[发明专利]离心压缩机的翼型扩压器

说明书

技术领域

本发明涉及用于离心压缩机的翼型扩压器，该扩压器包括多个位于扩压器通道区域内的扩压器叶片，在该扩压器通道区域中，每个扩压器叶片具有沿叠加方向的扭转构造。更具体地，本发明设计这样的扩压器，在该扩压器中，在翼型扩压器叶片的前缘处测得的稠度值在压缩机毂板出的小于1.0的值和在与所述毂板相对设置的压缩机罩的外部处测得的大于1.0的值之间变化。

背景技术

离心压缩机用于多种工业应用。离心压缩机的主要部件是叶轮，其由通常为电动机的动力源驱动。叶轮在毂板和相邻的罩的内部环形区域旋转。叶轮旋转有叶片的元件，该元件将要压缩的流体抽吸通过罩并将高速流体且因此具有高动能的流体改向到叶轮的旋转方向的大致径向方向。扩压器位于叶轮的下游并位于限定在毂板和罩的外部之间的扩压器通道区域内以通过降低要被压缩的流体的速度来恢复气体的压力。最终的加压流体被朝着压缩机的出口导向。

在无叶片的扩压器中，毂板和罩的外部之间的扩压器通道区域是不断增加的以恢复压力。在叶片型扩压器中，叶片在扩压器通道区域内连接到毂板或罩的外部。当从毂板向罩观察时，叶片可具有恒定的横剖面。在被称为翼型扩压器的叶片型扩压器中，叶片具有翼型剖面而不是恒定的横剖面。

驱动这样的离心压缩机所需要的动力可代表采用离心压缩机的工厂运行成本的相当大的部分。例如，在空气分离工厂，运转工厂所需要的大多数成本都是用在对空气进行压缩中的电能成本。在诸如空气分离之类的上述应用中采用的压缩机需要有宽的运行范围，其它应用也一样。例如，在空气分离工厂，必须能调低生产和提高生产。这个可变的运行可由要求或时刻变化的当地电能成本驱动。然而，即使给定电能成本，宽的运行范围及该运行范围上的压缩机效率也是必须的。

在增大运行范围同时维持效率的尝试中，可能的是改变叶轮设计和扩压器设计。然而，关于叶轮设计，所采用的实际设计由压缩机的机械布置和最终流动条件(例如特定的速度)限制。这些布置，导致了预先确定了许多的叶轮特点，例如，叶轮罩的设计和导流片的布置、轴向长度，并且因此，子午线轮廓和三维空气动力学构造的使用，即空气动力学掠弯和倾斜以及使用分流叶片。然而，通常，最常用的叶轮特点是在叶轮出口的叶片后掠。这通过降低的流率给离心级提供了升高压力的特点，降低的流率增加了该级的稳定性。而且，与设计为相同旋转速度和压力比的带径向叶片的叶轮相比，后掠叶轮具有比带径向叶片的叶轮设计更低的叶轮压力载荷、增大的叶轮反作用和增大的向流体的无损能量传递(科氏加速度)。

扩压器设计的限制比叶轮的少。对扩压器设计的几何限制是多个悬臂式级的蜗壳和收集器的大小，或多个梁型级情况下的回转通道。无叶片的扩压器能够为离心压缩机级提供具有中等压力恢复水平和中等效率的大的运行范围。另一方面，叶片型扩压器具有更高的效率水平但范围缩小。在增大运行范围的尝试中，US2372880提供了叶片型扩压器，其具有不带翼型横剖面但叶片带有扭转的叶片，从而改变喉部面积并因此增大压缩机的运行范围。最终的扩压器是高稠度扩压器或者换句话说，几何上具有这样的比值，该比值通过使在叶片的前缘和后缘之间测得的距离除以相邻叶片的前缘间的周向间隔而计算得到，该比值大于1.0。

低稠度扩压器，它们是具有稠度值小于1.00的翼型扩压器，并且特征在于在扩压器通道中没有几何喉部，已经证明该种扩压器具有与无叶片的扩压器类似的大流量范围，但压力恢复水平高于无叶片的扩压器。然而，已经发现，与高稠度扩压器相比，增大的运行范围以效率为代价。在另一极端，已经构造了高稠度扩压器，其虽然具有更高的效率，但不具有低稠度扩压器的运行范围。

如将讨论的，在本发明中，一方面，提供一种翼型扩压器，其中扩压器叶片构造成带有扭转的构造，这些叶片在毂板上产生低稠度值而在罩上产生高稠度值，结果是与现有技术相比，该扩压器不仅给予该离心压缩机更宽的运行范围，还给予在该宽运行范围上的高效率。

发明内容

本发明提供了用于离心压缩机的翼型扩压器，其中稠度从毂板处的低稠度值变化到罩处的高稠度值。根据本发明，翼型扩压器具有扩压器通道区域，该区域限定在毂板和与所述毂板相对设置的罩的外部之间。毂板和所述罩形成所述离心压缩机的一部分，并且分别具有大致的环形构造以允许所述离心压缩机的叶轮在它们的内部环形区域内旋转。多个扩压器叶片以圆形布置的方式位于所述毂板和所述罩的所述外部之间的扩压器通道区域内，连接到所述毂板或所述罩的所述外部。