CN112160939A - 压缩机流道及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机流道及压缩机。该压缩机流道包括扩压器、弯道和回流器，弯道连通扩压器和回流器；扩压器具有相对的第一内侧壁和第一外侧壁，弯道具有相对的第二内侧壁和第二外侧壁，回流器具有相对的第三内侧壁和第三外侧壁；第二内侧壁包括依次连接的第一内侧弧壁段、内侧直壁段和第二内侧弧壁段，第二外侧壁包括依次连接的第一外侧弧壁段、外侧直壁段和第二外侧弧壁段，内侧直壁段和外侧直壁段在压缩机流道的流道截面上的投影呈直线；第一内侧弧壁段和第一外侧弧壁段分别与第一内侧壁和第一外侧壁连接，第二内侧弧壁段和第二外侧弧壁段分别与第三内侧壁和第三外侧壁连接。本发明能有效改善叶轮进口气流条件和做功能力，降低能量消耗。

Description

压缩机流道及压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种压缩机流道及压缩机。

背景技术

在多级离心压缩机中，气流在扩压器中扩压后进入弯道，经弯道180°的转弯后进入回流器，由回流器把扩压器流出的气流，尽可能均匀地引入下一级。现有技术中，弯道的内侧壁和弯道的外侧壁通常采用同心圆结构形成气流流道，此时方式在气流经过弯道时会存在较大的能量损失。

发明内侧容

本发明针对气流经过弯道能量损失大的的问题，提出了一种压缩机流道及压缩机，该压缩机流道及压缩机具有能量损失小、工作效率高和工作稳定性好的技术效果。

一种压缩机流道，包括扩压器、弯道和回流器，所述扩压器和所述回流器相对布设，所述弯道的入口连通所述扩压器的出口，所述弯道的出口连通所述回流器的入口；

所述扩压器具有相对的第一内侧壁和第一外侧壁，所述弯道具有相对的第二内侧壁和第二外侧壁，所述回流器具有相对的第三内侧壁和第三外侧壁；

所述第二内侧壁包括依次连接的第一内侧弧壁段、内侧直壁段和第二内侧弧壁段，所述第二外侧壁包括依次连接的第一外侧弧壁段、外侧直壁段和第二外侧弧壁段，所述内侧直壁段和所述外侧直壁段在所述压缩机流道的流道截面上的投影呈直线；

所述第一内侧弧壁段和所述第一外侧弧壁段分别与所述第一内侧壁和所述第一外侧壁连接，所述第二内侧弧壁段和所述第二外侧弧壁段分别与所述第三内侧壁和所述第三外侧壁连接。

在其中一个实施例中，所述内侧直壁段在所述流道截面上的投影为第一横直线，所述外侧直壁段在所述流道截面上的投影为第二横直线，所述第二横直线与压缩机的中心轴线平行，所述第一横直线的延长线与所述中心轴线的夹角为-20°～20°之间。

在其中一个实施例中，所述第三内侧壁在所述流道截面上的投影为第一竖直线，所述第三外侧壁在所述流道截面上的投影的第二竖直线，所述第一竖直线的延长线与所述中心轴线的夹角和所述第二竖直线的延长线与所述中心轴线的夹角均为70°～90°之间。

在其中一个实施例中，所述第一竖直线的延长线和所述第二竖直线的延长线之间的夹角为0°～20°之间。

在其中一个实施例中，所述第一竖直线的延长线和所述第二竖直线的延长线均与所述压缩机的中心轴线垂直。

在其中一个实施例中，所述第一竖直线的延长线与所述中心轴线之间呈锐角，所述第二竖直线的延长线与所述中心轴线垂直。

在其中一个实施例中，所述第一内侧壁与所述第一内侧弧壁段、所述第一内侧弧壁段与所述内侧直壁段、所述内侧直壁段与所述第二内侧弧壁段、所述第二内侧弧壁段与所述第三内测壁均相切连接或光滑过渡连接；

所述第一外侧壁与所述第一外侧弧壁段、所述第一外侧弧壁段与所述外侧直壁段、所述外侧直壁段与所述第二外侧弧壁段，所述第二外侧弧壁段与所述第三外侧壁均相切连接或光滑过渡连接。

另外，本发明实施例还提供了一种压缩机，该压缩机具有上述任一实施例中所述的压缩机流道。

在其中一个实施例中，所述压缩机具有多级所述压缩机流道，多级所述压缩机流道依次连通，后一级所述压缩机流道的所述扩压器的入口与前一级所述压缩机流道的所述回流器的出口连通。

在其中一个实施例中，所述压缩机为单悬臂压缩机。

上述压缩机流道，弯道包括由第一内侧弧壁段和第一外侧弧壁段构成第一转弯流道、由内侧直壁段和外侧直壁段构成的直流道以及由第二内侧弧壁段和第二外侧弧壁段构成的第二转弯流道。当气流经扩压器扩压后经扩压器出口进入弯道时，气流先后经过第一转弯流道、直流道和第二转弯流道，最后进入回流器流道。气流经过第一转弯流道时气流方向沿顺时针(或逆时针)方向偏转90°，经直流道时气流方向基本保持不变，当气流经过第二转弯流道时气流方向沿顺时针(或逆时针)方向再偏转90°，实现气流在弯道内侧完成180°转弯。

与现有技术相比，能够减少弯道前半部分的通道扩压度和弯道出口内侧壁附近的局部扩压度，减少气流在弯道内侧的压力损失，并避免气流在弯道出口内侧壁处产生较大的分离损失，进而能够有效改善下一级叶轮进口气流条件和做功能力，降低压缩机能量消耗，以及提高压缩机的工作效率和稳定性。此外，还可以通过增减直流道的长度来灵活调整弯道的结构，以适应压缩机实际运行情况。

附图说明

图1为本发明一实施例中的压缩机流道的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中的压缩机流道的结构示意图。

附图标记说明：

扩压器1；第一内侧壁11；第一外侧壁12；弯道2；第二内侧壁21；第一内侧弧壁段211；内侧直壁段212；第二内侧弧壁段213；第二外侧壁22；第一外侧弧壁段221；外侧直壁段222；第二外侧弧壁段223；回流器3；第三内侧壁31；第三外侧壁32；中心轴线4。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内侧涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内侧”、“外侧”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外侧，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内侧部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1，本发明一实施例中提供了一种压缩机流道，包括扩压器、弯道2和回流器3，扩压器和回流器3相对布设，弯道2的入口连通扩压器的出口，弯道2的出口连通回流器3的入口；扩压器具有相对的第一内侧壁11和第一外侧壁12，弯道2具有相对的第二内侧壁21和第二外侧壁22，回流器3具有相对的第三内侧壁31和第三外侧壁32；第二内侧壁21包括依次连接的第一内侧弧壁段211、内侧直壁段212和第二内侧弧壁段213，第二外侧壁22包括依次连接的第一外侧弧壁段221、外侧直壁段222和第二外侧弧壁段223，内侧直壁段212和外侧直壁段222在压缩机的流道截面上的投影呈直线；第一内侧弧壁段211和第一外侧弧壁段221分别与第一内侧壁11和第一外侧壁12连接，第二内侧弧壁段213和第二外侧弧壁段223分别与第三内侧壁31和第三外侧壁32连接。

可以理解地，第一内侧壁11与第一外侧壁12构成扩压器流道；第二内侧壁21和第二外侧壁22构成弯道流道；第三内侧壁31和第三外侧壁32构成回流器流道；当第一内侧弧壁段211和第一外侧弧壁段221分别与第一内侧壁11和第一外侧壁12连接以及第二内侧弧壁段213和第二外侧弧壁段223分别与第三内侧壁31和第三外侧壁32连接时构成压缩机流道。

需要说明的是，扩压器、弯道2和回流器3为供气流流通的流道，内侧壁是靠近压缩机的中心轴线4的流道壁面，外侧壁是远离压缩机的中心轴线4的流道壁面，压缩机的中心轴线4为压缩机主轴的中心轴线4，压缩机的叶轮、扩压器、弯道2和回流器3均以压缩机的中心轴线4为安装轴线。压缩机流道的流道截面为经过压缩机的中心轴线4的截面。

弯道2包括由第一内侧弧壁段211和第一外侧弧壁段221构成第一转弯流道、由内侧直壁段212和外侧直壁段222构成的直流道以及由第二内侧弧壁段213和第二外侧弧壁段223构成的第二转弯流道。当气流经扩压器扩压后经扩压器出口进入弯道2时，气流先后经过第一转弯流道、直流道和第二转弯流道，最后进入回流器流道。气流经过第一转弯流道时气流方向沿顺时针(或逆时针)方向偏转90°，经直流道时气流方向基本保持不变，当气流经过第二转弯流道时气流方向沿顺时针(或逆时针)方向再偏转90°，实现气流在弯道2内侧完成180°转弯。

由于直流道的设计，与现有技术相比，能够使得弯道2入口处的转弯弧度和弯道2出口处的转弯弧度变小，从而避免气流在弯道2内侧转弯太急，减少弯道2前半部分的通道扩压度和弯道2出口内侧壁附近的局部扩压度，减少气流在弯道2内侧的压力损失，并避免气流在弯道2出口内侧壁处产生较大的分离损失，进而能够有效改善下一级叶轮进口气流条件和做功能力，降低压缩机能量消耗，以及提高压缩机的工作效率和稳定性。此外，还可以通过增减直流道的长度来灵活调整弯道2的结构，以适应压缩机实际运行情况。

可以理解地，弯道2的第一内侧弧壁段211、第一外侧弧壁段221、第二内侧弧壁段213以及第二外侧弧壁段223四段壁面在流道截面上的投影均呈弧线。

可选地，参见图1及图2，第一内侧弧壁段211、第二内测弧壁段、第一外侧弧壁段221、第二外侧弧壁段223为圆弧段，且四者的曲率半径大于现有技术的弯道2采取同心圆结构时的曲率半径，即能够使得弯道2入口处的转弯弧度和弯道2出口处的转弯弧度变小。

进一步地，压缩机流道为压缩机的中心轴线4为旋转轴的回转结构，即扩压器、弯道2和回流道以压缩机的中心轴线4为中线旋转形成。

在一可选实施例中，内侧直壁段212在流道截面上的投影为第一横直线，外侧直壁段222在流道截面上的投影为第二横直线，第二横直线与压缩机的中心轴线4平行，第一横直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角为-20°～20°。此时可根据第一横直线和第二横直线构成的直流道的通径变化来适应不同的压缩机机型。

可选地，参见图2，第一横直线与第二横直线平行，即均与压缩机的中心轴线4平行，此时气体在直流道内的速度不变，适应流速适中的机型。

可选地，第一横直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角为-20°～0°(不包括0°)，此时直流道沿气流的流动方向逐渐收缩；在使用时可增大气体流速，适应于流速较小的机型，有助于提高压缩机工作效率。

在实际使用时，第一横直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角可以为-15°、-10°、-5°或-1°等。

可选地，参见图1，第一横直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角为0°～20°(不包括0°)，此时，直流道沿气流的流动方向逐渐扩张，可减少气体流速，适应于流速较大的机型，有助于增压。

在实际使用时，第一横直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角可以为15°、10°、5°或1°等。

在一选实施例中，参见图1及图2，第三内侧壁31在流道截面上的投影为第一竖直线，第三外侧壁32在流道截面上的投影为第二竖直线，第一竖直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角和第二竖直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角均70°～90°。此时可根据第一竖直线和第二竖直线构成的回流器流道的通径变化来适应不同的压缩机机型。当第一竖直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角和第二竖直线的延长线与压缩机的中心轴线4的夹角均70°～90°时，经弯道2流入回流器3的气流能够均匀地流向下一级的叶轮处。

可选地，第一竖直线的延长线和第二竖直线的延长线之间的夹角为0°～20°之间，此时第一竖直线和第二竖直线包括两种布置关系，一种布置关系是第一竖直线和第二竖直线平行，另一种布置关系是第一竖直线的延长线和第二竖直线的延长线之间呈锐角。

参见图1，当第一竖直线和第二竖直线的夹角为0°，即第一竖直线与第二竖直线平行时，第一竖直线和第二竖直线构成的流道通径不变，气流经过回流器3时，气流速度保持不变。优选地，第一竖直线与第二竖直线平行时还均与中心轴线4垂直，此时有助于气流经回流器3到底叶轮时，减少转弯弧度，降低能量损耗。

参见图2，当第一竖直线的延长线和第二竖直线的延长线之间呈锐角时，第一竖直线和第二竖直线构成流道通径逐渐增大，即回流器3逐渐扩张，使得气流流速减小，压力增大，此时回流器3具有一定的扩压作用，适应于需要回流器3扩压的情况，例如在压缩机的流速高时，有助于提高压缩机的能量利用率。

在实际使用时，可以使得第二竖直线的延长线与压缩机的中心轴线4垂直，第一竖直线的延长线与压缩机的中心轴线4呈锐角，例如75°、77°、80°、85°、88°等。此时，可以不需要对现有扩压器结构部分的优化改进，缩短设计周期；同时，还有利于减少压缩机重量，实现压缩机轻量化设计。

进一步地，在回流器3上布置有叶片(未图示)，叶片布置于回流器3的出口，叶片的一端连接在回流器3的外侧壁上，叶片的另一端向回流器3的内侧壁延伸，并与回流器3的内侧壁之间存在间隙。可以采取现有技术中的叶片作为回流器3的叶片，再此不对回流器3上的叶片结构进行限制。

在回流器3的出口布置叶片，能够使得气流在回流器3的出口尽可能均匀，避免气体进入下一级叶轮进口时气体预旋的问题。

优选地，第一内侧壁11与第一内侧弧壁段211、第一内侧弧壁段211与内侧直壁段212、内侧直壁段212与第二内侧弧壁段213、第二内侧弧壁段213与第三内测壁均相切连接或光滑过渡连接，以避免连接处的不平整影响到压缩机气动性能。

进一步地，第一外侧壁12与第一外侧弧壁段221、第一外侧弧壁段221与外侧直壁段222、外侧直壁段222与第二外侧弧壁段223，第二外侧弧壁段223与第三外侧壁32均相切连接或光滑过渡连接，以避免连接处的不平整影响到压缩机的气动性能。

本发明实施例中提供的压缩机流道，通过对弯道2结构进行优化，弯道2的第二内侧壁21包括依次连接的第一内侧弧壁段211、内侧直壁段212和第二内侧弧壁段213，弯道2的第二外侧壁22包括依次连接的第一外侧弧壁段221、外侧直壁段222和第二外侧弧壁段223，内侧直壁段212和外侧直壁段222在压缩机的流道截面上的投影呈直线。与现有技术相比，本发明实施例中的压缩机流道，能够使得弯道2入口处的转弯弧度和弯道2出口处的转弯弧度变小，从而避免气流在弯道2内侧转弯太急，减少弯道2前半部分的通道扩压度和弯道2出口内侧壁附近的局部扩压度，减少气流在弯道2内侧的压力损失，并避免气流在弯道2出口内侧壁处产生较大的分离损失，进而能够有效改善下一级叶轮进口气流条件和做功能力，降低压缩机能量消耗，以及提高压缩机的工作效率和稳定性。此外，还可以通过增减直流道的长度来灵活调整弯道2的结构，以适应压缩机实际运行情况。

另外，本发明一实施例中还提供了一种压缩机(未图示)，该压缩机具有如上述任一实施例中所述的压缩机流道。由于该压缩机具有上述压缩机流道，因此该压缩机具备上述压缩机流道的所有有益效果，在此不赘述。

在一可选实施例中，该压缩机为多级压缩机，多级压缩机具有多级压缩机流道，多个压缩机流道依次流通，后一级压缩机流道的扩压器的入口与前一级压缩机流道的回流器3的出口连通。

可选地，一种压缩机气流通路结构是，在相邻两级压缩机流道中，其连通处设置有叶轮，叶轮的进口端连通前一级回流器3的出口，叶轮的出口端连通后一级扩压器的入口；第一级压缩机流道的入口处设置有叶轮，叶轮的出口连通第一压缩机流道的扩压器的入口；最后一级压缩机流道的出口处连接有蜗壳，最后一级压缩机流道的回流器3的出口连通蜗壳；如此，可实现多级压缩。

当然，还可以采取其他布局方式进行气流多级压缩，在此不赘述。

优选地，压缩机为两级压缩机或三级压缩机，此时，该压缩机流道能够满足压缩机的压缩需求，避免因压缩级数太多造成能量损耗大，进而导致压缩机喘振的问题。

优选地，压缩机为单悬臂压缩机。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压缩机流道，其特征在于，包括扩压器、弯道和回流器，所述扩压器和所述回流器相对布设，所述弯道的入口连通所述扩压器的出口，所述弯道的出口连通所述回流器的入口；

所述扩压器具有相对的第一内侧壁和第一外侧壁，所述弯道具有相对的第二内侧壁和第二外侧壁，所述回流器具有相对的第三内侧壁和第三外侧壁；

所述第二内侧壁包括依次连接的第一内侧弧壁段、内侧直壁段和第二内侧弧壁段，所述第二外侧壁包括依次连接的第一外侧弧壁段、外侧直壁段和第二外侧弧壁段，所述内侧直壁段和所述外侧直壁段在所述压缩机流道的流道截面上的投影呈直线；

所述第一内侧弧壁段和所述第一外侧弧壁段分别与所述第一内侧壁和所述第一外侧壁连接，所述第二内侧弧壁段和所述第二外侧弧壁段分别与所述第三内侧壁和所述第三外侧壁连接。

2.根据权利要求1所述的压缩机流道，其特征在于，所述内侧直壁段在所述流道截面上的投影为第一横直线，所述外侧直壁段在所述流道截面上的投影为第二横直线，所述第二横直线与压缩机的中心轴线平行，所述第一横直线的延长线与所述中心轴线的夹角为-20°～20°之间。

3.根据权利要求2所述的压缩机流道，其特征在于，所述第三内侧壁在所述流道截面上的投影为第一竖直线，所述第三外侧壁在所述流道截面上的投影的第二竖直线，所述第一竖直线的延长线与所述中心轴线的夹角和所述第二竖直线的延长线与所述中心轴线的夹角均为70°～90°之间。

4.根据权利要求3所述的压缩机流道，其特征在于，所述第一竖直线的延长线和所述第二竖直线的延长线之间的夹角为0°～20°之间。

5.根据权利要求4所述的压缩机流道，其特征在于，所述第一竖直线的延长线和所述第二竖直线的延长线均与所述压缩机的中心轴线垂直。

6.根据权利要求4所述的压缩机流道，其特征在于，所述第一竖直线的延长线与所述中心轴线之间呈锐角，所述第二竖直线的延长线与所述中心轴线垂直。

7.根据权利要求1所述的压缩机流道，其特征在于，所述第一内侧壁与所述第一内侧弧壁段、所述第一内侧弧壁段与所述内侧直壁段、所述内侧直壁段与所述第二内侧弧壁段、所述第二内侧弧壁段与所述第三内测壁均相切连接或光滑过渡连接；

所述第一外侧壁与所述第一外侧弧壁段、所述第一外侧弧壁段与所述外侧直壁段、所述外侧直壁段与所述第二外侧弧壁段，所述第二外侧弧壁段与所述第三外侧壁均相切连接或光滑过渡连接。

8.一种压缩机，其特征在于，具有如权利要求1-7中任一项所述的压缩机流道。

9.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机具有多级所述压缩机流道，多级所述压缩机流道依次连通，后一级所述压缩机流道的所述扩压器的入口与前一级所述压缩机流道的所述回流器的出口连通。

10.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机为单悬臂压缩机。

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