涡轮压缩机.pdf

上传人:1520****312 文档编号:1762615 上传时间:2018-07-10 格式:PDF 页数:27 大小:10.66MB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN201080057550.7

申请日:

2010.12.09

公开号:

CN102695881A

公开日:

2012.09.26

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||著录事项变更IPC(主分类):F04D 27/02变更事项:申请人变更前:德国琵乐风机公司变更后:琵乐鼓风机压缩机有限责任公司变更事项:地址变更前:德国莫林根变更后:德国莫林根|||实质审查的生效IPC(主分类):F04D 27/02申请日:20101209|||公开

IPC分类号:

F04D27/02; F04D29/42; F04D29/44

主分类号:

F04D27/02

申请人:

德国琵乐风机公司

发明人:

汉斯-约阿希姆·林; 乔尔·科菲·奥多马克

地址:

德国莫林根

优先权:

2009.12.16 DE 102009054771.1

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司 11219

代理人:

邹璐;安翔

PDF下载: PDF下载
内容摘要

涡轮压缩机,包括压缩机壳体,在该压缩机壳体内进入的气体体积流量通过进气通道输送给叶轮通道,在叶轮通道内通过叶轮被压缩并从叶轮通道通过排气通道被排出,并具有设置在压缩机壳体内分布在叶轮通道和进气通道的外部的流动绕行通道,该流动绕行通道利用在进气侧的开口通入进气通道中并利用在叶轮侧的开口通入叶轮通道中并且该流动绕行通道依赖于开口之间的压差引导绕行体积流量,为了改进涡轮压缩机以使其可以优化地以远低于为设计点所设置的体积流量运行,提出流动绕行通道从在叶轮侧的开口出发具有直至在进气侧的开口扩大的流动横截面面积。

权利要求书

1.涡轮压缩机,包括压缩机壳体(10),进入的气体体积流量在
该压缩机壳体内通过进气通道(22)输送给叶轮通道(24)、在该叶
轮通道(24)内通过叶轮(30)压缩并从所述叶轮通道(24)通过排
气通道(26)排出,并且该涡轮压缩机具有在所述压缩机壳体(10)
内设置的分布在所述叶轮通道(24)和所述进气通道(22)外部的流
动绕行通道(60),该流动绕行通道利用在进气侧的开口(64)通入
所述进气通道(22)中并利用在叶轮侧的开口(62)通入所述叶轮通
道(24)中,并且所述流动绕行通道依赖于所述开口之间的压差引导
绕行体积流量(66),其特征在于,所述流动绕行通道(60)从所述
在叶轮侧的开口(62)出发具有直至所述在进气侧的开口(64)扩大
的流动横截面面积。
2.按权利要求1所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行
通道(60)的流动横截面面积始终随着所述流动绕行通道的从所述在
叶轮侧的开口(62)向所述在进气侧的开口(64)的逐渐增大的延伸
而扩大。
3.按权利要求1或2所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述在进
气侧的开口(64)的流动横截面面积处于所述在叶轮侧的开口(62)
的流动横截面面积的2.5倍至3倍之间的范围内。
4.按权利要求3所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述在进气侧
的开口(64)的流动横截面面积处于所述在叶轮侧的流动横截面面积
的2.3倍至2.7倍之间的范围内。
5.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压
缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)由相关于叶轮轴(40)
沿环绕方向(110)并排布置的多个通道段(114)形成。
6.按权利要求5所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述多个通道
段(114)在所述环绕方向(110)上彼此分开。
7.按权利要求5或6所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述多个
通道段(114)通过在径向平面(111)中向着所述叶轮轴(40)分布
的肋(112)彼此分开。
8.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流
动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)处于所述叶轮通道(24)
的一区域内,叶轮叶片(34、36)在该区域里面运动。
9.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压
缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口
(62)处于长的叶轮叶片(34)的在进气侧的端部(38)与短的叶轮
叶片(36)的在进气侧的端部(42)之间的区域内。
10.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
流动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)处于如下的面(82)
中,所述面连续向处在这个开口(62)上游的流动引导面(84)和处
在这个开口(62)下游的流动引导面(86)分布。
11.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
流动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)在环绕方向(110)
上绕所述叶轮轴(40)环绕地构造。
12.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于所述叶轮(30)
的上游。
13.按权利要求12所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕
行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)与所述叶轮叶片(34、36)
的间距至少相应于所述叶轮叶片(34、36)的在所述叶轮轴(40)方
向上的延伸。
14.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于与所述气体体
积流量(58)的流动方向(100)基本上平行地分布在所述进气通道(22)
内的面(80)中。
15.按权利要求14所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕
行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于如下的面(80)中,
所述面连续地向在所述进气通道(22)内在所述开口(64)上游的流
动引导面(78)和在所述开口(64)下游的流动引导面(81)分布。
16.按权利要求15所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕
行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于相对所述叶轮轴(40)
呈柱状的面(80)中。
17.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)环绕所述叶轮轴(40)。
18.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
流动绕行通道(60)在所述在进气侧的开口(64)的区域内转向来自
所述在叶轮侧的开口(62)的绕行体积流量(66a),使得该绕行体积
流量以与进入的所述气体体积流量(58)的流动方向(100)垂直的流
动方向(96)排出到所述进气通道(22)内。
19.按权利要求18所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕
行通道(60)具有流动转向面(92),该流动转向面将由所述流动绕
行通道(60)排出的所述绕行体积流量(66a)转向垂直于进入所述进
气通道(22)的所述气体体积流量(58)的方向。
20.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮
压缩机,其特征在于,配置所述流动绕行通道(60),使得该流动绕
行通道在部分负载运行中促进从所述在叶轮侧的开口(62)向在所述
进气侧的开口(64)的绕行体积流量(66a)。
21.按权利要求20所述的涡轮压缩机,其特征在于,构造所述流
动绕行通道(60),使得该流动绕行通道在部分负载运行中能够引导
多于20%的流入所述叶轮(30)的所述气体体积流量(58)。
22.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮
压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)允许所述涡轮压缩机
在如下气体体积流量(5)的情况下的部分负载运行,所述气体体积流
量处在在所述设计点(A)所设置的所述气体体积流量(58)的40%
与在所述设计点(A)的所述气体体积流量(58)之间。
23.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮
压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)能够由封闭单元(120)
封闭。
24.按权利要求23所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述封闭单
元(120)包括弹簧加载的阀门元件(124)。
25.按权利要求23或24所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述
封闭单元(120’、120”)具有可控的封闭元件(134、150)。

说明书

涡轮压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡轮压缩机,包括压缩机壳体,在该压缩级壳体内,
进入的气体体积流量被通过进气通道输送给叶轮通道,在叶轮通道内
通过叶轮得到压缩并从叶轮通道通过排气通道来排出,并具有设置在
压缩机壳体内的分布在叶轮通道和进气通道外部的流动绕行通道,该
流动绕行通道利用在进气侧的开口通入进气通道中并利用在叶轮侧的
开口通入叶轮通道中,并且该流动绕行通道依赖于开口之间的压差引
导绕行体积流量。

背景技术

这种类型的涡轮压缩机例如由EP 0913585B1已知。

这种类型的涡轮压缩机在体积流量远低于为设计点所设置的体积
流量的情况下,没有在尽可能最佳的运行方面进行设计。

发明内容

本发明因此基于如下任务,即,对所述类型的涡轮压缩机进行改
进,使得该涡轮压缩机可以优化地在体积流量远低于为设计点所设置
的体积流量的情况下运行。

该任务在开头所述类型的涡轮压缩机的情况下依据本发明通过如
下方式来解决,即,流动绕行通道从在叶轮侧的开口出发具有直至在
进气侧的开口扩大的流动横截面面积。

依据本发明的解决方案的优点在于,利用这种类型的从在叶轮侧
的开口直至在进气侧的开口扩大的流动横截面面积,由于可能的扩充
(Expansion)使在该方向上流动的绕行体积流量减速并然后通过在进
气侧的开口,而不引起大涡流(Turbulenzen)的情况下进入通过进气
通道流动的气体体积流量内。

在此特别有利的是,流动绕行通道的流动横截面面积始终随着该
流动绕行通道的从在叶轮侧的开口向在进气侧的开口的逐渐增大的延
伸而扩大,以便为了在部分负载运行中的流动稳定性获得从在叶轮侧
的开口向在进气侧的开口的绕行体积流量的有利的构造。

依据本发明的涡轮压缩机的特别具有优点的解决方案设置,在进
气侧的开口的流动横截面面积处于在叶轮侧的开口的流动横截面面积
的2.5倍和3倍之间的范围内。

在流动横截面面积的这种确定尺寸的情况下,可以为了部分负载
运行的稳定化达到绕行体积流量的所希望的延缓。

最好的是,在进气侧的开口的流动横截面面积处于在叶轮侧的流
动横截面面积的2.3倍和2.7倍之间的范围内。

相对上述解决方案备选地或补充地,将开头所提到的任务也在开
头所述类型的一种涡轮压缩机的情况下依据本发明由此来解决,即,
流动绕行通道通过与叶轮轴相关地并排布置在环绕方向上的通道段形
成,也就是说,流动绕行通道不是在环绕方向上绕叶轮通道周围连续
延伸,而是划分成这种类型的单个通道段。

在此特别具有优点的是,多个通道段在环绕方向上彼此分开,从
而由此在叶轮区域内产生的涡旋不是贯穿穿过流动绕行通道地被传
递,而是在流动绕行通道内被减速,从而特别是由流动绕行通道的在
进气侧的开口排出无涡旋的绕行体积流量。

在多个通道段通过在径向平面上向叶轮轴分布的肋彼此分开时,
于是给出了在环绕方向上的通道段的分开的特别简单的解决方案。

也在流动绕行通道的在叶轮侧的开口的布置方面,与到目前所阐
释的单个实施方式结合地没有做更详细说明。

因此,特别具有优点的解决方案设置,流动绕行通道的在叶轮侧
的开口处于叶轮通道的叶轮叶片在里面运动的区域内。

特别有利的是,流动绕行通道的在叶轮侧的开口处于在长的叶轮
叶片的在进气侧的端部与短的叶轮叶片的在进气侧的端部之间的区域
内。

关于在叶轮侧的开口的布置特别具有优点的是,流动绕行通道的
在叶轮侧的开口处于如下的面中,该面连续地向处在该开口的逆流上
的流动引导面和处在该开口的顺流上的流动引导面分布。

此外有利的是,流动绕行通道的在叶轮侧的开口在环绕方向上绕
叶轮轴环绕地构造,也就是说,流动绕行通道的在叶轮侧的开口绕整
个叶轮通道周围延伸并由此允许了绕行体积流量在叶轮通道内的气体
体积流动的整个周边上的排流。

必要时,流动绕行通道的开口通过将流动绕行通道划分成单个地
在环绕方向上相继跟随的段的肋或接片中断。

在流动绕行通道的在进气侧的开口的布置方面到目前没有做更详
细的说明。

因此具有优点的解决方案设置,流动绕行通道的在进气侧的开口
处于叶轮的逆流上。

在此特别有利的是,流动绕行通道的在进气侧的开口以从叶轮叶
片的一定间距布置,该间距至少相应于叶轮叶片在叶轮轴方向上的延
伸。

此外在依据本发明的解决方案的框架内有利的是,流动绕行通道
的在进气侧的开口处于基本上平行于气体体积流量的流动方向分布在
进气通道内的面中。

也就是说,流动绕行通道的在进气侧的开口这样地布置,即,该
在进气侧的开口不干扰在进气通道内的气体体积流量,而是基于其与
气体体积流量的流动方向基本上平行的取向对该气体体积流量没有或
仅有不明显的影响。

在这种情况下特别有利的是,流动绕行通道的在进气侧的开口处
于如下的面中,该面连续地向在进气通道内在该开口的逆流上的流动
引导面和在该开口的顺流上的流动引导面分布。因此确保,这些流动
引导面引导气体体积流量经过在进气侧的开口,使得该气体体积流量
基本上不受干扰。

在最简单的情况下,流动绕行通道的在进气侧的开口处于相对叶
轮轴呈柱体形的面中。

此外特别有利的解决方案设置,流动绕行通道的在进气侧的开口
与叶轮轴相关地环绕地构造,也就是说,完全环绕进气通道并由此能
够在排气通道的所有外侧上给气体体积流量输送或从中排出绕行体积
流量。

在用于将绕行体积流量导入进气通道的流动绕行通道的构造方面
到目前没有做更详细的说明。

因此具有优点的解决方案设置,流动绕行通道在在进气侧的开口
的区域内这种程度地转向来自在叶轮侧的开口的绕行体积流量,即,
该绕行体积流量利用与进入的气体体积流量的流动方向垂直的流动方
向排出到进气通道内。由此确保绕行体积流量以尽可能小的干扰输送
给进入进气通道内的气体体积流量。

在这种情况下特别有利的是,流动绕行通道具有流动转向面,其
将由流动绕行通道排出的绕行体积流量在垂直于进入进气通道的气体
体积流量的方向上转向。

备选于或补充于依据本发明的涡轮压缩机的到目前所介绍的特
征,依据本发明的其它解决方案设置,压缩机的流动绕行通道这样配
置,即,其在部分负载区域中促进了从在叶轮侧的开口向在进气侧的
开口的绕行体积流量。

在这种情况下特别具有优点的是,流动绕行通道这样构造,即,
其在部分负载运行中能够引导多于20%的流入叶轮的气体体积流量。

这种解决方案同样具有优点,即,因此存在这种可能性,即将涡
轮压缩机在部分负载运行中的运行在相对设计点明显降低的气体体积
流量的情况下运行。

此外,开头所提到的任务的依据本发明的一种解决方案备选于或
补充于到目前所介绍的解决方案地设置,流动绕行通道允许涡轮压缩
机在如下气体体积流量的情况下的部分负载运行,该气体体积流量处
在在设计点内所设置的气体体积流量的40%与在设计点内的气体体积
流量之间。

在与到目前所阐释的单个实施例的结合中始终由此出发,即,在
流动绕行通道内绕行体积流量和特别是绕行体积流量的方向相应于在
叶轮侧的开口与在进气侧的开口之间的压差而得到调整并且仅有该压
差负责绕行体积流量的方向和强度。

但依据本发明的任务在其它的实施例中具有优点地由此得以解
决,即,流动绕行通道可以通过封闭单元封闭。

这种类型的封闭单元提供的可能性是,既影响绕行体积流量的出
现,也影响其强度并因此还间接影响其方向。

因此以简单方式存在的可能性是,在设计涡轮压缩机时,也可以
避免如下运行状态,在这些运行状态的情况下–虽然基于压差在一个
或另外的方向上的绕行体积流量-但这种类型的绕行体积流量完全
或部分被压制。

特别是因此提供如下的可能性,即,停止从在进气侧的开口向在
叶轮侧的开口的绕行体积流量,正如该绕行体积流量特别是在高于设
计点或也在设计点上或接近设计点的离开状态的
情况下可能出现的那样,根据如何在细节中确定在涡轮压缩机内的压
力关系。

由此存在的可能性是,即使在直接低于设计点的部分负载区域中,
涡轮压缩机的确定尺寸,其仍会导致从在进气侧的开口向在叶轮侧的
开口的绕行体积流量,但这种绕行体积流量通过封闭单元被压制。

封闭单元在此可以不同类型地构造。

根据一种解决方案,封闭单元具有弹簧加载的阀门元件,从而封
闭单元自动起作用并由此例如如下地起作用,即,该封闭单元始终允
许从在叶轮侧的开口向在进气侧的开口的绕行体积流量,但阻止从在
进气侧的开口向在叶轮侧的开口的绕行体积流量,与例如在进气侧的
开口与在叶轮侧的开口之间的压差无关。

因此存在的可能性是,涡轮压缩机这样设计,即,即使例如在设
计点上或也在低于设计点的部分负载区域中,在进气侧的开口与在叶
轮侧的开口之间产生压差,该压差会导致从在进气侧的开口向在叶轮
侧的开口的绕行体积流量,但这种体积流量自动通过弹簧加载的阀门
元件被停止。

例如在此弹簧加载的阀门元件作为所谓的惯性阀门构造,也就是
通过金属薄片形成,该惯性阀门可以为打开而弯曲,但在关闭时保留
在其不弯曲的状态中并例如平放在相应地设置的面上。

其它的具有优点的解决方案设置,封闭单元具有可以控制的封闭
元件。

能这种方式控制的封闭元件由此不是这样设计,即,该封闭元件
在应当被压制的绕行体积流量的出现的情况下自动关闭,而是这样构
造,即,该封闭元件得到操控。

能这样控制的封闭元件可以极其不同的方式构造并在涡轮压缩机
内、例如要么在流动绕行通道本身内,要么在流动绕行通道的多个开
口中的一个内设置。

为了可以适当方式操控能这样控制的封闭元件,要么可以设置手
动的操控,要么可以通过调节驱动装置和控制装置控制该封闭元件,
其中,控制装置不仅可以打开或封闭该封闭元件,而且也可以具有优
点地还附加地控制绕行体积流量的强度,如果该绕行体积流量完全允
许。

例如存在的可能性是,通过压力测量,在最简单的情况下在在进
气侧的开口和在叶轮侧的开口处获知在涡轮压缩机内的压力关系,必
要时为此还使用其他的压力测量,以便也可以尽可能针对性检测在涡
轮压缩机内的流动关系。

在此,依赖于压力关系和流动关系,然后可以这样进行可控制的
封闭元件的操控,即,该可控制的封闭元件允许改善或促进涡轮压缩
机功能性的绕行体积流量,但在另外的任何情况下均停止绕行体积流
量。

此外还存在的可能性是,该绕行体积流量的强度根据在涡轮压缩
机内的压力关系和流动关系的必要性的不同进行控制。

特别是通过适当的压力测量还可以检测在涡轮压缩机内的流动不
稳定性并也存在这种可能性,即通过这种类型的压力测量检测出现的
流动不稳定性并然后相应于绕行体积流量进行控制。

备选于或补充于在涡轮压缩机内的压力测量也存在这种可能性,
即,还附加检测叶轮的转速,该转速是为了稳定在涡轮压缩机内,特
别是在部分负载区域内的流动需要多少还是不需要绕行体积流量的其
它的参数。

在具有封闭单元的所有解决方案中由此存在的可能性是,或多或
少地精确确定在哪种运行状态下应该允许或不允许通过流动绕行通道
的绕行体积流量,以便稳定在涡轮压缩机内的流动比例和特别是防止
“抽吸”。

附图说明

本发明的其他特征和优点是实施例的后面的说明以及附图的主
题。在这些附图中:

图1示出依据本发明的涡轮压缩机第一实施例的纵剖面;

图2示出依据本发明的涡轮压缩机的叶轮的侧视图;

图3示出在进气壳体和叶轮壳体区域内的依据图1的放大的纵剖
面;

图4示出在依据本发明的涡轮压缩机中的压缩机特性曲线的示意
图;

图5示出特别是在流动绕行通道的区域内的叶轮壳体和进气壳体
的一部分的再次进一步的放大图;

图6示出沿图3中线段6-6的剖面;

图7示出沿图3中线段7-7的剖面;

图8示出沿图3中线段8-8的剖面;

图9示出沿图3中线段9-9的剖面;

图10示出穿过依据本发明的涡轮压缩机的第二实施例的类似于
图5的剖面;

图11示出在流动绕行通道的区域内的依据图10的再次放大的剖
面;

图12示出穿过依据本发明的涡轮压缩机的第三实施例的类似于
图11的剖面;

图13示出穿过第三实施例的类似于图9的剖面;

图14示出穿过依据本发明的涡轮压缩机的第四实施例的类似于
图10的剖面;以及

图15示出穿过第四实施例的类似于图11的剖面。

具体实施方式

依据本发明的涡轮压缩机的图1中所示的实施例包括作为整体采
用10标注的压缩机壳体,该压缩机壳体包括进气壳体12、叶轮壳体
14和排气壳体16。

进气壳体10至少部分形成进气通道22,该进气通道在叶轮壳体
14中过渡到叶轮通道24内并且该叶轮通道再过渡到在排气壳体16内
的排气通道26内。

在叶轮通道24内设置有作为整体采用30标注的叶轮,该叶轮如
图2中所示包括轮毂体32,在该轮毂体上布置有叶轮叶片34和36,
其中,叶轮叶片34是所谓的长叶轮叶片,其在进气通道侧的端部38
在平行于叶轮轴40的方向上比所谓短叶轮叶片36的在进气侧的端部
42更远地逆流在进气通道22的方向上延伸。

叶轮30通过驱动马达50被驱动,叶轮30利用其轮毂体32套装
在该驱动马达的马达轴52上,其中,轮毂体32在背离叶轮叶片34、
36的下侧上与马达轴52连接并通过马达轴52承载和引导。

驱动马达50是用于涡轮压缩机的典型的高转速的驱动马达,其例
如具有用于马达轴52的磁性轴承。

正如图3中放大示出的那样,进气通道22引导气体体积流量58,
该气体体积流量基于变窄的进气通道横截面面积而随着增加的速度向
叶轮30去地传播并通过该叶轮的叶轮叶片34和36在叶轮通道24内
逐渐增加地压缩气体体积流量58,其中,涡轮压缩机依据图4中所示
的压缩机特性曲线工作,该特性曲线示出在气体体积流量上的压力上
升。

在此,涡轮压缩机的设计,也就是说,特别是还有叶轮30和进气
通道22、叶轮通道24和排气通道26的设计与图4中所示的压缩机特
性曲线的设计点A相关地进行,其中,设计点A在经限定的气体体积
流量58的情况下存在并通过压缩机特性曲线将相应的压力上升配属
给设计点A。

但依据本发明的涡轮压缩机不仅在设计点A的范围内运行,而且
在较低的气体体积流量58的情况下也可以运行,其中如从压缩机特性
曲线中得出的那样,压力上升大于在设计点A中,并且然而气体体积
流量58同样显著地较小。

但依据压缩机特性曲线也存在这种可能性,即,使涡轮压缩机在
高于在设计点中的气体体积流量的情况下运行,其中,但在这种情况
下然后涡轮压缩机的压力上升逐渐增大地下降。

如果涡轮压缩机在低于在设计点A内的气体体积流量的气体体积
流量的情况下被运行,那么存在的问题是,涡轮压缩机由于流动不稳
定性而开始“抽吸”,其中,这种“抽吸”通过在叶轮通道24内部的
叶轮30区域内的流动不稳定性完成,该流动不稳定性导致气体体积流
量从叶轮通道24到进气通道22中的局部回流。

出于这一原因,设置有既在叶轮壳体14内也在进气壳体12内延
伸的流动绕行通道60,该流动绕行通道绕进气通道22的分区域并绕
叶轮通道24的分区域各在这些分区域的径向外部绕这些分区域周围
环形地布置并如图3中所示,从在叶轮侧的开口62向在进气侧的开口
64延伸,其中,在流动绕行通道60内构造有绕行体积流量66,其方
向和大小依赖于在叶轮侧的开口62与在进气侧的开口64之间的压差。

如果例如如图4所示,涡轮压缩机利用低于在设计点A内的气体
体积流量58的气体体积流量58,也就是在部分负载运行中被运行,
那么在流动绕行通道60的在叶轮侧的开口62上出现的压力高于在进
气侧的开口64处存在的压力并由此绕行体积流量66a通过流动绕行通
道60这样地构造,即,绕行体积流量66a从在叶轮侧的开口62向在
进气侧的开口64流动并且在此穿过该在进气侧的开口贯穿通过地进
入进气通道22内。

流动绕行通道60在此通过叶轮壳体14和进气壳体12的与叶轮轴
40相关地径向内置的壁72以及叶轮壳体14和进气壳体12的径向外
置的壁74来界限,其中,径向内置的壁72同时还形成进气通道22的
过渡到叶轮通道24内的端部区段76。

端部区段76在此优选处于流动绕行通道60的在进气侧的开口64
与叶轮30的轮毂体32之间。

进气通道22的端部区段76在此在垂直于叶轮轴40分布并在轮毂
体的在进气侧的上部区域78处接触轮毂体32的平面E1的区域内过渡
到叶轮通道24内。端部区段76此外优选处于流动绕行通道60的在进
气侧的开口64与平面E1之间并具有流动引导面78,该流动引导面连
续过渡到在进气侧的开口64处在其中的面80中。

此外,进气通道22包括直至流动绕行通道60的在进气侧的开口
64引导的流动引导面81。

流动绕行通道60的布置在径向内置的壁72中的在叶轮侧的开口
62在此处在面82中,该面连续过渡到叶轮通道24的与在叶轮侧的开
口62逆流邻接的流动引导面84中和叶轮通道24的顺流邻接的流动引
导面86中。

此外,在叶轮侧的开口62这样地布置,即,其在叶轮轴40的方
向上处于长叶轮叶片34的在进气侧的端部38与短叶轮叶片36的在进
气侧的端部42之间(图5)。

这样做的原因是,在涡轮压缩机在低于设计点A的气体体积流量
58的情况下运行时,沿叶轮叶片34的在进气侧的端部38顺流直接形
成漩涡,这些漩涡基于流动不稳定性有助于“抽吸”。这些漩涡优选
被去除并且出于这一原因在上面所提到的区域内设置有在叶轮侧的开
口62,以便产生这种可能性,即,在气体体积流量低于在设计点A的
情况下的气体体积流量的情况中,这些本身构造的漩涡不能穿过叶轮
通道24流动,而是能够侧面地从叶轮通道24相对于转子轴40径向排
出。

正如图5和图6所示,通过在叶轮侧的开口62排出的绕行体积流
量66碰到由径向外置的壁74形成的转向面90上,该转向面将绕行体
积流量66a朝向在进气侧的开口64转向,从而该绕行体积流量在径向
内置的壁72与径向外置的壁74之间朝向在进气侧的开口64流动并在
达到在进气侧的开口64之前通过同样又由径向外置的壁74形成的转
向面92转向,从而排出的绕行体积流量66a具有垂直于流动方向100
分布的流动方向96,在进气通道22内进入的气体体积流量58以该流
动方向100朝向叶轮30流动。

这种绕行体积流量66a当在叶轮侧的开口62上的压力大于在进气
侧的开口64上的压力时出现,从而基于进入到进气通道22内的气体
体积流量58的压差,作为绕行体积流量66a的一部分进入在叶轮侧的
开口62中并通过流动绕行通道60流动到在进气侧的开口64内。

在进气侧的开口64特别是这样地布置,即,其处于一个几何形状
面102中,该面与处在逆流的面104以及处在顺流的面106连续邻接
并由此不产生进入进气通道22内的气体体积流量58。

例如,面102、104和106是与叶轮轴40同轴分布的呈柱体形面。

在涡轮压缩机内的在其中调整出负责构造绕行体积流量66a的运
行状态的流动状态通常在气体体积流量58低于为设计点A所设置的
气体体积流量58时才存在,从而叶轮30的进气侧借助叶轮叶片34已
经进行了负责构造绕行体积流量66a的压力构建。

特别是在具有低于为设计点所设置的气体体积流量58的运行状
态的情况下的绕行体积流量66a的构造通过流动绕行通道60的在进气
侧的开口64的布置而得到促进,因为通过将在进气侧的开口64布置
在与叶轮轴40同轴的柱状面80中,经由进气通道22进入的气体体积
流量58绝对没有堵塞作用引起并由此在进气侧的开口64内绝对不引
起压力上升,从而在在进气侧的开口64的区域内不出现与绕行体积流
量66相反作用的效应。

此外该事实造成,绕行体积流量66a以垂直于叶轮轴40分布的流
动方向96贯穿穿过在进气侧的开口64,该绕行体积流量66a与通过
进气通道22进入的气体体积流量58混合,从而二者共同进入叶轮通
道24,必要时还通过进气通道22的在其横截面方面变窄的端部区段
76加速度。

此外,这种绕行体积流量66a的构造也由此被促进,即,流动绕
行通道60在其在进气侧的开口64上提供流动横截面面积,其大于在
叶轮侧的开口62的流动横截面面积的2.5倍并且由此,此外流动绕行
通道60从在叶轮侧的开口62直至在进气侧的开口64地连续扩大。

由此,绕行体积流量66a的减速在流动绕行通道60从在叶轮侧的
开口62直至在进气侧的开口64的通流的情况下进行,从而由在进气
侧的开口64排出的绕行体积流量66a的流动速度基本相应于进入进气
通道22内的气体体积流量的流动速度。

流动绕行通道60的这种设计导致涡轮压缩机从图4中所示的设计
点出发,在部分负载运行中在明显低于设计点A的气体体积流量58
的情况下仍可以被运行。例如,在此压缩机在没有抽吸(也就是通过
在气体体积流量内的流动不稳定性而出现的振动)的情况下,可以直
至如下的气体体积流量运行,该气体体积流量直至低于为设计点A所
设置的气体体积流量60%。

为了此外在流动绕行通道60内防止具有在环绕方向110上的分量
的流动,流动绕行通道60在环绕方向110上通过在径向平面111中向
叶轮轴40分布的肋112划分,从而流动绕行通道60由在环绕方向110
上相继的通道段114的总和形成,这些通道段各自在两侧通过肋112
封闭,由此绕行体积流量66a在在进气侧的开口64的区域内随着其流
动方向96基本上不再具有在环绕方向110上的分量并由此基本垂直于
叶轮轴40,特别是大致径向相对该叶轮轴进入进气通道22内。

但依据本发明的涡轮压缩机也可以如图4中所示在过载范围内在
处在设计点A之上的气体体积流量的情况下被运行,在这些情况下,
在逐渐增大地相对设计点A的较大的气体体积流量58的情况下,在
叶轮侧的开口62处的压力将更低并由此在在叶轮侧的开口62与在进
气侧的开口64之间调整出压差,该压差导致流动绕行通道60由绕行
体积流量66b来通流,该绕行体积流量从在进气侧的开口64向在叶轮
侧的开口62流动,也就是由通过进气通道22进入的气体体积流量58
在在进气侧的开口64的区域内被分支,通流流动绕行通道60并通过
在叶轮侧的开口62进入叶轮通道24内并且在那里通过叶轮30还被进
一步压缩。

但这种绕行体积流量66b并没有通过在进气侧的开口64的取向而
得到促进,而是更多地被妨碍,因为这种绕行体积流量66b必须垂直
于叶轮轴40地离开在在进气侧的开口64的区域内的进气通道22,以
便进入流动绕行通道60内。

也就是说,在依据本发明的涡轮压缩机在所谓的过载范围内运行
时,也就是在处在设计点之上的气体体积流量58的情况下运行时,绕
行体积流量66b在依据本发明的涡轮压缩机的目前的结构实施中没有
促进,而是被容忍。

特别是,依据本发明的涡轮压缩机在设计点A上这样设计,即,
在该设计点上在进气侧的开口64与在叶轮侧的开口62之间不出现压
差,从而也不构成绕行体积流量66。

绕行体积流量66a的构造在气体体积流量58下降的情况下与在设
计点上的气体体积流量58相关地首先缓慢地插入并随着气体体积流
量58的逐步增加的下降加强,从而涡轮压缩机在如下气体体积流量
58的情况下仍可以无抽吸地被运行,该气体体积流量为设计点A内的
气体体积流量58的40%的值。在这种情况下,通过绕行体积流量将
约30%的进入的气体体积流量58从在叶轮侧的开口62向在进气侧的
开口64返回引导并重新输送给叶轮30。

在依据本发明的涡轮压缩机的在图10和图11中所示的第二实施
例的情况下,为流动绕行通道60配属有作为惯性阀门122构造的封闭
单元120。

该惯性阀门122包括保持在进气壳体12内的片式元件124,其中,
当由于压差会出现绕行体积流量66b时,片式元件124封闭流动绕行
通道60(实线标注),从而不会出现绕行体积流量66b。

如果相反压力关系是这样的,即,出现绕行体积流量66a,那么片
式元件124打开并允许这种绕行体积流量66a(虚线标注)。

因此,在该第二实施例中存在的可能性是,也这样地设计涡轮压
缩机,即,在设计点A中会出基于压差的不希望的绕行体积流量66b,
但通过惯性阀门122被自动阻止并仅在部分负载范围内可以出现所希
望的绕行体积流量66a。

在图12和图13中所示的第三实施例中,封闭单元120’包括两个
彼此相叠布置的封闭环132和134,这两个封闭环中的每个具有大量
的环形段,其中,封闭元件136和穿孔段138彼此交替。

封闭环132、134例如可以通过转动封闭环134这样地被相对彼此
转动,即,一个封闭环134的封闭段136覆盖另一个封闭环132的穿
孔段138,或这样地被相对彼此转动,即,两个封闭环132、134的封
闭元件136和穿孔段138彼此相叠,从而绕行体积流量66可以贯穿通
过彼此向叠的穿孔段。

因此存在的可能性是,在确定的运行状态下,允许或停止绕行体
积流量66。

特别是,在部分负载运行中允许绕行体积流量66a并在接近设计
点A或高于设计点A的运行中停止绕行体积流量66b。

优选地,封闭环134相对于封闭环132的位置可以利用控制装置
140和调节驱动装置140进行控制,从而例如依赖于控制装置140例
如通过经传感器检测的、在进气侧的开口64与在叶轮侧的开口62之
间的压差,绕行体积流量66的控制也可以在其强度方面相应于压力关
系和流动关系以及流动不稳定性以及必要时叶轮的转速进行。

在图14和图15中所示的依据本发明的涡轮压缩机的第四实施例
中,在进气壳体12内例如在呈柱体形面104上引导地,设置有作为封
闭单元120”的滑套150,该滑套-如图14中所示-可以从在进气
侧的开口64离开地在相反于叶轮30的方向上运动,以便释放在进气
侧的开口64,或可以在叶轮30的方向上运动,以便逐渐地封闭在进
气侧的开口64,其中,封闭在进气侧的开口64的位置在图15中示出。

滑套150优选地也可以通过调节驱动装置142’和控制装置140’依
赖于在涡轮压缩机内的压力关系和流动关系进行控制,正如结合第三
实施例所描述的那样。

此外,在第二、第三和第四实施例中,对于相同的部件使用了与
在第一实施例中相同的附图标记,从而全部内容参阅第一实施例的实
施。

涡轮压缩机.pdf_第1页
第1页 / 共27页
涡轮压缩机.pdf_第2页
第2页 / 共27页
涡轮压缩机.pdf_第3页
第3页 / 共27页
点击查看更多>>
资源描述

《涡轮压缩机.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《涡轮压缩机.pdf(27页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102695881 A(43)申请公布日 2012.09.26CN102695881A*CN102695881A*(21)申请号 201080057550.7(22)申请日 2010.12.09102009054771.1 2009.12.16 DEF04D 27/02(2006.01)F04D 29/42(2006.01)F04D 29/44(2006.01)(71)申请人德国琵乐风机公司地址德国莫林根(72)发明人汉斯-约阿希姆林乔尔科菲奥多马克(74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司 11219代理人邹璐 安翔(54) 发明名称涡轮压缩机(57) 摘。

2、要涡轮压缩机,包括压缩机壳体,在该压缩机壳体内进入的气体体积流量通过进气通道输送给叶轮通道,在叶轮通道内通过叶轮被压缩并从叶轮通道通过排气通道被排出,并具有设置在压缩机壳体内分布在叶轮通道和进气通道的外部的流动绕行通道,该流动绕行通道利用在进气侧的开口通入进气通道中并利用在叶轮侧的开口通入叶轮通道中并且该流动绕行通道依赖于开口之间的压差引导绕行体积流量,为了改进涡轮压缩机以使其可以优化地以远低于为设计点所设置的体积流量运行,提出流动绕行通道从在叶轮侧的开口出发具有直至在进气侧的开口扩大的流动横截面面积。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.06.18(86)PCT申请的申。

3、请数据PCT/EP2010/069320 2010.12.09(87)PCT申请的公布数据WO2011/082942 DE 2011.07.14(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书9页 附图15页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 15 页1/2页21.涡轮压缩机,包括压缩机壳体(10),进入的气体体积流量在该压缩机壳体内通过进气通道(22)输送给叶轮通道(24)、在该叶轮通道(24)内通过叶轮(30)压缩并从所述叶轮通道(24)通过排气通道(26)排出,并且该涡轮压缩机具有在所述压缩机壳体(10)内设置的分布在所述叶轮通道。

4、(24)和所述进气通道(22)外部的流动绕行通道(60),该流动绕行通道利用在进气侧的开口(64)通入所述进气通道(22)中并利用在叶轮侧的开口(62)通入所述叶轮通道(24)中,并且所述流动绕行通道依赖于所述开口之间的压差引导绕行体积流量(66),其特征在于,所述流动绕行通道(60)从所述在叶轮侧的开口(62)出发具有直至所述在进气侧的开口(64)扩大的流动横截面面积。2.按权利要求1所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的流动横截面面积始终随着所述流动绕行通道的从所述在叶轮侧的开口(6 2)向所述在进气侧的开口(64)的逐渐增大的延伸而扩大。3.按权利要求1或2所述的涡轮压。

5、缩机,其特征在于,所述在进气侧的开口(64)的流动横截面面积处于所述在叶轮侧的开口(62)的流动横截面面积的2.5倍至3倍之间的范围内。4.按权利要求3所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述在进气侧的开口(64)的流动横截面面积处于所述在叶轮侧的流动横截面面积的2.3倍至2.7倍之间的范围内。5.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)由相关于叶轮轴(40)沿环绕方向(110)并排布置的多个通道段(114)形成。6.按权利要求5所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述多个通道段(114)在所述环绕方向(110)上彼此分开。7.按权利要求5或6所述的。

6、涡轮压缩机,其特征在于,所述多个通道段(114)通过在径向平面(111)中向着所述叶轮轴(40)分布的肋(112)彼此分开。8.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)处于所述叶轮通道(24)的一区域内,叶轮叶片(34、36)在该区域里面运动。9.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)处于长的叶轮叶片(34)的在进气侧的端部(38)与短的叶轮叶片(36)的在进气侧的端部(42)之间的区域内。10.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流。

7、动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)处于如下的面(82)中,所述面连续向处在这个开口(62)上游的流动引导面(84)和处在这个开口(62)下游的流动引导面(86)分布。11.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在叶轮侧的开口(62)在环绕方向(110)上绕所述叶轮轴(40)环绕地构造。12.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于所述叶轮(30)的上游。13.按权利要求12所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)与所述叶轮叶片(34、36。

8、)的间距至少相应于所述叶轮叶片(34、36)的在所述叶轮轴(40)方向上的延伸。权 利 要 求 书CN 102695881 A2/2页314.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于与所述气体体积流量(58)的流动方向(100)基本上平行地分布在所述进气通道(22)内的面(80)中。15.按权利要求14所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于如下的面(80)中,所述面连续地向在所述进气通道(22)内在所述开口(64)上游的流动引导面(78)和在所述开口(64)下游的流动引导面(81)分。

9、布。16.按权利要求15所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)处于相对所述叶轮轴(40)呈柱状的面(80)中。17.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)的所述在进气侧的开口(64)环绕所述叶轮轴(40)。18.按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)在所述在进气侧的开口(64)的区域内转向来自所述在叶轮侧的开口(62)的绕行体积流量(66a),使得该绕行体积流量以与进入的所述气体体积流量(58)的流动方向(100)垂直的流动方向(96)排出到所述进气通道(22)内。19.按权利要求1。

10、8所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)具有流动转向面(92),该流动转向面将由所述流动绕行通道(60)排出的所述绕行体积流量(66a)转向垂直于进入所述进气通道(22)的所述气体体积流量(58)的方向。20.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,配置所述流动绕行通道(60),使得该流动绕行通道在部分负载运行中促进从所述在叶轮侧的开口(62)向在所述进气侧的开口(64)的绕行体积流量(66a)。21.按权利要求20所述的涡轮压缩机,其特征在于,构造所述流动绕行通道(60),使得该流动绕行通道在部分负载运行中能够引导多于20%的流入所述叶轮(30。

11、)的所述气体体积流量(58)。22.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)允许所述涡轮压缩机在如下气体体积流量(5)的情况下的部分负载运行,所述气体体积流量处在在所述设计点(A)所设置的所述气体体积流量(58)的40%与在所述设计点(A)的所述气体体积流量(58)之间。23.按权利要求1的前序部分或按前述权利要求之一所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述流动绕行通道(60)能够由封闭单元(120)封闭。24.按权利要求23所述的涡轮压缩机,其特征在于,所述封闭单元(120)包括弹簧加载的阀门元件(124)。25.按权利要求23或24所述的涡。

12、轮压缩机,其特征在于,所述封闭单元(120、120”)具有可控的封闭元件(134、150)。权 利 要 求 书CN 102695881 A1/9页4涡轮压缩机技术领域0001 本发明涉及一种涡轮压缩机,包括压缩机壳体,在该压缩级壳体内,进入的气体体积流量被通过进气通道输送给叶轮通道,在叶轮通道内通过叶轮得到压缩并从叶轮通道通过排气通道来排出,并具有设置在压缩机壳体内的分布在叶轮通道和进气通道外部的流动绕行通道,该流动绕行通道利用在进气侧的开口通入进气通道中并利用在叶轮侧的开口通入叶轮通道中,并且该流动绕行通道依赖于开口之间的压差引导绕行体积流量。背景技术0002 这种类型的涡轮压缩机例如由EP。

13、 0913585B1已知。0003 这种类型的涡轮压缩机在体积流量远低于为设计点所设置的体积流量的情况下,没有在尽可能最佳的运行方面进行设计。发明内容0004 本发明因此基于如下任务,即,对所述类型的涡轮压缩机进行改进,使得该涡轮压缩机可以优化地在体积流量远低于为设计点所设置的体积流量的情况下运行。0005 该任务在开头所述类型的涡轮压缩机的情况下依据本发明通过如下方式来解决,即,流动绕行通道从在叶轮侧的开口出发具有直至在进气侧的开口扩大的流动横截面面积。0006 依据本发明的解决方案的优点在于,利用这种类型的从在叶轮侧的开口直至在进气侧的开口扩大的流动横截面面积,由于可能的扩充(Expans。

14、ion)使在该方向上流动的绕行体积流量减速并然后通过在进气侧的开口,而不引起大涡流(Turbulenzen)的情况下进入通过进气通道流动的气体体积流量内。0007 在此特别有利的是,流动绕行通道的流动横截面面积始终随着该流动绕行通道的从在叶轮侧的开口向在进气侧的开口的逐渐增大的延伸而扩大,以便为了在部分负载运行中的流动稳定性获得从在叶轮侧的开口向在进气侧的开口的绕行体积流量的有利的构造。0008 依据本发明的涡轮压缩机的特别具有优点的解决方案设置,在进气侧的开口的流动横截面面积处于在叶轮侧的开口的流动横截面面积的2.5倍和3倍之间的范围内。0009 在流动横截面面积的这种确定尺寸的情况下,可以。

15、为了部分负载运行的稳定化达到绕行体积流量的所希望的延缓。0010 最好的是,在进气侧的开口的流动横截面面积处于在叶轮侧的流动横截面面积的2.3倍和2.7倍之间的范围内。0011 相对上述解决方案备选地或补充地,将开头所提到的任务也在开头所述类型的一种涡轮压缩机的情况下依据本发明由此来解决,即,流动绕行通道通过与叶轮轴相关地并排布置在环绕方向上的通道段形成,也就是说,流动绕行通道不是在环绕方向上绕叶轮通道周围连续延伸,而是划分成这种类型的单个通道段。0012 在此特别具有优点的是,多个通道段在环绕方向上彼此分开,从而由此在叶轮区说 明 书CN 102695881 A2/9页5域内产生的涡旋不是贯。

16、穿穿过流动绕行通道地被传递,而是在流动绕行通道内被减速,从而特别是由流动绕行通道的在进气侧的开口排出无涡旋的绕行体积流量。0013 在多个通道段通过在径向平面上向叶轮轴分布的肋彼此分开时,于是给出了在环绕方向上的通道段的分开的特别简单的解决方案。0014 也在流动绕行通道的在叶轮侧的开口的布置方面,与到目前所阐释的单个实施方式结合地没有做更详细说明。0015 因此,特别具有优点的解决方案设置,流动绕行通道的在叶轮侧的开口处于叶轮通道的叶轮叶片在里面运动的区域内。0016 特别有利的是,流动绕行通道的在叶轮侧的开口处于在长的叶轮叶片的在进气侧的端部与短的叶轮叶片的在进气侧的端部之间的区域内。00。

17、17 关于在叶轮侧的开口的布置特别具有优点的是,流动绕行通道的在叶轮侧的开口处于如下的面中,该面连续地向处在该开口的逆流上的流动引导面和处在该开口的顺流上的流动引导面分布。0018 此外有利的是,流动绕行通道的在叶轮侧的开口在环绕方向上绕叶轮轴环绕地构造,也就是说,流动绕行通道的在叶轮侧的开口绕整个叶轮通道周围延伸并由此允许了绕行体积流量在叶轮通道内的气体体积流动的整个周边上的排流。0019 必要时,流动绕行通道的开口通过将流动绕行通道划分成单个地在环绕方向上相继跟随的段的肋或接片中断。0020 在流动绕行通道的在进气侧的开口的布置方面到目前没有做更详细的说明。0021 因此具有优点的解决方案。

18、设置,流动绕行通道的在进气侧的开口处于叶轮的逆流上。0022 在此特别有利的是,流动绕行通道的在进气侧的开口以从叶轮叶片的一定间距布置,该间距至少相应于叶轮叶片在叶轮轴方向上的延伸。0023 此外在依据本发明的解决方案的框架内有利的是,流动绕行通道的在进气侧的开口处于基本上平行于气体体积流量的流动方向分布在进气通道内的面中。0024 也就是说,流动绕行通道的在进气侧的开口这样地布置,即,该在进气侧的开口不干扰在进气通道内的气体体积流量,而是基于其与气体体积流量的流动方向基本上平行的取向对该气体体积流量没有或仅有不明显的影响。0025 在这种情况下特别有利的是,流动绕行通道的在进气侧的开口处于如。

19、下的面中,该面连续地向在进气通道内在该开口的逆流上的流动引导面和在该开口的顺流上的流动引导面分布。因此确保,这些流动引导面引导气体体积流量经过在进气侧的开口,使得该气体体积流量基本上不受干扰。0026 在最简单的情况下,流动绕行通道的在进气侧的开口处于相对叶轮轴呈柱体形的面中。0027 此外特别有利的解决方案设置,流动绕行通道的在进气侧的开口与叶轮轴相关地环绕地构造,也就是说,完全环绕进气通道并由此能够在排气通道的所有外侧上给气体体积流量输送或从中排出绕行体积流量。0028 在用于将绕行体积流量导入进气通道的流动绕行通道的构造方面到目前没有做更详细的说明。说 明 书CN 102695881 A。

20、3/9页60029 因此具有优点的解决方案设置,流动绕行通道在在进气侧的开口的区域内这种程度地转向来自在叶轮侧的开口的绕行体积流量,即,该绕行体积流量利用与进入的气体体积流量的流动方向垂直的流动方向排出到进气通道内。由此确保绕行体积流量以尽可能小的干扰输送给进入进气通道内的气体体积流量。0030 在这种情况下特别有利的是,流动绕行通道具有流动转向面,其将由流动绕行通道排出的绕行体积流量在垂直于进入进气通道的气体体积流量的方向上转向。0031 备选于或补充于依据本发明的涡轮压缩机的到目前所介绍的特征,依据本发明的其它解决方案设置,压缩机的流动绕行通道这样配置,即,其在部分负载区域中促进了从在叶轮。

21、侧的开口向在进气侧的开口的绕行体积流量。0032 在这种情况下特别具有优点的是,流动绕行通道这样构造,即,其在部分负载运行中能够引导多于20%的流入叶轮的气体体积流量。0033 这种解决方案同样具有优点,即,因此存在这种可能性,即将涡轮压缩机在部分负载运行中的运行在相对设计点明显降低的气体体积流量的情况下运行。0034 此外,开头所提到的任务的依据本发明的一种解决方案备选于或补充于到目前所介绍的解决方案地设置,流动绕行通道允许涡轮压缩机在如下气体体积流量的情况下的部分负载运行,该气体体积流量处在在设计点内所设置的气体体积流量的40%与在设计点内的气体体积流量之间。0035 在与到目前所阐释的单。

22、个实施例的结合中始终由此出发,即,在流动绕行通道内绕行体积流量和特别是绕行体积流量的方向相应于在叶轮侧的开口与在进气侧的开口之间的压差而得到调整并且仅有该压差负责绕行体积流量的方向和强度。0036 但依据本发明的任务在其它的实施例中具有优点地由此得以解决,即,流动绕行通道可以通过封闭单元封闭。0037 这种类型的封闭单元提供的可能性是,既影响绕行体积流量的出现,也影响其强度并因此还间接影响其方向。0038 因此以简单方式存在的可能性是,在设计涡轮压缩机时,也可以避免如下运行状态,在这些运行状态的情况下虽然基于压差在一个或另外的方向上的绕行体积流量-但这种类型的绕行体积流量完全或部分被压制。00。

23、39 特别是因此提供如下的可能性,即,停止从在进气侧的开口向在叶轮侧的开口的绕行体积流量,正如该绕行体积流量特别是在高于设计点或也在设计点上或接近设计点的离开状态的情况下可能出现的那样,根据如何在细节中确定在涡轮压缩机内的压力关系。0040 由此存在的可能性是,即使在直接低于设计点的部分负载区域中,涡轮压缩机的确定尺寸,其仍会导致从在进气侧的开口向在叶轮侧的开口的绕行体积流量,但这种绕行体积流量通过封闭单元被压制。0041 封闭单元在此可以不同类型地构造。0042 根据一种解决方案,封闭单元具有弹簧加载的阀门元件,从而封闭单元自动起作用并由此例如如下地起作用,即,该封闭单元始终允许从在叶轮侧的。

24、开口向在进气侧的开口的绕行体积流量,但阻止从在进气侧的开口向在叶轮侧的开口的绕行体积流量,与例如在进气侧的开口与在叶轮侧的开口之间的压差无关。说 明 书CN 102695881 A4/9页70043 因此存在的可能性是,涡轮压缩机这样设计,即,即使例如在设计点上或也在低于设计点的部分负载区域中,在进气侧的开口与在叶轮侧的开口之间产生压差,该压差会导致从在进气侧的开口向在叶轮侧的开口的绕行体积流量,但这种体积流量自动通过弹簧加载的阀门元件被停止。0044 例如在此弹簧加载的阀门元件作为所谓的惯性阀门构造,也就是通过金属薄片形成,该惯性阀门可以为打开而弯曲,但在关闭时保留在其不弯曲的状态中并例如平。

25、放在相应地设置的面上。0045 其它的具有优点的解决方案设置,封闭单元具有可以控制的封闭元件。0046 能这种方式控制的封闭元件由此不是这样设计,即,该封闭元件在应当被压制的绕行体积流量的出现的情况下自动关闭,而是这样构造,即,该封闭元件得到操控。0047 能这样控制的封闭元件可以极其不同的方式构造并在涡轮压缩机内、例如要么在流动绕行通道本身内,要么在流动绕行通道的多个开口中的一个内设置。0048 为了可以适当方式操控能这样控制的封闭元件,要么可以设置手动的操控,要么可以通过调节驱动装置和控制装置控制该封闭元件,其中,控制装置不仅可以打开或封闭该封闭元件,而且也可以具有优点地还附加地控制绕行体。

26、积流量的强度,如果该绕行体积流量完全允许。0049 例如存在的可能性是,通过压力测量,在最简单的情况下在在进气侧的开口和在叶轮侧的开口处获知在涡轮压缩机内的压力关系,必要时为此还使用其他的压力测量,以便也可以尽可能针对性检测在涡轮压缩机内的流动关系。0050 在此,依赖于压力关系和流动关系,然后可以这样进行可控制的封闭元件的操控,即,该可控制的封闭元件允许改善或促进涡轮压缩机功能性的绕行体积流量,但在另外的任何情况下均停止绕行体积流量。0051 此外还存在的可能性是,该绕行体积流量的强度根据在涡轮压缩机内的压力关系和流动关系的必要性的不同进行控制。0052 特别是通过适当的压力测量还可以检测在。

27、涡轮压缩机内的流动不稳定性并也存在这种可能性,即通过这种类型的压力测量检测出现的流动不稳定性并然后相应于绕行体积流量进行控制。0053 备选于或补充于在涡轮压缩机内的压力测量也存在这种可能性,即,还附加检测叶轮的转速,该转速是为了稳定在涡轮压缩机内,特别是在部分负载区域内的流动需要多少还是不需要绕行体积流量的其它的参数。0054 在具有封闭单元的所有解决方案中由此存在的可能性是,或多或少地精确确定在哪种运行状态下应该允许或不允许通过流动绕行通道的绕行体积流量,以便稳定在涡轮压缩机内的流动比例和特别是防止“抽吸”。附图说明0055 本发明的其他特征和优点是实施例的后面的说明以及附图的主题。在这些。

28、附图中:0056 图1示出依据本发明的涡轮压缩机第一实施例的纵剖面;0057 图2示出依据本发明的涡轮压缩机的叶轮的侧视图;说 明 书CN 102695881 A5/9页80058 图3示出在进气壳体和叶轮壳体区域内的依据图1的放大的纵剖面;0059 图4示出在依据本发明的涡轮压缩机中的压缩机特性曲线的示意图;0060 图5示出特别是在流动绕行通道的区域内的叶轮壳体和进气壳体的一部分的再次进一步的放大图;0061 图6示出沿图3中线段6-6的剖面;0062 图7示出沿图3中线段7-7的剖面;0063 图8示出沿图3中线段8-8的剖面;0064 图9示出沿图3中线段9-9的剖面;0065 图10。

29、示出穿过依据本发明的涡轮压缩机的第二实施例的类似于图5的剖面;0066 图11示出在流动绕行通道的区域内的依据图10的再次放大的剖面;0067 图12示出穿过依据本发明的涡轮压缩机的第三实施例的类似于图11的剖面;0068 图13示出穿过第三实施例的类似于图9的剖面;0069 图14示出穿过依据本发明的涡轮压缩机的第四实施例的类似于图10的剖面;以及0070 图15示出穿过第四实施例的类似于图11的剖面。具体实施方式0071 依据本发明的涡轮压缩机的图1中所示的实施例包括作为整体采用10标注的压缩机壳体,该压缩机壳体包括进气壳体12、叶轮壳体14和排气壳体16。0072 进气壳体10至少部分形。

30、成进气通道22,该进气通道在叶轮壳体14中过渡到叶轮通道24内并且该叶轮通道再过渡到在排气壳体16内的排气通道26内。0073 在叶轮通道24内设置有作为整体采用30标注的叶轮,该叶轮如图2中所示包括轮毂体32,在该轮毂体上布置有叶轮叶片34和36,其中,叶轮叶片34是所谓的长叶轮叶片,其在进气通道侧的端部38在平行于叶轮轴40的方向上比所谓短叶轮叶片36的在进气侧的端部42更远地逆流在进气通道22的方向上延伸。0074 叶轮30通过驱动马达50被驱动,叶轮30利用其轮毂体32套装在该驱动马达的马达轴52上,其中,轮毂体32在背离叶轮叶片34、36的下侧上与马达轴52连接并通过马达轴52承载和。

31、引导。0075 驱动马达50是用于涡轮压缩机的典型的高转速的驱动马达,其例如具有用于马达轴52的磁性轴承。0076 正如图3中放大示出的那样,进气通道22引导气体体积流量58,该气体体积流量基于变窄的进气通道横截面面积而随着增加的速度向叶轮30去地传播并通过该叶轮的叶轮叶片34和36在叶轮通道24内逐渐增加地压缩气体体积流量58,其中,涡轮压缩机依据图4中所示的压缩机特性曲线工作,该特性曲线示出在气体体积流量上的压力上升。0077 在此,涡轮压缩机的设计,也就是说,特别是还有叶轮30和进气通道22、叶轮通道24和排气通道26的设计与图4中所示的压缩机特性曲线的设计点A相关地进行,其中,设计点A。

32、在经限定的气体体积流量58的情况下存在并通过压缩机特性曲线将相应的压力上升配属给设计点A。0078 但依据本发明的涡轮压缩机不仅在设计点A的范围内运行,而且在较低的气体体说 明 书CN 102695881 A6/9页9积流量58的情况下也可以运行,其中如从压缩机特性曲线中得出的那样,压力上升大于在设计点A中,并且然而气体体积流量58同样显著地较小。0079 但依据压缩机特性曲线也存在这种可能性,即,使涡轮压缩机在高于在设计点中的气体体积流量的情况下运行,其中,但在这种情况下然后涡轮压缩机的压力上升逐渐增大地下降。0080 如果涡轮压缩机在低于在设计点A内的气体体积流量的气体体积流量的情况下被运。

33、行,那么存在的问题是,涡轮压缩机由于流动不稳定性而开始“抽吸”,其中,这种“抽吸”通过在叶轮通道24内部的叶轮30区域内的流动不稳定性完成,该流动不稳定性导致气体体积流量从叶轮通道24到进气通道22中的局部回流。0081 出于这一原因,设置有既在叶轮壳体14内也在进气壳体12内延伸的流动绕行通道60,该流动绕行通道绕进气通道22的分区域并绕叶轮通道24的分区域各在这些分区域的径向外部绕这些分区域周围环形地布置并如图3中所示,从在叶轮侧的开口62向在进气侧的开口64延伸,其中,在流动绕行通道60内构造有绕行体积流量66,其方向和大小依赖于在叶轮侧的开口62与在进气侧的开口64之间的压差。0082。

34、 如果例如如图4所示,涡轮压缩机利用低于在设计点A内的气体体积流量58的气体体积流量58,也就是在部分负载运行中被运行,那么在流动绕行通道60的在叶轮侧的开口62上出现的压力高于在进气侧的开口64处存在的压力并由此绕行体积流量66a通过流动绕行通道60这样地构造,即,绕行体积流量66a从在叶轮侧的开口62向在进气侧的开口64流动并且在此穿过该在进气侧的开口贯穿通过地进入进气通道22内。0083 流动绕行通道60在此通过叶轮壳体14和进气壳体12的与叶轮轴40相关地径向内置的壁72以及叶轮壳体14和进气壳体12的径向外置的壁74来界限,其中,径向内置的壁72同时还形成进气通道22的过渡到叶轮通道。

35、24内的端部区段76。0084 端部区段76在此优选处于流动绕行通道60的在进气侧的开口64与叶轮30的轮毂体32之间。0085 进气通道22的端部区段76在此在垂直于叶轮轴40分布并在轮毂体的在进气侧的上部区域78处接触轮毂体32的平面E1的区域内过渡到叶轮通道24内。端部区段76此外优选处于流动绕行通道60的在进气侧的开口64与平面E1之间并具有流动引导面78,该流动引导面连续过渡到在进气侧的开口64处在其中的面80中。0086 此外,进气通道22包括直至流动绕行通道60的在进气侧的开口64引导的流动引导面81。0087 流动绕行通道60的布置在径向内置的壁72中的在叶轮侧的开口62在此处。

36、在面82中,该面连续过渡到叶轮通道24的与在叶轮侧的开口62逆流邻接的流动引导面84中和叶轮通道24的顺流邻接的流动引导面86中。0088 此外,在叶轮侧的开口62这样地布置,即,其在叶轮轴40的方向上处于长叶轮叶片34的在进气侧的端部38与短叶轮叶片36的在进气侧的端部42之间(图5)。0089 这样做的原因是,在涡轮压缩机在低于设计点A的气体体积流量58的情况下运行时,沿叶轮叶片34的在进气侧的端部38顺流直接形成漩涡,这些漩涡基于流动不稳定性有助于“抽吸”。这些漩涡优选被去除并且出于这一原因在上面所提到的区域内设置有在叶轮侧的开口62,以便产生这种可能性,即,在气体体积流量低于在设计点A。

37、的情况下的气体体说 明 书CN 102695881 A7/9页10积流量的情况中,这些本身构造的漩涡不能穿过叶轮通道24流动,而是能够侧面地从叶轮通道24相对于转子轴40径向排出。0090 正如图5和图6所示,通过在叶轮侧的开口62排出的绕行体积流量66碰到由径向外置的壁74形成的转向面90上,该转向面将绕行体积流量66a朝向在进气侧的开口64转向,从而该绕行体积流量在径向内置的壁72与径向外置的壁74之间朝向在进气侧的开口64流动并在达到在进气侧的开口64之前通过同样又由径向外置的壁74形成的转向面92转向,从而排出的绕行体积流量66a具有垂直于流动方向100分布的流动方向96,在进气通道2。

38、2内进入的气体体积流量58以该流动方向100朝向叶轮30流动。0091 这种绕行体积流量66a当在叶轮侧的开口62上的压力大于在进气侧的开口64上的压力时出现,从而基于进入到进气通道22内的气体体积流量58的压差,作为绕行体积流量66a的一部分进入在叶轮侧的开口62中并通过流动绕行通道60流动到在进气侧的开口64内。0092 在进气侧的开口64特别是这样地布置,即,其处于一个几何形状面102中,该面与处在逆流的面104以及处在顺流的面106连续邻接并由此不产生进入进气通道22内的气体体积流量58。0093 例如,面102、104和106是与叶轮轴40同轴分布的呈柱体形面。0094 在涡轮压缩机。

39、内的在其中调整出负责构造绕行体积流量66a的运行状态的流动状态通常在气体体积流量58低于为设计点A所设置的气体体积流量58时才存在,从而叶轮30的进气侧借助叶轮叶片34已经进行了负责构造绕行体积流量66a的压力构建。0095 特别是在具有低于为设计点所设置的气体体积流量58的运行状态的情况下的绕行体积流量66a的构造通过流动绕行通道60的在进气侧的开口64的布置而得到促进,因为通过将在进气侧的开口64布置在与叶轮轴40同轴的柱状面80中,经由进气通道22进入的气体体积流量58绝对没有堵塞作用引起并由此在进气侧的开口64内绝对不引起压力上升,从而在在进气侧的开口64的区域内不出现与绕行体积流量6。

40、6相反作用的效应。0096 此外该事实造成,绕行体积流量66a以垂直于叶轮轴40分布的流动方向96贯穿穿过在进气侧的开口64,该绕行体积流量66a与通过进气通道22进入的气体体积流量58混合,从而二者共同进入叶轮通道24,必要时还通过进气通道22的在其横截面方面变窄的端部区段76加速度。0097 此外,这种绕行体积流量66a的构造也由此被促进,即,流动绕行通道60在其在进气侧的开口64上提供流动横截面面积,其大于在叶轮侧的开口62的流动横截面面积的2.5倍并且由此,此外流动绕行通道60从在叶轮侧的开口62直至在进气侧的开口64地连续扩大。0098 由此,绕行体积流量66a的减速在流动绕行通道60从在叶轮侧的开口62直至在进气侧的开口64的通流的情况下进行,从而由在进气侧的开口64排出的绕行体积流量66a的流动速度基本相应于进入进气通道22内的气体体积流量的流动速度。0099 流动绕行通道60的这种设计导致涡轮压缩机从图4中所示的设计点出发,在部分负载运行中在明显低于设计点A的气体体积流量58的情况下仍可以被运行。例如,在此压缩机在没有抽吸(也就是通过在气体体积流量内的流动不稳定性而出现的振动)的情况下,可以直至如下的气体体积流量运行,该气体体积流量直至低于为设计点A所设置的气体体说 明 书CN 102695881 A10。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 机械工程;照明;加热;武器;爆破 > 液体变容式机械;液体泵或弹性流体泵


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1