CN103557166B - 一种多级离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种多级离心压缩机，它包括：主轴、叶轮、隔套、推力盘、平衡盘、膜片联轴器、弯道、回流器、扩压器、进出口蜗室、密封，其特征在于：（1）采用多个串级叶轮，在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；（2）扩压器采用无叶扩压器与叶片扩压器的组合，无叶扩压器在前而叶片扩压器在后；（3）采用由内环、外环、侧板和导叶构成的导叶角度可调的进气道；（4）采用隔板两侧带加强筋的进出口蜗室；（5）分体密封总体组装的气封体；（6）采用密封环内壁带有一定锥度的斜面的油封组结构。本多级离心式压缩机能够在较宽的工作范围内稳定地工作；而且可使压缩机能够更好地适合于各种不同的工作环境和工作介质，受到用户的一致好评。

Description

一种多级离心式压缩机

技术领域

本发明属于径流式压缩机的技术领域，具体涉及到一种具有同一轴线的多级气体压缩机。

背景技术

在离心压缩机中，主要部件是工作轮（叶轮）和与其相配合的扩压器，空气从叶轮流出后具有很大的动能，为了有效地利用这一部分能量，在叶轮后都装有扩压器。扩压器按其结构通常可分为无叶扩压器和叶片扩压器两种，它们对于改善压缩机的性能有很大的作用。

采用叶片扩压器的离心压缩机效率虽然较高，但其工作范围却较窄，因为其末级侧会产生“旋转脱流”现象。一旦出现旋转脱流（即旋转失速），便会引发压缩机主轴的剧振，驱动压缩机就会变得很困难，这就限制了压缩机的工作范围。

无叶扩压器也有旋转脱流现象出现，但通过减小扩压器的轴向流道高度，旋转脱流是可以避免的。扩压器的流道高度减小，其平均速度升高，扩压器中的摩擦损失会增大，使其效率降低。这样，无叶扩压器虽然效率较低，但它对工况适应性则较好，而且，当叶轮出口绝对速度达到超音速时，只要其径向分速小于音速，则在无叶扩压器内仍无激波产生，此时它可将超音速气流降低为亚音速气流。

如何有效控制多级离心式压缩机旋转脱流现象的发生，提供一种在较宽的工作范围内可以稳定驱动的高效压缩机便成为了本技术领域科技人员追求的目标。

中国专利CN1015489B公开了一种《多级离心压缩机》，其特征在于：压缩机每个离心转子（即叶轮）和与之相连的扩压器组成一级，压缩机至少有四个离心转子和至少四个导叶型扩压器（即叶片扩压器）。所述的导叶型扩压器中前一个扩压器的导叶前缘半径与转子出口半径之比大于后一个扩压器的相同比值，且后一个扩压器离排出侧较所述的前一个扩压器近。除了具有导叶型扩压器的所述的各级外，还至少有一级无导叶扩压器。由于扩压器中的旋转脱流是在回流发展并形成在扩压器中旋转的回流带时产生的，而导叶型扩压器通过在无导叶扩压器开始出现回流部位的内侧设置导叶前缘，具有防止回流的作用，如此，扩压器中的回流一开始出现即被抑制，也就避免了旋转脱流的发生，从而可以使压缩机达到高效率，并可以在较宽范围中工作。

中国专利ZL92111548.2公开了一种《离心压缩机》，其特征在于：叶片扩压器的叶片分为两组，第一组叶片具有沿下游方向倾斜而偏离侧板向着芯板延伸的进气边，第二组叶片具有垂直于上述流体方向的进气边，第一组和第二组叶片以混合的方式配置；同时还设置了多个辅助叶片，每个辅助叶片的弦长比每个叶片的弦长短；辅助叶片配置在叶片的径向向内的位置上，其一个表面面对一个叶片；辅助叶片也分为两组，第一组具有沿下游方向倾斜而偏离上述侧板向着上述芯板延伸的进气边；第二组具有垂直于上述流体方向的进气边，该两组辅助叶片也以混合方式配置。上述叶片和辅助叶片涡卷形气流通道的舌部附近是稀疏的；而在上述通道的远离上述舌部的部分是密集的；而舌部的附近是一个包括上述舌部并对应于不大于整个圆周一半的区域。这种设计进气边的位置更接近叶轮，会尽可能减少或防止产生逆流，从而即使在低的气流速度区间内也能防止喘振。叶片与辅助叶片一起不均匀的配置形成一个稀疏区和一个密集区，也能尽可能地减小旋转失速的发生。

中国发明专利申请案CN102434491A公开了一种《离心压缩机》，所述的叶片扩压器的导叶甴后缘半径相同而长度不同的长、短导叶组成，在相邻的长导叶之间至少配置一片短导叶，利用短导叶的整流作用，改善压缩机的性能。

上述诸发明的着眼点都关注在扩压器上，然而，离心式压缩机中更为重要的部件还是其工作轮（叶轮），在某种意义上说，叶轮与扩压器是相互配合的一对矛盾的主体，要提高压缩机的性能，应当综合地考虑它们的结构和相互关联。这正是我们研究工作的着眼点。

发明内容

本发明的目的就是要寻找一种在较宽的工作范围内可以稳定驱动的高效多级离心式压缩机。我们从研究气体在叶轮中的流动入手，在有限叶片数时，由于叶片通道中环流运动的影响，在叶轮的出口处存在着一个与周速相反的环流速度（即轴向涡），使得气流的相对速度在出口处朝着反旋转方向偏转一角度。如果在相邻的两个叶片之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片也偏转相应的角度，便可明显地减小轴向涡的存在。相应的改良了对扩压器的设计。为了保证气流在蜗室流道中的均匀流动，我们不仅考虑到了改良径向进口导叶调节器的设计，同时还研究了进出口蜗室的结构。

本发明提供了一种多级离心式压缩机，它主要包括有：主轴、叶轮、隔套、推力盘、平衡盘、膜片联轴器、弯道、回流器、扩压器、进出口蜗室、密封，其特征在于：

（1）采用多个串级叶轮，在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；

（2）扩压器采用无叶扩压器与叶片扩压器的组合，无叶扩压器在前而叶片扩压器在后；

（3）采用由内环、外环、侧板和导叶构成的导叶角度可调的进气道；

（4）采用隔板两侧带加强筋的进出口蜗室；

（5）分体密封总体组装的气封体；

（6）采用密封环内壁带有一定锥度的斜面的油封组结构。

本发明的多级离心式压缩机，所说的在叶轮相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；对于后弯叶片为：5～15度；对于前弯叶片为：5～15度；对于径向叶片为：5～30度。

本发明的多级离心式压缩机，所说的采用导叶角度可调的进气道，另加设有导向定位销、改变导叶角度的定位销和导叶旋转中心销。

本发明的多级离心压缩机，所说的出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室是甴上下两部分拼接而成，隔板两侧板面上分别设有蜗线型蜗室流道，两侧板面之间分布有加强筋板；隔板上下部之间的中分面上还设有环形加强筋。

本发明的多级离心压缩机，所说的分体密封总体组装的气封体，包括上下密封本体，其上密封本体上设计有密封齿和密封腔，并用密封环通过与下密封体上的细牙螺纹的密配合将上下密封本体固紧。

本发明的多级离心压缩机，所说的采用密封环内壁带有一定锥度的斜面的油封组结构，其密封面为位于密封环内壁并带有锥度的斜面，表面上有锯齿状或凸凹状的花纹，其上并设有巴氏合金层。

本发明系组合型发明，综合了本公司的多项实用新型专利，另加上发明人对叶轮和扩压器的创新设计，不仅可使得本多级离心式压缩机能够在较宽的工作范围内稳定地驱动；而且可使压缩机能够更好地适合于各种不同的工作环境和工作介质，受到用户的一致好评；得到广大用户的欢迎。

附图说明

图1是本发明的多级离心式压缩机的整体剖面示意图；图2是导叶角度可调的进气道的主视图；图3和图4分别是出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室两侧面的结构示意图；图5是分体密封总体组装的气封体的主视图；图6是油封组结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的多级离心式压缩机作进一步的说明与补充。

如图1所示，本发明的多级离心压缩机包括主轴1、叶轮2、隔套3、推力盘4、进气道5、进出口蜗室6、膜片联轴器7、弯道8、扩压器9、回流器10、平衡盘11、气封体12，油封组13，其叶轮至少有两个，它们串接在主轴上，在相邻的两个叶片21之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；对于后弯叶片为：5～15度；对于前弯叶片为：5～15度；对于径向叶片为：5～30度。本发明的多级离心压缩机的扩压器分为两组，一组为无叶扩压器91；另一组为叶片扩压器92，两组间隔地配置，每一个无叶扩压器后面配置一个叶片扩压器。

如图2所示，本发明的多级离心压缩机采用导叶角度可调的进气道，它包括侧板51、内环52、外环53、导叶54、导叶定位销55、改变导叶角度定位销56和导叶旋转中心销57.。外环通过导向定位销固定在内环上，改变导叶角度定位销则插入外环，导叶旋转中心销插入内环和侧板上，导叶与改变角度定位销滑动连接，由外环带动改变导叶角度定位销，改变导叶角度定位销再带动导叶绕导叶旋转中心销转动，从而可调节进气道导叶的角度。

如图3和图4所示，本发明采用出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室，即中间隔板进出气室结构，它包括：隔板上进出口蜗室61、隔板下进出口蜗室62、加强筋板63、中分面环形筋64、流道65、蜗室出口66.。先分别用钢材制作上、下进出口蜗室，再用钢材分别压制并加工成为加强筋板和中分面环形筋，最后采用焊接工艺，分别用加强筋板和中分面环形筋将上、下进出口蜗室焊接成为一体，最终制作成出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室。

如图5所示，本发明的气封体由密封本体上部|121和密封本体下部122构成，密封本体上部分为密封齿124和密封腔126，密封本体下部有细牙螺旋125，通过密封固定环123和细牙螺旋的配合将密封本体上、下两部分固紧。

如图6所示，本发明的油封组包括本体131和巴氏合金层132，其本体的密封面呈锯齿形或凸凹状的麻面，位于密封环内壁并带有一定锥度。制作时先带锯齿形或凸凹状密封面的油封组本体，再在密封面上浇注巴氏合金，最后把内外环组装为一体制成油封组。

以下我们通过具体的实施例对本发明的多级离心压缩机的参数作进一步的说明。

实施例1带后弯叶片的多级离心压缩机

本实施例为三级离心压缩机，叶轮采用开式叶轮，其叶片采用后弯式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转5度；无叶扩压器配置在低压级侧，而叶片扩压器则配置在高压级一侧。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例2带后弯叶片的多级离心压缩机

本实施例为五级离心压缩机，叶轮采用半开式叶轮，其叶片采用后弯式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转15度；无叶扩压器配置在低压级侧，每一个无叶扩压器后则配置叶片扩压器。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例3带后弯叶片的多级离心压缩机

本实施例为四级离心压缩机，叶轮采用闭式叶轮，其叶片采用后弯式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转10度；无叶扩压器配置在低压级侧，每一个无叶扩压器后则配置叶片扩压器。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例4带前弯叶片的多级离心压缩机

本实施例为三级离心压缩机，叶轮采用开式叶轮，其叶片采用前弯式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转5度；无叶扩压器配置在低压级侧，而叶片扩压器则配置在高压级一侧。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例5带前弯叶片的多级离心压缩机

本实施例为五级离心压缩机，叶轮采用半开式叶轮，其叶片采用前弯式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转15度；无叶扩压器配置在低压级侧，每一个无叶扩压器后则配置叶片扩压器。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例6带前弯叶片的多级离心压缩机

本实施例为四级离心压缩机，叶轮采用闭式叶轮，其叶片采用前弯式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转10度；无叶扩压器配置在低压级侧，每一个无叶扩压器后则配置叶片扩压器。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例7带径向叶片的多级离心压缩机

本实施例为六级离心压缩机，叶轮采用开式叶轮，其叶片采用径向式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转5度；无叶扩压器配置在低压级侧，而叶片扩压器则配置在高压级一侧。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例8带径向叶片的多级离心压缩机

本实施例为五级离心压缩机，叶轮采用半开式叶轮，其叶片采用径向式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转15度；无叶扩压器配置在低压级侧，每一个无叶扩压器后则配置叶片扩压器。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

实施例9带径向叶片的多级离心压缩机

本实施例为四级离心压缩机，叶轮采用闭式叶轮，其叶片采用径向式结构，前后两叶轮的叶片之间偏转10度；无叶扩压器配置在低压级侧，每一个无叶扩压器后则配置叶片扩压器。其余的导叶角度可调的进气道、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、出口隔板两侧带加强筋的进出口蜗室、气封体和油封组结构均如前所述，无需另加说明。

上述各实施例仅仅是根据不同用户的不同使用条件而提出的设计方案，这些方案在同用户签订相应的保密协议后，将样机提供给用户试用取得较为满意的效果的特例，因此还可以还可以列举出更多实施例来。

本发明是一种组合发明，它在着重研究有限叶片的条件下，环流对出口速度的影响，并在这一基础上，对于扩压器的组合、进气道、进出口蜗室和油封组的结构进行了相应的改良，最终形成了发明的组合。其特征在于它适合于各种流体介质和不同压力的气流，因而可以适用于各种专业和工程，得到各行各类企业的广泛欢迎，取得了很好的社会效益和经济效益。

Claims (9)

1.一种多级离心压缩机，它包括：主轴、叶轮、隔套、推力盘、平衡盘、膜片联轴器、弯道、回流器、扩压器、进出口蜗室、密封，其特征在于：

(1)采用多个串级叶轮，在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；

(2)扩压器采用无叶扩压器与叶片扩压器的组合，无叶扩压器在前而叶片扩压器在后；

(3)采用由内环、外环、侧板和导叶构成的导叶角度可调的进气道；

(4)采用隔板两侧带加强筋的进出口蜗室；

(5)分体密封总体组装的气封体；

(6)采用密封环内壁带有一定锥度的斜面的油封组结构。

2.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度，对于后弯叶片,前后两叶轮的叶片之间的偏转角度为：5～15度。

3.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；对于前弯叶片，前后两叶轮的叶片之间的偏转角度为：5～15度。

4.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；对于径向叶片，前后两叶轮的叶片之间的偏转角度为：5～30度。

5.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的导叶角度可调的进气道另加设有导向定位销、改变导叶角度的定位销和导叶旋转中心销。

6.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的隔板两侧带加强筋的进出口蜗室是由上下两部分拼接而成，隔板两侧板面上分别设有蜗线型蜗室流道，两侧板面之间分布有加强筋板；隔板上下部之间的中分面上还设有环形加强筋。

7.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的分体密封总体组装的气封体，包括上下密封本体，其上密封本体上设计有密封齿和密封腔，并用密封环通过下密封本体上的细牙螺纹将上下密封本体固紧。

8.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的采用密封环内壁带有一定锥度的斜面的油封组结构，其密封面为位于密封环内壁并带有锥度的斜面，表面上有锯齿状的花纹，其上并设有巴氏合金层。

9.按权利要求1所述的多级离心压缩机，其特征在于所说的采用密封环内壁带有一定锥度的斜面的油封组结构，其密封面为位于密封环内壁并带有锥度的斜面，表面上有凸凹状的花纹，其上并设有巴氏合金层。