CN105275853B - 带级间冷却的两级大流量斜流压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，包含两级斜流压缩机，级间连接一台中间冷却器。本发明的关键是通过一个具有前端明显轴向特征及尾端叶顶大曲率特征的斜流叶轮与一个进口渐缩型弯道无叶扩压器的配合来改善第一级叶轮性能，以满足大流量压缩机的需求；同时第二级采用斜流叶轮和斜流无叶扩压器改善叶轮非设计点性能。本发明具有流量大、省功耗、高效率、结构简单紧凑等优点，可以解决现有的特大、超大量级空分机组在采用多级离心压缩机结构时存在的设计难度过大、性能恶劣的问题，以及采用多级轴流+离心压缩机时存在的结构复杂、可靠性较差的问题，并可提高第二级压缩机性能，特别适用于110000～150000Nm³/h量级的空分机组。

Description

带级间冷却的两级大流量斜流压缩机

【技术领域】

本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种透平式压缩机结构，其特别适用于110000～150000Nm³/h量级的空分机组。

【背景技术】

大流量的透平式压缩机一般用于冶金、石油化工等装备的压缩设备，如空气分离装置，且一般采用闭式叶轮。两台压缩机背靠(背靠背)安装，能有效减小施加在轴承上的轴向力，达到延长轴承寿命的效果，且结构紧凑，利于布置中间冷却装置。(参见中国发明专利公开“一种背靠背型两级离心式压气机的轴向力控制方法”，公开号：CN102828984A，公开日：2012.12.19)。

空分机组压缩机的结构形式很大程度上取决于其流量和压比的大小。中小流量的空分机组常采用单级或多级离心压缩机结构；大流量的空分机组尽管也多采用多级离心结构，但已接近离心压缩机的设计极限；特大量级(80000Nm³/h)以上的空分机组目前仅有多级轴流+离心结构获得了比较好的效果，如曼透平公司的AR-MAX1系列复合空分机组即采用6～8级轴流段+1～3级离心段+0～2台中冷器结构实现了3000～7000t/d O₂的目标，最高压力可达25bar。(参见曼透平官网产品介绍和文档资料“http://turbomachinery.man.eu/products/compressors/axial”)

随着装备大型化趋势的发展，压缩机流量和负荷不断加大，并且对结构紧凑等的限制要求越来越高，多级离心压缩机第一级的设计难度逐渐增大，尤其在大流量(或大流量系数)的要求下更是如此。尽管可以通过叶轮局部切削提升大流量系数离心叶轮性能，但效果并不十分理想。(参见文献Wang Y S,Wang K,Lin F,et al.Performance analysis andimprovement of a high flow coefficient centrifugal compressor[J].ScienceChina,2014,57(8):1647-1657.)在大流量(或大流量系数)下，多级离心压缩机的第一级叶轮容易出现出口相对宽度b₂/D₂超出离心叶轮常规设计范围，且在轮盖折转处易导致气流严重分离的问题，使叶轮压比和效率急剧下降，从而制约了纯粹的多级离心压缩机在特大、超大量级的压缩设备中的应用。

尽管多级轴流压缩机具有流道平滑、高压比时效率较高等优点，用于替代1～2级离心压缩机作为压缩装置的低压段也取得了较满意的效果，但其本身缺点也比较明显：(1)零部件数量多，加工成本高；(2)叶片抗畸变和抗沾污特性差；(3)单级增压比低，且随着级数的增多，末尾几级增压能力减弱，效率降低；(4)级间匹配困难，稳定工作范围小，为了扩大喘振裕度常采用可调静子或机匣处理，进而又增加了结构复杂性。

斜流压缩机结合了轴流压缩机大流量(或大流量系数)、高效率以及离心压缩机结构简单易于制造、可靠性高、压比高的特点，其流道型线在轮盖侧的折转相对平缓，削弱了气流在叶轮轮盖折转处的分离，也减小了轮盖侧叶片的扩压度，可用于解决大流量空分机组第一级压缩机性能恶劣的问题，同时能提高第二级压缩机性能。两级斜流压缩机可以避免多级轴流压缩机所存在的上述弊端，可用于替代多级轴流结构以提高机组整体性能。两级斜流压缩机结构能改善两级斜流-离心组合压缩机结构中第二级离心压缩机的非设计点性能，拓宽机组喘振裕度和堵塞极限。但目前用于大流量空分装置的斜流叶轮和斜流压缩机尚处于探索阶段，因为商业保密，公开文献极少。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，以克服传统多级离心式压缩机难以适应特大流量空分机组需求以及在大流量(或大流量系数)下第一级压缩机性能恶劣的问题；本发明结构简单紧凑、压缩功耗小且稳定可靠，能够满足特大、超大量级空分机组的需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：包括第一级斜流压缩机和第二级斜流压缩机；第一级斜流压缩机包括第一级斜流叶轮、第一级斜流无叶扩压器和第一级蜗壳；第二级斜流压缩机包括第二级斜流叶轮、第二级斜流无叶扩压器和第二级蜗壳；在两级斜流压缩机之间连接一个中间冷却器，中间冷却器进口与第一级蜗壳出口相连，中间冷却器出口与第二级斜流压缩机回流通道进口相连；两级斜流压缩机的叶轮均为含分流叶片的闭式斜流叶轮，叶轮同轴背靠安装。

进一步的，所述带级间冷却的两级大流量斜流压缩机的流量为175～240kg/s；第一级斜流压缩机总压比为1.5～3.0，第二级斜流压缩机总压比为1.5～2.3。

进一步的，第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的轴向长度比L/D₂均为0.40～0.65；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的叶片出口相对宽度b₂/D₂均为0.08～0.16；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的出口轮盘切线与轴线所成锥角θ均为30°～75°；其中，L为叶轮轴向长度，D₂为叶轮叶片出口平均直径，b₂为叶轮叶片出口宽度。

进一步的，第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的斜流叶轮主叶片前缘和分流叶片前缘的叶顶连线与轴线所成夹角θ_s1均为0°～8°；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的分流叶片前缘均位于主叶片弦长30％～65％处。

进一步的，第一级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂>0.72；第一级斜流叶轮采用前端明显轴向特征+尾端大曲率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为：第一级斜流叶轮主叶片前缘和第一级斜流叶轮分流叶片前缘之间的叶顶倾角θ_s1<8°；尾端大曲率结构具体为：斜流叶轮主叶片叶顶弦长70％～85％位置开始至尾缘的叶片区域，其叶顶平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，第一级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡；D₁为叶轮叶片进口叶顶直径；D₂为叶轮叶片出口平均直径。

进一步的，第二级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂≤0.72；第二级斜流叶轮采用前端明显轴向特征+叶片中部大曲率结构+尾端固定斜率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为：第二级斜流叶轮主叶片前缘和第二级斜流叶轮分流叶片前缘之间的叶顶倾角θ_s1<8°；叶片中部大曲率结构具体为：从分流叶片前缘开始至主叶片叶顶弦长70％～85％位置截止的叶片区域，其平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，第二级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡；尾端固定斜率结构具体为：从主叶片叶顶弦长70％～85％位置开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其轮盘曲线和叶顶曲线分别为一固定斜率值，其中轮盘曲线的斜率值为tanθ；θ为第二级斜流叶轮的出口处轮盘切线与轴线所成锥角；D₁为叶轮叶片进口叶顶直径；D₂为叶轮叶片出口平均直径。

进一步的，第二级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂≤0.72；第二级斜流叶轮采用前端明显轴向特征+叶片中后部均匀曲率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为：第二级斜流叶轮主叶片前缘和第二级斜流叶轮分流叶片前缘的叶顶倾角θ_s1<8°；叶片中后部均匀曲率结构具体为：从分流叶片前缘开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其叶顶曲线的曲率相差不超过20％，宏观上表现为子午流道均匀折转；D₁为叶轮叶片进口叶顶直径；D₂为叶轮叶片出口平均直径。

进一步的，第二级斜流无叶扩压器与第一级斜流无叶扩压器结构相同，通道面积从入口到出口均先减小后增大，其中入口到喉部之间的收缩段流道弯曲；各斜流无叶扩压器的进口轮盘倾角与对应斜流叶轮出口轮盘倾角相同；斜流级无叶扩压器喉部处与进口处的面积之比A₃/A₂为0.95～1.0；第一级斜流无叶扩压器的平均直径之比D₃/D₂为1.10～1.35；其中，A₂为叶轮叶片出口面积；A₃为斜流扩压器喉部面积；D₂为叶轮叶片出口平均直径；D₃为斜流扩压器喉部平均直径。

进一步的，第一级斜流无叶扩压器与第二级斜流无叶扩压器从斜流扩压器进口处至喉部的流道均有一定角度的折转，其折转角度为90°-θ，θ为各斜流叶轮出口处轮盘切线与轴线所成的锥角。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明能满足特大、超大量级空分机组，尤其是110000～150000Nm³/h量级空分机组对于大流量压缩机的需求，并能克服大流量空分机组第一级设计困难的问题。。

(2)与采用离心压缩机作为空分机组压缩机的第一级的情况相比，采用本发明所述结构的斜流压缩机作为第一级，能有效解决大流量(或大流量系数)条件下采用离心压缩机作为第一级时所出现的叶轮出口分离严重，压缩机性能不足的问题。

(3)与采用多级轴流压缩机结构作为空分机组低压段的情况相比，两级斜流压缩机结构比多级轴流结构具有更宽的工作范围，叶片积垢对性能的影响没有多级轴流结构明显，对于提高机组稳定性，拓宽压缩机工况范围有明显的作用。同时，采用两级斜流压缩机结构取代多级轴流-离心压缩机结构能够减少压缩机零部件数量，简化结构，降低轴系设计难度，减少加工、安装和维护成本，提高叶片抗畸变能力和抗沾污能力。

(4)两级斜流压缩机采用背靠式布置，能减小作用在轴承上的轴向力，增加轴承寿命；采用级间冷却，能减少10％左右的压缩功耗，提高经济效益。

(5)采用两级斜流压缩机结构，相比于两级斜流-离心组合压缩机结构，第二级性能得到改善，喘振裕度和堵塞极限得到提高。

本发明通过一个具有前端明显轴向特征及尾端叶顶大曲率特征的斜流叶轮与一个进口渐缩型弯道无叶扩压器的配合来改善第一级叶轮性能，以满足大流量压缩机的需求；同时第二级采用斜流叶轮和斜流无叶扩压器改善叶轮非设计点性能。

【附图说明】

图1为本发明带级间冷却的两级大流量斜流压缩机的总体结构示意图。

图2为本发明的循环示意图。

图3为本发明的斜流叶轮和斜流无叶扩压器的参数定义及子午面结构示意图。

图4为本发明的不同叶顶曲率结构的斜流叶轮示意图。其中4(a)为前端明显轴向特征+尾端大曲率结构示意图；4(b)为前端明显轴向特征+叶片中部大曲率+尾端固定斜率结构示意图；4(c)为前端明显轴向特征+叶片中后部均匀曲率结构示意图。

图5为本发明实施例的叶轮子午面结构示意图对比。各级均分别采用斜流叶轮和离心叶轮两种设计方案以作性能对比，其中图5(a)为第一级叶轮子午面结构对比示意图，图5(b)为第二级叶轮子午面结构对比示意图。

图6为本发明实施例的第一级斜流叶轮(左)和第二级斜流叶轮(右)的三维视图(闭式叶轮轮盖未画出)。

图7为本发明实施例的第一级叶轮性能对比示意图；其中图7(a)为叶轮等熵效率对比示意图；图7(b)为叶轮总压比对比示意图。

图8为本发明实施例的第二级叶轮性能对比示意图；其中图8(a)为叶轮等熵效率对比示意图；图8(b)为叶轮总压比对比示意图。

附图中标号含义为：

1、锁紧螺母；2、主轴；3、第一级斜流叶轮轮盘；4、第一级斜流叶轮主叶片；5、第一级斜流叶轮分流叶片；6、第一级斜流叶轮轮盖；7、无叶扩压器轮毂壁面；8、第一级斜流无叶扩压器；9、第一级蜗壳；10、壳体；11、第二级蜗壳；12、第二级斜流无叶扩压器；13、第二级斜流叶轮轮盖；14、第二级斜流叶轮分流叶片；15、第二级斜流叶轮主叶片；16、第二级回流通道；17、第二级斜流叶轮轮盘；18、第一级斜流压缩机；19、中间冷却器；20、第二级斜流压缩机。

附图中符号含义为：

L——叶轮轴向长度，m；

L₁——斜流叶轮大曲率区域长度，m；

D₁——叶轮叶片进口叶顶直径，m；

D₂——叶轮叶片出口(扩压器进口)平均直径，m；

D₃——斜流扩压器喉部(最小通流面积处，下同)平均直径，m；

b₂——叶轮叶片出口(扩压器进口)宽度，m；

b₃——斜流扩压器喉部宽度，m；

A₂——叶轮叶片出口(扩压器进口)面积，m²；

A₃——斜流扩压器喉部面积，m²；

θ——斜流叶轮出口轮盘切线与轴线所成锥角(即斜流叶轮出口倾角)，°；

θ_s1——叶轮主叶片前缘和分流叶片前缘的叶顶处连线与轴线所成夹角，°；

Q_m——质量流量，kg/s；

η_tt ^*——叶轮等熵效率；

π^*——叶轮总压比；

A₃/A₂＝(b₃/b₂)*(D₃/D₂)

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅为解释本发明，而不用于限定本发明。

参见图1～4，本发明一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，包括第一级斜流压缩机18和第二级斜流压缩机20。第一级斜流压缩机18由第一级斜流叶轮(包含第一级斜流叶轮轮盘3、第一级斜流叶轮主叶片4、第一级斜流叶轮分流叶片5和第一级斜流叶轮轮盖6)、第一级斜流无叶扩压器8、第一级蜗壳9组成；第二级斜流压缩机20由第二级斜流叶轮(包含第二级斜流叶轮轮盘17、第二级斜流叶轮主叶片15、第二级斜流叶轮分流叶片14和第二级斜流叶轮轮盖13)、第二级斜流无叶扩压器12和第二级蜗壳11组成。两级斜流叶轮背靠安装在主轴2上。第一级斜流叶轮轮盘3前端通过锁紧螺母1固定，第一级斜流压缩机级18和第二级斜流压缩机级20之间连接有中间冷却器19，具体方式为第一级蜗壳9出口与中间冷却器19进口相连，第二级回流通道16进口与中间冷却器19出口相连，第二级回流通道16出口与第二级斜流叶轮进口相连。无叶扩压器轮毂壁面7是第一级斜流无叶扩压器8和第二级斜流无叶扩压器12的公共轮毂壁面，同时也是第一级斜流压缩机18和第二级斜流压缩机20之间轴承的承力结构。

本发明涉及的斜流叶轮的子午流道结构具有以下特征：其中第一级斜流叶轮前端轴向特征明显，尾端曲率显著增大，本发明称之为“前端明显轴向特征+尾端大曲率结构”，如附图4(a)所示，第一级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂>0.72，说明叶轮出口平均外径D₂与进口叶顶直径D₁相差很小，即叶轮进出口圆周速度平方差较小，叶片增压能力有限，故具备采用“前端明显轴向特征+尾端大曲率结构”的条件。其中“前端明显轴向特征”结构具体表现为：在斜流叶轮前端的轴向段流道平缓，与等外径的轴流叶片相似，其斜流叶轮主叶片4(或主叶片15)和分流叶片5(或分流叶片14)的叶顶保持在大致相同的直径，折转角θ_s1<8°，以确保分流叶片叶顶马赫数不会过大；轴向段平缓的流道设计以保证气流流动通畅，减小气流在叶片通道中向径向折转之前的分离和堵塞。“尾端大曲率结构”表现为：在斜流叶轮尾缘附近，流道曲率明显增大，大曲率区域从主叶片叶顶弦长70％～85％位置开始至叶片尾缘截止，即靠近叶轮出口15％～30％叶顶弦长的叶片区域，其平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，大曲率区域承担了气流在叶轮内向径向方向折转的主要任务；第一级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡。

第二级斜流叶轮的叶片进口相对直径D₁/D₂≤0.72，可直接在离心叶轮子午型线基础上，通过减小叶轮轮盘和叶顶曲线的曲率，将离心叶轮改型为具有一定出口倾角的斜流叶轮，此时叶轮叶顶型线可不采用“前端明显轴向特征+尾端大曲率结构”，而改为采用“前端明显轴向特征+叶片中部大曲率结构+尾端固定斜率结构”或“前端明显轴向特征+叶片中后部均匀曲率结构”两种方式之一，如附图4(b)、(c)所示。“叶片中部大曲率结构”是指从分流叶片前缘开始至主叶片叶顶弦长70％～85％位置截止的叶片区域，其平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，大曲率区域承担了气流在叶轮中向径向方向折转的主要任务；第二级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡。“尾端固定斜率结构”是指从主叶片叶顶弦长70％～85％位置开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其轮盘和叶顶曲线分别为一固定斜率值，其中轮盘曲线的斜率值为tanθ；θ为斜流叶轮出口倾角。“叶片中后部均匀曲率结构”是指从分流叶片前缘开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其叶顶曲线之间的曲率大致相等或相差不超过20％，宏观上表现为子午流道均匀折转。

本发明的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，工作时从第一级斜流压缩机18的左侧轴向进气，经过带分流叶片5的第一级斜流叶轮做功增压后进入第一级斜流无叶扩压器8。第一级斜流叶轮采用上述“前端明显轴向特征+尾端大曲率结构”。第一级斜流无叶扩压器8承担了气流从斜流叶轮出口向完全径向方向折转及进一步扩压的任务，其流道经历了先收缩后扩张的过程。从斜流扩压器进口处至喉部的流道有一定角度的折转，其折转角度为90°-θ，该段通道渐缩，收缩比例A₃/A₂为0.95～1.0，收缩段平均直径之比D₃/D₂为1.10～1.35，直至在斜流扩压器喉部处完全折转到径向方向；流道折向径向方向后的扩压器通道为平行直壁通道。斜流无叶扩压器进口弯道结构分担了斜流叶轮向径向折转的难度，先收缩后扩张这一流道变化过程在一定程度上限制了气流在向径向折转时在叶轮尾缘轮盖一侧形成大面积的堵塞区域。与离心叶轮仅在叶轮中完成气流的径向折转不同，斜流叶轮出口部分和斜流无叶扩压器进口部分配合完成气流折转，能够有效地解决大流量(或大流量系数)离心叶轮剧烈折转时出口分离严重的问题，也减小了斜流叶轮与扩压器的匹配难度。气流经过第一级斜流无叶扩压器8扩压后进入第一级蜗壳9，两级蜗壳均为非对称内圆蜗壳，气体经过第一级蜗壳9收集后导入中间冷却器19，经中间冷却器19冷却到与第一级斜流压缩机18进口相同温度，而后气流从中间冷却器19出口导入到第二级回流通道16的进口处，经过第二级回流通道16(可增加整流叶片)整流后进入第二级斜流压缩机20。经第二级斜流叶轮进一步增压后，进入第二级斜流无叶扩压器12。第二级斜流叶轮可选择采用上述“前端明显轴向特征+叶片中部区域大曲率折转+尾部固定斜率结构”或“前端明显轴向特征+叶片中后部均匀曲率折转结构”。第二级斜流无叶扩压器12与第一级斜流无叶扩压器8结构相同，其通道收缩比例A₃/A₂为0.95～1.0，收缩段平均直径之比D₃/D₂推荐值为1.10～1.25，经过无叶扩压器减速增压，气流最后由第二级蜗壳11收集后导入到下一个部件。

请参阅附图5～8所示，为本发明的一个具体实施例的叶轮子午型线、三维造型以及性能对比，具体实施例设计如下：针对流量为226.81kg/s，转速为3969r/min，进口总温为288.15K，进口总压为101.325kPa，第一级设计总压比为2.0，第二级设计总压比为1.7的压缩机机组，使用同一通流设计程序对两级压缩机都分别采用了离心叶轮和斜流叶轮两种方案，其中斜流叶轮参照上述规则设计。第一级叶轮采用标准离心叶轮设计时，叶轮参数为：L/D₂＝0.308，θ＝90°，b₂/D₂＝0.149，θ_s1＝4°，D₁/D₂＝0.751，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长的20％处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的34％处。第一级叶轮采用斜流叶轮时，叶轮参数为：L/D₂＝0.631，θ＝65°，b₂/D₂＝0.132，θ_s1＝6°，D₁/D₂＝0.751，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长的47％处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的62％处，叶轮出口叶顶大曲率长度占主叶片叶顶总弦长的20％；第一级斜流无叶扩压器参数：A₃/A₂＝0.996，D₃/D₂＝1.224。第二级叶轮采用标准离心叶轮设计时，叶轮参数为：L/D₂＝0.285，θ＝90°，b₂/D₂＝0.103，θ_s1＝4°，D₁/D₂＝0.665，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长的19％处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的26％处。第二级叶轮采用斜流叶轮时，叶轮参数为：L/D₂＝0.465，θ＝68°，b₂/D₂＝0.0931，θ_s1＝5.5°，D₁/D₂＝0.665，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长48％处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的57％处；第二级斜流无叶扩压器参数：A₃/A₂＝0.973，D₃/D₂＝1.159。

第一级压缩机分别采用斜流叶轮和离心叶轮设计时性能对比如图7所示。采用本发明的斜流叶轮后，第一级压缩机的叶轮总压比和等熵效率比相同设计下的离心叶轮有了大幅度提高，其设计点(Q_m＝226.81kg/s)处斜流叶轮的总压比为2.173，达到并超过了总压比2的设计目标；离心叶轮设计点总压比为1.679，未能达到设计要求，这在根本上说明了离心叶轮不适合用于该流量条件下空分机组的第一级，而斜流叶轮可以胜任；此外，在设计点处，离心叶轮等熵效率为80.93％，斜流叶轮等熵效率为95.54％，同离心叶轮相比，斜流叶轮等熵效率提高了18.05％，总压比提高了29.42％，堵塞流量提高了1.42％。第二级压缩机分别采用斜流叶轮和离心叶轮设计时性能对比如图8所示。第二级斜流压缩机性能也在离心压缩机基础上有了较大的改善，特别是对第二级压缩机非设计点的性能有明显的改善，喘振裕度和堵塞极限有明显提高。斜流叶轮同离心叶轮相比，设计点等熵效率提高了1.22％，设计点总压比提高了1.18％，堵塞流量提高了2.65％，喘振裕度大于15％；在性能图上，从设计点到给定的最小流量点，斜流叶轮等熵效率均保持在95％以上的，总压比持续增加，证明斜流叶轮的喘振极限远远高于15％，这是同等条件下的离心叶轮所不具备的。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员利用本发明书内容所做的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：包括第一级斜流压缩机和第二级斜流压缩机；第一级斜流压缩机包括第一级斜流叶轮、第一级斜流无叶扩压器和第一级蜗壳；第二级斜流压缩机包括第二级斜流叶轮、第二级斜流无叶扩压器和第二级蜗壳；在两级斜流压缩机之间连接一个中间冷却器，中间冷却器进口与第一级蜗壳出口相连，中间冷却器出口与第二级斜流压缩机回流通道进口相连；两级斜流压缩机的叶轮均为含分流叶片的闭式斜流叶轮，叶轮同轴背靠安装；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的轴向长度比L/D₂均为0.40～0.65；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的叶片出口相对宽度b₂/D₂均为0.08～0.16；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的出口轮盘切线与轴线所成锥角θ均为30°～75°；其中，L为叶轮轴向长度，D₂为叶轮叶片出口平均直径，b₂为叶轮叶片出口宽度。

2.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：所述带级间冷却的两级大流量斜流压缩机的流量为175～240kg/s；第一级斜流压缩机总压比为1.5～3.0，第二级斜流压缩机总压比为1.5～2.3。

3.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的斜流叶轮主叶片前缘和分流叶片前缘的叶顶连线与轴线所成夹角θ_s1均为0°～8°；第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的分流叶片前缘均位于主叶片弦长30％～65％处。

4.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：第一级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂>0.72；第一级斜流叶轮采用前端明显轴向特征和尾端大曲率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为：第一级斜流叶轮主叶片前缘和第一级斜流叶轮分流叶片前缘的叶顶连线与轴线所成夹角θ_s1<8°；尾端大曲率结构具体为：斜流叶轮主叶片叶顶弦长70％～85％位置开始至尾缘的叶片区域，其叶顶平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，第一级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡；D₁为叶轮叶片进口叶顶直径；D₂为叶轮叶片出口平均直径。

5.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：第二级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂≤0.72；第二级斜流叶轮采用前端明显轴向特征、叶片中部大曲率结构和尾端固定斜率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为：第二级斜流叶轮主叶片前缘和第二级斜流叶轮分流叶片前缘的叶顶连线与轴线所成夹角θ_s1<8°；叶片中部大曲率结构具体为：从分流叶片前缘开始至主叶片叶顶弦长70％～85％位置截止的叶片区域，其平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，第二级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡；尾端固定斜率结构具体为：从主叶片叶顶弦长70％～85％位置开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其轮盘曲线和叶顶曲线分别为一固定斜率值，其中轮盘曲线的斜率值为tanθ；θ为第二级斜流叶轮的出口处轮盘切线与轴线所成锥角；D₁为叶轮叶片进口叶顶直径；D₂为叶轮叶片出口平均直径。

6.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：第二级斜流叶轮叶片进口相对直径D₁/D₂≤0.72；第二级斜流叶轮采用前端明显轴向特征和叶片中后部均匀曲率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为：第二级斜流叶轮主叶片前缘和第二级斜流叶轮分流叶片前缘的叶顶连线与轴线所成夹角θ_s1<8°；叶片中后部均匀曲率结构具体为：从分流叶片前缘开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其叶顶曲线的曲率相差不超过20％，宏观上表现为子午流道均匀折转；D₁为叶轮叶片进口叶顶直径；D₂为叶轮叶片出口平均直径。

7.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：第二级斜流无叶扩压器与第一级斜流无叶扩压器结构相同，通道面积从入口到出口均先减小后增大，其中入口到喉部之间的收缩段流道弯曲；各斜流无叶扩压器的进口轮盘倾角与对应斜流叶轮出口轮盘倾角相同；斜流级无叶扩压器喉部处与进口处的面积之比A₃/A₂为0.95～1.0；第一级斜流无叶扩压器的平均直径之比D₃/D₂为1.10～1.35；其中，A₂为叶轮叶片出口面积；A₃为斜流扩压器喉部面积；D₂为叶轮叶片出口平均直径；D₃为斜流扩压器喉部平均直径。

8.根据权利要求7所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于：第一级斜流无叶扩压器与第二级斜流无叶扩压器从扩压器进口处至喉部的流道均有一定角度的折转，其折转角度为90°-θ，θ为各斜流叶轮出口处轮盘切线与轴线所成的锥角。