专利名称：带有管道扩散器和集气器的离心压缩机的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及致冷压缩机，特别涉及带有独特的扩散器和集气器组合以获得高效性能的离心压缩机。
在采用水冷冷凝器的大容量空调系统中，离心压缩机是很常用的。在这种压缩机中致冷剂一般选用在热力学循环中效率比较高的CFC-11。
给定了所采用的这种致冷剂，且给定了具体装置的系统容量要求(即压力比及流量要求)之后，就可以确定各种部件的尺寸。如果像一般情况下那样速度认为是固定的，则叶轮的直径和宽度就要配合具体装置的容量要求进行选择。当然，是叶轮把致冷剂加速到高速，然后在把动能转换成压能的同时需要把致冷剂速度降至低速。这一般采用扩散器来完成，并且，在某种程度上，采用一扩散器向其中排放致冷剂的排放室。
采用CFC-11作为致冷剂时，一般认为，由于通常可资利用的扩散器空间的限制充分扩散(即基本上所有的动能转化为压能)是不能实现的。即，如要充分扩散，这样的扩散器相对于驱动电动机和齿轮系统要非常的大，而这将大大有损于该系统的实际应用。一般的方法是将扩散过程在一个称作涡壳的螺旋形壳体内完成。涡壳既完成扩散功能，又收集随后流向冷凝器的排出蒸汽。虽然涡壳因其逐渐增大的横截面而提供了一个最佳地利用空间的设计，众所周知，在涡壳内进行扩散，效率是所损失的。
一般的离心压缩机具有一外径为叶轮直径两倍的涡壳。在这种几何形状的情况下，压缩机内的扩散器外径，因而要有大的涡壳直径，而且也要求涡壳有大的横截面积以使一给定容量的流体以一较低的速度通过。由于这些限制，具有传统的、尺寸受到限制的扩散器/涡壳组合的离心压缩机在承受部分载荷的情况下涡壳尺寸变得太大并开始形成圆周扩散器时，将产生较大的圆周流的畸变。所产生的周向压力的增长，及其相应的液流的不均匀性在扩散器上游甚至叶轮的进口也表现出来。液流的这种不均匀性影响了整个压缩机的效率，并且在承受部分载荷的情况下，减小了它的稳定的工作范围。
所以本发明的目的就在于提供一改进的离心压缩机方法和装置。
这一目的通过权利要求中的前序部分所述的装置及其特征部件的特征来实现。
简单地说，根据本发明的一个方面，将一种密度较高的致冷气体(如HCFC-22)用于离心压缩机中，使得当应用传统的比例法则时，空气动力元件的线性尺寸可以减小到电动机和驱动装置成为决定尺寸大小的元件，而不是由空气动力结构来决定。而减小后的尺寸大小可在扩散器内将动能完全转化成压力能，从而提供较高的效率。采用这种方式，在仍然具有几何条件限制的情况下扩散过程的效率得以达到最佳化。
本发明的另一方面，扩散器由一管式扩散器组成，该管式扩散器具有一组周向间隔的、大体径向延伸的、截头锥状通道，这些通道的长度选择得使面积比为5∶1，以使致冷气体充分(基本上完全)扩散。
本发明的又一方面，离心压缩机的传统涡壳由一周向对称的集气器取代，用以收集从扩散器来的低速气体。由于在扩散器内充分扩散，集气器内由于不均匀速度造成的周向压力畸变就变成最小。另外，由于集气器的横截面积比涡壳大，由致冷气体较充分的扩散所产生的较大的气流体积可不受限制地被容纳。这样，能在其内进行充分扩散(基本上完全扩散)的管道扩散器，和一具有均匀圆周横截面的较大的集气器可相辅相成地结合起来有效地使用，从而可在一大而稳定的工作范围内达到最佳化的效率，而且这一切都是在给定的几何条件下(范围内)实现的。
下面结合附图详细描述本发明的一最佳实施例;然而，本发明并不限于所述实施例，在不超出本发明的实质精神和范围的情况下，本技术领域内的技术人员完全可以作出其他种种的变化及替代结构。
图1为采用本发明的离心压缩机的部分剖视图。
图2为本发明叶轮部分的部分端视图。
图3为沿图23-3线剖开的剖视图。
图4为本发明扩散器部分的轴向剖视图。
图5为沿图45-5线剖开的剖视图。
图6为图5的局部放大图。
图7为本发明收集器部分的剖视图。
图8为沿图78-8线剖开的剖视图。
请参见图1。本发明的装置总的以10表示，安装在一离心压缩机11内，压缩机11包括一把致冷气体的速度加速到高速的叶轮12，一个在把动能转换成压力能的同时把致冷剂速度降到低速的扩散器13，一收集器14形式的集气系统用以收集其后流入冷凝器的排出气体。叶轮12的动力是通过一电动机(图中未画出)提供的，该电动机密封安装在压缩机的另一端，它使低速轴16转动，低速轴16则依次带动传动齿轮17，从动齿轮18和一高速轴19。
高速轴19的两端分别由轴承21和22支承，轴承22既作为轴颈轴承以保持轴19的径向位置，又作为推力(止推)轴承以保持其轴向位置。
为了对叶轮12产生的空气动力推力提供一反作用力，通过在叶轮12后面的一低压腔20提供一平衡活塞。在叶轮12内有许多通道25以使腔内或平衡活塞20内的压力与总体上用编号23表示的压缩机吸气区域内的压力保持在同样的低压下。由于腔24内的压力比腔20内的压力高，特别是在部分载荷运行过程中，所以，在轴承22和叶轮12之间有一迷宫气封(曲径气封)26以密封该区域，阻止油及气体从传动装置进入平衡活塞20。这一概念是众所周知的，还有通过在迷宫气封上施加高压气体对迷宫气封加压的进一步的概念也是如此。对迷宫气封加压的高压蒸汽是通过管27及其有关通道28导入的。
接下来描述致冷剂在压缩机11内流动的方式。致冷剂进入吸气壳31的进气口29，经过叶片环组件32和导向叶片33，然后进入压缩机吸气区域23，该区域通向一压缩区域，压缩区域的内侧由叶轮12限定，其外侧则由罩盖34限定。压缩后，致冷剂流入扩散器13、集气器14和排气管(图中未画出)。
从图中可以看出，与集气器14形成一体的压缩机机座36通过螺钉等适当的固定件(图中未画出)与传动壳体37和电动机壳体38连接。吸气壳体31则通过一组螺钉39与压缩机机座36连接。然后叶片环组件32通过螺钉45固定在吸气壳体31的内端41上。
在吸气壳体31安装到压缩机机座36上去之前，如图所示，扩散器13通过一组螺钉43与压缩机机座36的环状面42连接。然后罩盖34通过一组螺钉44固定在扩散器结构上。在罩盖34的进口端47和叶片环组件32的下游侧之间留有一小的间隙46。
下面请参见图2和图3，其中较详细地示出了包括轮毂47、形成一体并径向伸展的盘48和一组叶片49在内的叶轮12。轮毂47内有一轮毂孔51和键槽52及53以在高速轴19上可驱动地安装叶轮12。轮毂47内还设有一组通道25用以为上述平衡活塞20建立适当压力，以及设有一组螺纹孔54以将前锥状体56固定到如图1所示的叶轮上。
在叶轮轮毂47的后侧为一通过通道25与一低压区连通的浅圆筒形腔20作为如上所述的平衡活塞。另外，靠近孔51处设有一环形腔57以消除键槽通道52的应力及通过垫片调节叶轮12的轴向位置。
图4-6较详细地示出了扩散器13的细节。该扩散器由一单个环形铸件构成，它包括一主体或环形部分58、一内环形法兰(凸缘)59、和一外环形法兰(凸缘)61。内环形法兰59是用于支承如上所述的罩盖结构34的。该罩盖结构通过一组螺钉44与其相连。外环形法兰61具有一如图1所示与集气器14内表面啮合的径向延伸边缘62。该边缘62的端部设有一槽63以容纳一环形密封圈(图中未画出)，该密封圈可阻止边缘62和集气器14的边缘之间的致冷剂的泄漏。
在扩散器13的环形部分58内设有一组容纳螺钉43的孔64，该螺钉如图1所示用于将扩散器13固定到集气器结构14上。环形部分58还通过机加工或类似的方法设置一组周向间隔、大体上径向伸展的锥形通道66，通道66的中心线67与以68表示的公共圆(一般称作相切圆)相切。
从图6中可以看出，每个锥形通道66都具有三段串连的部分，图中分别由69、71和72表示，均与轴线67同轴。第一部分69为圆柱形(即有一恒定直径)，且成一定的角度从而在其两圆周侧穿越类似的部分。第二部分71具有一稍稍扩张(口)的轴向截面，其壁73向外与轴线67成一角度β。该角度β以呈2°较为合适。第三段72轴向剖面更扩大一点，其壁74与中心线67成一角度α。角度α呈4°较为合适。通道66的外端截面面积增加代表在扩散器13内的扩散度，其量可由下列等式表示
面积比＝ (通道出口端面积)/(通道进口端面积)其中面积是与图6中A处的轴线垂直的面积。
如上所述，人们希望在扩散器13内进行基本上完全的扩散，使得致冷气体在进入集气器结构14时就不再进一步膨胀。为了达到完全扩散的目的，面积的比值一般希望达到5∶1或更高。扩散器内有了这样的面积比值，离开扩散器的致冷气体就将是充分膨胀的气体，这就需要一大的排放区域来收集该气体，以便在下游有进一步的分布。较大的集气器14就是用来实现这一目的的。
现在请参见图7和8，图中示出了与集气器结构14形成一体的压缩机机座36。从图中可以看到，一带有孔77的径向伸展壁76用来作为叶轮12，驱动轴19和轴承22的支承结构。当壁76径向向外伸展时，其表面42被用来支承固定在其上的扩散器13，而当壁76进一步向外径向伸展时，就形成了一具有形状比较大而且比较均匀的圆周横截面的喇叭形集气器14。如上所述该集气器结构终止于径向向内端面78处，该端面78与扩散器13的边缘62的槽63相接合。
由于集气器14内的集气系统79的尺寸比较大，使从扩散器13经过的充分扩散或膨胀的致冷气体在集气系统79内被收集，而不会在气体沿排出孔81进入冷凝器之前受到大的限制。
权利要求
1.一种改进的离心压缩机11含有将致冷气体加速到高速的叶轮12、将气体的动能转化成压力能的扩散器13、和接收来自扩散器的减速的气体并将其传送到冷凝器的排气室14，其特征在于所述扩散器包括一组周向间隔的，大体上径向伸展的、其面积比能使压缩致冷气充分扩散的锥形(扩口式)通道66；和所述排气室14包括一含有足够大的容积以收集来自所述扩散器的扩散后的致冷剂，而不会对所述扩散器13内的致冷剂流加以限制的周向对称的集气器14。
2.如权利要求1所述的改进的离心压缩机11，其特征在于致冷剂为密度较高的致冷剂。
3.如权利要求2所述的改进的离心压缩机，其特征在于，所述致冷剂为HCFC-22。
4.如权利要求1所述的改进的离心压缩机，其特征在于，所述的面积比至少为5∶1。
5.如权利要求1所述的改进的离心压缩机，其特征在于，所述的每个通道66包括两个串联的连接段，第一段71具有与中心线67成β角的渐扩壁73，第二段72具有较大的与中心线67成α角的渐扩壁74。
6.如权利要求5所述的改进的离心压缩机，其特征在于，在第一段71的渐扩壁73与中心线67之间的角度β为2度，在第二段72的渐扩壁74与中心线67之间的角度α为4度。
7.如权利要求1所述的改进的离心压缩机，其特征在于，所述通道66的横截面为圆形。
8.如权利要求7所述的改进的离心压缩机，其特征在于，所述通道66的纵向截面为截头锥状。
全文摘要
一种用于离心压缩机中的通道形扩散器用以使叶轮下游的致冷剂充分扩散。由这样的扩散过程所形成的大容积的扩散气体通过一具有均匀周向横截面的大容积集气器所接收。结果使本发明具有较高的效率和较大的稳定的工作范围。
文档编号F04D29/44GK1061264SQ9111055
公开日1992年5月20日 申请日期1991年10月30日 优先权日1990年10月30日
发明者约斯特·约翰内斯·布拉斯 申请人:运载器有限公司