一种实施方式所述的叶轮。替代地，可以仅最后一级或最后几级的叶轮依照上述任一种实施方式构造，因为最后一级或最后几级的叶轮承受的压力最大。
附图说明
下文将以明确易懂的方式通过对优选实施方式的说明并结合附图来对本实用新型的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：
图1以轴向剖视图示意性地示出了现有技术中已知的离心压缩机；
图2以局部剖视图示意性地示出了根据本实用新型一种优选实施方式的叶轮；
图3和图4分别以立体图和侧视图示意性地示出了图2所示的叶轮；
图5以轴向剖视图示意性地示出了具有图2所示的叶轮的离心压缩机。
在附图中，相同的或作用相同的部件用相同的附图标记表示，类似的或作用类似的部件类似的附图标记表示。
具体实施方式
一种现有技术中已知的离心压缩机的设计如在图1中所示，在离心压缩机1的转轴2上安装有多个叶轮3，在离心压缩机的旋转部件和静止部件之间分别安装有密封结构5。在离心压缩机的转轴2的一端，通过热缩安装有平衡活塞机构6，通过改变平衡活塞6两侧的活塞直径和压力差来调节轴向推力。
图2以局部剖视图示出了根据本实用新型一种优选实施方式的叶轮。所述叶轮3具有轮盘31、轮盖32和位于所述轮盘31与所述轮盖32之间的叶片33。在图2所示的优选实施方式中，在所述轮盘31的背离所述叶片33的侧面上设置有多个防旋板34。所述防旋板34基本上沿所述叶轮的径向延伸。所述防旋板34与所述轮盘32一体铣削而成。
所述防旋板34沿叶轮轴向方向从所述轮盘31的侧面是伸出的高度h从所述叶轮的外缘向所述叶轮的中心逐渐减小，由此实现了所期望的在叶轮的背腔7中从近轴处到叶轮外缘处逐渐增大的压力p的分布形式。所述防旋板34沿叶轮轴向方向的高度h还可以根据所述叶轮3与如图1所示的固定元件4的内壁之间的间隙调节，使泄漏尽可能地减小。
在图3所示的立体图和图4所示的侧视图中，可以更加清楚地看到，设有多个防旋板34，形成叶栅，所述防旋板34曲线形，其沿一曲线从近轴端向叶轮的边缘端延伸。
在此，所述防旋板34的数量使叶栅稠度大于1。叶栅稠度为叶型弦长与叶栅节距之比，即，
σ＝s/t
在以上表达式中：σ表示稠度；s表示叶型弦长，即叶型的中弧线两端点之间的距离；t表示叶栅节距，叶栅节距t通过以下表达式得出：
t＝2πrm/Zn
其中，rm表示叶轮上的背部叶片的平均半径，Zn表示防旋板的数量。
在稠度大于1时，叶轮高速旋转引起的泄漏水平很低。
所述防旋板34的长度l可以根据所述叶轮的背腔7处的压力进行调节。通过调整防旋板的长度l，可以调整叶轮背腔处的压力。如果防旋板的长度越长，则背腔处的压力则越低。
所述防旋板34的沿轴向的厚度根据强度设计准则设定，使所述防旋板34能够承受叶轮高速旋转时工质所带来的压力。
所述防旋板34设置在与其相邻的两个叶片33之间的中间位置。由此可以提高轮盘的强度，起到加强肋条的作用。
图5以轴向剖视图示出了具有图2所示的叶轮的离心压缩机。所述离心压缩机具有多个如图2所示的叶轮3。密封结构5进口处的旋流可以减小，离心压缩机转子系统的动力特性得以改善，稳定性得到提高。此外，因为叶轮背腔7处的压力显著减小，平衡活塞6在此情况下可以省去，由此转轴2的长度可以减小，离心压缩机转子系统的稳定性进一步得到提高。
上文通过附图和优选实施例对本实用新型进行了详细展示和说明，然而本实用新型不限于这些已揭示的实施例，本领域技术人员从中推导出来的其他方案也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.叶轮(3)，所述叶轮(3)具有轮盘(31)、轮盖(32)和位于所述轮盘(31)与所述轮盖(32)之间的叶片(33)，其特征在于，
所述轮盘(31)和所述轮盖(32)中的至少一者在其背离所述叶片(33)的一侧上设置有至少一个防旋板(34)，其中所述防旋板(34)从所述叶轮(3)的外缘向所述叶轮(3)的中心延伸。
2.根据权利要求1所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)沿叶轮轴向方向的高度从所述叶轮(3)的外缘向所述叶轮(3)的中心逐渐减小。
3.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，设置有多个防旋板(34)以形成叶栅，所述防旋板(34)的数量使叶栅稠度大于1。
4.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)的长度根据所述叶轮(3)的背腔压力设定。
5.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)沿叶轮轴向方向的高度根据所述叶轮(3)与固定元件(4)之间的间隙调节，所述叶轮(3)设置在该固定元件(4)之内。
6.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)沿叶轮周向方向的厚度根据强度设计准则设定。
7.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)的形状为直线形、二次曲线形、样条曲线形。
8.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)和与其相邻的在所述轮盘(31)和所述轮盖(32)之间的两个叶片(33)错开一定角度地设置。
9.根据权利要求8所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)设置在所述两个叶片(33)之间的中间位置。
10.根据权利要求1或2所述的叶轮(3)，其特征在于，所述防旋板(34)与所述轮盘(31)和所述轮盖(32)中的至少一者一体铣削而成。
11.一种离心压缩机(1)，其包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的叶轮(3)。
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