向心离心复合式压气机的制作方法

本发明属于压气机技术领域，公开了一种向心离心复合式压气机。

背景技术：

叶轮式压气机一般分为离心式与轴流式两大类，也有少量的混流式压气机，如授权公告号cn206668584u的实用新型所公开的新型斜流-离心组合压气机。

轴流压气机具有单级质量流量大，压比小的特点，适用于大流量范围，但是由于在不同半径处的旋转线速度不同，为了使压气机获得最佳性能，必须采用扭叶片设计。

而离心压气机具有单级质量流量小，压比高的特点，但是其存在气动与几何不匹配的问题，即沿着流动方向气流不断被压缩，比容不断减小，与此同时流道的旋转周长不断增加，根据流量守恒定律，叶高不断减小，叶片变化剧烈。而且，常规离心压气机大都为单向悬臂式结构，故轴向推力较大，在旋转过程中，容易振动，增加系统的不稳定性。

与离心压气机相反，向心式压气机能弥补离心式压气机气动设计上的不足，气动与几何相匹配，沿流动方向气体体积流量逐渐减小，流通旋成面逐渐减小，沿气体流动方向叶高变化缓慢，可设计成等叶高，方便多级设计，结构简单紧凑。

plcrowe在1927年获批的us1644565号美国专利centripetalcom-pressor中，讨论了几种结构的向心压气机构想，vhpavlecka在1957年至1962年先后获批的us2804747号、us2949224号和us3040971号美国专利中，提及了超声速多级和亚声速多级向心压气机的结构设想和叶栅参数选择设计；在国内，单鹏、王靖元等对向心式压气机的可行性进行了基本物理分析，设计了叶型参数并进行了数值模拟，得到了向心压气机是可行并有意义的这一结论。

根据现有的研究，可以看出单级向心压气机具有质量流量中等，压比低等特点。综合以上几种压气机的特点，由此本申请提出一种向心与离心压气机相结合的复合式压气机。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种进气流量较大、流体压比较大、整级效率较高、轴向推力较小以及系统稳定性较优的向心离心复合式压气机。

为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：

向心离心复合式压气机，包括：向心压气机，其内安装有第一动轮盘，所述第一动轮盘与主轴的一端转动连接；离心压气机，其内安装有第二动轮盘，所述第二动轮盘与所述主轴的另一端转动连接；所述向心压气机置于所述离心压气机之前，所述向心压气机置于第一壳体内，所述离心压气机置于第二壳体内，所述第一壳体和所述第二壳体连通设置；其中，所述第一壳体上设有工质进口，所述第二壳体上设有工质出口。

所述向心压气机的叶片均为直叶片，所述叶片截面形状沿叶高方向不变。

所述向心压气机内还设有第一动叶栅，所述第一动叶栅一部分连接在所述第一动轮盘上，另一部分嵌入设置在所述第一壳体中；其中，所述第一动叶栅与所述第一壳体之间设置有齿形气封。

所述向心压气机内还设有静叶栅，所述静叶栅包括导向叶栅与出气叶栅；所述导向叶栅设置于所述第一动叶栅的外圈，其两侧与所述第一壳体连接；所述出气叶栅设置于所述第一动叶栅的内圈，所述出气叶栅的一侧与所述第一壳体连接。

所述出气叶栅与所述第一动轮盘之间还设置有导流锥，所述导流锥通过所述出气叶栅固定在所述第一壳体上；其中，所述导流锥与所述主轴之间设置有中间轴套，所述导流锥与所述中间轴套之间设置有齿形气封。

所述复合式压气机还包括中间混流壳体，所述第一壳体和所述第二壳体之间通过所述中间混流壳体连接，其中，所述导流锥通过所述出气叶栅固定在所述中间混流壳体上。

所述离心压气机内还设有第二动叶栅，所述第二动叶栅固定在所述第二动轮盘上。

所述主轴与所述第一动轮盘、所述主轴与所述第二动轮盘通过键槽连接。

所述主轴为阶梯轴，所述主轴的两端分别套设有匹配使用的第一轴承、第一轴套以及匹配使用第二轴承、第二轴套；其中，所述第一轴承与所述主轴的第一阶梯段接触设置；所述第一轴套与所述第一动轮盘接触设置；所述第二轴套与所述第二动轮盘接触设置；所述主轴的端部还设置有离心端紧固件，所述第二轴承设置于所述主轴的第二阶梯段与所述离心端紧固件之间；所述第一轴承的外圈与所述第一壳体接触设置，所述第二轴承的外圈与所述第二壳体接触设置。

所述复合式压气机还包括设置在所述主轴两端的端盖，所述端盖与所述第一壳体、所述端盖与所述第二壳体通过螺栓固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明具有进气流量较大、流体压比较大、整级效率较高、轴向推力较小及系统稳定性较优等优势；

本发明通过将比容小的压缩过程置于向心压气机内，充分利用了向心压气机体积流量大，单级增压比低以及增压效率高等特点。

本发明将向心压气机放在离心压气机之前，工质比容较大的部分在向心压气机流道内实现压缩，而比容较小的部分在离心压气机内实现压缩。既利用了向心压气机的优点，同时也增加了离心压气机进口的压力，降低了进口比容，在同等尺寸下，增加了流量，提高了压比。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本发明向心离心复合式压气机的剖视图；

图2：本发明向心离心复合式压气机外部结构图；

图3：如图1所示a处的结构示意图；

图4：如图1所示b处的结构示意图。

附图标记说明：

1-主轴；2-第一轴套；3-第一轴承；4-螺栓；5-端盖；6-导流锥；7-第一动轮盘；8-第一壳体；10-复合式压气机；11-导向叶栅；12-第一动叶栅；13-出气叶栅；16-第二壳体；17-第二动叶栅；18-第二动轮盘；19-第二轴承；22-离心端紧固件；23-离心压气机出气流道；24-第二轴套；25-键；26-中间混流壳体；27-工质出口；28-工质进口；29-向心压气机进气流道；30-中间轴套；31-齿形气封。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1和图2所示，本实施例向心离心复合式压气机10，包括：向心压气机，其内安装有第一动轮盘7，所述第一动轮盘7与主轴1的一端转动连接；离心压气机，其内安装有第二动轮盘18，所述第二动轮盘18与所述主轴1的另一端转动连接；所述向心压气机置于所述离心压气机之前，所述向心压气机置于第一壳体8内，所述离心压气机置于第二壳体16内，所述第一壳体8和所述第二壳体16连通设置；其中，所述第一壳体8上设有工质进口28，所述第二壳体16上设有工质出口27。

向心压气机具有体积流量大，单级增压比低，增压效率高等特点。离心压气机具有单级质量流量小，压比高的特点，但是其存在气动与几何不匹配的问题，即沿着流动方向气流不断被压缩，比容不断减小。利用上述特点，将向心压气机放在离心压气机前部，工质比容较大的部分在向心压气机流道内实现压缩，而比容较小的部分在离心压气机内实现压缩。本实施例利用了向心压气机的优点，同时也增加了离心压气机进口的压力，降低了进口比容，在同等尺寸下，可以增加流量，提高增压比。

向心压气机还具有气动与几何相匹配的优点，具体来说，气体沿着流动方向，工质被压缩，比容不断减小，流道面积需要不断减小，而由于向心流道结构使得流道的旋转周长不断减小，故叶片变化较平缓。因此，在本实施例中，所述向心压气机的叶片均为直叶片，所述叶片截面形状沿叶高方向不变，加工简单，且三维效应弱，易于优化提高效率。

所述向心压气机内还设有第一动叶栅12，所述第一动叶栅12一部分连接在所述第一动轮盘7上，另一部分嵌入设置在所述第一壳体8中；其中，所述第一动叶栅12与所述第一壳体8之间设置有齿形气封31。所述第一动叶栅12一部分连接在所述第一动轮盘7上，另一部分嵌入设置在所述第一壳体8中，因此能够具有足够的机械强度，以承受巨大的离心力和气动力，保证了稳定性和可靠性。参见图3所示，所述第一动叶栅12与所述第一壳体8之间设置有齿形气封31，所述齿形气封31可减少向心压气机内部气体的泄露，提高了工作效率。

所述向心压气机内还设有静叶栅，所述静叶栅包括导向叶栅11与出气叶栅13；所述导向叶栅11设置于所述第一动叶栅12的外圈，其两侧与所述第一壳体8连接；所述出气叶栅13设置于所述第一动叶栅12的内圈，所述出气叶栅13的一侧与所述第一壳体8连接。静叶栅与第一壳体8连接，能够保证足够的强度。设置于所述第一动叶栅12的外圈的导向叶栅11能够将外界的气体导入向心压气机，设置于所述第一动叶栅12的内圈的出气叶栅13能够将向心压气机内气体导出至下一阶段。

其中，所述导向叶栅11可以设置在工质进口28，或者也可以在向心压气机的气体出口设置有出气叶栅13，当然也可以在工质进口28与向心压气机的气体出口均有分别设置导向叶栅11与出气叶栅13，其具体的设置方式并不会对本发明造成限定。

为了进一步提高效率，所述向心压气机可以采用多级压缩，在结构上采用多级叶栅。

在本实施例中，所述出气叶栅13与所述第一动轮盘7之间还设置有导流锥6，所述导流锥6通过所述出气叶栅13固定在所述第一壳体8上；其中，所述导流锥6与所述主轴1之间设置有中间轴套30，所述导流锥6与所述中间轴套30之间设置有齿形气封31。经过向心压气机的第一级压缩后，气体通过导流锥6进入离心压气机，导流锥6固定在第一壳体8上能够保证足够的机械强度。参见图4所示，所述导流锥6与所述中间轴套30之间设置有齿形气封31，能够减少中间混流壳体26内气体的泄露，提高了工作效率。

在一实施例中，参见图1所示，所述复合式压气机还包括中间混流壳体26，所述第一壳体8和所述第二壳体16之间通过所述中间混流壳体26连接，其中，所述导流锥6通过所述出气叶栅13固定在所述中间混流壳体26上。经过向心压气机的第一级压缩后，气体通过导流锥6进入离心压气机，导流锥6通过出气叶栅13固定在中间混流壳体26上能够保证足够的机械强度。

为了适应于流体通道，而将中间混流壳体26的外壳设计为不规则的曲线型。其中，所述第一壳体8与所述中间混流壳体26、所述第二壳体16与所述中间混流壳体26之间均可以采用螺栓4固定连接。

值得一提的是，所述第一壳体8、所述第二壳体16、所述中间混流壳体26可以是简单的矩形壳体、出气筒状等，优选地，所述壳体为蜗壳结构。其中，蜗壳可以与主轴1相垂直，并通过基座固定在地面上。

所述离心压气机内还设有第二动叶栅17，所述第二动叶栅17固定在所述第二动轮盘18上。所述第二动叶栅17固定在所述第二动轮盘18上，因此具有足够的结构强度，以承受巨大的离心力和气动力，保证了复合式压气机的工作稳定性和可靠性。

为了进一步提高效率，所述离心压气机可以采用多级压缩，在结构上采用多级叶栅。

所述主轴1与所述第一动轮盘7、所述主轴1与所述第二动轮盘18通过键25槽连接。键25槽连接结构简单，对中性好，拆装、维护方便。当然，也可以采用其他紧配合的连接方式。

所述主轴1上设置第一轴承3、第一轴套2、第二轴承19以及第二轴套24，其中，所述第一轴承3和所述第一轴套2匹配设置，所述第二轴承19和所述第二轴套24匹配设置；所述主轴1为阶梯轴，所述主轴1采用阶梯轴能够便于装配，所述轴承可以采用滚子轴承。

其中，所述主轴1为阶梯轴，所述主轴1的两端分别套设有匹配使用的第一轴承3、第一轴套2以及匹配使用第二轴承19、第二轴套24；其中，所述第一轴承3与所述主轴1的第一阶梯段接触设置；所述第一轴套2与所述第一动轮盘7接触设置；

所述第二轴套24与所述第二动轮盘18接触设置；所述主轴1的端部还设置有离心端紧固件22，所述第二轴承19设置于所述主轴1的第二阶梯段与所述离心端紧固件22之间；所述第一轴承3的外圈与所述第一壳体8接触设置，所述第二轴承19的外圈与所述第二壳体16接触设置。参见图1所示，所述第一轴承3、所述第二轴承19分别与所述主轴1的阶梯段接触设置能够增加结构的稳定性，防止主轴1转动过程中套设在主轴1上的结构滑移，以保证复合式压气机的可靠运行。

参见图1所示，向心压气机的第一动轮盘7与离心压气机的第二动轮盘18连接在同一根主轴1上，两个轮盘受力的方向相反，因此轴向推力能够相互抵消。此外两动轮盘与主轴1连接部分作为两个支点支撑起动轮盘与动轮盘相连接的部件，相比于悬臂结构，这样的设置方式有利于减小振动，增加了结构运行的稳定性。

当然，第一动轮盘7和第二动轮盘18可以设置在不同的主轴1上，通过控制两根主轴1的转速能够获得更好的效果。

在实际使用时，所述第一轴承3与所述第二轴承19的内圈可以与滚珠随着主轴1一起旋转，外圈分别于第一壳体8、第二壳体16接触。

在本实施例中，在离心压气机之前设置有向心压气机的复合式压气机的一种典型的运行过程如下：

1)主轴1的两端分别安装在第一轴承3与第二轴承19内，主轴1的一端与电机连接(图中未示出)，第一动轮盘7与第二动轮盘18通过键25槽随着主轴1的旋转而旋转，进而压缩气体；

2)参见图2所示，工质气体由工质进口28进入向心压气机内向心压气机进气流道29，通过第一壳体8进入导向叶栅11内，经过第一动轮盘7进行第一级压缩；

3)气流经过出气叶栅13和导流锥6整流导向进入离心压气机第二动轮盘18内，进行第二级压缩；

4)工质气体流入第二壳体16内离心压气机出气流道23随后自工质出口27排出，进入后续的通流部件。

所述复合式压气机还包括设置在所述主轴1两端的端盖5，所述端盖5与所述第一壳体8、所述端盖5与所述第二壳体16通过螺栓4固定连接。通过所设置的端盖5可以防止灰尘等异物干扰复合式压气机工作。其中，靠近离心压气机的端盖5可以是第二轴承19的轴承盖，轴承盖可以通过螺栓4与第二壳体16固定，另外，还可以在主轴1上的离心端紧固件22可以是螺母，从而将第二轴承19固定在离心端紧固件22与第二轴套24之间；靠近向心压气机的端盖5也可以通过螺栓4与第一壳体8固定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。