专利名称：叶轮式离心压缩机结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够压缩流体的离心压缩机，具体涉及叶轮式离心压缩机结构，在该结构中，叶轮能将电机产生的动能转化成压力能，同时每个叶轮调节一个轴向载荷，由此适当地调节施加到止推轴承上的载荷。
通常，压缩机能将电机产生的机械能转化成压力能，以提高流体的压力。对于本发明所涉及的离心压缩机来说，其适于通过在从轴向吸入流体并从离心方向排出所吸入流体的同时利用叶轮的旋转作用完成压缩过程。一般说来，这样的离心压缩机包括多级，因此它们的工作过程是一个多级压缩过程。需特别指出，包含两级压缩过程的两级离心压缩机应用得最为广泛。
这样的离心压缩机主要用于空调和专门的军事装备中。根据被压缩流体流量的大小，离心压缩机可分为大流量和小流量两种类型。
图1用剖面图说明了传统的两级离心压缩机的结构。
参照图1，传统的两级离心压缩机是背靠背型的，即，叶轮的背面互相朝向对方。现在将结合图1对离心压缩机的结构加以说明。
如图1所示，该离心压缩机包括一个电机罩1，电机罩的形状能容纳包括电机在内的各部件，并将这些部件和外界隔开。图中标号2所指的电机也包含在离心压缩机中。位于电机罩1中的电机2用来将电能转化成机械动能。该离心压缩机还包括一个传动轴3，轴向地耦合在电机2上，与电机一起转动。一对叶轮，即第一级叶轮4和第二级叶轮5，分别连接在传动轴3相对的两端，将传动轴3的旋转运动转化成施加到流体的动能。该离心压缩机还包括一个止推轴承6，轴承位于传动轴3的第一级轴端附近，以承受加在传动轴3上的轴向载荷；一对径向轴承7和8，分别位于传动轴3的两端附近，以在径向支承传动轴3，从而承受径向载荷；一对支承板，即第一支承板9和第二支承板10，每一支承板都位于电机罩1和相应的径向轴承7和8之间，以使电机罩1可以支撑相应的径向轴承；轴承盖11，固定在安装有止推轴承6的传动轴3的第一级轴端周围，同时固定在对应于传动轴3的第一级轴端的电机罩1的第一端内，以密封电机罩1的内部。一对扩压器，即第一级扩压器12和第二级扩压器13，分别位于叶轮4和叶轮5的出口，以将从叶轮4和叶轮5流出的高速流体所拥有的动能转化成压力能。第一级蜗壳14安装在第一级扩压器12的外侧。第一级蜗壳14的形状使其能收集从第一级扩压器12流出的压缩状态的流体，同时降低了流体的压力能。连接管15的一端和第一级蜗壳14相连，以引导从第一级蜗壳14流出的流体流向第二级叶轮5。第二级蜗壳16安装在第二级扩压器13的外侧。第二级蜗壳16连在连接管15的另一端，以暂时收集来自连接管15的流体，当流体顺序通过第二级叶轮5和第二级扩压器13时被再次压缩。离心压缩机还包括多个均布地轴向通过第二支承板10的流道17，以使在第二级蜗壳16中收集的高压流体能从蜗壳16中流出；和在电机罩1的内部，第一支承板9和第二支承板10之间限定的电机舱18。电机舱18接受从流道17流出的流体，允许流体在其中暂时停留并冷却电机2。离心压缩机还包括在和传动轴3接触的轴承盖11的表面上形成的迷宫式密封结构，该结构能防止充满在电机舱18中的高压流体从电机舱18中泄漏出去；一端连接在电机罩1适当部分的出口管20，与电机舱18相连通，将电机舱18内的高压流体排出；吸入管21，连接在第一级蜗壳14上，位于第一级叶轮4的上游。
这里将简要描述两级离心压缩机的工作过程。待压缩流体通过吸入管21被引入到离心压缩机中。流入的流体被第一级叶轮4初次压缩，然后通过第一级扩压器12，这样，流体的压力就大大提高了。高压流体由第一级蜗壳14收集，没有任何压力损失。接着，所收集的流体又被引到第二级叶轮5中，被再次压缩。被再次压缩的流体在通过第二级扩压器13的时候，被进一步压缩到更高压力，然后收集在第二级蜗壳16中。然后高压流体通过流道17流到电机舱18中，因此能冷却被加热到高温的电机2。冷却了电机2之后，流体通过出口管20从电机舱18中排出。
在上述过程中，相当高的压力被施加在第一级叶轮4和第二级叶轮5上。如此之高的压力就导致了止推轴承6上的载荷很大。现在将详细描述这种载荷所产生的效果。
图2是一个平面图，说明了上述传统的离心压缩机中使用的一个叶轮，即叶轮4的结构。
参照图2，叶轮4的结构为，在圆形轮毂4a周围分布着多个叶片4b。当外来流体沿轴向流入旋转的叶轮4的中心时，它被强迫沿着旋转的叶片4b在离心方向流动。当流体沿离心方向流动时，它具有动能，使得它被转化为高能的流体，也即，以很高速度流动的高压流体。
图3是一个剖面图，说明了上述传统的离心压缩机中使用的叶轮4的结构。
如上述图3所示，叶轮4包括轮毂4a，它构成了叶轮4的本体。叶片4b安装在轮毂4a的前表面上。流体在叶片4b之间通过时，变成具有高压高速的流体，在叶轮4的背面被进一步压缩，因此叶轮4受到一个增大的轴向载荷。
在上述过程中，叶轮4受到的载荷如图4所示。
显然如图4所示，流体加在叶轮4上的压力把叶轮4向前推的作用大于把叶轮4向后推的作用。这是由于流体通过叶片4b到达叶轮4的背面时，具有比叶轮4前表面的流体高得多的压力。因此，叶轮4上就产生了一个力，从其后表面指向前表面。在叶轮5上，同样产生了这样一个推力。这两个推力矢量相加，得到力F，作用在传动轴3上。
此时，分别径向作用在叶轮4和叶轮5上的流体压力消失了，因为，由于叶轮4和叶轮5对称结构的特点，径向力彼此抵消。
在上述结构中，每个叶轮所受到的轴向载荷由止推轴承(图1中，标号6所指)所支撑。即，轴向载荷持续地加在止推轴承6上。因此，止推轴承6可能最终会被损坏。
为解决这个问题，提出了一个方法，在该方法中，基于作用在位于传动轴3相对两端的叶轮4和叶轮5上的压力的差，分别调整叶轮4和叶轮5的外径，以分别抵消加在叶轮4和叶轮5上的轴向载荷。然而，对叶轮4和叶轮5直径的这样一种调整，导致了压缩比的不太理想的变化。因此，在设计离心压缩机中，如何确定合适的压比是一个困难的问题。
因此，提出本发明以解决上述问题，本发明的目的之一就是提供一种叶轮式离心压缩机结构，在该结构中，分别连接在传动轴两端的每个叶轮上产生的轴向载荷可以得到调整，而不减小叶轮的外径。因此，减小了在压缩机制造过程中所产生的误差，而使压缩机更便捷地被制造出来。
根据本发明，可以通过提供包括至少一个叶轮的离心压缩机结构来实现该目的，叶轮包括连接在传动轴上的轮毂，以通过传动轴接受来自电机的转动力使自己转动；位于轮毂前表面的多个叶片，以接受来自轮毂的转动力，从而当迫使外来流体从轮毂的上游端流向下游端时，压缩该流体；以及多个形状相同的位于轮毂外缘的减压槽，以减小加在叶轮上的轴向载荷。
这些减压槽的形成对叶片没有影响。这些减压槽可以用来减小作用在叶轮背面的高流体压力所产生的载荷。
结合附图阅读下面的详细说明，本发明的上述目的，特点及优点将会变得更为明朗，在附图中图1是一剖面图，说明了传统的两级离心压缩机的结构。
图2是一平面图，说明了传统的离心压缩机中使用的一个传统叶轮。
图3是一剖面图，说明了传统的叶轮。
图4是一示意图，说明了加在传统叶轮上的载荷。
图5是一平面图，说明了根据本发明实施例离心压缩机中使用的叶轮。
图6是一剖面图，说明了根据本发明实施例的叶轮。
图7是一示意图，说明了加在根据本发明实施例的叶轮上的载荷。
图8是一示意图，说明了根据本发明实施例的应用在两级离心压缩机中的叶轮的结构。
图5的平面图说明了根据本发明实施例的离心压缩机中使用的叶轮。图6的剖面图说明了图5的叶轮的结构。
参照图5和图6，标号30所指示的叶轮包括构成叶轮30本体的轮毂30a，和均布地位于轮毂30a前表面的多个叶片30b，当这些叶片30b和轮毂30a一起旋转时，叶片30b对流体加压。叶轮30还包括多个减压槽30c，均布形成在轮毂30a下游端即后端的外缘部分。每个减压槽30c位于相邻的叶片30b之间，并具有希望的深度。减压槽30c用来减小当高压流体流过叶片30b时，在叶轮30背面所产生的压力。
如上所述，减压槽30c形成于轮毂30a的外缘部分。为使叶轮30的结构关于其中心轴线对称，以防止叶轮30在转动的过程中产生例如振动的冲击，最好使减压槽30c彼此间距相等。在所示情况中，减压槽30c位于相邻的叶片30b之间，并且具有相同的形状。
对应于本发明的上述结构的叶轮的工作过程将被详细描述。
本发明能改善由于叶轮结构而产生的对止推轴承(图1中标号6所指)的不利影响。当流体轴向地从叶轮30的前表面的中心位置进入叶轮时，它受到由于叶轮30的转动而产生的离心力的作用。由于离心力的作用，流体被迫流向位于叶轮30下游端的外缘部分，并同时被加速，所以流体有较高的压力。
这样，从叶轮30流出的流体就维持着比较高的压力，从叶轮30流出的流体所具有的高压就作用在叶轮30的背面。
众所周知，当压力(压强)作用在具有一定面积的表面上时，就会产生一个和压力(压强)方向相同的力作用在该表面上。这个力可用如下公式计算[公式1]F＝P*A这里F代表作用在该表面上的力，P代表作用在该表面的压力(压强)，A代表压力(压强)所作用的表面的面积。
将结合公式1描述高压流体流过叶轮30时所产生的作用在叶轮30上的力。
如图7所示，作用在叶轮30前表面的压力P1较低，这是由于作用在叶轮30前表面的流体处于一种未压缩的状态。另一方面，作用在叶轮30后表面的压力P2较高，这是由于作用在叶轮30后表面的流体处于压缩状态。
虽然，叶轮30的前表面的形状复杂，但是，考虑到这个事实，即压力总是以和表面垂直地方向作用在表面上，因此压力在前表面作用的面积可划分为水平压力作用面积部分，在该部分压力水平地作用在其上面；和垂直压力作用面积部分，在该部分压力垂直的作用在其上面。和前表面相似，压力对叶轮30的后表面的作用面积也可划分为水平压力作用面积部分和垂直压力作用面积部分。
对垂直压力作用面积部分来说，由于叶轮30在整个360度范围内的垂直方向上，关于对应其中心轴线的水平轴对称，所以在相对的方向上的面积相等。这一关系对于叶轮30前后表面的垂直压力作用面积部分来说都是成立的。
虽然叶轮30前后表面的形状不同，但考虑到这一事实，即，压力总是沿着和表面垂直的方向作用在表面上，所以前后表面的水平压力作用面积相等。
现在，将根据公式1对根据上述压力作用面积部分的关系作用在叶轮30上的力进行描述。虽然作用在叶轮30前后表面的压力不同，但是，因为垂直压力作用面积部分在相对方向上有相同的面积，所以，加在叶轮30垂直方向的力在相对方向上互相抵消。因此，叶轮30前后表面受到的垂直方向的力结果没有导致垂直方向的分力最终加在叶轮30上。所以，总的加在径向轴承(图1中，标号7和8所指)上的垂直力仅仅来自于传动轴的重量。
但是，就加在叶轮30各个部分上的水平力而言，由于加在叶轮30的前表面的平均压力P1较低，而加在叶轮30后表面的平均压力P2较高，所以就在从叶轮30的后表面指向叶轮30的前表面的方向产生推动叶轮30的轴向偏置力。
然而，由于叶轮30因为根据本发明的上述减压槽30c的存在而使得水平压力作用面积减小，从而使得轴向偏置力减小。这样，作用在止推轴承(图1中标号6所指)上的力减小。
这种效果在涉及两级压缩过程的两级离心式压缩机中更加显著地被展现出来。将结合图8对此进行详细描述。图8用示意图说明了根据本发明的，用在如图1所示的两级离心式压缩机中的叶轮结构。
参照图8，两级离心式压缩机包括第一级叶轮31，用来将流体压缩到较低的压力；第二级叶轮32，用来再次压缩流体以使其达到较高的压力；传动轴3，其两端分别连在第一级叶轮31和第二级叶轮32上，以和它们一起转动。
在这个离心式压缩机中，由于外来流体直接进入第一级叶轮31中并被其压缩到较低的压力，所以叶轮31的前后表面的压力差较小。由于加在叶轮31前后表面较小的压力差，作用在叶轮31上的，从叶轮后表面指向叶轮前表面的力，即，偏置力F1，较小，从公式1看，这一点显然成立。另一方面，作用在叶轮32上的，从叶轮后表面指向叶轮前表面的力，即，偏置力F2，比力F1大，这是由于叶轮32前后表面的压力差大，从公式1看，这一点也显然成立。
根据本发明，在第二级叶轮32上形成的减压槽(图5中标号30c所指)，减小了加在传动轴3上的水平力，由减压槽减小的水平力部分，被调整到对应于，在没有减压槽的情况下加在第二级叶轮32上的力F2和加在第一级叶轮31上的力F1之差，即“F2-F1”。根据这样一种调整，和传统的用两个大小不同的叶轮来调整压力差“F2-F1”相比，更易实现消除轴向载荷。这样，根据本发明，就更容易和便捷地防止止推轴承(图1中标号6所指)的损坏。
根据本发明，可以仅仅通过在轮毂外缘的相邻叶片之间的部分形成相同深度的槽，就可以有效减小轴向载荷。因为无需改变决定流体压缩程度的每个叶片的长度和尺寸，所以也就不改变每个叶轮对流体的压缩程度。
虽然，本发明的叶轮被描述成用在有两级压缩过程的离心式压缩机中，它也可以用在具有多级压缩过程的多个叶轮的离心式压缩机中。在这种情况下，通过使得相配合的叶轮的后表面彼此相对，可以带来设计上的便利。
虽然为了说明的目的，公开了本发明的优选实施例。但是本领域技术人员将知道在不背离所附的权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，可能进行各种修改，增补和替代。
由上述描述显然可知，本发明提供了一种有多个叶轮的离心式压缩机，其中，在不改变作为调整叶轮的流体压缩程度的重要因素的每个叶片之尺寸和长度的情况下，提供位于叶轮轮毂外缘的减压槽，来有效保护承受轴向载荷的止推轴承，从而消除由于止推轴承所带来的问题。
除了保护止推轴承之外，本发明还能避免由于叶轮尺寸减小而带来的压缩比降低的负面影响。
根据本发明，轴向载荷的调整被简化为只需确定每个叶轮轮毂外缘处形成的合适的减压槽尺寸就可以了。这可以通过逐步增大减压槽的尺寸直至得到理想的减压槽尺寸来实现。而根据传统的方法，在取得理想的轴向载荷调整过程中，不可避免地涉及到一系列的试验和错误。因此，本发明就有效消除了在设计离心式压缩机过程中所遇到的很多问题。
权利要求
1.一种离心式压缩机结构，包括至少一个叶轮，该叶轮包括连接在传动轴上的轮毂，以通过传动轴接受来自电机的转动力使自己转动；位于轮毂前表面的多个叶片，以接受来自轮毂的转动力，从而当迫使外来流体从轮毂的上游端流向下游端时，压缩该流体；多个形状相同的位于轮毂外缘的减压槽，以减小加在叶轮上的轴向载荷。
2.根据权利要求1的离心式压缩机结构，其中减压槽位于轮毂下游端的外缘部分，并且均匀分布，因此，它们在叶轮旋转过程中不会产生负面影响，如振动。
3.根据权利要求1的离心式压缩机结构，其中减压槽位于相邻的叶片之间，并同时维持叶片的形状不变，因此，它们不影响叶轮的压缩比。
4.根据权利要求1至3中任何一个的离心式压缩机结构，其中所述至少一个叶轮包括多个叶轮。
5.根据权利要求4的离心式压缩机结构，其中叶轮数为2。
6.根据权利要求4的离心式压缩机结构，其中叶轮以背靠背的方式排列，即相配合的叶轮的后表面彼此相对。
全文摘要
一种离心式压缩机结构,包括至少一个叶轮,该叶轮包括:连接在传动轴上的轮毂,以通过传动轴接受来自电机的转动力使自己转动;位于轮毂前表面的多个叶片,以接受来自轮毂的转动力,从而当迫使外来流体从轮毂的上游端流向下游端时,压缩该流体;多个形状相同的位于轮毂外缘的减压槽,以减小加在叶轮上的轴向载荷。因此,有效保护了承受轴向载荷的止推轴承,从而消除了由于止推轴承所带来的问题。
文档编号F04D29/28GK1346020SQ0110916
公开日2002年4月24日 申请日期2001年3月15日 优先权日2000年9月27日
发明者崔文畅, 李尚昱, 金营宽, 智裕喆, 徐光河 申请人:Lg电子株式会社