專利名稱：具有能使流動穩(wěn)定的機匣的離心壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于離心壓縮機。它有關(guān)于一種離心壓縮機，其機匣能使流動穩(wěn)定，該離心壓縮機包括有(a)一個可繞機軸旋轉(zhuǎn)地支撐的葉輪，且該葉輪具有一個輪轂，該輪轂的周緣上具有一族旋葉;
(b)一個壓縮機機匣，該機匣圍繞著葉輪，而機匣的內(nèi)壁形狀是與葉輪旋葉的外形相匹配的，且機匣的內(nèi)壁與葉輪輪轂一起形成了在軸向進口和徑向出口之間延伸的流動通道;
(c)一族使流動穩(wěn)定的長槽，這些長槽在流動通道的進口區(qū)沿著流動方向延伸且從機匣內(nèi)壁穿入機匣，并且這些長槽分布于機匣的內(nèi)周緣上。
例如，大家知道的這種類型的徑向壓縮機為美國專利文獻US4212585公布的那種壓縮機。
對于離心壓縮機，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，其穩(wěn)定工作范圍是受到限制的，壓縮機在超越喘振邊界線的情況下是不再能可靠工作的，并且在超越喘振邊界線的情況下由于流動不穩(wěn)定會對各個組件引起非常嚴(yán)重的機械載荷，這些載荷對于壓縮機能導(dǎo)致其損傷甚至全面的破壞。
對于許多實際應(yīng)用的情況，把離心壓縮機的喘振邊界線推移到更小的容積流動處以增加壓縮機的穩(wěn)定工作范圍是很有意義的，要做到這一點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)壓縮機穩(wěn)定流動的遭到破壞的現(xiàn)象，做過許多理論及實驗方面的研究，專家們普遍認為當(dāng)壓縮機節(jié)流時在葉輪前區(qū)形成的回流旋渦是引起喘振開始的重要因素，因此以往所有的推移壓縮機喘振邊界線的各種方案都是想要抑制或影響該旋渦。
前述美國專利中敘述了一種稱為“機匣處理”的解決辦法，這種辦法如

圖1簡圖所示，其特征是在壓縮機機匣4中具有一族起流動穩(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處開始的，或者槽5是從前緣6的某個很短的上游距離處開始的。這些槽對葉輪2的旋轉(zhuǎn)方向是傾斜的，并且在某些情況下對于旋轉(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對于旋轉(zhuǎn)軸7近似地為直角。
在以前的方案中，喘振邊界線的推移主要是在壓縮機特性圖的上部區(qū)，而在較低的轉(zhuǎn)速范圍，這種形式的機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，而對工作轉(zhuǎn)速變化很大的壓縮機例如廢氣渦輪增壓器中的壓縮機，由于前述低轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定問題而不適用了。
為此，本發(fā)明的目的就是要提供這樣的一種離心壓縮機，它具有革新的能使流動穩(wěn)定的機匣，這種機匣能在整個特性圖的范圍內(nèi)把喘振邊界線推向更小的容積流量區(qū)。
這個目的在本文開頭指出的此類壓縮機中是靠下述的(d)達到的(d)這些起穩(wěn)定作用的槽相對于葉輪旋葉是這樣安排的，槽的面向軸向進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)定槽以這種方式來安排，以使在增加節(jié)流時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)明的壓縮機第一個較佳實施例的特征是這樣的，穩(wěn)定槽的后端是位于從軸向進口流動到徑向出口流動之間轉(zhuǎn)折的開始區(qū)，這一措施保證了旋渦在其生成的過程中就已達到了槽的影響區(qū)。
本發(fā)明的壓縮機第二個較佳實施例的特征是這樣的，葉輪旋葉包括從軸向進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口之后才開始，而穩(wěn)定槽的后端是位于中間旋葉開始的地區(qū)。這就可使前述實施例的優(yōu)點對于具有不同長度的葉輪旋葉的轉(zhuǎn)子也可同樣的體現(xiàn)。
如果穩(wěn)定槽的形狀流動地與回流旋渦的位置相匹配，則還具有其它的優(yōu)點。按照本發(fā)明的另一較佳實施例，上述流動地匹配是由下述特點達到的各個穩(wěn)定槽相應(yīng)地有一個沿流動方向直線地延伸的底部，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，該后壁的方向比機匣內(nèi)壁的當(dāng)?shù)胤ㄏ蛞揭恍酆蟊诜较蚺c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一步的實施例。
現(xiàn)參照附圖作詳細說明，以對本發(fā)明及由此帶來的各優(yōu)點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)“機匣處理”穩(wěn)定流動的壓縮機;
圖2表示了按本發(fā)明穩(wěn)定槽的壓縮機的第一較佳實施例，圖(b)類似于圖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來簡要說明如本文開始提及那項已公布專利的現(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，這項現(xiàn)有技術(shù)的具有穩(wěn)定機匣的離心壓縮機包括有一個葉輪轉(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)子是安裝在壓縮機機匣4中(在圖1中只是表示了其部分剖面)，在機匣4的內(nèi)側(cè)，該壓縮機機匣4具有一個內(nèi)壁4a，這個內(nèi)壁與葉輪旋葉3的外形相匹配，而機匣內(nèi)壁4a及輪轂9形成了要被壓縮介質(zhì)的流動通道，該通道從軸向進口10轉(zhuǎn)向徑向出口11，而被壓縮的介質(zhì)是在該流動通道的中心區(qū)域中連續(xù)地從軸向進口流動折轉(zhuǎn)為徑向出口的流動。
這一已知的機匣處理只包括一族穩(wěn)定槽5，這些槽是在機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平行于機軸7延伸。
如前曾指出的那樣，在機匣內(nèi)壁中的槽之所以能起使流動穩(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入到槽中去，因此旋渦對主流的影響就減少了。最近的實驗研究已表明，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的下游處即軸向進口流動轉(zhuǎn)到徑向出口流動的轉(zhuǎn)折區(qū)的開始部分處出現(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)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)展到達葉輪旋葉前緣6(此處的旋葉前緣6，對于旋葉可分為較長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)的機匣處理中，不僅是槽的位置(處于旋葉前緣6的開始處或上游處)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)各自對機軸7均為直角)對于回流旋渦流動進入槽內(nèi)并在其中運動亦并不有利。
因此，為了在壓縮機的整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)將其喘振邊界線推移至較小的容積流動區(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，其次是對于剛開始的弱旋渦亦應(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)最佳化機匣處理的第一個較佳實施例是示于圖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分為較長的主旋葉3a(它從軸向進口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)。在這一實施例中，不僅是穩(wěn)定槽5的位置而且其形狀相對于現(xiàn)有技術(shù)都是經(jīng)過修改了的。其面對軸向進口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口流動轉(zhuǎn)入徑向出口流動的轉(zhuǎn)折區(qū)，這個位置對于圖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的最佳位置及長度可由專家容易地通過回流旋渦位置及尺寸的計算或?qū)嶒瀬泶_定。此外，如圖2(a)(沿圖2(b)的A-A線橫剖)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的位置及長度作了修改之外，相對于現(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對于機軸7基本上仍保持直角，但其直底部5b是不再平行于機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)最佳化的角度來講是不利的，這也已避免，因為槽5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程中能被較好地影響并穩(wěn)定。
在圖3所述的另一個實施例中，對穩(wěn)定槽5的形狀作了簡化，而其位置相對于圖2的實施例而言近似未變。圖3實施例的槽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入機匣內(nèi)壁4a之中，這種方案使槽的加工得以簡化而同時對于旋渦仍具有類似的有利影響。
總之，本發(fā)明的離心壓縮機在全部特性圖線范圍內(nèi)使穩(wěn)定工作范圍顯著地擴展至小容積流量區(qū)。
顯然，按照上述技術(shù)，可對本發(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)而在本文所專門敘述的實施例之外可以另外有各種實施方法，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)號表1 離心壓縮機2 葉輪3 葉輪旋葉3a 主旋葉3b 中間旋葉4 壓縮機機匣4a 機匣內(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 機軸8 中間旋葉的前緣9 輪轂(葉輪)10 軸向進口11 徑向出口γ 角度
權(quán)利要求
1.一種具有流動穩(wěn)定機匣的離心壓縮機，它包括有(a)一個可繞機軸旋轉(zhuǎn)地支承的葉輪，且該葉輪具有一個輪轂，該輪轂的周緣上具有一族旋葉；(b)一個壓縮機機匣，該機匣圍繞著葉輪，而機匣內(nèi)壁形狀是與葉輪旋葉的外形相匹配的，且機匣外形與輪轂一起形成了在軸向進口及徑向出口之間延伸的流動通道；(c)一族使流動穩(wěn)定的長槽，這些長槽在流動通道的進口區(qū)沿著流動方向延伸且從機匣內(nèi)壁穿入機匣，并且這些長槽分布于機匣的內(nèi)周緣上；其特征在于，(d)這些穩(wěn)定槽對于葉輪旋葉是這樣安排的，其穩(wěn)定槽的面向軸向進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，其特征在于，穩(wěn)定槽的后端是位于從軸向進口流動到徑向出口流動之間轉(zhuǎn)折的開始區(qū)。
3.如權(quán)利要求1中所述的離心壓縮機，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，且只是在軸向進口之后才開始，而穩(wěn)定槽的后端是位于中間旋葉開始的地方。
4.如權(quán)利要求1至3中之一所述的離心壓縮機，其特征在于，各穩(wěn)定槽相應(yīng)地有一個沿流動向直線地延伸的底部，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，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匣內(nèi)壁的當(dāng)?shù)胤ㄏ蛞揭恍?，而后壁方向與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，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，其特征在于，各穩(wěn)定槽有一底部，該底部沿流動方向直線地延伸，該底部在槽后端處以楔狀進入機匣內(nèi)壁。
8.如權(quán)利要求1至7中之一所述的離心壓縮機，其特征在于，每個穩(wěn)定槽是由其前壁形成了槽前端的邊界，這些前壁是切線連續(xù)地并入到槽的底部，而槽的底部是沿流動方向直線地延伸。
9.如權(quán)利要求1至8中之一所述的離心壓縮機，其特征在于，穩(wěn)定槽是安排成與葉輪轉(zhuǎn)動方向相傾斜的。
全文摘要
一種具有能使流動穩(wěn)定的機匣的離心壓縮機包括一個葉輪(2)和一個壓縮機機匣(4)以及一族長形的穩(wěn)定槽(5)，這些槽(5)在流道的進口區(qū)內(nèi)沿流動方向延伸，且槽(5)從機匣內(nèi)壁(4a)處穿入機匣(4)，槽(5)分布在機匣(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)相對于葉輪旋葉(3)安裝成，穩(wěn)定槽(5)的面向軸向進口(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F04D27/02GK1096347SQ9410269
公開日1994年12月14日 申請日期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 申請人:Abb管理有限公司