[发明专利]具有可变几何形状的扩压器的离心式压缩机及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心式压缩机，具体涉及具有可变几何形状的叶片式扩压器的离心式压缩机。

背景技术

在旋转式压缩机的领域中众所周知的是大多数应用要求降低从这种压缩机装置中排出的气体的相对较高的速度用于后续利用，以比如在产生能量的气体涡轮发动机中进行后续利用。为了实现高速气体的动能转化为气体的压力增量，目前在压缩机的下游采用扩压器以通过扩压过程实现该转化。

以前，认为用于离心式压缩机的可变几何形状的扩压器能够提供宽的操作范围。通过使扩压器叶片枢转以匹配来自叶轮的气流的排出角度以及通过调节机械扩压器喉部面积来实现可变的几何形状。这些调节例如通过在阻塞状态下使得能够有较大的流量、以及在激增出现时减小流量而能够提高压缩机效率。

在现有的可变几何形状的叶片式扩压器中，每个扩压器叶片安装在相应的曲轴上并且这些曲轴支承在环上。环由通过臂联接至线性致动器的曲轴致动。当致动器被致动时，该曲轴就会转动，这又使环转动。环又使其上安装有相应的扩压器叶片的各个曲轴转动。因此扩压器叶片的位置在最大流量设定和最小流量设定之间变化。以上布置的缺陷在于其采用的是线性致动器，这使得难以精确地控制扩压器叶片位置。

DE102007055224A1涉及具有多个叶片的涡轮增压器装置。该涡轮增压器装置包括用于调节叶片的位置的马达。然而，不能够精确地调节叶片的位置。

WO2008045413A2涉及大容量冷却器压缩机，该大容量冷却器压缩机包括联接至压缩机的步进马达。该步进马达对叶片进行致动以调节叶片的位置。该装置提高了精确性。然而，该装置由于其刚性布置而缺乏抵抗振动的强度。

发明内容

本发明的目的在于改善离心式压缩机的柔性。

以上目的通过权利要求1所述的离心式压缩机和权利要求5所述的方法达到。

本发明的主旨是提供一种借助步进马达和蜗轮蜗杆传动机构控制扩压器叶片的位置来精确地调整通过离心式压缩机的容积流量的装置和方法。步进马达的使用有利地使扩压器叶片的位置能够被更精确地控制，且易于反馈至压缩机控制系统，因而消除了与线性致动器和曲轴相关的上述技术现状的上述困难。蜗轮蜗杆传动机构的目的是将来自步进马达的转动扭矩传递至环，并再传递至安装有扩压器叶片的扩压器轴。所提出的装置确保扩压器几何形状是紧凑的。

根据本发明，步进马达通过柔性联接器联接至蜗杆。该柔性联接器允许步进马达和蜗轮具有相对位移。

在一个实施方式中，每个轴通过径向臂联接至环，该径向臂将来自环的转动扭矩传递至相应的轴，并因此传递至安装在相应的轴上的相应的扩压器叶片。这样，环的角位移就转换成轴的角位移，以控制安装在轴上的扩压器叶片的位置。

在另外的实施方式中，沿着环的圆周设置有多个第一支承件，其中，每个径向臂通过设置在相应的臂上的槽柔性地联接至相应的第一支承件。这就形成了径向臂和支承件之间的简易连接，这还在扩压器叶片上产生最小的作用。

在一个实施方式中，压缩机包括蜗形外壳，其中，通过绕蜗形外壳周向地设置的多个第二支承件将环支承在蜗形外壳上。

附图说明

下文中参照附图中示出的说明性实施方式进一步描述本发明，在附图中：

图1示出离心式压缩机的后视图，其示出可变的扩压器叶片，

图2示出离心式压缩机的前视图，其示出蜗轮蜗杆传动机构和步进马达，

图3示出沿着图2的截面III-III的离心式压缩机的截面视图。

具体实施方式

现在参照图1，图1示出离心式压缩机1的后视图。在操作中，压缩机1通过入口2轴向地接收气体。流动通过入口2的气体由安装在转子(为清楚起见未示出)上的叶轮加速，这增大了气体的动能。然后气体的动能通过设置在叶轮下游的扩压器叶片5转化成压力增量。叶轮和扩压器叶片容置在蜗形外壳4中，这将从扩压器中切向流出的气体朝向压缩机出口3引导。

扩压器叶片5以围绕机器轴线9周向间隔开的阵列的形式设置。为了提供宽的操作范围，扩压器叶片5的位置能够在最大容积流量设定和最小容积流量设定之间变化。通过使扩压器叶片5枢转以匹配来自叶轮的气流的排出角度以及通过调节机械扩压器喉部面积来实现可变的几何形状。在示出的实施方式中，扩压器叶片5中的每一个安装在相应的轴10上。轴10——本文中还被称为扩压器轴10——能够转动以使扩压器叶片5沿方向6运动以提供增大的容积流速、以及使扩压器叶片5沿方向7运动以提供减小的容积流速。