CN104838149B - 离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心压缩机，其目的在于抑制喘振的产生，进一步扩大其工作范围，并且提高其工作效率。扩压器部(30)中，相对于环状圆板部(31)与环状圆板(32)之间的扩压器流路(35)，通过连通部(40A)从涡形部(22)向扩压器流路(35)内送入高压压缩流体，而防止因从环状圆板(32)产生的剥离引起的逆流区域(H)朝向扩压器部(30)的后缘的延伸。

Description

离心压缩机

技术领域

本发明涉及一种使流体升压来作为压缩流体的离心压缩机，尤其涉及一种具备设置于压缩流体的吐出侧的扩压器部的离心压缩机。

背景技术

离心压缩机主要由具有旋转的轮毂及安装于所述轮毂的外周面的多个离心叶片的叶轮及收纳叶轮并且形成流体的流路的壳体构成。

作为流体的流路，设置有：吸入流路，通过叶轮的旋转从外部吸入流体并导向叶轮；扩压器部，在叶轮的外周侧呈大致圆环状，通过使从叶轮吐出的气流减速来使静压恢复；涡旋状的涡形部，设置于扩压器部的外周侧，形成为剖面积沿着周向扩大，并使气流减速、升压；及出口管。

在这种离心压缩机中，若叶轮旋转，则叶轮对从外部导入的气体或空气等流体进行压缩。这样形成的流体的流动(气流)从叶轮的外周端通过扩压器部及涡形部，从出口管向外部送出。

但是，离心压缩机中，通过以特定的周期吐出压缩空气而使压力及流量发生变动，并产生引起一种自激振动的所谓喘振的现象。该喘振所产生的压力及流量决定小流量侧的工作极限。

另一方面，若流量增加，则叶轮或扩压器部中产生被称为扼流的流体的阻塞，从而限制大流量侧的流量范围。

因此，在离心压缩机中，为了实现稳定的工作，需要在如小流量侧不产生喘振且大流量侧不产生扼流的工作范围内工作。

而且认为，在扩压器部中，在小流量侧的扩压器流路内，从扩压器流路壁产生剥离，由于该剥离而产生的逆流区域到达扩压器部的后缘时，来自涡形部的逆流到达叶轮，从而导致喘振。

因此，例如专利文献1中记载的技术中，在扩压器的壁面的里侧沿着流体的流动方向设置循环通路，将该循环通路的第1开口形成于扩压器的壁面的Impeller(叶轮)的流体出口侧，将第2开口形成于扩压器的壁面的吐出口侧。

在这种结构中，流过易产生逆流的扩压器的壁面附近的流体成为从第2开口进入循环通路并从第1开口吐出的循环流，扩压器中的表观流量增加。由此，壁面附近的流动变得顺畅，能够抑制流体逆流的生成，从而扩大喘振之前的流量范围。其结果，不会损伤作为扩压器的功能就能够可靠地抑制低流量时的流体逆流引起的喘振的产生。

并且，专利文献2中记载的技术中，具备循环流路，其将流过扩压器流路的一部分流体作为扩压器流路中从下游侧区域至上游侧区域的循环流体而使其流回，流过循环流路的流体具有通过冷却机构冷却的结构。

由此，流过循环流路的流体被冷却而流回扩压器流路的上游侧区域。由此，离心压缩机的压缩性能得到提高。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2005-240680号公报

专利文献2：日本专利公开2010-151034号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

但是，一直要求进一步扩大离心压缩机的工作范围，且仍有改善的余地。

专利文献1、2中记载的技术中，均使流过扩压器流路内的一部分流体循环来增加表观流量，由此抑制流体逆流的生成，因此实际的工作效率下降。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制喘振的产生来进一步扩大工作范围，并且提高其工作效率的离心压缩机。

用于解决技术课题的手段

本发明的离心压缩机，其具备：叶轮，具有轮毂及安装于所述轮毂的外周面的多个离心叶片；及壳体，以能够旋转的方式容纳所述叶轮，所述壳体具备：吸入流路，将通过所述叶轮的旋转从外部吸入的流体导向所述叶轮；扩压器部，在所述叶轮的外周侧形成为环状，并使通过所述叶轮的旋转吐出到外周侧的所述流体的流动减速；涡旋状的涡形部，形成于所述扩压器部的外周侧，且其剖面积沿着周向逐渐增大；出口管，从所述涡形部的剖面积最大的部分朝向外周侧延伸；及连通部，在所述扩压器部中形成于所述流体所流过的扩压器流路的侧壁面，并将所述涡形部的内部和所述扩压器流路的内部连通，所述连通部的扩压器流路侧的开口部形成于所述扩压器流路的下游侧。

这种离心压缩机中，通过叶轮的旋转从外部吸入的流体经过吸入流路吐出到叶轮外周侧的扩压器部并被减速，并流入涡形部。涡形部中，流体从剖面积较小的一侧流向剖面积较大的一侧，并作为高压压缩流体从出口管向外部吐出。

此时，扩压器部中，涡形部内的高压压缩流体通过连通部吐出到扩压器流路内。由此，能够进一步减小伴随从扩压器壁面产生的剥离的逆流区域到达扩压器部后缘的流量，从而扩大喘振之前的流量范围。而且，使通过扩压器部的高压压缩流体从涡形部循环，由此避免扩压器部中的效率下降。

这种连通部优选沿着所述扩压器部的周向隔开间隔而形成有多个。连通部可设为贯穿孔，也可设为沿扩压器部的周向连续的狭缝。

但是，通常在扩压器下游存在剖面积沿着周向以涡旋状扩大的涡形部等非轴对称结构物。由于该影响，在扩压器下游存在的周向上不均匀的静压分布。由于该不均匀的静压分布，上述逆流区域相对于扩压器流路壁的半径方向的长度在周向上不同。并且认为从逆流区域最早到达后缘的部位开始产生喘振。

因此，优选所述连通部至少形成于所述涡形部的剖面积最大的部分的内周侧。

而且，可使所述连通部的至少所述侧壁面侧的端部从所述扩压器部的内周侧朝向外周侧倾斜地形成。由此，能够使从连通部吐出到扩压器流路内的高压压缩流体沿着扩压器壁面，并能够有效地抑制流体逆流的生成。

并且，可设为，所述扩压器部具有沿着周向等间隔设置的扩压器叶片，所述连通部的至少使所述侧壁面侧的端部形成为与所述扩压器叶片的外周侧端部平行的结构。

发明效果

根据本发明的离心压缩机，能够抑制喘振的产生，进一步扩大其工作范围，并提高其工作效率。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的离心压缩机的组件结构的图。

图2是沿着本发明的第1实施方式所涉及的离心压缩机的轴线的半剖视图。

图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的离心压缩机的扩压器部中的流体流动的状态的图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的离心压缩机的主要部分的结构的图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的离心压缩机的实施方式进行说明。

〔第1实施方式〕

对本发明的第1实施方式所涉及的离心压缩机10进行说明。

如图1、图2所示，离心压缩机10具备：旋转轴11，通过未图示的马达或涡轮等驱动装置旋转驱动；叶轮12，绕旋转轴11旋转；及壳体20，容纳旋转轴11及叶轮12，并且形成流体流路。

叶轮12具备与旋转轴11一体设置的轮毂13及设置于轮毂13的外周面的多个叶片(离心叶片)14。轮毂13上形成有弯曲面13c，其外径从旋转轴11的一端侧的端部13a朝向另一端侧的端部13b逐渐扩大。多个叶片14沿周向等间隔配置于轮毂13的弯曲面13c。在此，如图1所示，叶片14可设为由设置于轮毂13的内周侧的内周翼14A及设置于轮毂13的外周侧的外周翼14B构成的多重结构。

壳体20具备：吸入流路21，从形成于一端20a侧的吸入口29朝向叶轮12，沿着旋转轴11的轴线方向连续；扩压器部30，在叶轮12的外周侧呈圆环状而形成；涡旋状的涡形部22，在扩压器部30的外周(下游)侧沿周向连续形成，且与周向正交的剖面的剖面积沿着周向逐渐扩大；及出口管23，与涡形部22的最大面积部22b连接并沿切线方向延伸。

在此，相对于最大面积部22b，在涡形部22的周向上，最小面积部22a与出口管23相邻。并且，在涡形部22的最小面积部22a与出口管23之间形成有舌部28。

扩压器部30遍及叶轮12的外周部整周而向内周侧(叶轮12侧)及外周侧(涡形部22侧)开口。该扩压器部30具备：环状圆板部31，由壳体20的一部分形成；环状圆板32，隔开间隔与环状圆板部31对置配置；及扩压器叶片33，与环状圆板32一体形成，并沿着环状圆板32的周向等间隔设置。扩压器叶片33相对于环状圆板32的径向倾斜地形成。由此，在环状圆板32的周向上彼此相邻的扩压器叶片33、33之间的间隔从内周侧朝向外周侧逐渐扩大。

这种扩压器部30中，环状圆板部31与环状圆板32之间成为扩压器流路35。

本实施方式中，由环状圆板32及扩压器叶片33构成的扩压器部件34与壳体20分开设置，设置成夹在构成壳体20的一部分的环状圆板部31与、和环状圆板部31对置形成的壳体20的保持部24之间。并且，环状圆板32的内周侧端部32a设为与环状圆板部31的间隔随着从叶轮12的外周部12a向外周而逐渐缩小的弯曲面状。

并且，环状圆板32的外周侧端部32b形成为比保持部24的外周侧端部24a更向外周侧延伸，并向涡形部22内突出。环状圆板32中，在比保持部24的外周侧端部24a更靠外周侧形成有连通对着扩压器流路35的侧壁面32c和其相反侧的背面32d的连通部40A。该连通部40A能够由在环状圆板32的周向上隔开间隔形成有多个且分别沿周向连续的狭缝41形成。

在此，优选由狭缝41等构成的连通部40A形成为，从背面32d侧的开口端40a朝向侧壁面32c侧的开口端(开口部)40b，从扩压器部30的内周侧向外周侧倾斜。

而且，连通部40A中，优选扩压器流路35侧的开口端40b形成于扩压器流路35的下游侧。该开口端40b更优选相对于扩压器部30的外周部的半径，形成于比距离扩压器部30的中心侧75％的位置更靠外周侧。比该位置更靠内周侧时，开口端40a与开口端40b之间的静压差较大，因此从连通部40A导入扩压器部30的流动速度加快，使扩压器内部的流动恶化。

以下，对如上述那样构成的离心压缩机10的动作进行说明。

离心压缩机10中，通过未图示的马达或涡轮等驱动装置绕旋转轴11旋转驱动叶轮12。通过叶轮12旋转，从外部通过吸入口29引入壳体20内的流体在吸入流路21内流向叶轮12流动。

导入壳体20内的流体通过与轮毂13一体旋转的叶片14的旋转被赋予离心力而被压缩。被压缩的流体的流动从叶轮12的外周端流入外周侧的扩压器部30。在扩压器30中，使从叶轮12吐出到外周侧的气流通过在周向上彼此相邻的扩压器叶片33、33之间，由此使气流减速并使静压恢复。并且，从扩压器部30流入外周的涡形部22的流体从最小面积部22a流向最大面积部22b，并作为高压压缩流体从出口管23吐出。

在此，如图3所示，相对于环状圆板部31与环状圆板32之间的扩压器流路35，通过连通部40A引入经扩压器部30流入涡形部22内的高压压缩流体。在扩压器部30中，随着流量的减少，在扩压器35内从环状圆板32产生剥离，因该剥离引起逆流区域H朝向扩压器部30的后缘(外周侧的缘部)逐渐延伸。此时，通过从涡形部22经连通部40A流入扩压器流路35内的高压压缩流体的流动R，能够增加沿着环状圆板32的部分的流体流量。由此，能够防止从环状圆环32产生的大规模的剥离引起逆流区域H朝向扩压器部30的后缘延伸。

由此，能够防止扩压器部30中的喘振的产生，并能够扩大离心压缩机10的工作范围。

并且，由形成有连通部40A的环状圆板32及扩压器叶片33构成的扩压器部件34可以与壳体20分开设置。由此，能够以扩压器部件34单体状态轻松地进行连通部40A的加工。

但是，构成上述连通部40A的多个狭缝41可遍及扩压器部30的整周而形成，也能够仅形成于周向的一部分。

已知在扩压器部30的下游侧，剖面积沿着周向扩大的涡形部22中，在周向上不均匀的静压分布存在于舌部28附近。

因此，可将舌部28作为基准，将构成上述连通部40A的狭缝41仅形成于从舌部至上游侧30度的范围。

并且，可将舌部28作为基准，将构成上述连通部40A的狭缝41仅形成于具有压力分布的从上游侧30度至下游侧30度的区域。

〔第2实施方式〕

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。以下说明的第2实施方式中，对于与上述第1实施方式相同的结构，在附图中标注相同符号并省略其说明，以与上述第1实施方式的差异为中心进行说明。

如图4所示，本实施方式中，连通部40B由贯穿孔42形成而不是由狭缝41形成，并且由该贯穿孔42构成的连通部40B形成为如下，即从环状圆板32的背面32d侧的开口端40a朝向侧壁面32c侧的开口端40b，相对于环状圆板32的径向与扩压器叶片33的外周侧端部33b平行地仅倾斜相同程度的角度。

如此一来，通过连通部40B从开口端40b流入扩压器流路35内的高压压缩流体能够抑制扰乱在周向上相邻的扩压器叶片33、33之间的流动。因此，能够更加可靠地防止扩压器部30中的喘振的产生，并能够进一步扩大离心压缩机10的工作范围。

此时，也可将上述连通部40B相对于舌部28仅形成在至上游侧30度的范围。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明宗旨的范围内进行适当变更。

例如，关于连通部40A、40B，对其剖面形状、大小、配置等，并没有任何限定。

并且，也能够在内周侧及外周侧配置多列(多重)连通部40A、40B。

并且，可以没有扩压器叶片33，壳体20与保持部24可设为一体结构。

符号说明

10-离心压缩机，11-旋转轴，12-叶轮，12a-外周部，13-轮毂，13a-端部，13b-端部，13c-弯曲面，14-叶片(离心叶片)，14A-内周翼，14B-外周翼，20-壳体，20a-一端，21-吸入流路，22-涡形部，22a-最小面积部，22b-最大面积部，23-出口管，24-保持部，24a-外周侧端部，28-舌部，29-吸入口，30-扩压器部，31-环状圆板部，32-环状圆板，32a-内周侧端部，32b-外周侧端部，32c-侧壁面，32d-背面，33-扩压器叶片，33b-外周侧端部，34-扩压器部件，35-扩压器流路，40A、40B-连通部，40a-开口端，40b-开口端(开口部)，41-狭缝，42-贯穿孔。

Claims (6)

1.一种离心压缩机，其特征在于，

所述离心压缩机具备：

叶轮，具有轮毂及安装于所述轮毂的外周面的多个离心叶片；及

壳体，以能够旋转的方式容纳所述叶轮，

所述壳体具备：

吸入流路，将通过所述叶轮的旋转从外部吸入的流体导向所述叶轮；

扩压器部，在所述叶轮的外周侧形成为环状，并使通过所述叶轮的旋转吐出到外周侧的所述流体的流动减速；

涡旋状的涡形部，形成于所述扩压器部的外周侧，且其剖面积沿着周向逐渐增大；

出口管，从所述涡形部的剖面积最大的部分朝向外周侧延伸；及

连通部，在所述扩压器部中形成于所述流体所流过的扩压器流路的侧壁面，并将所述涡形部的内部和所述扩压器流路的内部连通，

所述连通部的扩压器流路侧的开口部形成于所述扩压器流路的下游侧，且以形成于所述涡形部的最小面积部与所述出口管之间的舌部为基准，仅形成于所述扩压器部的上游侧30度至下游侧30度的区域。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

沿着所述扩压器部的周向隔开间隔形成有多个所述连通部。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，

所述连通部至少形成于所述涡形部的剖面积最大的部分的内周侧。

4.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述连通部的至少所述侧壁面侧的端部从所述扩压器部的内周侧朝向外周侧倾斜地形成。

5.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述扩压器部具有沿着周向等间隔设置的扩压器叶片，

所述连通部的至少所述侧壁面侧的端部形成为与所述扩压器叶片的外周侧端部平行。

6.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述连通部的扩压器流路侧的开口部以所述舌部为基准，仅形成于从所述舌部至所述扩压器部的上游侧30度的范围。