專利名稱：多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪及其制造方法
本申請(qǐng)是第96102032.6號(hào)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
另外，由于所采用的流體是可壓縮的氣體，因而對(duì)每級(jí)來(lái)說(shuō)，葉輪的吸入溫度和吸入壓力是不同的。
因此，在各級(jí)中氣體溫度是不同的，葉輪的氣體通道的需要寬度，也即葉片高度向著下游(吸入口、第一級(jí)、第二級(jí)……)變窄，因而各級(jí)的葉輪在結(jié)構(gòu)上相互不同。
迄今以來(lái)生產(chǎn)的多級(jí)離心式壓縮機(jī)，為每級(jí)決定葉輪的適當(dāng)結(jié)構(gòu)，按照每級(jí)的轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)的已定結(jié)構(gòu)分別制造轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)。葉片通過(guò)壓縮力加工形成需要的形狀并通過(guò)焊接或類似的方式結(jié)合在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)上。
同時(shí)一直還采用另一種方法，其中，每級(jí)中用簡(jiǎn)單的葉片形狀如兩維葉片來(lái)替代葉片的最佳形狀，然后用鑄造或類似的方式制造這種簡(jiǎn)單的葉片。另外，還有一種已知的方法，其中，使用多主軸數(shù)控機(jī)床來(lái)制造無(wú)蓋盤(pán)的半罩葉輪(halfshrouded innpeuer)的形狀復(fù)雜的葉片。
在上述各種方法中，各級(jí)的葉輪的設(shè)計(jì)和制造必須在相互的結(jié)構(gòu)上不同。這些制造離心式壓縮機(jī)葉輪的方法公開(kāi)在日本未審定的專利申請(qǐng)公開(kāi)文本第2-161200號(hào)和第3-151597號(hào)中。
在前一文獻(xiàn)中，為了得到高效率葉輪而抑制聲浪的出現(xiàn)，蓋盤(pán)在軸向上是可移動(dòng)的。但是，并沒(méi)有考慮到減少制造葉輪的步驟的數(shù)目，例如沒(méi)有考慮采用通用于多個(gè)級(jí)中的葉輪的方法。
另一方面，在后一個(gè)文獻(xiàn)中，為了調(diào)節(jié)流運(yùn)速率以提高效率，在葉輪出口的通道寬度是可調(diào)節(jié)的。但是也沒(méi)有考慮到減少制造步驟的數(shù)目，例如沒(méi)有考慮采用通用于多個(gè)葉輪的方法和結(jié)構(gòu)。
按照上述兩種普通的技術(shù)，葉輪是為每級(jí)設(shè)計(jì)和制造的，沒(méi)有考慮到減少所需要的加工步驟，以便以低廉的成本制造離心式壓縮機(jī)的葉輪。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通用于多個(gè)離心級(jí)中的葉輪制造方法，而在普通技術(shù)中，由于氣體的可壓縮性各級(jí)是分別設(shè)計(jì)和制造的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是能夠采用通用的數(shù)控程序或通用的壓模來(lái)制造多級(jí)離心式壓縮機(jī)葉輪。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沒(méi)有減小多級(jí)離心式壓縮機(jī)性能的高效多級(jí)離心式壓縮機(jī)、一種高效離心式壓縮機(jī)葉輪和一種制造高效葉輪的方法，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)上述各目的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種多級(jí)離心式壓縮機(jī)的高可靠性葉輪和一種簡(jiǎn)化制造過(guò)程的制造上述高可靠性葉輪的方法。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種多級(jí)離心式壓縮機(jī)包括多個(gè)相互隔開(kāi)地安裝在一根轉(zhuǎn)軸上的葉輪，每個(gè)葉輪包括一轉(zhuǎn)盤(pán)、一個(gè)蓋盤(pán)和多個(gè)設(shè)在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)之間的，在周向上相互分隔的葉片；以及一個(gè)裝納這些葉片的外殼，該外殼有一吸入口和一個(gè)排放口，通過(guò)吸入口吸入的氣體由每一級(jí)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)按順序壓縮，并從排放口排出，其中，至少兩個(gè)葉輪之一的整個(gè)葉片具有與其它葉輪的葉片的一部分相同的形狀。
所述一個(gè)葉輪最好設(shè)置在比所述其它葉輪更遠(yuǎn)離多級(jí)離心式壓縮機(jī)的吸入口的一級(jí)上。
所述一個(gè)葉輪最好也設(shè)置在比所述其它葉輪在多級(jí)離心式壓縮機(jī)氣流的下游的一級(jí)中。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種多級(jí)離心式壓縮機(jī)，其中，離心式壓縮機(jī)通過(guò)管線多級(jí)連接，每個(gè)離心壓縮機(jī)包括一根轉(zhuǎn)軸；一個(gè)葉輪，該葉輪包括一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤(pán)、一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的蓋盤(pán)，多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)之間，在周向上相互隔開(kāi)的葉片；以及一個(gè)外殼，該外殼裝納所述葉輪，具有吸入氣體的吸入口和排出壓縮氣體的排放口，其中，至少兩級(jí)的離心式壓縮機(jī)中的葉輪之一的葉片具有與至少兩級(jí)的葉輪中的其它葉輪的葉片的一部分相同的形狀。
在各級(jí)離心式壓縮機(jī)之間最好設(shè)有中間冷卻器。
所述一個(gè)葉輪，相對(duì)于由相互連接的離心式壓縮機(jī)構(gòu)成的多級(jí)離心式壓縮機(jī)中形成的氣體通道來(lái)說(shuō)，最好設(shè)置在所述其它葉輪的下游。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在上述兩種多級(jí)離心式壓縮機(jī)的任一種中使用一種離心式葉輪。
另外，提供一種多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)；一個(gè)蓋盤(pán)；以及多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)之間，在周向上相互隔開(kāi)的葉片，其中，所述葉片一組從圓盤(pán)側(cè)邊緣至蓋盤(pán)側(cè)邊緣延伸的直線部分構(gòu)成的，這組直線部分各自在長(zhǎng)度上是變化的。另外，相鄰葉輪的相應(yīng)的兩個(gè)直線部分在長(zhǎng)度上各不相同，從而構(gòu)成多級(jí)離心式壓縮機(jī)多級(jí)的不同葉片。
最好使用數(shù)控機(jī)床來(lái)制造這種葉片。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了一種制造多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪的方法，上述壓縮機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，一個(gè)蓋盤(pán)和多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)之間，在周向上相互隔開(kāi)的葉片，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備多組平的葉片坯件，在子午線橫截面形成的一組平的葉片坯件不同于其它組平葉片坯件；借助壓模壓制這些坯件以形成不同形狀的葉片；以及分別將各組葉片連接在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)上以形成不同級(jí)的葉輪。
按照本發(fā)明，構(gòu)成多級(jí)離心式壓縮機(jī)不同葉輪的葉片可以通過(guò)部分地切除和壓制成形相同的葉片坯件來(lái)制造。也就是說(shuō)，不同的葉片只需要相同的葉片坯件(主葉片坯件)。更具體來(lái)說(shuō)，葉片具有三維復(fù)雜波形表面。通過(guò)壓制成形整個(gè)主葉片坯件而制成的葉片用于第一級(jí)葉輪中。壓制成形部分切除的主葉片坯件(即，主葉片坯件的幾乎整體)而制成的葉片用于第二級(jí)葉輪中。壓制成形進(jìn)一步切除的主葉片坯件(即主葉片的一個(gè)主要部分)而制成的葉片用于第三級(jí)葉輪中。也就是說(shuō)，在越后級(jí)的葉輪中，使用主葉片坯件的越小部分來(lái)形成葉片。因此，只要將部分切除主葉片坯件形成的，且具有某級(jí)葉輪葉片所需區(qū)域的葉片坯件放在兩壓模之間即可容易地制成各級(jí)葉片。
同時(shí)，在用數(shù)控機(jī)床制造的情況下，只要改變蓋盤(pán)壁面和轉(zhuǎn)盤(pán)壁面的坐標(biāo)即可。對(duì)于每級(jí)來(lái)說(shuō)，蓋盤(pán)和轉(zhuǎn)盤(pán)之間的坐標(biāo)是通用的，因此可以使用通用的程序。
另外，各級(jí)并不必總是使用主葉片坯件。主葉片坯件可以每?jī)杉?jí)改變，例如，第一級(jí)和第二級(jí)用第一主葉片坯件，第三級(jí)和第四級(jí)用第二主葉片坯件。另外，主葉片坯件也可只用于第一和第二級(jí)，不同的葉片坯件可用于除第一和第二級(jí)以外的各級(jí)中。
現(xiàn)對(duì)照以下附圖詳述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖7是用于本發(fā)明的多級(jí)離心式壓縮機(jī)另一葉輪中的葉片的立體圖；圖8是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的多級(jí)離心式壓縮機(jī)的剖視在離心式壓縮機(jī)中，工作氣體通過(guò)吸入口30吸入，當(dāng)通過(guò)由轉(zhuǎn)盤(pán)2a，蓋盤(pán)2b和葉片2c限定的通道時(shí)由于轉(zhuǎn)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)而受到壓縮，然后在

圖1上部的排放口31排出。
在制造具有上述結(jié)構(gòu)的葉輪時(shí)，如果葉輪是借助壓制成形的，那么一對(duì)壓縮模是通過(guò)鑄造或機(jī)加工制成的，它們?cè)谛螤钌吓c所需葉片相差一個(gè)相應(yīng)于其塑性變形的量。一塊盤(pán)板預(yù)制成子午面形狀，放入上述壓模并壓制成所需的子午面形狀。
由于氣體的流動(dòng)速率因其可壓縮性而各級(jí)不同，因而與液壓機(jī)不同，不能簡(jiǎn)單地使用類似原理，因此，在葉輪的氣體吸入和排放條件轉(zhuǎn)速等的基礎(chǔ)上得到葉輪的主要規(guī)格數(shù)據(jù)后，一直必須為各級(jí)分別設(shè)計(jì)葉輪的詳細(xì)形狀。因此，為了制造多級(jí)離心式壓縮機(jī)需要準(zhǔn)備相應(yīng)于級(jí)數(shù)的多對(duì)壓模。
在本發(fā)明中，多級(jí)離心式壓縮機(jī)的不同的兩級(jí)葉輪的葉片2C和3C，相互間在子午面形狀上是不同的，但是，如圖1所示，它們?cè)谛螤钌暇植渴窍嗤摹?br> 例如，如果多級(jí)離心式壓縮機(jī)的第一級(jí)葉輪具有一個(gè)如圖1中實(shí)線所示的縱剖形狀，那么，放置在第一級(jí)葉輪下游的第二級(jí)葉輪的形狀則具有如圖1中虛線所示的縱剖形狀。應(yīng)注意的是，第二級(jí)葉輪的葉片3C與第一級(jí)葉輪的葉片2C是局部相同的，也就是說(shuō)，葉片3C與葉片2C的一部分是完全相同的，而第二級(jí)葉輪的蓋盤(pán)3b與第二級(jí)葉輪的蓋盤(pán)3a是不同的。順便提一下，第二級(jí)葉輪的轉(zhuǎn)盤(pán)3a與第一級(jí)葉輪的轉(zhuǎn)盤(pán)2a是相同的。因此，制造葉片2c和葉片3c的坯件可以由同一對(duì)壓模壓制相應(yīng)葉片的子午面。
由此可見(jiàn)，可以使用通用的一對(duì)壓模，因此，可以減少葉片的制造成本和工序數(shù)目。在本實(shí)施例中，第一級(jí)和第二級(jí)葉輪的葉片使用通用的一對(duì)壓模，但是，本發(fā)明并不局限于這種組合。對(duì)于每級(jí)的全部葉片可以使用通用的一對(duì)壓模，或者每相鄰的兩級(jí)使用通用的一對(duì)壓模，也并不超出本發(fā)明的范圍。
下面對(duì)照?qǐng)D3描述葉輪入口的流動(dòng)狀態(tài)，每個(gè)上述葉輪的葉片是相互不同的，如圖1所示。
圖3表示葉輪的吸入流動(dòng)速率(體積流動(dòng)速率)和葉輪入口的局部相對(duì)速度之間的關(guān)系。局部相對(duì)速度是指流入葉輪的氣體的絕對(duì)速度和轉(zhuǎn)速之間的矢量差。
假定具有轉(zhuǎn)盤(pán)2a、蓋盤(pán)2b和葉片2c的葉輪2的入口局部相對(duì)速度，當(dāng)葉輪2的吸入流動(dòng)速率是Qs時(shí)，為Wh。同時(shí)，對(duì)于只改變?nèi)~輪2的葉片高度得到的，具有轉(zhuǎn)盤(pán)，蓋盤(pán)3b和葉片3C的葉輪3來(lái)說(shuō)，流動(dòng)速度從Qs變?yōu)镼so，而入口局部相對(duì)速度由Wh減少至Who。
與原來(lái)的葉輪相比，在葉片高度減小的葉輪中，入口局部相對(duì)速度減小，因而流動(dòng)損耗也減小，這與氣流速度的第幾次冪成正比。這就是說(shuō)，如果具有轉(zhuǎn)盤(pán)2a，蓋盤(pán)2b和葉片2c的葉輪2是以最佳設(shè)計(jì)制成，并且流動(dòng)速率小于葉輪2的流動(dòng)速率的下游級(jí)的葉輪的設(shè)計(jì)和制造，使得其變成葉片高度減小一個(gè)相應(yīng)于流動(dòng)速率減縮的量的葉輪，那么，所得到的下游葉輪不會(huì)發(fā)生效率急劇下降的情況。換言之，可以最大限度地減小下游級(jí)葉片與最佳葉片的差。
從以上說(shuō)明可以清楚地看出，在由通用一對(duì)壓模制成的葉片中其子午面最大的葉片被最佳化設(shè)計(jì)要比其子午面較小的葉片被最佳化設(shè)計(jì)更好。
圖4表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例與圖1實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，由通用一對(duì)壓模制成的葉輪葉片的高度在轉(zhuǎn)盤(pán)側(cè)是變化的。更具體來(lái)說(shuō)，葉輪2的蓋盤(pán)2b與葉輪3的蓋盤(pán)3b是相同的。然而，雖然葉輪2的葉片2c在轉(zhuǎn)盤(pán)側(cè)與葉輪3的葉片3c是不同的，但是葉片2c在蓋盤(pán)側(cè)與葉片3c卻是相同的。換言之，整個(gè)葉片2c與葉片3c的一部是相同的。因此，葉輪2的轉(zhuǎn)盤(pán)2a與葉輪3的轉(zhuǎn)盤(pán)3a是不同的。由于這種結(jié)構(gòu)，在將多個(gè)葉輪22a～22g安裝在作為圖5所示的多級(jí)離心式壓縮機(jī)的單根主軸的轉(zhuǎn)軸1上的情況下，轉(zhuǎn)軸直徑可以制得較大，因而提高了轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的剛性。在圖5中，由吸入端蓋6a、排放端蓋6b、外殼4、內(nèi)殼5和擴(kuò)散器/膜片7限定了一條靜止通道。
在這種單主軸多級(jí)壓縮機(jī)中，工作氣體通過(guò)吸入口吸入，吸入口是在位于吸入端蓋6a上游的外殼的一部分上形成的。當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)每級(jí)葉輪22a～22g的擴(kuò)散器/膜片7間形成的通道時(shí)逐次增加壓力，因此，在每級(jí)葉輪入口處的氣體流動(dòng)速率逐次減小。因此，由于每級(jí)葉輪使用了上述的葉輪，可以低成本地得到高可靠性的多級(jí)離心式壓縮機(jī)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，葉片2C具有由直線部分21a，21b，……21n構(gòu)成的三維形狀，這是直線部分將在蓋盤(pán)側(cè)的端點(diǎn)18a，18b，……18n分別連接至在轉(zhuǎn)盤(pán)側(cè)的端點(diǎn)19a，19b……19n。
控制立式銑床，使其軸線沿著每個(gè)直線部分移動(dòng)就可以容易地制成這種葉片。如果以一儲(chǔ)存的程序?yàn)榛A(chǔ)，為了在上述控制下制造由直線部分21a，21b……21n構(gòu)成的葉片2C，而為立式銑床制定程序，那么，這種程序也可以用于制造高度變化即減小的，具有三維形狀的葉片3c，上述三維形狀是由分別將蓋盤(pán)側(cè)的端點(diǎn)20a，20b，……20n連接至轉(zhuǎn)盤(pán)側(cè)的端點(diǎn)19a，19b……19n的直線部分構(gòu)成的。因此，可以簡(jiǎn)化不同葉片的制造并減少加工步驟的數(shù)目。
在上述實(shí)施例中，葉片是由多個(gè)直線部分描述的。在圖7所示實(shí)施例中，是由一組點(diǎn)描述的。當(dāng)葉片A是由點(diǎn){P1(i，j)i＝1，…，e；j＝1，…，m}的組P1描述，而高度小于葉片A的高度的葉片a是由點(diǎn){P2(i，j)i＝1，…，e；j＝1，…k(k＜m)}的組P2描述時(shí)，兩葉片A和a的共同部分即重疊部分{P(i，j)i＝1，…，e；j＝1…k}可以通過(guò)相同的過(guò)程(程序)得到。就葉片A而言，只有葉片A的其余部分{P(i，j)i＝1，…，e；j＝k，…，m}是通過(guò)另一過(guò)程(程序)得到的。因此，由于總程序的步驟減少，可以減少加工步驟的數(shù)目及成本。
對(duì)于上述編程來(lái)說(shuō)，采用一臺(tái)多軸數(shù)控銑床是最方便的，但是，本發(fā)明并不局限于這種機(jī)床，而是也可以采用各種數(shù)控機(jī)床。
另外，上述說(shuō)明只是針對(duì)各種葉片的制造進(jìn)行的，顯然，相同的技術(shù)也可用于葉片和蓋盤(pán)，或葉片和轉(zhuǎn)盤(pán)作為一體加工的情況。在這種情況下，將轉(zhuǎn)盤(pán)焊接在葉片和蓋盤(pán)為整體的機(jī)加工件上，或者將蓋盤(pán)焊接在葉片和轉(zhuǎn)盤(pán)的整體的機(jī)加工件上就可以低成本地制造需要的葉輪。
在圖8所示的另一個(gè)實(shí)施例中，裝在一根轉(zhuǎn)軸1的相對(duì)兩端的葉輪8和9分別裝在外殼4a和4b中。外殼4a有一吸入口12a和一排放口13a，而外殼4b有一吸入口12b和一排放口13b。
排放口13a通過(guò)中間冷卻器14連接在吸入口12b上。即使在如圖8所示的，借助管線將單級(jí)離心式壓縮機(jī)連接成的多級(jí)離心式壓縮機(jī)中，也可以采用上述各種葉輪來(lái)減少加工步驟而提高可靠性。應(yīng)注意的是，使用中間冷卻器可進(jìn)一步提高多級(jí)離心式壓縮機(jī)的效率。
雖然在圖8所示實(shí)施例中有兩級(jí)，但是，本發(fā)明并不局限于此，而是可以應(yīng)用于三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)或更多級(jí)的情況。在這種情況下，并不必在每?jī)上噜徏?jí)間使用中間冷卻器，而是可以根據(jù)需要使用。
在上述任意一個(gè)實(shí)施例中，所有葉輪具有相同的外徑，但是當(dāng)然也可將下游級(jí)的葉輪的外徑制得較小些。
如上所述，按照本發(fā)明，多級(jí)離心式壓縮機(jī)的一些級(jí)的葉輪可以用通用的主葉片坯件制造，因此，可減少加工步驟數(shù)目及產(chǎn)品廢品數(shù)目，從而改善可靠性。
另外使通用數(shù)控程度的使用成為可能，從而可以得到價(jià)格低的、高可靠性的多級(jí)離心式壓縮機(jī)。
另外，還可以得到一種多級(jí)離心式壓縮機(jī)，其中，即使葉片是用通用的主葉片坯件制成，效率或性能的減少也是可以忽略不計(jì)的。
另外，制造方法得到簡(jiǎn)化，因而可以得到高可靠性的多級(jí)離心式壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)的葉輪及其制造方法，在制造時(shí)不易產(chǎn)生誤差，減少制造中形成的缺陷。
此外，由于可以采用多種不同的機(jī)床，因而能夠以更低的成本制成可靠的葉輪。
權(quán)利要求
1.用于多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪，每個(gè)葉輪包括一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)；一個(gè)蓋盤(pán)；以及多個(gè)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤(pán)和所述蓋盤(pán)之間，在周向上相互間隔開(kāi)來(lái)的葉片，其中，每個(gè)所述葉片是由一組直線部分構(gòu)成的，在所述葉輪中的一個(gè)葉輪的葉片中的每個(gè)直線部分與其它每個(gè)所述葉輪的葉片的相應(yīng)直線部分是不同的。
2.一種制造用于多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪的方法，每個(gè)葉輪包括一轉(zhuǎn)盤(pán)；一蓋盤(pán)；以及多個(gè)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤(pán)和所述蓋盤(pán)之間，在周向上相互間隔開(kāi)來(lái)的葉片，每個(gè)所述葉片是由一組直線部分構(gòu)成的，在所述葉輪中的一個(gè)葉輪的葉片中的每個(gè)直線部分與每個(gè)其它葉輪的葉片的相應(yīng)直線部分是不同的，所述方法包括使用數(shù)控機(jī)床加工所述葉片的步驟。
全文摘要
改變?nèi)~片高度形成與主葉片不同的葉片,從而制造不同的葉輪,因而可以得到低成本、高可靠性的多級(jí)離心式壓縮機(jī)及其葉輪。一種安裝在轉(zhuǎn)軸上的,用于多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪包括多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)盤(pán)和蓋盤(pán)之間,相互在周向上等角距的葉片。只改變?nèi)~輪葉片的高度而不改變形狀,從而得到葉片,也得到具有轉(zhuǎn)盤(pán)、蓋盤(pán)和葉片的葉輪。由于整個(gè)葉片具有與其它葉片的一部分相同的形狀,因而葉片可通過(guò)一對(duì)壓模制造。
文檔編號(hào)F04D29/22GK1388321SQ0211846
公開(kāi)日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月20日
發(fā)明者榮野隆 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所