用于离心式压缩机的涡壳的制作方法

专利名称：用于离心式压缩机的涡壳的制作方法
用于离心式压縮机的涡壳
相关申请资料
根据美国法典第35编第119(e)条，本申请要求2005年9月13日提交的共 同待决的美国临时申请号60/716,599的权益，Sb将该临时申请的内容全部并 A^文作为参考。
背景技术：
本发明涉及一种离心式压縮机。更具体而言，本发明涉及一种用于离心式 压縮机的涡壳。
压縮机用来压縮通常处于气态或液态的流体，其在工业中广泛应用。最常 见的压縮机类型包括往复式压縮机、转动式压缩机(如螺杆式、齿轮式、涡 旋式等)和离心式压縮机。当需要例如空气等大流量压缩流体时，通常使用离 心式压縮机。
离心式压缩机采用高速旋转的叶轮，其叶轮包括多个空气动力部件，通常 为刃片、叶片、翅片等。刃片和待压縮流体相互作用以加速流体。流体随即会 高速排出叶轮。
高速流体流入扩散器以 增压，该扩散器包括作用于高速流條的空气 动力部件。涡壳围绕扩散器设置以收集来自径向出口的流体，该径向出口绕扩 散器延伸360度。涡魏常包括环形^^腔，该集流腔通过排出鹏排出流体。 当流体继變壳收集腔流动而未流出涡壳时，效率会降低。

发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种用于离心式压縮机的涡壳，该离心式 压縮机包括叶轮。涡壳包括壳体，所述壳体限定了中心孔、进口流道和流体收 集流道。所述中心 L适合接收叶轮，所述叶轮将流体排出到所舰口流道。所 述进口流道将流体流导入所述收集流道。排出部分连接到所述壳体，所述排出 部分包括排出通道，所述排出通道与所述收集流道流体舰，以排出流体。舌
部布置在所述收集流道和所述排出部分之间。所述舌部可操作以将流体分成流
M^述收紫荒道的第一流條和^1所湖咄鹏的第二流M1。
在另一个实施例中，本发明掛共了一种用于离心式压缩机的涡壳，该离心
式压缩机包括扩散器。涡壳包括第一壳体部分；第二壳体部分，其与所述第一 壳体部分连接，以限定进口流道和流体收集流道。所述流体收集流道具有第一 角位置处的第一横截面面积和第二角位置处的第二横截面面积。^0 述第一角 位置至l術述第二角位置之间，横截面面积呈非线性增大。排出部分连接到所述 壳体，所述排出部他括与所述收集流道流体魏的排出通道。
在另一个实施例中，本发明提供了一种用于离心式压缩机的涡壳。涡壳包 括壳体，壳体限定了中心孔、进口流道和流体收集流道。所述壳体适合在所述 中心 L内接收扩散器并且在所舰口流道接收排放流体。所舰口流道将流体 流导入所述收集流道。排出部分连接至断述壳体，所述排出部分包括截头圆锥 形排出通道，所述排出通道与所述收 道流体 ，以排出流体。所述排出 通道具有入口和出口，入口和出口被布置成使得横截面流动面积从所述入口到 所述出口增大。
参照详细描述和附图，本发明其他方面和实施例#^变得明显。


图1是体现本发明的离心式压縮机的横截面亂
图2是图1所示离心式压縮机的涡壳的正视亂
图3是图2涡壳沿图2的线3-3剖切而得的横截面图4是图2涡壳沿图2的线44剖切而得的横截面图5是图2涡壳的舌部和排出通道的切开的透视图6是曲线图，示出了相对于角位置的收集流道横截面面积。
具体实施例方式
在详细描述本发明的实施例之前，应当理解，本发明不局限于应用在以下 描述禾晒示中阐述的结构和元件布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且 能够以多种方式被应用或实施。此外，也应当理解，在本发明中使用的措辞和 技术术语是处于说明的目的，不应该被视为限制性的。本文4顿的"包含"、"包
括'、"具有'及其他娜的含义为包括其后所列项目及其等同物，并且包括嫩卜 的项目。除非另行指明或另行限定，否则"安紫'、"连接"、"顿"、"孝鹏"及其
'郷均被广泛^顿，并且包含直接禾响接的安装、连接、顿和離。进一步，
"连接邻' "并不局限于物理淑几械的连接或,。
图i示出了流体压縮系统io，该流体压縮系统包括原动机，例如和连接到 压縮机20并且可操作以产生压縮流体的电机15。在图示的结构中，采用电机 15作为原动机。然而，在另啲结构中也可以湖其他原动机，例如但不限于内 燃机、柴油机和燃气轮机等。
电机15包括转子25和定子30，定子30限定了一定子孔35。转子25由轴 40支承以便旋转，且基本上定位于定子孔35中。所示的转子25包括永磁体45， 该永磁体与由定子30产生的磁场相互作用以产生转子25和轴40的转动。可以 改变定子30的磁场，来改变轴40的織。当然，如果需要，其他结构育,采 用其他类型的电机(如同步电机、感应电机和有刷直流电机等)。
电机15位于机壳50内，该机壳50为电机15提供支承及保护。轴承55 位于机壳50的任何一端，并直接或间接地由机壳50支承。轴承55反过来旋转 支承轴40。在图示的结构中，磁性轴承55可以采用其他适合使用的轴承(如滚 柱轴承、辦由承和滚针轴承等)。在图1所示的结构中，当一个或全部磁性轴 承55失效时采用备用轴承60提供轴支承。
在一些结构中，夕卜保护层65围绕于机壳50的一部分，两者之间形成7賴卩 通道70。液体(如乙二醇、制7令剂等)或气体(如空气、二氧化碳等)冷却剂 从辦口通道70中流过以冷却运行中的电机15。
机电柜75位于机壳50的一端以装入不同组件，如电+鹏制器、断路器、 开关等。电机轴40伸出机壳50的另一端以使轴40和压縮机20连接。
压缩机20包括吸入壳体80或吸入口环、叶轮85、扩散器90和涡壳95。 涡壳95包括第一部分100和第二部分105。第一部分100连接到机壳50上以连 接压縮机20的静止部分和电机15的静止部分。第二部分105连接到第一部分 100以限定吸入流道110和收集流道115。第二部分105还限定了包括排出通道 125的排出部分120，该排出通道125与收集流道115流体3iffl，用以排出来自 压縮机20的压缩流体。
在图示的结构中，涡壳95的第一部分100包括腿部130，该腿部130用于 ，压縮机20和电机15。在其他结构中，可用其他部件在水平位置支承压縮机 20和电机15。在另夕卜的其他结构中，可采用一个或多个腿部或其他装置在垂直 位置或任何需要的位置支承电机15和压縮机20。
扩散器90位于收集流道115的径向内侧以使来自叶轮85的流1tt流入涡 壳95前必须流经扩散器90。扩散器90包括空气动力面(如刃片、叶片、翅片 等)，布置这些空气动力面以使流体^^扩散器90时能自增压。
叶轮85和,轴40连接，使叶轮85和电机转子25 —起转动。在图示的 结构中， 一杆140螺纹连接到轴40上， 一螺母145螺雖接在杆140上，以使 叶轮85能固定地附着在轴40上。叶轮85伸出用以支承电机的轴40的轴承55， 就像悬臂支承一样。在其他结构中可采用其fe^接方式雜接叶轮85和轴40， 以及其他顿结构来支承叶轮85。同样，本发明并不局限于图1所示的结构。 此外，虽然图示的结构包括直接连接于叶轮85的电机15，但是，其他结构可采 用增速器如齿轮箱，以使电机15的皿低于叶轮85运行。
叶轮85包括多个空气动力面或刃片150，布置这些刃片150以限定进口导 流部分155和出口导流部分160。进口导流部分155位于叶轮85的第一端，并 能引导流g大体上轴向方向流入叶轮85。刃片150加3t流体并且直接引导流 体至位于誕叶轮85相反端的出口导流部分160。流鹏绕叶轮85延伸360 度的至少部分径向方向从出口导流部分160中排出。
fEA壳体80有时也被称为吸入口环，其与涡壳95相连，并且包括通向叶 轮85的流道165。待压縮流体由叶轮85驱动自下itA流道165并进入叶轮85 的进口导流部分155。流道165包括位于叶轮85的刃片150附近的叶轮交界面 部分170，以^^刃片150顶部的流体泄漏。因此，叶轮85与吸入壳体80配合 限定了多个大体±^闭的流道175。
在图示的结构中，吸入壳体80还包括法兰180，该法兰180便于连接管子 或其他流体引导部件或保持部件。例如，过滤器组件可以连接到法兰180上， 用以对待压縮流WE流入叶轮85前进行过滤。 一根管子从过滤器组件连接到法 兰180上，用来大体上密封过滤器后面的系统并且阻止不希望的流体或杂质的 駄。
转到图2，对涡壳95进一步详细描述。涡壳95限定了育g容纳叶轮85和扩 散器90的空间183。进口流道110径向环绕空间183，其由第一部分100和第
二部分105配合限定。在图l所示的结构中，进口流道110是狭窄的fflit，流 体能经此从扩散器90 m收^^道115。
收穀荒道115基本上形成于涡壳95的第二部分105上。收集流道115 似圆柱形导管，铺或近乎全部径向上能和进口流道110相连。图3示出了收 道115在第一角位置185和第二角位置190下的横截面面积。横截面面积 沿着图2所示的流 动方向195朝着排出部分120增加。在图示的结构中， 从最小面积处的角位置到最大面积处的角位置计算出的横截面面积的变化是非 线性的。图6用图表示出一种，结构的横截面面积的增加。在其他结构中， 禾，面面积的增加可能和图6所示的不同。
如图4所示，排出部分120限定了排出通道125，排出鹏125包括进口 200和出口 205。排出部分120大体上形成为涡壳95第二部分105的一部分， ,缩机20正切地延伸。在其他结构中，排出部分120可与第二部分105—体 形成。在图1所示的结构中，排出部分120与腿部130以相同方向延伸。然而， 排出部分120可沿其他正切方向、轴向方向或任何所需方向延伸。
排出通道125 S31入口 200与收集流道115流体连通。出口 205位于排出 鹏125中的与进口 200相对的一端。排出鹏125的微为微圆锥形，使 ^fi驻口 200处的横截面面积小于,出口 205的横截面面积。增加的流通截 面允许排出鹏125中额外的扩散和压力回收。经出口 205流出排出鹏125 的流体可流入其他设备或系统中进行4吏用、忙存等。
如图5中所示，涡壳95进一步包括舌部210。舌部210置于涡壳95的第 二部分105上、收集流道115和排出通道125的出口 200之间。在ttil结构中， 舌部210是作为第二部分105的单一同质部件一体形成的。在这些结构中，舌 部210通常随第二部分105 —并加工。舌部210将周向地在收翁荒道115中流 动的流体分成继续沿收^^克道115流动的第一流体流和流到排出通道125的第 二流術荒。
如图5所示，舌部210包括前缘215，该前缘215包括圆角220。该舌部 210还包括第一壁部分225、第二壁部分230和中心部分235。第一壁部分225 位于邻近排出通道125的前缘215的一端。第二壁部分230位于邻翻咄鹏 125的前缘215的另一端，与第一壁部分位置相反。中心部分235置于前缘215 上、第一壁部分225和第二壁部分230之间。舌部210大体上为U形，使得中
心部分235位于第一壁部分225和第二壁部分230的下游。财卜，如图2所示， 穿过第一壁部分225和第二壁部分230的第一径向线245与穿过中心部分235 的第二径向线250之间的角240大约肝15度至30度之间。在图示的结构中， 所述角240大约为25度。
圆角220自第一壁部分225延伸至第二壁部分230。圆角220使前缘215 变圆，以便前缘215在流体来流方向有更大的空气动力面。舌部210的锥形前 缘215提高了高速流体变为高压流体的转换效率。圆角220形成为使圆角220 在沿^h前缘215上的形状不一致。中心部分235处的圆角220的导角举g比 壁部分225、 230处的导角半径小，由此产生更窄的前缘215。中心部分235的 前缘部分越窄，该区域的流动损 小，从而提高了涡壳95的效率。
在运行时，给电机15供电，以带动轴40和叶轮85旋转。随着叶轮85的 旋转，待压縮流体iSA卩！A壳体80和叶轮85的进口导流部分155。叶轮85将 流体从几乎鹏为零加速至咄口导流部分160处的高速。流^t荒出叶轮85后流 入扩散器90。扩散器90作用于流体以减速。鄉的减小使流体的动能转化为势 能或高压。此刻的高压流^^出扩散器90，经BlA流道110iaA涡壳95。然后， 高压流体流入收驚荒道115，收 道115收集围绕吸入流道110的任意角位置 内的流体。高压流体围绕收集流道115循环，收集流道115中的舌部210引导 一部分高压流体^A排出通道125。留在收集流道115中的高压流体重新围绕收 翁荒道115循环，直到舌部210弓l导其进入排出通道125。由于排出鹏125 的微圆锥体结构和不断增加的截面积，高压流條排出通道125中继续增压。
因此，本发明尤其提供了一种新型和实用的用于离心式压縮机的涡壳95。 给出上文描述的和附图中图示的涡壳95的结构仅仅是作为示例，不能作为对本 发明推膽和原理柳蹄ij。所附权利要求将给出本发明的各种特征及优点。
权利要求
1.—种用于包括叶轮的离心式压缩机的涡壳，所述涡壳包括壳体，限定了中心孔、进口流道和流体收集流道，所述中心孔适合接收叶轮，使得所述叶轮将流体排出到所述进口流道，所述进口流道将流体流导入所述收集流道；排出部分，连接在所述壳体上，且包括排出通道，所述排出通道与所述收集流道流体连通，以排出流体；舌部，被置于所述收集流道和所述排出部分之间，所述舌部可操作以将流体分成流过所述收集流道的第一流体流和流过所述排出通道的第二流体流。
2. 如权利要求l所述的涡壳，其中，所述壳体包括第一壳体部分和第二壳 体部分，两者配合共剛艮定了所舰口流道和所述流体收集流道。
3. 如权利要求2所述的涡壳，其中，所述排出部分和所述舌部与所述第二 壳体部分一体地形成为单件式构件。
4. 如权利要求l所述的涡壳，其中，所述流体收^^荒道具有第一角位置处 的第一横截面面积和第二角位置处的第二横截面面积，在所述第一角位置到所 述第二角位置之间，横截面面积呈非线性增大。
5. 如权利要求l所述的涡壳，其中，所述排出鹏为微圆锥形，且誕 入口的横截面面积小于,出口的横截面面积。
6. 如权利要求l所述的涡壳，其中，所述舌部包括前缘，所述前缘包括圆角。
7. 如权利要求6所述的涡壳，其中，所述舌部限定了第一壁部分和第二壁 部分，且所述圆角限定了在所述第一壁部分和所述第二壁部分之间变化的圆角 尺寸。
8. 如权利要求l所述的涡壳，其中，所述舌部限定了第一壁部分、第二壁 部分和中心部分，且所述舌部被成形为使得所述中心部分位于所述第一壁部分 和所述第二壁部分的下游。
9. 如权利要求8所述的涡壳，其中，所述中心部分被定位，以在穿过所述 第一壁部分和所述第二壁部分的第一径向线与穿过所述中心部分的第二径向线 之间限定一个角，所述角介于约15度至30度之间。
10. 如权禾腰求9所述的涡壳，其中，所述角约为25度。
11. 一种用于离心式压縮机的涡壳，所述涡壳包括第一壳体部分；第二壳体部分，连接到所述第一壳体部分，以限定进口流道和流体收集流 道，所述流体收集流道具有第一角位置处的第一^^面面积和第二角位置处的 第二横截面面积，在所述第一角位置到所述第二角位置之间，横截面面积呈非 线性增大；排出部分，连接到所述壳体上，且包括与所述收^^荒道流体M的排出通道。
12. 如权利要求11所述的涡壳，还包括舌部，被置于壳体禾娥咄部分之间， 并且可操作以将流体分成流过所述收^^道的第一流体流和流过所述排出通道 的第二流^^荒。
13. 如权利要求12所述的涡壳，其中，所述排出部分和舌部与所述第二壳 体部t体地形成为单件式构件。
14. 如才又利要求12所述的涡壳，其中，所述舌部包括前缘，所述前缘包括圆角。
15. 如权禾腰求14所述的涡壳，其中，所述舌部限定了第一壁部分和第二 壁部分，且所述圆角限定了在所述第一壁部分和所述第二壁部分之间变化的圆 角尺寸。
16. 如权利要求12所述的涡壳，其中，所述舌部限定了第一壁部分、第二 壁部分和中心部分，且所述舌部被成形为使得所述中心部分位于所述第一壁部 分和所述第二壁部分的下游。
17. 如权利要求16所述的涡壳，其中，所述中心部分被定位，以在穿^^f 述第一壁部分和所述第二壁部分的第一径向线与穿过所述中心部分的第二径向 线之间限定一个角，戶万述角介于约15度至30度之间。
18. 如权利要求17所述的涡壳，其中，所述角约为25度。
19. 如权禾腰求ll所述的涡壳，其中，所述排出通道为截头圆锥形，且包 括入口和出口 ，并且靠近所述入口的横截面面积小于靠近所述出口的横截面面 积。
20. —种用于包括扩散器的离心式压縮机的涡壳，所述涡壳包括 壳体，限定了中心孔、进口流道和流微集繊，所述壳体适合在所述中 心孔内接收扩散器，并且适合在所舰口流道接收排放流体，所鹏口流道将 流條导入所述收織道；排出部分，连接至U所述壳体，且包括i^圆锥形排出313t，所述排出通道 与所述收集流道流体连通以排出流体，所述排出fflit具有入口和出口，所^A 口和出口被布置成使得横截面流动面积M^^A口至iJ所述出口增大。
21. 如权利要求20所述的涡壳，其中，所述壳体包括第一壳体部分和第二 壳体部分，两者配合共同限定所皿口流道和所述流皿集流道。
22. 如权禾腰求20所述的涡壳，还包括舌部，所述舌部被置于所述收集流 道和所述排出通道之间，且可操作以将流体分成^il所述收集流道的第一流体 流和涼过所述排出鹏的第二流^^。
23. 如权禾腰求22所述的涡壳，其中，所述排出部分和所述舌部与所述第 二壳体部h体地形成为单件式构件。
24. 如权利要求22所述的涡壳，其中，所述舌部包括前缘，所述前缘包括 圆角。
25. 如权利要求24所述的涡壳，其中，所述舌部限定了第一壁部分和第二 壁部分，且所述圆角限定了在所述第一壁部分和所述第二壁部分之间变化的圆 角尺寸。
26. 如权利要求22所述的涡壳，其中，所述舌部限定了第一壁部分、第二 壁部分和中心部分，且所述舌部被成形为使得所述中心部分位于所述第一壁部 分和所述第二壁部分的下游。
27. 如权利要求26所述的涡壳，其中，所述中心部分被定位，以在穿过所 述第一壁部分和所述第二壁部分的第一径向线与穿过所述中心部分的第二径向 线之间限定一个角，所述角介于约15度至30度之间。
28. 如权利要求27所述的涡壳，其中，所述角约为25度。
29. 如权利要求20所述的涡壳，其中，所述流体收集流道具有第一角位置 处的第一横截面面积和第二角位置处的第二横截面面积，在所述第一角位置到 所述第二角位置之间，横截面面积呈非线性增大。
全文摘要
一种用于离心式压缩机的涡壳，该离心式压缩机包括叶轮。涡壳包括壳体，壳体限定了进口流道和流体收集流道。中心孔适合接收叶轮，使得叶轮将流体排出到进口流道。进口流道将流体流导入收集流道。排出部分被连接到壳体，且包括排出通道，该排出通道与收集流道流体连通，以排出流体。舌部置于收集流道和排出部分之间。舌部可操作以将流体分成流过收集流道的第一流体流和流过排出通道的第二流体流。
文档编号F04D29/42GK101365883SQ200680033334
公开日2009年2月11日 申请日期2006年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者C·徐 申请人:英格索尔-兰德公司