具有可变空气动力轮廓的压缩机单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及离心压缩机单元，并且更具体地涉及嵌入式离心压缩机单元，其中压缩机和压缩机的马达驱动器件在共用的壳体中组装成相对于由压缩机处理的气体密封。
【背景技术】
[0002]常规嵌入式压缩机单元包括马达器件，其大体上包括电驱动马达，以及具有一个或更多个压缩级的离心压缩机。
[0003]各个压缩级包括安装在联接于驱动马达的转子的从动轴上的叶轮。
[0004]在某些应用中，并且具体对于低压应用，提出了可变节距的叶轮的使用，以根据气体流速来修改由压缩级所做的功。这使得有可能将压缩机的功保持为对于较宽范围的气体流速而言恒定。因此，专利申请FR 1061391提出了将可变节距的叶轮置于压缩机叶轮上游和压缩机级的扩散器中两者。
[0005]机械装置可用于修改叶片的定向，例如，通过使一组叶片与由蜗轮装置驱动的环形齿轮配合，或通过使各个叶片与专用于该叶片的直接驱动器件配合。
[0006]马达接着用于促动机械装置，用于控制叶片的定向。
[0007]因此，插入在气流中的可移动叶片经受关于其旋转轴线的相当大偏转应力，并且使各个叶片定向需要显著的转矩。叶片及其驱动系统需要相应地确定尺寸。因此，添加可移动叶片系统代表应当理想地降低的成本，如果压缩机具有若干级，则所述成本甚至更大。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服这些缺陷，特别是对于具有若干级的压缩机，通过提出具有可变空气动力轮廓的嵌入式压缩机单元，该嵌入式压缩机单元的实施需要制造较便宜的较小可移动元件，同时提供至少同样大的操作范围。
[0009]本发明提出了一种压缩机单元，其至少包括驱动压缩级的至少一个叶轮旋转的第一马达。在叶轮的出口处，压缩机单元包括设计成离心地导送来自叶轮的气体的扩散器部分，以及扩散器下游的向心返回通道。返回通道包括至少一个可移动叶片部分，其在移动时，可改变来自返回通道的气体的速度的切向分量。在该情况中，离心移动或装置意思是趋于使气体移离叶轮的轴线的移动或装置。在该情况中，向心移动或装置意思是趋于使气体朝叶轮的轴线移动的移动或装置。在给定点处的气体的速度的切向分量意思是该速度与以叶轮的轴线为中心且穿过该点的圆相切的分量。压缩机可包括若干压缩级，以及用于各个压缩级的至少一个叶轮。
[0010]返回通道为导管部分，其设计成将气体从对应于离心扩散器的出口的返回通道的环形入口朝叶轮的几何轴线传送。返回通道具有通过围绕叶轮的轴线旋转为周期性的几何形状。返回通道的包线可围绕叶轮的轴线由两个回转表面限定。
[0011]例如，返回通道可包括两个盘形平行面之间，或一个盘形面与一个截头圆锥面之间，或两个截头圆锥面之间的容积。
[0012]根据优选实施例，返回通道具有固定叶片，可移动叶片部分为固定叶片的延伸部。作为优选，可移动叶片部分为位于固定叶片下游的固定叶片的延伸部。
[0013]根据另一个备选实施例，返回通道包括一组固定叶片，该组中的各个固定叶片在为固定叶片的上游延伸部的第一可移动叶片部分之后，并且后接为固定叶片的下游延伸部的第二可移动叶片部分。
[0014]根据另一个备选实施例，可移动叶片部分可为另一个可移动叶片部分的延伸部。在该情况中，使用了用语叶片部分，因为叶片部分为另一个叶片部分的延伸部，所以两个叶片部分(一个为另一个的延伸部)可认作形成单个可变几何形状的叶片。各个部分还可认作是单独的叶片，而不影响本发明的内容。〃延伸部〃意思是两个叶片中的一个或两个叶片部分的偏转表面大致为另一个的延伸部，使得在整个气流上，气体由叶片或叶片部分中的一个偏转，接着由另一个叶片或叶片部分偏转。
[0015]根据特别有利的实施例，返回通道包括从返回通道中的各个固定叶片延伸的可移动叶片部分。根据特别有利的实施例，各个可移动叶片部分在固定叶片的下游。根据另一个备选实施例，各个可移动叶片部分在固定叶片的上游。根据有利实施例，返回通道包括设定在离叶轮的几何轴线的相同径向距离处的第一组成角等距的固定叶片，以及从第一组的各个固定叶片延伸的可移动叶片部分。根据另一个实施例，返回通道包括设定在离叶轮的轴线的相同径向距离处的第一组成角等距的固定叶片，以及仅从第一组固定叶片中的一些延伸的可移动叶片部分，可移动叶片部分与彼此成角等距。可移动叶片部分的数量优选为偶数，例如，在18到22之间。例如，可存在16、18、20或22个可移动叶片。
[0016]作为优选，可移动叶片部分能够移动成关于大致平行于叶轮的几何轴线的轴线旋转。
[0017]根据特别有利的实施例，返回通道具有若干可移动叶片部分，其能够同时采用中性角位置，对于该中性角位置，来自返回通道的气体具有大致零的切向速度分量。
[0018]各个可移动叶片部分接着可能够在中性角位置的任一侧上的两个极限位置之间转动。根据优选实施例，极限位置与彼此分开10°到60°之间的角间隙，并且优选20°到40°之间。角间隙可例如为大约30°。
[0019]作为优选，可移动叶片部分或多个部分的轴向宽度大致等于返回通道的轴向宽度。
[0020]返回通道可包括可由单个控制马达移动的若干可移动叶片部分。可移动叶片部分可例如联结于单个促动环形齿轮，其通过控制马达经由蜗轮移动。
[0021]根据另一个备选实施例，返回通道包括一组固定叶片、作为固定叶片的延伸部位于上游的第一组可移动叶片部分，以及作为固定叶片的延伸部位于下游的第二组可移动叶片部分。根据另一个变型，固定叶片中的一些可配备有作为其延伸部位于固定叶片下游的可移动叶片部分，并且第一组中的其它固定叶片可配备有作为其延伸部位于固定叶片上游的可移动叶片部分。
[0022]成组的第一可移动叶片优选能够在第一中性角位置的任一侧上转动，并且成组的第二可移动叶片部分优选能够在第二中性角位置的任一侧上转动，两组都能够独立于彼此转动。当两组可移动叶片部分置于其相应中性位置时，来自返回通道的气体的切向速度分量大致为零。
[0023]根据备选实施例，压缩机单元可包括若干离心压缩级，其中离心压缩级中的至少两个均具有一个叶轮、一个扩散器部分，以及设有可移动叶片部分的一个返回通道。这些可移动叶片部分可自然地与返回通道的固定叶片部分相关联。
[0024]根据特别有利的实施例，由第一马达、叶轮、扩散器部分、返回通道和控制马达形成的一套在共用的壳体中组装成相对于由压缩单元处理的气体密封。作为优选，第一马达和叶轮的至少一部分经受大致相同的气体压力，或换言之，第一马达浸没在与叶轮下游的区域相同的气体容积中。该布置消除了容纳第一马达的壳体与容纳压缩级(包括叶轮)的单独壳体之间的密封问题。如果压缩机包括若干压缩级，则第一马达经受与定位成接近马达的压缩机叶轮中的一个大致相同的气体压力。压缩机可包括若干驱动马达来驱动若干压缩级叶轮。所有这些驱动马达接着在共用的壳体中，并且各个在与压缩机的叶轮中的一个的入口或出口大致相同的气体压力下。接着，压缩级中的各个的返回通道中可存在一组可移动叶片。根据备选实施例，位于压缩机下游的压缩级或多个压缩级的返回通道或多个返回通道中可存在一组可移动叶片。
[0025]压缩机单元还可包括壳体外的电子控制单元，其使用穿过壳体的电源和控制线缆经由密封的线缆架设(run)连接于控制马达。
【附图说明】
[0026]本发明的其它目的、特征和优点在以下描述中陈述，该以下描述仅经由非限制性实例并且参照附图给出，在该附图中:
[0027]图1为单级压缩机单元的大体构架的示意图；
[0028]图2为根据本发明的压缩机单元的细节；
[0029]图3a为图2中的压缩机单元的调整元件的局部截面图；
[0030]图3b为图3a的元件的隔离视图；
[0031]图4为示出对于图3a中的调整元件的不同位置，由压缩机单元根据进入气体流速所做的功率和功的趋势的图表。
【具体实施方式】
[0032]图1中所示的压缩机单元25包括驱动马达1，其例如包括驱动转子2旋转的可变速电动机，转子2自身在相同速度下驱动从动轴3，一个或更多个叶轮4组装在从动轴3上。
[0033]在所示实例中，压缩机单元具有仅一个压缩级，其包括离心叶轮4，离心叶轮4吸收从输送导管5输送的气体，以增大其压力并且将其输送至出口5'。根据备选实施例，压缩机单元可包括若干级，叶轮的下游出口与随后的叶轮的输送导管连通。叶轮可由一个或更多个驱动马达驱动。
[0034]在所示的示例性实施例中，马达1的转子2由两个端轴承6和7保持。从动轴3也由两个端轴承8和9保持。转子2和从动轴3在这里由柔性联接件10联结。转子和从动轴可由固定联接件联结，而不由此移出本发明的范围。在该情况中，可省略轴承中的一个，例如，轴承7或轴承8。
[0035]压缩机单元可具有止挡件11，其用于限制在叶轮4的旋转的作用下的从动轴3的轴向移动。
[0036]根据有利实施例，驱动马达1和包括叶轮4的压缩级在共用的壳体12中布置成相对于由压缩机处理的气体密封。取决于其关于叶轮4的位置，驱动马达1在对应于至叶轮4的气体进入压力的压力下，或在从叶轮4的气体输出压力下。在图1中，马达1在轴向侧上位于叶轮4上游，马达1在这里在压缩单元的吸入压力下。在备选实施例中，马达还可在叶轮4的输出压力下，其中马达在轴向侧上在叶轮4下游。上游或下游意思是压缩机单元关于压缩机单元内的总体气流方向的上游或下游。
[0037]图2为对应于图1中所示的大体原理的、根据本发明的压缩机单元的部分的纵向截面图。图2包括与图1共有的元件，相同元件使用相同附图标记指示。对应于叶轮4的几何轴线的几何轴线XX,代表压缩机的构件中的若干个的旋转对称轴线，或构件围绕其通过旋转具有周期性的轴线。对于扩散器23和返回通道24，这尤其如此。
[0038]图2示出了待压缩的气体通过其沿箭头F的方向吸入的气体进入孔口5，以及在将其向下游输送至扩散器23之前压缩气体的叶轮4，其中气体通过移离叶轮4的几何轴线X而引导到沿径向发散的通道中。因此，气体减速，在其输出之前增大了其