專利名稱：葉輪式離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠壓縮流體的離心壓縮機(jī)，具體涉及葉輪式離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，葉輪能將電機(jī)產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化成壓力能，同時每個葉輪調(diào)節(jié)一個軸向載荷，由此適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)施加到止推軸承上的載荷。
通常，壓縮機(jī)能將電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成壓力能，以提高流體的壓力。對于本發(fā)明所涉及的離心壓縮機(jī)來說，其適于通過在從軸向吸入流體并從離心方向排出所吸入流體的同時利用葉輪的旋轉(zhuǎn)作用完成壓縮過程。一般說來，這樣的離心壓縮機(jī)包括多級，因此它們的工作過程是一個多級壓縮過程。需特別指出，包含兩級壓縮過程的兩級離心壓縮機(jī)應(yīng)用得最為廣泛。
這樣的離心壓縮機(jī)主要用于空調(diào)和專門的軍事裝備中。根據(jù)被壓縮流體流量的大小，離心壓縮機(jī)可分為大流量和小流量兩種類型。


圖1用剖面圖說明了傳統(tǒng)的兩級離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)。
參照圖1，傳統(tǒng)的兩級離心壓縮機(jī)是背靠背型的，即，葉輪的背面互相朝向?qū)Ψ健，F(xiàn)在將結(jié)合圖1對離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)加以說明。
如圖1所示，該離心壓縮機(jī)包括一個電機(jī)罩1，電機(jī)罩的形狀能容納包括電機(jī)在內(nèi)的各部件，并將這些部件和外界隔開。圖中標(biāo)號2所指的電機(jī)也包含在離心壓縮機(jī)中。位于電機(jī)罩1中的電機(jī)2用來將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械動能。該離心壓縮機(jī)還包括一個傳動軸3，軸向地耦合在電機(jī)2上，與電機(jī)一起轉(zhuǎn)動。一對葉輪，即第一級葉輪4和第二級葉輪5，分別連接在傳動軸3相對的兩端，將傳動軸3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成施加到流體的動能。該離心壓縮機(jī)還包括一個止推軸承6，軸承位于傳動軸3的第一級軸端附近，以承受加在傳動軸3上的軸向載荷；一對徑向軸承7和8，分別位于傳動軸3的兩端附近，以在徑向支承傳動軸3，從而承受徑向載荷；一對支承板，即第一支承板9和第二支承板10，每一支承板都位于電機(jī)罩1和相應(yīng)的徑向軸承7和8之間，以使電機(jī)罩1可以支撐相應(yīng)的徑向軸承；軸承蓋11，固定在安裝有止推軸承6的傳動軸3的第一級軸端周圍，同時固定在對應(yīng)于傳動軸3的第一級軸端的電機(jī)罩1的第一端內(nèi)，以密封電機(jī)罩1的內(nèi)部。一對擴(kuò)壓器，即第一級擴(kuò)壓器12和第二級擴(kuò)壓器13，分別位于葉輪4和葉輪5的出口，以將從葉輪4和葉輪5流出的高速流體所擁有的動能轉(zhuǎn)化成壓力能。第一級蝸殼14安裝在第一級擴(kuò)壓器12的外側(cè)。第一級蝸殼14的形狀使其能收集從第一級擴(kuò)壓器12流出的壓縮狀態(tài)的流體，同時降低了流體的壓力能。連接管15的一端和第一級蝸殼14相連，以引導(dǎo)從第一級蝸殼14流出的流體流向第二級葉輪5。第二級蝸殼16安裝在第二級擴(kuò)壓器13的外側(cè)。第二級蝸殼16連在連接管15的另一端，以暫時收集來自連接管15的流體，當(dāng)流體順序通過第二級葉輪5和第二級擴(kuò)壓器13時被再次壓縮。離心壓縮機(jī)還包括多個均布地軸向通過第二支承板10的流道17，以使在第二級蝸殼16中收集的高壓流體能從蝸殼16中流出；和在電機(jī)罩1的內(nèi)部，第一支承板9和第二支承板10之間限定的電機(jī)艙18。電機(jī)艙18接受從流道17流出的流體，允許流體在其中暫時停留并冷卻電機(jī)2。離心壓縮機(jī)還包括在和傳動軸3接觸的軸承蓋11的表面上形成的迷宮式密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能防止充滿在電機(jī)艙18中的高壓流體從電機(jī)艙18中泄漏出去；一端連接在電機(jī)罩1適當(dāng)部分的出口管20，與電機(jī)艙18相連通，將電機(jī)艙18內(nèi)的高壓流體排出；吸入管21，連接在第一級蝸殼14上，位于第一級葉輪4的上游。
這里將簡要描述兩級離心壓縮機(jī)的工作過程。待壓縮流體通過吸入管21被引入到離心壓縮機(jī)中。流入的流體被第一級葉輪4初次壓縮，然后通過第一級擴(kuò)壓器12，這樣，流體的壓力就大大提高了。高壓流體由第一級蝸殼14收集，沒有任何壓力損失。接著，所收集的流體又被引到第二級葉輪5中，被再次壓縮。被再次壓縮的流體在通過第二級擴(kuò)壓器13的時候，被進(jìn)一步壓縮到更高壓力，然后收集在第二級蝸殼16中。然后高壓流體通過流道17流到電機(jī)艙18中，因此能冷卻被加熱到高溫的電機(jī)2。冷卻了電機(jī)2之后，流體通過出口管20從電機(jī)艙18中排出。
在上述過程中，相當(dāng)高的壓力被施加在第一級葉輪4和第二級葉輪5上。如此之高的壓力就導(dǎo)致了止推軸承6上的載荷很大?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述這種載荷所產(chǎn)生的效果。
圖2是一個平面圖，說明了上述傳統(tǒng)的離心壓縮機(jī)中使用的一個葉輪，即葉輪4的結(jié)構(gòu)。
參照圖2，葉輪4的結(jié)構(gòu)為，在圓形輪轂4a周圍分布著多個葉片4b。當(dāng)外來流體沿軸向流入旋轉(zhuǎn)的葉輪4的中心時，它被強(qiáng)迫沿著旋轉(zhuǎn)的葉片4b在離心方向流動。當(dāng)流體沿離心方向流動時，它具有動能，使得它被轉(zhuǎn)化為高能的流體，也即，以很高速度流動的高壓流體。
圖3是一個剖面圖，說明了上述傳統(tǒng)的離心壓縮機(jī)中使用的葉輪4的結(jié)構(gòu)。
如上述圖3所示，葉輪4包括輪轂4a，它構(gòu)成了葉輪4的本體。葉片4b安裝在輪轂4a的前表面上。流體在葉片4b之間通過時，變成具有高壓高速的流體，在葉輪4的背面被進(jìn)一步壓縮，因此葉輪4受到一個增大的軸向載荷。
在上述過程中，葉輪4受到的載荷如圖4所示。
顯然如圖4所示，流體加在葉輪4上的壓力把葉輪4向前推的作用大于把葉輪4向后推的作用。這是由于流體通過葉片4b到達(dá)葉輪4的背面時，具有比葉輪4前表面的流體高得多的壓力。因此，葉輪4上就產(chǎn)生了一個力，從其后表面指向前表面。在葉輪5上，同樣產(chǎn)生了這樣一個推力。這兩個推力矢量相加，得到力F，作用在傳動軸3上。
此時，分別徑向作用在葉輪4和葉輪5上的流體壓力消失了，因為，由于葉輪4和葉輪5對稱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，徑向力彼此抵消。
在上述結(jié)構(gòu)中，每個葉輪所受到的軸向載荷由止推軸承(圖1中，標(biāo)號6所指)所支撐。即，軸向載荷持續(xù)地加在止推軸承6上。因此，止推軸承6可能最終會被損壞。
為解決這個問題，提出了一個方法，在該方法中，基于作用在位于傳動軸3相對兩端的葉輪4和葉輪5上的壓力的差，分別調(diào)整葉輪4和葉輪5的外徑，以分別抵消加在葉輪4和葉輪5上的軸向載荷。然而，對葉輪4和葉輪5直徑的這樣一種調(diào)整，導(dǎo)致了壓縮比的不太理想的變化。因此，在設(shè)計離心壓縮機(jī)中，如何確定合適的壓比是一個困難的問題。
因此，提出本發(fā)明以解決上述問題，本發(fā)明的目的之一就是提供一種葉輪式離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，分別連接在傳動軸兩端的每個葉輪上產(chǎn)生的軸向載荷可以得到調(diào)整，而不減小葉輪的外徑。因此，減小了在壓縮機(jī)制造過程中所產(chǎn)生的誤差，而使壓縮機(jī)更便捷地被制造出來。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過提供包括至少一個葉輪的離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)該目的，葉輪包括連接在傳動軸上的輪轂，以通過傳動軸接受來自電機(jī)的轉(zhuǎn)動力使自己轉(zhuǎn)動；位于輪轂前表面的多個葉片，以接受來自輪轂的轉(zhuǎn)動力，從而當(dāng)迫使外來流體從輪轂的上游端流向下游端時，壓縮該流體；以及多個形狀相同的位于輪轂外緣的減壓槽，以減小加在葉輪上的軸向載荷。
這些減壓槽的形成對葉片沒有影響。這些減壓槽可以用來減小作用在葉輪背面的高流體壓力所產(chǎn)生的載荷。
結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述目的，特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將會變得更為明朗，在附圖中圖1是一剖面圖，說明了傳統(tǒng)的兩級離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)。
圖2是一平面圖，說明了傳統(tǒng)的離心壓縮機(jī)中使用的一個傳統(tǒng)葉輪。
圖3是一剖面圖，說明了傳統(tǒng)的葉輪。
圖4是一示意圖，說明了加在傳統(tǒng)葉輪上的載荷。
圖5是一平面圖，說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例離心壓縮機(jī)中使用的葉輪。
圖6是一剖面圖，說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的葉輪。
圖7是一示意圖，說明了加在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的葉輪上的載荷。
圖8是一示意圖，說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用在兩級離心壓縮機(jī)中的葉輪的結(jié)構(gòu)。
圖5的平面圖說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓縮機(jī)中使用的葉輪。圖6的剖面圖說明了圖5的葉輪的結(jié)構(gòu)。
參照圖5和圖6，標(biāo)號30所指示的葉輪包括構(gòu)成葉輪30本體的輪轂30a，和均布地位于輪轂30a前表面的多個葉片30b，當(dāng)這些葉片30b和輪轂30a一起旋轉(zhuǎn)時，葉片30b對流體加壓。葉輪30還包括多個減壓槽30c，均布形成在輪轂30a下游端即后端的外緣部分。每個減壓槽30c位于相鄰的葉片30b之間，并具有希望的深度。減壓槽30c用來減小當(dāng)高壓流體流過葉片30b時，在葉輪30背面所產(chǎn)生的壓力。
如上所述，減壓槽30c形成于輪轂30a的外緣部分。為使葉輪30的結(jié)構(gòu)關(guān)于其中心軸線對稱，以防止葉輪30在轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生例如振動的沖擊，最好使減壓槽30c彼此間距相等。在所示情況中，減壓槽30c位于相鄰的葉片30b之間，并且具有相同的形狀。
對應(yīng)于本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的葉輪的工作過程將被詳細(xì)描述。
本發(fā)明能改善由于葉輪結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的對止推軸承(圖1中標(biāo)號6所指)的不利影響。當(dāng)流體軸向地從葉輪30的前表面的中心位置進(jìn)入葉輪時，它受到由于葉輪30的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的離心力的作用。由于離心力的作用，流體被迫流向位于葉輪30下游端的外緣部分，并同時被加速，所以流體有較高的壓力。
這樣，從葉輪30流出的流體就維持著比較高的壓力，從葉輪30流出的流體所具有的高壓就作用在葉輪30的背面。
眾所周知，當(dāng)壓力(壓強(qiáng))作用在具有一定面積的表面上時，就會產(chǎn)生一個和壓力(壓強(qiáng))方向相同的力作用在該表面上。這個力可用如下公式計算[公式1]F＝P*A這里F代表作用在該表面上的力，P代表作用在該表面的壓力(壓強(qiáng))，A代表壓力(壓強(qiáng))所作用的表面的面積。
將結(jié)合公式1描述高壓流體流過葉輪30時所產(chǎn)生的作用在葉輪30上的力。
如圖7所示，作用在葉輪30前表面的壓力P1較低，這是由于作用在葉輪30前表面的流體處于一種未壓縮的狀態(tài)。另一方面，作用在葉輪30后表面的壓力P2較高，這是由于作用在葉輪30后表面的流體處于壓縮狀態(tài)。
雖然，葉輪30的前表面的形狀復(fù)雜，但是，考慮到這個事實(shí)，即壓力總是以和表面垂直地方向作用在表面上，因此壓力在前表面作用的面積可劃分為水平壓力作用面積部分，在該部分壓力水平地作用在其上面；和垂直壓力作用面積部分，在該部分壓力垂直的作用在其上面。和前表面相似，壓力對葉輪30的后表面的作用面積也可劃分為水平壓力作用面積部分和垂直壓力作用面積部分。
對垂直壓力作用面積部分來說，由于葉輪30在整個360度范圍內(nèi)的垂直方向上，關(guān)于對應(yīng)其中心軸線的水平軸對稱，所以在相對的方向上的面積相等。這一關(guān)系對于葉輪30前后表面的垂直壓力作用面積部分來說都是成立的。
雖然葉輪30前后表面的形狀不同，但考慮到這一事實(shí)，即，壓力總是沿著和表面垂直的方向作用在表面上，所以前后表面的水平壓力作用面積相等。
現(xiàn)在，將根據(jù)公式1對根據(jù)上述壓力作用面積部分的關(guān)系作用在葉輪30上的力進(jìn)行描述。雖然作用在葉輪30前后表面的壓力不同，但是，因為垂直壓力作用面積部分在相對方向上有相同的面積，所以，加在葉輪30垂直方向的力在相對方向上互相抵消。因此，葉輪30前后表面受到的垂直方向的力結(jié)果沒有導(dǎo)致垂直方向的分力最終加在葉輪30上。所以，總的加在徑向軸承(圖1中，標(biāo)號7和8所指)上的垂直力僅僅來自于傳動軸的重量。
但是，就加在葉輪30各個部分上的水平力而言，由于加在葉輪30的前表面的平均壓力P1較低，而加在葉輪30后表面的平均壓力P2較高，所以就在從葉輪30的后表面指向葉輪30的前表面的方向產(chǎn)生推動葉輪30的軸向偏置力。
然而，由于葉輪30因為根據(jù)本發(fā)明的上述減壓槽30c的存在而使得水平壓力作用面積減小，從而使得軸向偏置力減小。這樣，作用在止推軸承(圖1中標(biāo)號6所指)上的力減小。
這種效果在涉及兩級壓縮過程的兩級離心式壓縮機(jī)中更加顯著地被展現(xiàn)出來。將結(jié)合圖8對此進(jìn)行詳細(xì)描述。圖8用示意圖說明了根據(jù)本發(fā)明的，用在如圖1所示的兩級離心式壓縮機(jī)中的葉輪結(jié)構(gòu)。
參照圖8，兩級離心式壓縮機(jī)包括第一級葉輪31，用來將流體壓縮到較低的壓力；第二級葉輪32，用來再次壓縮流體以使其達(dá)到較高的壓力；傳動軸3，其兩端分別連在第一級葉輪31和第二級葉輪32上，以和它們一起轉(zhuǎn)動。
在這個離心式壓縮機(jī)中，由于外來流體直接進(jìn)入第一級葉輪31中并被其壓縮到較低的壓力，所以葉輪31的前后表面的壓力差較小。由于加在葉輪31前后表面較小的壓力差，作用在葉輪31上的，從葉輪后表面指向葉輪前表面的力，即，偏置力F1，較小，從公式1看，這一點(diǎn)顯然成立。另一方面，作用在葉輪32上的，從葉輪后表面指向葉輪前表面的力，即，偏置力F2，比力F1大，這是由于葉輪32前后表面的壓力差大，從公式1看，這一點(diǎn)也顯然成立。
根據(jù)本發(fā)明，在第二級葉輪32上形成的減壓槽(圖5中標(biāo)號30c所指)，減小了加在傳動軸3上的水平力，由減壓槽減小的水平力部分，被調(diào)整到對應(yīng)于，在沒有減壓槽的情況下加在第二級葉輪32上的力F2和加在第一級葉輪31上的力F1之差，即“F2-F1”。根據(jù)這樣一種調(diào)整，和傳統(tǒng)的用兩個大小不同的葉輪來調(diào)整壓力差“F2-F1”相比，更易實(shí)現(xiàn)消除軸向載荷。這樣，根據(jù)本發(fā)明，就更容易和便捷地防止止推軸承(圖1中標(biāo)號6所指)的損壞。
根據(jù)本發(fā)明，可以僅僅通過在輪轂外緣的相鄰葉片之間的部分形成相同深度的槽，就可以有效減小軸向載荷。因為無需改變決定流體壓縮程度的每個葉片的長度和尺寸，所以也就不改變每個葉輪對流體的壓縮程度。
雖然，本發(fā)明的葉輪被描述成用在有兩級壓縮過程的離心式壓縮機(jī)中，它也可以用在具有多級壓縮過程的多個葉輪的離心式壓縮機(jī)中。在這種情況下，通過使得相配合的葉輪的后表面彼此相對，可以帶來設(shè)計上的便利。
雖然為了說明的目的，公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道在不背離所附的權(quán)利要求中所公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可能進(jìn)行各種修改，增補(bǔ)和替代。
由上述描述顯然可知，本發(fā)明提供了一種有多個葉輪的離心式壓縮機(jī)，其中，在不改變作為調(diào)整葉輪的流體壓縮程度的重要因素的每個葉片之尺寸和長度的情況下，提供位于葉輪輪轂外緣的減壓槽，來有效保護(hù)承受軸向載荷的止推軸承，從而消除由于止推軸承所帶來的問題。
除了保護(hù)止推軸承之外，本發(fā)明還能避免由于葉輪尺寸減小而帶來的壓縮比降低的負(fù)面影響。
根據(jù)本發(fā)明，軸向載荷的調(diào)整被簡化為只需確定每個葉輪輪轂外緣處形成的合適的減壓槽尺寸就可以了。這可以通過逐步增大減壓槽的尺寸直至得到理想的減壓槽尺寸來實(shí)現(xiàn)。而根據(jù)傳統(tǒng)的方法，在取得理想的軸向載荷調(diào)整過程中，不可避免地涉及到一系列的試驗和錯誤。因此，本發(fā)明就有效消除了在設(shè)計離心式壓縮機(jī)過程中所遇到的很多問題。
權(quán)利要求
1.一種離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，包括至少一個葉輪，該葉輪包括連接在傳動軸上的輪轂，以通過傳動軸接受來自電機(jī)的轉(zhuǎn)動力使自己轉(zhuǎn)動；位于輪轂前表面的多個葉片，以接受來自輪轂的轉(zhuǎn)動力，從而當(dāng)迫使外來流體從輪轂的上游端流向下游端時，壓縮該流體；多個形狀相同的位于輪轂外緣的減壓槽，以減小加在葉輪上的軸向載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，其中減壓槽位于輪轂下游端的外緣部分，并且均勻分布，因此，它們在葉輪旋轉(zhuǎn)過程中不會產(chǎn)生負(fù)面影響，如振動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，其中減壓槽位于相鄰的葉片之間，并同時維持葉片的形狀不變，因此，它們不影響葉輪的壓縮比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個的離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個葉輪包括多個葉輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，其中葉輪數(shù)為2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，其中葉輪以背靠背的方式排列，即相配合的葉輪的后表面彼此相對。
全文摘要
一種離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu),包括至少一個葉輪,該葉輪包括:連接在傳動軸上的輪轂,以通過傳動軸接受來自電機(jī)的轉(zhuǎn)動力使自己轉(zhuǎn)動;位于輪轂前表面的多個葉片,以接受來自輪轂的轉(zhuǎn)動力,從而當(dāng)迫使外來流體從輪轂的上游端流向下游端時,壓縮該流體;多個形狀相同的位于輪轂外緣的減壓槽,以減小加在葉輪上的軸向載荷。因此,有效保護(hù)了承受軸向載荷的止推軸承,從而消除了由于止推軸承所帶來的問題。
文檔編號F04D29/28GK1346020SQ0110916
公開日2002年4月24日 申請日期2001年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者崔文暢, 李尚昱, 金營寬, 智裕喆, 徐光河 申請人:Lg電子株式會社