[发明专利]气体压缩机及气体压缩机的流量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体压缩机，更具体地涉及一种设置在与叶轮(impeller)出口相连的扩压器通道(diffuser channel)上，用于防止失速(stall)及喘振(surge)的可变式扩压器系统(diffuser system)及利用该系统的气体压缩机的流量控制方法。

背景技术

常规的气体压缩机使气体流经旋转中的叶轮，利用叶轮的离心压缩力对气体进行加速及压缩。扩压器通道与叶轮出口相连，以减少噪音并提高送风效率，而且使从叶轮排出的高速高压气体减速，起到将气体的动能转换为压力能量的作用。

若流经叶轮的气体流量减少或者叶轮入口与出口的压力差减小，则气流会变得不稳定。从而，在扩压器通道发生逆流，由此出现失速及喘振现象。尤其，如果气体流量进一步减少或者叶轮入口与出口的压力变得相等，就会进入喘振状态而在扩压器通道内周期性地发生全逆流，从而大幅降低压缩机的效率。

因此，为了能够最大限度地减小失速及喘振的同时控制流量，提出了一种能够改变扩压器通道面积的可变式扩压器。常规的可变式扩压器由沿扩压器通道的圆周方向配置的多个翼片(vane)组成。若流量减少或者叶轮入口与出口的压力差变得越小，可变式扩压器就会缩小扩压器通道的面积，反之，会扩大扩压器通道的面积，以使气流变得稳定。

然而，现有的可变式扩压器无法完全封闭叶轮出口，会允许气体通过叶轮与可变式扩压器之间的空间逆流，因此对于失速及喘振的预防有局限性。而且，现有的可变式扩压器对流量控制范围有局限性，通过现有的可变式扩压器能够控制的最大流量范围是额定流量的大约45％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过改进可变式扩压器系统以切断气体的逆流，从而能够有效地预防失速及喘振的气体压缩机及气体压缩机的流量控制方法。

本发明的另一个目的在于提供一种通过改进可变式扩压器系统，从而能够扩大可控最大流量范围的气体压缩机及气体压缩机的流量控制方法。

根据本发明一实施例的气体压缩机，包括：I)叶轮，其固定在旋转轴上，且外周面上具备包括叶面及端面(edge)的多个叶片(blade)；II)护罩(Shroud)，其具备围绕叶面并与端面平行的外壁；III)环状阀，其设置在与叶轮出口相连的扩压器通道上，用于开闭扩压器通道，而且沿叶轮的放射方向与叶轮端部保持间距。环状阀与护罩外壁相接触并沿护罩外壁滑动移动。

环状阀沿叶轮径向与叶轮端部保持满足以下条件的间距G。

0.002D≤G≤0.008D

其中，D表示叶轮的出口侧直径(mm)。

气体压缩机可进一步包括：在扩压器通道中的环状阀外侧，沿扩压器通道的圆周方向设置的多个翼片。

根据本发明另一实施例的气体压缩机，包括：I)叶轮，其固定在旋转轴上，且外周面上具备包括叶面及端面的多个叶片；II)护罩，其围绕叶面；III)环状阀，其设置在与叶轮出口相连的扩压器通道上，并沿平行于旋转轴的方向移动，以开闭扩压器通道；IV)多个翼片，其沿扩压器通道的圆周方向设置在扩压器通道中的环状阀外侧，且分别具备翼片轴；V)致动器(actuator)，其与环状阀及多个翼片轴相结合，依次控制环状阀的移动及翼片的转动角度。

环状阀沿叶轮的放射方向与叶轮端部保持满足以下条件的间距G。

0.002D≤G≤0.008D

其中，D表示叶轮的出口侧直径(mm)。

护罩的外壁与端面平行，环状阀与护罩的外壁接触并沿护罩的外壁能够滑移。

叶轮可采用叶片之间的空间在护罩内侧越过叶面相互连通的结构。另一方面，叶轮可采用叶片之间的空间在叶面侧被盖板相互分开的结构。

致动器可包括：I)内侧导环，其围绕翼片轴；II)球头连杆(ball lever)，其沿叶轮的放射方向贯穿内侧导环及翼片轴，以使内侧导环与翼片轴相结合；III)外侧导环，其围绕内侧导环，并通过连接部与环状阀连接成一体，且具备倾斜滑孔；IV)固定销，其贯穿倾斜滑孔并固定在内侧导环上。气体压缩机可进一步包括支撑翼片轴、内侧导环及环状阀的扩压器框架(diffuser frame)。

翼片轴上形成有沿叶轮的放射方向贯穿翼片轴的空穴(cavity)，内侧导环上可形成有沿叶轮的放射方向与空穴相对的多个开口部。多个球头连杆可分别包括：球头部件，其压靠在内侧导环的开口部侧壁上；支撑部件，其插入于空穴并固定在翼片轴上。