CN219242288U - 蜗壳结构及空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种蜗壳结构及空气压缩机，所述蜗壳结构包括蜗壳本体，所述蜗壳本体形成有环形设置的气流腔室，所述蜗壳本体包括沿所述气流腔室具径向方向相向设置的内圆柱面板和外圆柱面板，所述外圆柱面板上开设有排气口，所述内圆柱面板上开设有进气口，所述内圆柱面板和所述外圆柱面板呈偏心设置。由于所述内圆柱面板和所述外圆柱面板的偏心设置，能够使得所述气流腔室的截面面积沿其周向方向变化，从而实现对所述气流腔室内压力场与速度场的控制，降低所述蜗壳本体内部的流动损失，同时该结构特性使得在制造时可以通过拼装的方式进行加工，能够缩短加工周期，且利于降低制造成本。

Description

蜗壳结构及空气压缩机

技术领域

本实用新型涉及空气压缩机技术领域，特别涉及蜗壳结构及空气压缩机。

背景技术

空气压缩机通过离心叶轮高速旋转对气体做功增压，从离心叶轮排出的高压气流经过扩压器或直接进入蜗壳，通过蜗壳收集后从排气管路排出，蜗壳起着连接扩压器出口（或离心叶轮出口）与排气管路的作用。常用蜗壳由于结构复杂，通常采用铸造成型，对于散热风机等对气动效率要求不高的场景，为了降低成本，也常采用钣金焊接成型的简易蜗壳，这类蜗壳由于降低成本的结构和工艺限制，难以实施流动控制策略，内部流场品质较差、流动损失大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种蜗壳结构及空气压缩机，旨在解决目前不规则轮廓的蜗壳制造成本高，而简易制造的蜗壳内部流场品质较差、流动损失大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种蜗壳结构，包括蜗壳本体，所述蜗壳本体形成有环形设置的气流腔室，所述蜗壳本体包括沿所述气流腔室径向方向相向设置的内圆柱面板和外圆柱面板，所述外圆柱面板上开设有排气口，所述内圆柱面板上开设有进气口，所述内圆柱面板和所述外圆柱面板呈偏心设置。

可选地，所述气流腔室的径向最小宽度为Hmin，其中，Hmin≥5mm。

可选地，所述内圆柱面和所述外圆柱面的圆心连线与所述排气口的中心线相交设置，所述内圆柱面板和所述外圆柱面板的圆心连线与所述排气口的中心线之间形成的夹角为θ，其中，50°≤θ≤120°。

可选地，所述蜗壳本体还包括两个环形面板，各所述环形面板的内环和外环呈偏心设置，两个所述环形面板盖设所述内圆柱面板和所述外圆柱面板的两侧，以与所述内圆柱面板和所述外圆柱面板同围合形成所述气流腔室。

可选地，所述过渡管段与所述排气口连接处的管口形状设置为跑道形。

可选地，所述蜗壳结构还包括排气管道，所述排气管道沿所述排气口的中心线朝远离所述蜗壳本体的方向延伸，所述排气管道的一端连接所述排气口，另一端用于连通外部，以将气流经所述排气管道导流至外部。

可选地，所述排气管道通过过渡管段连接所述排气口，所述过渡管段朝背向所述蜗壳本体的方向渐缩设置，其中，

所述过渡管段与所述排气口连接处的管口形状与所述排气口的形状相适配；和/或，

所述过渡管段远离所述排气口一端的管口形状设置为圆形。

可选地，所述过渡管段与所述排气口连接处的管口的截面积为S1，远离所述排气口一端的管口的截面积为S2，其中，1＜S1/S2≤2。

可选地，所述蜗壳本体和/或所述排气管道通过无缝管加工得到，且所述蜗壳本体与所述排气管道焊接为一体。

本实用新型还提出一种空气压缩机，包括上述的蜗壳结构。

本实用新型的技术方案中扩压器或者离心叶轮出口的气流会从所述进气口进入，沿着环形设置的气流腔室最后从所述排气口导出，由于所述内圆柱面板和所述外圆柱面板的偏心设置，能够使得所述气流腔室的截面面积沿其周向方向变化，从而实现对所述气流腔室内压力场与速度场的控制，降低所述蜗壳本体内部的流动损失，同时该结构特性使得在制造时可以通过拼装的方式进行加工，能够缩短加工周期，且利于降低制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的蜗壳结构一实施例的立体示意图；

图2为图1中蜗壳结构的剖面示意图；

图3为图1中排气管道的立体示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

常用的铸造蜗壳，蜗壳排气室截面面积沿周向呈一定规律变化，在蜗壳设计时，可以通过调整截面积变化来控制排气室内气流速度场和压力场，达到降低流动损失的目的。但该类蜗壳具有不规则的结构轮廓，同时流道面多为半密闭内部曲面，需要铸造或3D打印成型，制造成本高、周期较长。

常规的简易蜗壳，排气室为规则的圆柱状，柱状的排气段沿蜗壳外圆柱面的切向焊接到排气室上，可大幅降低制造成本，缩短制造周期。但该类蜗壳排气室沿周向的截面积相等，无法对排气室内气流速度与压力的周向分布进行调控；此外其排气段为圆形管，无法对进入排气段的气流进行有效引导，容易在排气段内形成低速流体或分离团堆积堵塞，因此该类蜗壳流动损失难以控制，排气段堵塞也会影响风机流量等性能参数。

鉴于此，本实用新型提供一种蜗壳结构及空气压缩机。图1至图3为本实用新型提供的蜗壳结构的实施例。

请参照图1至图2，蜗壳结构100可以包括蜗壳本体1，所述蜗壳本体1形成有环形设置的气流腔室11，所述蜗壳本体包括沿所述气流腔室11径向方向相向设置的内圆柱面板11a和外圆柱面板11b，所述外圆柱面板11b上开设有排气口111，所述内圆柱面板11a上开设有进气口112，所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b可以呈偏心设置。

本实用新型的技术方案中，扩压器或者离心叶轮出口的气流会从所述进气口112进入，沿着环形设置的气流腔室11最后从所述排气口111导出，由于所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b的偏心设置，能够使得所述气流腔室11的截面面积沿其周向方向变化，从而实现对所述气流腔室11内压力场与速度场的控制，降低所述蜗壳本体1内部的流动损失，同时该结构特性使得在制造时可以通过拼装的方式进行加工，能够缩短加工周期，且利于降低制造成本。

在本实施例中，所述进气口112的截面法向可以指向所述环形设置的气流腔室11的径向，所述进气口112可以呈环形设置，气流在所述蜗壳本体1全周范围内以与径向呈一定夹角的方向自所述进气口112流入，在所述气流腔室11内不断汇集后排出。

由于所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b的偏心设置，二者的圆心位置存在一定的间距，在横切面上，所述气流腔室11的径向宽度呈变化状态，具体的，请参照图2，所述气流腔室11的径向最小宽度为Hmin，所述气流腔室11的径向最大宽度为Hmax，所述外圆柱面板11b的半径为Ro、所述内圆柱面板11a的半径为Ri、所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b的偏心距为dR，其中：

Hmin=Ro-dR-Ri

Hmax= Ro+dR-Ri

在初始设计时，通过调整偏心距的取值即可调整气流腔室11截面面积沿周向的变化。在一些实施例中，优选Hmin≥5mm，从而保证所述气流腔室11截面面积的最小尺寸，防止由于尺寸设计不合理造成的气体流动受阻。当然可以理解的是，上述Hmin还可以选取其它可能的值，例如：4.9mm、3.68mm等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

进一步的，所述排气口111的设置位置和出气方向对所述蜗壳结构100的性能同样存在一定的影响，所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b的圆心连线与所述排气口111的中心线之间形成的夹角为θ，在一些实施例中，50°≤θ≤120°。当然可以理解的是，上述θ还可以选取其它可能的值，例如：49°、49.8°、45°、121°、122.9°、130°等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

需要说明的是，以所述气流腔室11的宽度最小处指向所述气流腔室11的宽度最大处的方向为正方向，角度θ为所述排气口111的中心线偏离圆心连线的正方向的角度，通过设计θ的取值即可调整所述排气口111在所述蜗壳本体1周向的位置，从而将排气口111设置在内部气流能够更加顺畅流入的区域，并且可以配合所述气流腔室11的截面面积周向变化，优化流入所述排气口111的气流品质，θ的取值可以通过仿真分析验证确定。

由于所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b均为规则的圆形结构，因此在加工时可以通过组装的方式加工，一实施例中，所述蜗壳本体1还可以包括两个环形面板，各所述环形面板的内环和外环呈偏心设置，两个所述环形面板盖设所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b的两侧，以与所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b共同围合形成所述气流腔室11。

在本实施例中，所述内圆柱面板11a、所述外圆柱面板11b和两个所述环形面板均可以采用钣金件制成，彼此通过焊接成型，制作成本低，相较于铸造加工的方式制造周期更短。当然可以理解的是，所述内圆柱面板11a、所述外圆柱面板11b和两个所述环形面板还可以采用其它可能的方式拼接，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

需要说明的是，两个环形面板可以分别与所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b一体成型，即通过两个部件固定连接形成所述蜗壳本体1，也可以是相互独立的部分，即通过四个部件固定连接形成蜗壳本体1，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

本实用新型不限制所述排气口111的具体形状，优选所述排气口111可以设置为跑道形。该跑道形指的是直边椭圆形，由两个半圆形弧形和两个直线绘制得到，类似于运动场地的跑道，所述排气口111的宽度W和总长度L的尺寸可以根据所述蜗壳本体1的实际尺寸合理设计。

为了便于所述排气口111的气流以规范的方向导入外部的排气管路，一实施例中，所述蜗壳结构100还可以包括排气管道2，所述排气管道2沿所述排气口111的中心线朝远离所述蜗壳本体1的方向延伸，所述排气管道2的一端连接所述排气口111，另一端用于连通外部，以将气流经所述排气管道2导流至外部，所述排气管道2起到引流的作用，在常见的蜗壳中，排气段一般沿着蜗壳内腔的切向方向，而本实施例中，由于所述排气口111的延伸方向的限定，因此所述排气管道2的中心线同样与两个圆心之间的连线呈一定的夹角，能够有效的引导气流排出。

考虑到气流从所述气流腔室11流入所述排气管道2时，从分散式的汇集演变成朝着同一方向挤压，因此容易存在分离团堆积，影响导流效果，为了对进入所述排气管道2的气体进行导流收集，一实施例中，所述排气管道2通过过渡管段21连接所述排气口111，所述过渡管段21朝背向所述蜗壳本体1的方向渐缩设置，所述过渡管段21与所述排气口111连接处的管口形状与所述排气口111的形状相适配。从而使得所述气流腔室11内的气体能够更加顺畅的流入，避免排气管道2低速流体或分离团堆积堵塞。

进一步的，所述过渡管段21两端的管口形状可以一致也可以不同，一实施例中，所述过渡管段21与所述排气口111连接处的管口形状可以设置为跑道形。当然可以理解的是，所述过渡管段21与所述排气口111连接处的管口形状也可以设置成椭圆形或者多边形，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

另一实施例中，所述过渡管段21远离所述排气口111一端的管口形状可以设置为圆形。当然可以理解的是，所述过渡管段21两端的管口形状也可以设计为其它可能的规则或者不规则形状，具体的可以根据实际情况选择，本说明书实施例对此不作限定。

需要说明的是，上述关于外形的限定均为所述过渡管段21在水平面上的投影的形状，由于所述蜗壳本体1的外形为圆柱状，因此其表面自然具有一定的弧度，在进行连接时，所述过渡管段21的端部可能相应的加工成具有一定弧度以便于连接配合。

在一些实施方式中，所述排气口111可以与所述过渡管段21匹配设置，所述过渡管段21靠近所述排气口111的一端可以对应设置为跑道型。在一些实施方式中，所述过渡管段21远离所述排气口111一端的管口形状设置为圆形。

请参照图3，优选的，所述过渡管段21与所述排气口111连接处的管口形状设置为跑道形，且所述过渡管段21远离所述排气口111一端的管口形状设置为圆形。如此使得所述过渡管段21整体呈现由跑道形向圆形轮廓收缩过渡，其中，跑道形的宽度W根据所述蜗壳本体1轴向长度确定，截面长度L根据所述蜗壳本体1的厚度和该跑道形的面积确定，所述排气管道2剩余的管段为规程的柱状结构，该圆形管口的直径根据风机流量确定。现有的简易蜗壳在排气端容易出现呈回流特征的分离团，在排气段内形成了堵塞，而本实用新型中，所述排气管道2的结构设计使得气流在该部分内仅表现出轻微的流线扭曲，流动分离被完全抑制，可有效抑制所述排气管道2低速流体或分离团堆积堵塞，同时对排气管道2周向位置进行优选设置，确保所述气流腔室11的气流更加顺畅地进入所述排气管道2。

因此本实用新型的蜗壳结构100能够有效改善蜗壳内部三维流场，避免蜗壳排气管道2堵塞，降低蜗壳对风机性能影响，同时制造成本与常规简易蜗壳相当。

具体的，所述内圆柱面板11a和所述外圆柱面板11b可以采用无缝管机加得到，所述排气管道2可以采用钣金裁剪，最后通过各部分焊接成型，结构简单、加工成本低。

进一步的，所述过渡管段21与所述排气口111连接处的管口的截面积为S1，远离所述排气口111一端的管口的截面积为S2，在一些实施例中，S1与S2的比值可以为1＜S1/S2≤2。从而可以通过比值限定所述排气管道2的外形，优选所述排气口111马赫数不大于0.15，对应的S1/S2=1.5。当然可以理解的是，S1与S2的比值也可以为其它可能的值，例如2.01、2.1、2.6、3等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

本说明的实施例对所述蜗壳结构100的加工形成不做限定，一个实施例中，所述蜗壳本体1和/或所述排气管道2通过无缝管加工得到，且所述蜗壳本体与所述排气管道2焊接为一体，由于所述排气管道2存在截面形状的变化，因此可以有多个无缝管拼接加工后得到。在其他实施例中，所述蜗壳本体1和所述排气管道2可以均通过板材机加后焊接得到。当然也可以通过粘接等形式连接，在此不作限制。

除此之外，本实用新型蜗壳结构与常规简易蜗壳内部三维流场对比，常规简易蜗壳排气段内出现了呈回流特征的分离团，在排气段内形成了堵塞，而本实用新型的蜗壳结构100对应的排气段只表现出轻微的流线扭曲，流动分离被完全抑制，提取三维仿真获得的相同流量下二者蜗壳出口的马赫数：常规简易蜗壳出口马赫数为0.1496，本实用新型中的蜗壳结构为0.1380，本实用新型的蜗壳结构相较于常规简易蜗壳的马赫数相对偏小7.8%，由此可以进一步说明了本实用新型的蜗壳结构的排气段流动更为通畅，对风机性能提升更有利。

本实用新型还提供一种空气压缩机，包括上述的蜗壳结构100，所述空气压缩机包括上述的蜗壳结构100的全部技术特征，因此，也具有上述全部技术特征带来的技术效果，此处不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种蜗壳结构，其特征在于，包括蜗壳本体，所述蜗壳本体形成有环形设置的气流腔室，所述蜗壳本体包括沿所述气流腔室径向相向设置的内圆柱面板和外圆柱面板，所述外圆柱面板上开设有排气口，所述内圆柱面板上开设有进气口，所述内圆柱面板和所述外圆柱面板呈偏心设置。

2.如权利要求1所述的蜗壳结构，其特征在于，所述气流腔室的径向最小宽度为Hmin，其中，Hmin≥5mm。

3.如权利要求1所述的蜗壳结构，其特征在于，所述内圆柱面和所述外圆柱面的圆心连线与所述排气口的中心线相交设置，所述内圆柱面板和所述外圆柱面板的圆心连线与所述排气口的中心线之间形成的夹角为θ，其中，50°≤θ≤120°。

4.如权利要求1所述的蜗壳结构，其特征在于，所述蜗壳本体还包括两个环形面板，各所述环形面板的内环和外环呈偏心设置，两个所述环形面板盖设所述内圆柱面板和所述外圆柱面板的两侧，以与所述内圆柱面板和所述外圆柱面板共同围合形成所述气流腔室。

5.如权利要求1所述的蜗壳结构，其特征在于，所述排气口设置为跑道形。

6.如权利要求1所述的蜗壳结构，其特征在于，所述蜗壳结构还包括排气管道，所述排气管道沿所述排气口的中心线朝远离所述蜗壳本体的方向延伸，所述排气管道的一端连接所述排气口，另一端用于连通外部，以将气流经所述排气管道导流至外部。

7.如权利要求6所述的蜗壳结构，其特征在于，所述排气管道通过过渡管段连接所述排气口，所述过渡管段朝背向所述蜗壳本体的方向渐缩设置，其中，

所述过渡管段与所述排气口连接处的管口形状与所述排气口的形状相适配；和/或，

所述过渡管段远离所述排气口一端的管口形状设置为圆形。

8.如权利要求7所述的蜗壳结构，其特征在于，所述过渡管段与所述排气口连接处的管口的截面积为S1，远离所述排气口一端的管口的截面积为S2，其中，1＜S1/S2≤2。

9.如权利要求6所述的蜗壳结构，其特征在于，所述蜗壳本体和/或所述排气管道通过无缝管加工得到，且所述蜗壳本体与所述排气管道焊接为一体。

10.一种空气压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的蜗壳结构。

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