專(zhuān)利名稱(chēng)：具有能使流動(dòng)穩(wěn)定的機(jī)匣的離心壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于離心壓縮機(jī)。它有關(guān)于一種離心壓縮機(jī)，其機(jī)匣能使流動(dòng)穩(wěn)定，該離心壓縮機(jī)包括有(a)一個(gè)可繞機(jī)軸旋轉(zhuǎn)地支撐的葉輪，且該葉輪具有一個(gè)輪轂，該輪轂的周緣上具有一族旋葉;
(b)一個(gè)壓縮機(jī)機(jī)匣，該機(jī)匣圍繞著葉輪，而機(jī)匣的內(nèi)壁形狀是與葉輪旋葉的外形相匹配的，且機(jī)匣的內(nèi)壁與葉輪輪轂一起形成了在軸向進(jìn)口和徑向出口之間延伸的流動(dòng)通道;
(c)一族使流動(dòng)穩(wěn)定的長(zhǎng)槽，這些長(zhǎng)槽在流動(dòng)通道的進(jìn)口區(qū)沿著流動(dòng)方向延伸且從機(jī)匣內(nèi)壁穿入機(jī)匣，并且這些長(zhǎng)槽分布于機(jī)匣的內(nèi)周緣上。
例如，大家知道的這種類(lèi)型的徑向壓縮機(jī)為美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)US4212585公布的那種壓縮機(jī)。
對(duì)于離心壓縮機(jī)，由于所謂的喘振邊界的原因而當(dāng)在小容積流量嚴(yán)重節(jié)流時(shí)，其穩(wěn)定工作范圍是受到限制的，壓縮機(jī)在超越喘振邊界線(xiàn)的情況下是不再能可靠工作的，并且在超越喘振邊界線(xiàn)的情況下由于流動(dòng)不穩(wěn)定會(huì)對(duì)各個(gè)組件引起非常嚴(yán)重的機(jī)械載荷，這些載荷對(duì)于壓縮機(jī)能導(dǎo)致其損傷甚至全面的破壞。
對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用的情況，把離心壓縮機(jī)的喘振邊界線(xiàn)推移到更小的容積流動(dòng)處以增加壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍是很有意義的，要做到這一點(diǎn)的前提是需了解出現(xiàn)喘振邊界的決定性原因以及確定其位置。
關(guān)于流經(jīng)壓縮機(jī)穩(wěn)定流動(dòng)的遭到破壞的現(xiàn)象，做過(guò)許多理論及實(shí)驗(yàn)方面的研究，專(zhuān)家們普遍認(rèn)為當(dāng)壓縮機(jī)節(jié)流時(shí)在葉輪前區(qū)形成的回流旋渦是引起喘振開(kāi)始的重要因素，因此以往所有的推移壓縮機(jī)喘振邊界線(xiàn)的各種方案都是想要抑制或影響該旋渦。
前述美國(guó)專(zhuān)利中敘述了一種稱(chēng)為“機(jī)匣處理”的解決辦法，這種辦法如

圖1簡(jiǎn)圖所示，其特征是在壓縮機(jī)機(jī)匣4中具有一族起流動(dòng)穩(wěn)定作用的窄槽5，這些槽5是從葉輪2的葉輪旋葉3的前緣6處開(kāi)始的，或者槽5是從前緣6的某個(gè)很短的上游距離處開(kāi)始的。這些槽對(duì)葉輪2的旋轉(zhuǎn)方向是傾斜的，并且在某些情況下對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸7亦是安排成傾斜的。這些槽5在子午剖面內(nèi)具有直角形狀，其前壁5a及后壁5c對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸7近似地為直角。
在以前的方案中，喘振邊界線(xiàn)的推移主要是在壓縮機(jī)特性圖的上部區(qū)，而在較低的轉(zhuǎn)速范圍，這種形式的機(jī)匣處理并未提供任何改善而且甚至可能更壞。因此，這種形式的機(jī)匣處理是適合于那些旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速偏離名義轉(zhuǎn)速不大的壓縮機(jī)，而對(duì)工作轉(zhuǎn)速變化很大的壓縮機(jī)例如廢氣渦輪增壓器中的壓縮機(jī)，由于前述低轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定問(wèn)題而不適用了。
為此，本發(fā)明的目的就是要提供這樣的一種離心壓縮機(jī)，它具有革新的能使流動(dòng)穩(wěn)定的機(jī)匣，這種機(jī)匣能在整個(gè)特性圖的范圍內(nèi)把喘振邊界線(xiàn)推向更小的容積流量區(qū)。
這個(gè)目的在本文開(kāi)頭指出的此類(lèi)壓縮機(jī)中是靠下述的(d)達(dá)到的(d)這些起穩(wěn)定作用的槽相對(duì)于葉輪旋葉是這樣安排的，槽的面向軸向進(jìn)口的前端是位于旋葉前緣的下游的某一予定距離處。
本發(fā)明的核心是把穩(wěn)定槽以這種方式來(lái)安排，以使在增加節(jié)流時(shí)形成的回流旋渦在其充分發(fā)展之前就能被這些槽所影響。
本發(fā)明的壓縮機(jī)第一個(gè)較佳實(shí)施例的特征是這樣的，穩(wěn)定槽的后端是位于從軸向進(jìn)口流動(dòng)到徑向出口流動(dòng)之間轉(zhuǎn)折的開(kāi)始區(qū)，這一措施保證了旋渦在其生成的過(guò)程中就已達(dá)到了槽的影響區(qū)。
本發(fā)明的壓縮機(jī)第二個(gè)較佳實(shí)施例的特征是這樣的，葉輪旋葉包括從軸向進(jìn)口延伸到徑向出口的主旋葉和較短的中間旋葉，較短的中間旋葉位于主旋葉之間且只是在軸向進(jìn)口之后才開(kāi)始，而穩(wěn)定槽的后端是位于中間旋葉開(kāi)始的地區(qū)。這就可使前述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于具有不同長(zhǎng)度的葉輪旋葉的轉(zhuǎn)子也可同樣的體現(xiàn)。
如果穩(wěn)定槽的形狀流動(dòng)地與回流旋渦的位置相匹配，則還具有其它的優(yōu)點(diǎn)。按照本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例，上述流動(dòng)地匹配是由下述特點(diǎn)達(dá)到的各個(gè)穩(wěn)定槽相應(yīng)地有一個(gè)沿流動(dòng)方向直線(xiàn)地延伸的底部，這些底部的方向是近似地與轉(zhuǎn)子旋葉的外形相切;穩(wěn)定槽有一后壁而形成了穩(wěn)定槽后端的邊界，該后壁的方向比機(jī)匣內(nèi)壁的當(dāng)?shù)胤ㄏ蛞揭恍?，而槽后壁方向與上述法向之間形成一銳角(γ);后壁各自連續(xù)地以切向并入槽的底部。
在相應(yīng)的權(quán)利要求中給出了各種進(jìn)一步的實(shí)施例。
現(xiàn)參照附圖作詳細(xì)說(shuō)明，以對(duì)本發(fā)明及由此帶來(lái)的各優(yōu)點(diǎn)能有更完全的了解及理解。此處的圖1以橫剖示圖表示了采用現(xiàn)有技術(shù)“機(jī)匣處理”穩(wěn)定流動(dòng)的壓縮機(jī);
圖2表示了按本發(fā)明穩(wěn)定槽的壓縮機(jī)的第一較佳實(shí)施例，圖(b)類(lèi)似于圖1，圖2(a)為沿圖2(b)所示的A-A剖面;
圖3表示了與圖2(b)相比的采用不同的槽形狀的第二較佳實(shí)施例。
參照這些附圖，圖中相同的數(shù)碼代表同一或相應(yīng)的零件。首先利用圖1來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明如本文開(kāi)始提及那項(xiàng)已公布專(zhuān)利的現(xiàn)有技術(shù)，以使弄清本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同處。如圖1所示，這項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)的具有穩(wěn)定機(jī)匣的離心壓縮機(jī)包括有一個(gè)葉輪轉(zhuǎn)子2，它是可旋轉(zhuǎn)地支承在轉(zhuǎn)軸7上并在輪轂9上帶有一族葉輪旋葉3，這些旋葉是以周向均布地安排在輪轂9的周緣上，該葉輪轉(zhuǎn)子是安裝在壓縮機(jī)機(jī)匣4中(在圖1中只是表示了其部分剖面)，在機(jī)匣4的內(nèi)側(cè)，該壓縮機(jī)機(jī)匣4具有一個(gè)內(nèi)壁4a，這個(gè)內(nèi)壁與葉輪旋葉3的外形相匹配，而機(jī)匣內(nèi)壁4a及輪轂9形成了要被壓縮介質(zhì)的流動(dòng)通道，該通道從軸向進(jìn)口10轉(zhuǎn)向徑向出口11，而被壓縮的介質(zhì)是在該流動(dòng)通道的中心區(qū)域中連續(xù)地從軸向進(jìn)口流動(dòng)折轉(zhuǎn)為徑向出口的流動(dòng)。
這一已知的機(jī)匣處理只包括一族穩(wěn)定槽5，這些槽是在機(jī)匣上沿圓周均布安排的，且這些槽位于旋葉前緣6的區(qū)域中，槽5沿機(jī)器轉(zhuǎn)軸7的方向延伸，且在子午剖面內(nèi)的形狀基本上是矩形的，槽5的前端及后端的邊界相應(yīng)地分別為前壁5a及后壁5c，且5a及5c對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸7均為直角。在此方案中，前壁5a是位于旋葉前緣6的上游，槽6在徑向的邊界是底部5b，底部5b平行于機(jī)軸7延伸。
如前曾指出的那樣，在機(jī)匣內(nèi)壁中的槽之所以能起使流動(dòng)穩(wěn)定的作用是基于它影響了該葉輪前區(qū)的回流旋渦，把該回流旋渦排移出葉輪而進(jìn)入到槽中去，因此旋渦對(duì)主流的影響就減少了。最近的實(shí)驗(yàn)研究已表明，旋渦并非直接在葉輪2的旋葉前緣6處出現(xiàn)，而是在旋葉前緣6的下游處即軸向進(jìn)口流動(dòng)轉(zhuǎn)到徑向出口流動(dòng)的轉(zhuǎn)折區(qū)的開(kāi)始部分處出現(xiàn)的，或是在中間旋葉(當(dāng)葉輪旋葉可分為主旋葉及中間旋葉時(shí))的前緣區(qū)出現(xiàn)的，只有在嚴(yán)重節(jié)流情況下回流旋渦才可能發(fā)展到達(dá)葉輪旋葉前緣6(此處的旋葉前緣6，對(duì)于旋葉可分為較長(zhǎng)的主旋葉及較短的中間旋葉的情況，亦是指主旋葉的前緣)。因此，圖1所示的那種機(jī)匣處理方案只能影響充分發(fā)展了的旋渦。
在以往技術(shù)的機(jī)匣處理中，不僅是槽的位置(處于旋葉前緣6的開(kāi)始處或上游處)與旋渦的位置匹配不佳，而且槽在子午面內(nèi)的形狀即呈直角狀(前壁5a及后壁5c相應(yīng)各自對(duì)機(jī)軸7均為直角)對(duì)于回流旋渦流動(dòng)進(jìn)入槽內(nèi)并在其中運(yùn)動(dòng)亦并不有利。
因此，為了在壓縮機(jī)的整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)將其喘振邊界線(xiàn)推移至較小的容積流動(dòng)區(qū)，首先應(yīng)該使穩(wěn)定槽的位置與回流旋渦的形狀及位置以最佳的方式相匹配，其次是對(duì)于剛開(kāi)始的弱旋渦亦應(yīng)能使之流入穩(wěn)定槽中，為此槽的外形應(yīng)能使流體阻力盡可能的小。
這種經(jīng)最佳化機(jī)匣處理的第一個(gè)較佳實(shí)施例是示于圖2，當(dāng)然葉輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)并非一定要是圖2的那一種，即葉輪旋葉3分為較長(zhǎng)的主旋葉3a(它從軸向進(jìn)口10延伸至徑向出口11)以及較短的中間旋葉3b(這組旋葉的前緣8是靠后的)的那一種結(jié)構(gòu)。在這一實(shí)施例中，不僅是穩(wěn)定槽5的位置而且其形狀相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)都是經(jīng)過(guò)修改了的。其面對(duì)軸向進(jìn)口10的前端部亦即前壁5a是位于旋葉前緣6下游的某一預(yù)定設(shè)定的位置處。
槽的后端是位于從軸向進(jìn)口流動(dòng)轉(zhuǎn)入徑向出口流動(dòng)的轉(zhuǎn)折區(qū)，這個(gè)位置對(duì)于圖2(b)所示的那種葉輪旋葉3的葉輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)而言，就是指中間旋葉3b的前緣8的緊鄰后方區(qū)。穩(wěn)定槽5的最佳位置及長(zhǎng)度可由專(zhuān)家容易地通過(guò)回流旋渦位置及尺寸的計(jì)算或?qū)嶒?yàn)來(lái)確定。此外，如圖2(a)(沿圖2(b)的A-A線(xiàn)橫剖)所示，槽亦可安排成與轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向相傾斜的。
除了穩(wěn)定槽5的位置及長(zhǎng)度作了修改之外，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)還作了形狀方面的改變。雖然圖2(b)的例中前壁5a對(duì)于機(jī)軸7基本上仍保持直角，但其直底部5b是不再平行于機(jī)軸而是與鄰近的葉輪旋葉3的外形近似地相切，從而底部5b的方向適應(yīng)于回流旋渦。另外，每個(gè)穩(wěn)定槽5的后端邊界為后壁5c，該后壁5c延伸的方向比機(jī)匣內(nèi)壁4a的當(dāng)?shù)胤ㄏ蛞叫?，而后?c與上述法向構(gòu)成的銳角為(γ)，這個(gè)角度亦是作成適應(yīng)于回流旋渦的情況，而該角γ亦是需求得的。最后，槽內(nèi)的為直角的各角落從水力學(xué)最佳化的角度來(lái)講是不利的，這也已避免，因?yàn)椴?的前壁5a及后壁5c是光滑連續(xù)地相切并入到底5b中去的。依靠上述各項(xiàng)措施，回流旋渦是在葉輪轉(zhuǎn)子2之外且在該旋渦生成的早期階段以及全部過(guò)程中能被較好地影響并穩(wěn)定。
在圖3所述的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)穩(wěn)定槽5的形狀作了簡(jiǎn)化，而其位置相對(duì)于圖2的實(shí)施例而言近似未變。圖3實(shí)施例的槽5不再有后壁，而槽5的底部5b在其后端處延伸并以楔狀進(jìn)入機(jī)匣內(nèi)壁4a之中，這種方案使槽的加工得以簡(jiǎn)化而同時(shí)對(duì)于旋渦仍具有類(lèi)似的有利影響。
總之，本發(fā)明的離心壓縮機(jī)在全部特性圖線(xiàn)范圍內(nèi)使穩(wěn)定工作范圍顯著地?cái)U(kuò)展至小容積流量區(qū)。
顯然，按照上述技術(shù)，可對(duì)本發(fā)明作許多修改及變化，因此在本發(fā)明所附的權(quán)利要求范圍之內(nèi)而在本文所專(zhuān)門(mén)敘述的實(shí)施例之外可以另外有各種實(shí)施方法，當(dāng)然這應(yīng)被理解是屬于本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)的。
標(biāo)號(hào)表1 離心壓縮機(jī)2 葉輪3 葉輪旋葉3a 主旋葉3b 中間旋葉4 壓縮機(jī)機(jī)匣4a 機(jī)匣內(nèi)壁5 穩(wěn)定槽5a 槽的前壁5b 槽的底部5c 槽的后壁6 旋葉前緣7 機(jī)軸8 中間旋葉的前緣9 輪轂(葉輪)10 軸向進(jìn)口11 徑向出口γ 角度
權(quán)利要求
1.一種具有流動(dòng)穩(wěn)定機(jī)匣的離心壓縮機(jī)，它包括有(a)一個(gè)可繞機(jī)軸旋轉(zhuǎn)地支承的葉輪，且該葉輪具有一個(gè)輪轂，該輪轂的周緣上具有一族旋葉；(b)一個(gè)壓縮機(jī)機(jī)匣，該機(jī)匣圍繞著葉輪，而機(jī)匣內(nèi)壁形狀是與葉輪旋葉的外形相匹配的，且機(jī)匣外形與輪轂一起形成了在軸向進(jìn)口及徑向出口之間延伸的流動(dòng)通道；(c)一族使流動(dòng)穩(wěn)定的長(zhǎng)槽，這些長(zhǎng)槽在流動(dòng)通道的進(jìn)口區(qū)沿著流動(dòng)方向延伸且從機(jī)匣內(nèi)壁穿入機(jī)匣，并且這些長(zhǎng)槽分布于機(jī)匣的內(nèi)周緣上；其特征在于，(d)這些穩(wěn)定槽對(duì)于葉輪旋葉是這樣安排的，其穩(wěn)定槽的面向軸向進(jìn)口的前端是位于旋葉前緣下游的某一予定的距離處。
2.如權(quán)利要求1中所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，穩(wěn)定槽的后端是位于從軸向進(jìn)口流動(dòng)到徑向出口流動(dòng)之間轉(zhuǎn)折的開(kāi)始區(qū)。
3.如權(quán)利要求1中所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，葉輪旋葉包括主旋葉和較短的中間旋葉，其中，主旋葉從軸向進(jìn)口延伸到徑向出口，而較短的中間旋葉是在各主旋葉之間，且只是在軸向進(jìn)口之后才開(kāi)始，而穩(wěn)定槽的后端是位于中間旋葉開(kāi)始的地方。
4.如權(quán)利要求1至3中之一所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，各穩(wěn)定槽相應(yīng)地有一個(gè)沿流動(dòng)向直線(xiàn)地延伸的底部，這些底部的方向是近似地與相鄰葉輪旋葉的外形相切。
5.如權(quán)利要求4所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，各穩(wěn)定槽各自有一后壁而形成了穩(wěn)定槽后端邊界，該后壁的方向要比機(jī)匣內(nèi)壁的當(dāng)?shù)胤ㄏ蛞揭恍蟊诜较蚺c上述法向之間形成一銳角(γ)。
6.如權(quán)利要求5所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，各后壁各自連續(xù)切向地并入自己的底部。
7.如權(quán)利要求1至3中之一所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，各穩(wěn)定槽有一底部，該底部沿流動(dòng)方向直線(xiàn)地延伸，該底部在槽后端處以楔狀進(jìn)入機(jī)匣內(nèi)壁。
8.如權(quán)利要求1至7中之一所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，每個(gè)穩(wěn)定槽是由其前壁形成了槽前端的邊界，這些前壁是切線(xiàn)連續(xù)地并入到槽的底部，而槽的底部是沿流動(dòng)方向直線(xiàn)地延伸。
9.如權(quán)利要求1至8中之一所述的離心壓縮機(jī)，其特征在于，穩(wěn)定槽是安排成與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相傾斜的。
全文摘要
一種具有能使流動(dòng)穩(wěn)定的機(jī)匣的離心壓縮機(jī)包括一個(gè)葉輪(2)和一個(gè)壓縮機(jī)機(jī)匣(4)以及一族長(zhǎng)形的穩(wěn)定槽(5)，這些槽(5)在流道的進(jìn)口區(qū)內(nèi)沿流動(dòng)方向延伸，且槽(5)從機(jī)匣內(nèi)壁(4a)處穿入機(jī)匣(4)，槽(5)分布在機(jī)匣(4)的內(nèi)周緣上。為了把穩(wěn)定工作范圍延伸到較小流量范圍，該穩(wěn)定槽(5)相對(duì)于葉輪旋葉(3)安裝成，穩(wěn)定槽(5)的面向軸向進(jìn)口(10)的前端位于旋葉前緣(6)下游的某一預(yù)定距離處。
文檔編號(hào)F04D27/02GK1096347SQ9410269
公開(kāi)日1994年12月14日 申請(qǐng)日期1994年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月4日
發(fā)明者K·海因里希 申請(qǐng)人:Abb管理有限公司