[发明专利]具有能使流动稳定的机匣的离心压缩机

说明书

本发明有关于离心压缩机。它有关于一种离心压缩机，其机匣能使流动稳定，该离心压缩机包括有：

(a)一个可绕机轴旋转地支撑的叶轮；且该叶轮具有一个轮毂，该轮毂的周缘上具有一族旋叶；

(b)一个压缩机机匣，该机匣围绕着叶轮，面机匣的内壁形状是与叶轮旋叶的外形相匹配的，且机匣的内壁与叶轮轮毂一起形成了在轴向进口和径向出口之间延伸的流动通道；

(c)一族使流动稳定的长槽，这些长槽在流动通道的进口区沿着流动方向延伸且从机匣内壁穿入机匣，并且这些长槽分布于机匣的内周缘上。

例如，大家知道的这种类型的径向压缩机为美国专利文献US4212585公布的那种压缩机。

对于离心压缩机，由于所谓的喘振边界的原因而当在小容积流量严重节流时，其稳定工作范围是受到限制的，压缩机在超越喘振边界线的情况下是不再能可靠工作的，并且在超越喘振边界线的情况下由于流动不稳定会对各个组件引起非常严重的机械载荷，这些载荷对于压缩机能导致其损伤甚至全面的破坏。

对于许多实际应用的情况，把离心压缩机的喘振边界线推移到更小的容积流动处以增加压缩机的稳定工作范围是很有意义的，要做到这一点的前提是需了解出现喘振边界的决定性原因以及确定其位置。

关于流经压缩机稳定流动的遭到破坏的现象，做过许多理论及实验方面的研究，专家们普遍认为当压缩机节流时在叶轮前区形成的回流旋涡是引起喘振开始的重要因素，因此以往所有的推移压缩机喘振边界线的各种方案都是想要抑制或影响该旋涡。

前述美国专利中叙述了一种称为“机匣处理”的解决办法，这种办法如图1简图所示，其特征是在压缩机机匣4中具有一族起流动稳定作用的窄槽5，这些槽5是从叶轮2的叶轮旋叶3的前缘6处开始的，或者槽5是从前缘6的某个很短的上游距离处开始的。这些槽对叶轮2的旋转方向是倾斜的，并且在某些情况下对于旋转轴7亦是安排成倾斜的。这些槽5在子午剖面内具有直角形状，其前壁5a及后壁5c对于旋转轴7近似地为直角。

在以前的方案中，喘振边界线的推移主要是在压缩机特性图的上部区，而在较低的转速范围，这种形式的机匣处理并未提供任何改善而且甚至可能更坏。因此，这种形式的机匣处理是适合于那些旋转转速偏离名义转速不大的压缩机，而对工作转速变化很大的压缩机例如废气涡轮增压器中的压缩机，由于前述低转速下的稳定问题而不适用了。

为此，本发明的目的就是要提供这样的一种离心压缩机，它具有革新的能使流动稳定的机匣，这种机匣能在整个特性图的范围内把喘振边界线推向更小的容积流量区。

根据本发明提供的一种具有流动稳定机匣的离心压缩机，它包括有：

(a)一个可绕机轴旋转地支承的叶轮，且该叶轮具有一个轮毂，该轮毂的周缘上具有一族旋叶；

(b)一个压缩机机匣，该机匣围绕着叶轮，而机匣内壁形状是与叶轮旋叶的外形相匹配的，且机匣外形与轮毂一起形成了在轴向进口及径向出口之间延伸的流动通道；

(c)一族使流动稳定的长槽，这些长槽在流动通道的进口区沿着流动方向延伸且从机匣内壁穿入机匣，并且这些长槽分布于机匣的内周缘上；其特征在于，

(d)这些稳定槽对于叶轮旋叶是这样安排的，其稳定槽的面向轴向进口的前端是位于旋叶前缘之后的下游处。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，稳定槽的后端是位于从轴向进口流动到径向出口流动之间转折的开始区。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，叶轮旋叶包括主旋叶和较短的中间旋叶，其中，主旋叶从轴向进口延伸到径向出口，而较短的中间旋叶是在各主旋叶之间，且只是在轴向进口之后才开始，而稳定槽的后端是位于中间旋叶开始的地方。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，各稳定槽相应地有一个平的底部，这些底部的方向是近似地与相邻叶轮旋叶的外形相切。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，各稳定槽各自有一后壁而形成了稳定槽后端边界，该后壁的方向要比机匣内壁的当地法向要更平一些，而后壁方向与上述法向之间形成一锐角(γ)。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，各后壁各自以其弧形部分并入底部。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，各稳定槽有一平的底部，该底部以与机匣内壁小于90度的夹角在槽后端处并入机匣内壁。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，每个稳定槽是由其前壁形成了槽前端的边界，这些前壁以其弧形部分并入到平的底部。

根据本发明提供的离心压缩机，其特征在于，稳定槽是安排成与叶轮转动方向相倾斜的。

本发明具有下列优点，即此类压缩机是靠下述的(d)达到优良效果：