扩散器限制环的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年7月22日申请的且标题为“diffuserrestrictionring”的美国专利申请号62/195,733的权益，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文中，如同详细阐述一样。

背景技术：

本公开涉及离心式压缩机。更特定地说，本公开涉及扩散器限制/控制环。

1968年1月9日授予endress的美国专利3362625公开了一种可轴向移位的扩散器限制环，所述限制环定位成在叶轮出口和扩散器入口之间径向介入。在高容量操作状况下，环处于相对缩回位置。为了减小容量，环朝向相对插入的位置移位，逐渐阻塞/节流从叶轮出口到扩散器入口的连通。各种其他压缩机具有可轴向移位的扩散器限制环的各种构型。存在用于这类环的各种致动器，从纯液压或气动(例如，其中所述环实际上是活塞)到机械联动装置，所述机械联动装置的最终致动器可以是液压或气动的，或者可以是马达、电磁致动器等。

技术实现要素：

本公开的一个方面涉及一种离心式压缩机，其包括：壳体；具有轴向入口和径向出口的叶轮；扩散器；以及安装用于在插入位置和缩回位置之间移位的控制环。控制环包括用于吸收脉动的构件。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，所述构件可以包括控制环的具有脉动阻尼材料的套筒部分。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，所述构件可以包括控制环的具有有孔层的套筒部分。

本公开的另一方面涉及一种离心式压缩机，其包括：壳体；具有轴向入口和径向出口的叶轮；扩散器；以及安装用于在插入位置和缩回位置之间移位的控制环。控制环包括具有有孔层的套筒部分。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，控制环的套筒部分可以具有脉动阻尼材料。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中：有孔层可以是径向内侧有孔层；套筒部分可以具有径向外侧有孔层；并且脉动阻尼材料可以位于内侧有孔层和外侧有孔层之间。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，所述构件可以吸收与叶轮的通过频率相关联的所述脉动。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，脉动阻尼材料可以包括纤维。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，脉动阻尼材料可以包括膨胀的珠粒材料。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，脉动阻尼材料可以包括周向的片段阵列。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，脉动阻尼材料的厚度可以为至少3mm。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，有孔层可以是金属的。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，有孔层可以包括钻孔。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，扩散器可以是管道扩散器。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，叶轮可以是带护罩叶轮。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中：压缩机可以是两级压缩机；并且叶轮可以是第一级叶轮下游的第二级叶轮。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，一种使用离心式压缩机的方法可以包括：旋转叶轮以驱动流体流；以及使控制环在缩回状况和插入状况之间移位。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，所述移位可以是沿着叶轮的轴线的轴向移位和围绕轴线的旋转的组合。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，在移位期间，构件或有孔层可以接触流体流。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，一种用于制造离心式压缩机的方法可以包括：移除不具有所述构件或所述有孔层的第一控制环；以及安装所述控制环来代替所述第一控制环。

在前述实施方案中任一项的一个或多个实施方案中，第一控制环可以是整体式金属环。

在以下附图和描述中阐述了一个或多个实施方案的细节。将从描述和附图以及从权利要求书中了解其他特征、目的和优点。

附图说明

图1是离心式压缩机的部分示意性纵向截面图。

图2是图1的压缩机的前端的放大图。

图3是图2的压缩机的第二级叶轮出口区域的放大图。

图4是沿着图3的压缩机的线4-4截取的扩散器限制环的部分横向截面图。

图5是沿着图4的线5-5截取的图4的环的纵向截面图。

图6是处于完全缩回位置的环的替代纵向截面图。

图7是处于完全插入位置的环的替代纵向截面图。

在各个附图中，相似参考标号和名称表示相似元件。

具体实施方式

图1示出了具有入口或吸入端口22和出口或排出端口24的离心式压缩机20。端口沿着壳体(壳体组件)26形成。壳体组件还可以包含马达28(即，具有定子和转子的电动马达)。示例性压缩机是两级间接驱动压缩机，其中齿轮箱或其他传动装置30在马达和叶轮32、34之间介入，以大于马达转子围绕其轴线的转速的速度围绕轴线500驱动叶轮。如下文所讨论，替代的压缩机可以包括直接驱动压缩机、单级压缩机以及其中所述两个级位于马达的相对端的压缩机以及其他变型。

从入口到出口，通过压缩机的流动路径依次通过壳体组件的入口壳体40。示例性入口壳体40包含入口导向轮叶(igv)阵列42。入口导向轮叶可以围绕它们各自的轴线一致地旋转以节流和不节流入口流。在入口壳体的下游端处是第一级叶轮32的入口46。入口46是轴向入口，并且第一级叶轮32具有径向出口48。示例性叶轮32具有在入口46和出口48之间延伸并且在毂52和护罩54之间延伸的叶片50的周向阵列。替代的叶轮是无护罩的。

来自第一级叶轮出口48的流径向向外通过扩散器60并且然后径向向内返回通过返回部62(其本身具有轮叶阵列)。返回部62使流轴向返回以遇到第二级叶轮34的入口70。第二级叶轮本身也具有径向出口72、毂76、叶片78、和可选的护罩80。

从第二级叶轮出口72排出的流径向向外通过扩散器82进入排出腔室或收集器84，并由此从排出端口24排出。为了节流第二级排放流，压缩机具有扩散器限制环90(图3)。示例性环90安装到可轴向移位的载体92，所述载体又安装到致动器构件94。如上所述，示例性致动器构件包括直接液压或气动致动器、使用联动装置(例如，所示的96)的间接致动器等。间接致动器的性质意指它们的轴向移位通常伴随着扩散器限制环90和其载体92围绕轴线500的稍微旋转。直接液压或气动致动更可能是专门的轴向移位。

轴向移位可以在具有相对有限的流量限制的相对缩回状况和具有相对较大的流量限制的相对插入状况之间。在此特定实例中，插入方向平行于轴线500远离压缩机入口22；缩回方向则相反。

如上所述，压缩机可以说明几个基线构型中的一个或多个。但是，图4和图5示出了对基线的修改(例如，再设计或再制造)，其中基线的整体式金属扩散器限制环由具有脉动吸收或阻尼材料150的环取代。示例性材料150包括玻璃纤维(例如，压缩棉胎)；聚合材料，诸如纤维、泡沫或膨胀的珠粒材料(例如，多孔的膨胀的聚丙烯(pepp))；以及组合。材料150本身可以包封在诸如玻璃、聚合物或金属网或织物等护套152内。在示例性构型中，材料布置成周向片段阵列，以将单个片段周向地安装在螺钉之间，所述螺钉将环固定到其载体。

脉动的一个来源是叶轮排放。初级脉动处于第二级叶轮的通过频率(叶轮频率乘以叶轮上叶片的数量)。这些脉动在叶轮出口处最强。吸声材料具有可以填充制冷剂蒸气的孔隙率。高频脉动可能从压缩机的其他表面反弹并遇到环。通过孔(或甚至辐射通过环金属结构的完整部分)的振动将遇到脉动吸收材料150。脉动可以在材料内反射，并且由于蒸气与纤维或其他材料之间的摩擦，可能部分作为热量耗散。

脉动的另一个来源是来自上游的第一级叶轮叶片通过频率。脉动的另一个来源是来自返回部62(也称为隔板)轮叶后缘和第二级叶轮叶片前缘之间的相互作用。这种相互作用将产生频率，诸如返回部/隔板轮叶计数乘以叶轮转速，以及轮叶和叶片计数的差值乘以转速。

材料150可以包围在环的径向内侧部分160和径向外侧部分162之间。示例性构型还包括径向跨越在部分160和162之间的端部部分(端板)164和166(图5)。四个部分160、162、164和166(如果存在)可以单独形成并且彼此组装，或者可以表示较大主体的部分(例如，几个部分可以加工成单个部件)。在所示实例中，部分160、162和166加工成轴向敞开的通道，然后通过将部分164固定在适当位置(诸如通过钎焊或紧固件)而闭合。

在这种构型中，部分160和162形成环的相应径向层，所述径向层之间径向夹置材料150。示例性内侧层160和外侧层162是有孔的(具有允许与材料150连通的孔170)。示例性孔可以被钻孔、通过穿孔形成等。特定的孔成型技术可以取决于层的厚度。端板166也可以具有这样的孔。

图4示出了整个环厚度tr。示例性tr可以作为环的一部分的中值、模态值、平均值或其他特性值来测量，所述部分在其行程范围内可以发现其自身在叶轮出口的径向外侧。如下文进一步讨论，tr的特定值可以取决于压缩机的特定基线。图3的实例具有tr与叶轮出口的轴向长度le(图5)的相对较高比率。此基线也具有叶轮出口与环的内径(id)表面之间的相对较小的径向间隙rg。相比之下，前述endress专利示出了相对较薄的环。此endress厚度大约是叶轮出口长度的一半。还有其他的基线可能具有比所示更大的成比例的径向间隙。特别是在设计具有相对较薄的环的基线压缩机时，一种可能的再设计或再制造形式涉及仅维持坚固的外部部分162并且使用材料150作为纯粹的衬里(直接暴露(可选地经由其护套))以流出叶轮出口。在其他变型中，可以使用相对较不坚固的内侧部分160(例如，穿孔金属板)。

一般而言，环中的夹套材料和相关联隔室的示例性总厚度可以由图4中的tc表示。材料150的厚度可以是稍低的值tf。但是，这些值将彼此接近，并且仅给出这一厚度的一组示例性值。例如，这样的厚度tc或tf可以在3mm至20mm或5mm至15mm的范围内，或为至少3mm，或至少5mm或至少10mm。

压缩机可以使用其他常规的或尚未开发的材料和技术来制造，并且可以以其他常规的或尚未开发的方法和系统来操作。除了原始的制造工艺之外，压缩机还可以以对不具有脉动吸收/阻尼的现有压缩机的再制造或改造进行制造。例如，现有压缩机可以具有整体式金属环，所述整体式金属环可以被移除并且用具有脉动阻尼构件的环90代替。典型的基线两级压缩机可能只有第二级上的控制环(igv控制可能针对第一级来讨论这一点)。仅向第二级添加脉动阻尼仍然是有效的，因为第二级涉及较高的压力脉冲，它们是更重要的振动源，并且因为是在下游，所以第二级构件仍然可以吸收来自第一级的残余脉动。

具体实施方式和随附权利要求书中“第一”、“第二”和类似术语的使用在权利要求范围内仅是进行区分，并且不一定表示相对或绝对的重要性或时间顺序。类似地，权利要求中将一个元件标识为“第一”(或类似者)并不排除此“第一”元件标识与另一权利要求或具体实施方式中被称作“第二”(或类似者)的元件。

已经描述了一个或多个实施方案。然而，应当理解可以进行各种修改。例如，当应用于现有的基本系统时，这种构型或其相关联用途的细节可能影响特定实施的细节。相应地，其他实施方案在所附权利要求的范围内。