專利名稱：帶有管道擴散器和集氣器的離心壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及致冷壓縮機，特別涉及帶有獨特的擴散器和集氣器組合以獲得高效性能的離心壓縮機。
在采用水冷冷凝器的大容量空調(diào)系統(tǒng)中，離心壓縮機是很常用的。在這種壓縮機中致冷劑一般選用在熱力學(xué)循環(huán)中效率比較高的CFC-11。
給定了所采用的這種致冷劑，且給定了具體裝置的系統(tǒng)容量要求(即壓力比及流量要求)之后，就可以確定各種部件的尺寸。如果像一般情況下那樣速度認為是固定的，則葉輪的直徑和寬度就要配合具體裝置的容量要求進行選擇。當(dāng)然，是葉輪把致冷劑加速到高速，然后在把動能轉(zhuǎn)換成壓能的同時需要把致冷劑速度降至低速。這一般采用擴散器來完成，并且，在某種程度上，采用一擴散器向其中排放致冷劑的排放室。
采用CFC-11作為致冷劑時，一般認為，由于通常可資利用的擴散器空間的限制充分擴散(即基本上所有的動能轉(zhuǎn)化為壓能)是不能實現(xiàn)的。即，如要充分擴散，這樣的擴散器相對于驅(qū)動電動機和齒輪系統(tǒng)要非常的大，而這將大大有損于該系統(tǒng)的實際應(yīng)用。一般的方法是將擴散過程在一個稱作渦殼的螺旋形殼體內(nèi)完成。渦殼既完成擴散功能，又收集隨后流向冷凝器的排出蒸汽。雖然渦殼因其逐漸增大的橫截面而提供了一個最佳地利用空間的設(shè)計，眾所周知，在渦殼內(nèi)進行擴散，效率是所損失的。
一般的離心壓縮機具有一外徑為葉輪直徑兩倍的渦殼。在這種幾何形狀的情況下，壓縮機內(nèi)的擴散器外徑，因而要有大的渦殼直徑，而且也要求渦殼有大的橫截面積以使一給定容量的流體以一較低的速度通過。由于這些限制，具有傳統(tǒng)的、尺寸受到限制的擴散器/渦殼組合的離心壓縮機在承受部分載荷的情況下渦殼尺寸變得太大并開始形成圓周擴散器時，將產(chǎn)生較大的圓周流的畸變。所產(chǎn)生的周向壓力的增長，及其相應(yīng)的液流的不均勻性在擴散器上游甚至葉輪的進口也表現(xiàn)出來。液流的這種不均勻性影響了整個壓縮機的效率，并且在承受部分載荷的情況下，減小了它的穩(wěn)定的工作范圍。
所以本發(fā)明的目的就在于提供一改進的離心壓縮機方法和裝置。
這一目的通過權(quán)利要求中的前序部分所述的裝置及其特征部件的特征來實現(xiàn)。
簡單地說，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將一種密度較高的致冷氣體(如HCFC-22)用于離心壓縮機中，使得當(dāng)應(yīng)用傳統(tǒng)的比例法則時，空氣動力元件的線性尺寸可以減小到電動機和驅(qū)動裝置成為決定尺寸大小的元件，而不是由空氣動力結(jié)構(gòu)來決定。而減小后的尺寸大小可在擴散器內(nèi)將動能完全轉(zhuǎn)化成壓力能，從而提供較高的效率。采用這種方式，在仍然具有幾何條件限制的情況下擴散過程的效率得以達到最佳化。
本發(fā)明的另一方面，擴散器由一管式擴散器組成，該管式擴散器具有一組周向間隔的、大體徑向延伸的、截頭錐狀通道，這些通道的長度選擇得使面積比為5∶1，以使致冷氣體充分(基本上完全)擴散。
本發(fā)明的又一方面，離心壓縮機的傳統(tǒng)渦殼由一周向?qū)ΨQ的集氣器取代，用以收集從擴散器來的低速氣體。由于在擴散器內(nèi)充分擴散，集氣器內(nèi)由于不均勻速度造成的周向壓力畸變就變成最小。另外，由于集氣器的橫截面積比渦殼大，由致冷氣體較充分的擴散所產(chǎn)生的較大的氣流體積可不受限制地被容納。這樣，能在其內(nèi)進行充分擴散(基本上完全擴散)的管道擴散器，和一具有均勻圓周橫截面的較大的集氣器可相輔相成地結(jié)合起來有效地使用，從而可在一大而穩(wěn)定的工作范圍內(nèi)達到最佳化的效率，而且這一切都是在給定的幾何條件下(范圍內(nèi))實現(xiàn)的。
下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的一最佳實施例;然而，本發(fā)明并不限于所述實施例，在不超出本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍的情況下，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員完全可以作出其他種種的變化及替代結(jié)構(gòu)。


圖1為采用本發(fā)明的離心壓縮機的部分剖視圖。
圖2為本發(fā)明葉輪部分的部分端視圖。
圖3為沿圖23-3線剖開的剖視圖。
圖4為本發(fā)明擴散器部分的軸向剖視圖。
圖5為沿圖45-5線剖開的剖視圖。
圖6為圖5的局部放大圖。
圖7為本發(fā)明收集器部分的剖視圖。
圖8為沿圖78-8線剖開的剖視圖。
請參見圖1。本發(fā)明的裝置總的以10表示，安裝在一離心壓縮機11內(nèi)，壓縮機11包括一把致冷氣體的速度加速到高速的葉輪12，一個在把動能轉(zhuǎn)換成壓力能的同時把致冷劑速度降到低速的擴散器13，一收集器14形式的集氣系統(tǒng)用以收集其后流入冷凝器的排出氣體。葉輪12的動力是通過一電動機(圖中未畫出)提供的，該電動機密封安裝在壓縮機的另一端，它使低速軸16轉(zhuǎn)動，低速軸16則依次帶動傳動齒輪17，從動齒輪18和一高速軸19。
高速軸19的兩端分別由軸承21和22支承，軸承22既作為軸頸軸承以保持軸19的徑向位置，又作為推力(止推)軸承以保持其軸向位置。
為了對葉輪12產(chǎn)生的空氣動力推力提供一反作用力，通過在葉輪12后面的一低壓腔20提供一平衡活塞。在葉輪12內(nèi)有許多通道25以使腔內(nèi)或平衡活塞20內(nèi)的壓力與總體上用編號23表示的壓縮機吸氣區(qū)域內(nèi)的壓力保持在同樣的低壓下。由于腔24內(nèi)的壓力比腔20內(nèi)的壓力高，特別是在部分載荷運行過程中，所以，在軸承22和葉輪12之間有一迷宮氣封(曲徑氣封)26以密封該區(qū)域，阻止油及氣體從傳動裝置進入平衡活塞20。這一概念是眾所周知的，還有通過在迷宮氣封上施加高壓氣體對迷宮氣封加壓的進一步的概念也是如此。對迷宮氣封加壓的高壓蒸汽是通過管27及其有關(guān)通道28導(dǎo)入的。
接下來描述致冷劑在壓縮機11內(nèi)流動的方式。致冷劑進入吸氣殼31的進氣口29，經(jīng)過葉片環(huán)組件32和導(dǎo)向葉片33，然后進入壓縮機吸氣區(qū)域23，該區(qū)域通向一壓縮區(qū)域，壓縮區(qū)域的內(nèi)側(cè)由葉輪12限定，其外側(cè)則由罩蓋34限定。壓縮后，致冷劑流入擴散器13、集氣器14和排氣管(圖中未畫出)。
從圖中可以看出，與集氣器14形成一體的壓縮機機座36通過螺釘?shù)冗m當(dāng)?shù)墓潭?圖中未畫出)與傳動殼體37和電動機殼體38連接。吸氣殼體31則通過一組螺釘39與壓縮機機座36連接。然后葉片環(huán)組件32通過螺釘45固定在吸氣殼體31的內(nèi)端41上。
在吸氣殼體31安裝到壓縮機機座36上去之前，如圖所示，擴散器13通過一組螺釘43與壓縮機機座36的環(huán)狀面42連接。然后罩蓋34通過一組螺釘44固定在擴散器結(jié)構(gòu)上。在罩蓋34的進口端47和葉片環(huán)組件32的下游側(cè)之間留有一小的間隙46。
下面請參見圖2和圖3，其中較詳細地示出了包括輪轂47、形成一體并徑向伸展的盤48和一組葉片49在內(nèi)的葉輪12。輪轂47內(nèi)有一輪轂孔51和鍵槽52及53以在高速軸19上可驅(qū)動地安裝葉輪12。輪轂47內(nèi)還設(shè)有一組通道25用以為上述平衡活塞20建立適當(dāng)壓力，以及設(shè)有一組螺紋孔54以將前錐狀體56固定到如圖1所示的葉輪上。
在葉輪輪轂47的后側(cè)為一通過通道25與一低壓區(qū)連通的淺圓筒形腔20作為如上所述的平衡活塞。另外，靠近孔51處設(shè)有一環(huán)形腔57以消除鍵槽通道52的應(yīng)力及通過墊片調(diào)節(jié)葉輪12的軸向位置。
圖4-6較詳細地示出了擴散器13的細節(jié)。該擴散器由一單個環(huán)形鑄件構(gòu)成，它包括一主體或環(huán)形部分58、一內(nèi)環(huán)形法蘭(凸緣)59、和一外環(huán)形法蘭(凸緣)61。內(nèi)環(huán)形法蘭59是用于支承如上所述的罩蓋結(jié)構(gòu)34的。該罩蓋結(jié)構(gòu)通過一組螺釘44與其相連。外環(huán)形法蘭61具有一如圖1所示與集氣器14內(nèi)表面嚙合的徑向延伸邊緣62。該邊緣62的端部設(shè)有一槽63以容納一環(huán)形密封圈(圖中未畫出)，該密封圈可阻止邊緣62和集氣器14的邊緣之間的致冷劑的泄漏。
在擴散器13的環(huán)形部分58內(nèi)設(shè)有一組容納螺釘43的孔64，該螺釘如圖1所示用于將擴散器13固定到集氣器結(jié)構(gòu)14上。環(huán)形部分58還通過機加工或類似的方法設(shè)置一組周向間隔、大體上徑向伸展的錐形通道66，通道66的中心線67與以68表示的公共圓(一般稱作相切圓)相切。
從圖6中可以看出，每個錐形通道66都具有三段串連的部分，圖中分別由69、71和72表示，均與軸線67同軸。第一部分69為圓柱形(即有一恒定直徑)，且成一定的角度從而在其兩圓周側(cè)穿越類似的部分。第二部分71具有一稍稍擴張(口)的軸向截面，其壁73向外與軸線67成一角度β。該角度β以呈2°較為合適。第三段72軸向剖面更擴大一點，其壁74與中心線67成一角度α。角度α呈4°較為合適。通道66的外端截面面積增加代表在擴散器13內(nèi)的擴散度，其量可由下列等式表示
面積比＝ (通道出口端面積)/(通道進口端面積)其中面積是與圖6中A處的軸線垂直的面積。
如上所述，人們希望在擴散器13內(nèi)進行基本上完全的擴散，使得致冷氣體在進入集氣器結(jié)構(gòu)14時就不再進一步膨脹。為了達到完全擴散的目的，面積的比值一般希望達到5∶1或更高。擴散器內(nèi)有了這樣的面積比值，離開擴散器的致冷氣體就將是充分膨脹的氣體，這就需要一大的排放區(qū)域來收集該氣體，以便在下游有進一步的分布。較大的集氣器14就是用來實現(xiàn)這一目的的。
現(xiàn)在請參見圖7和8，圖中示出了與集氣器結(jié)構(gòu)14形成一體的壓縮機機座36。從圖中可以看到，一帶有孔77的徑向伸展壁76用來作為葉輪12，驅(qū)動軸19和軸承22的支承結(jié)構(gòu)。當(dāng)壁76徑向向外伸展時，其表面42被用來支承固定在其上的擴散器13，而當(dāng)壁76進一步向外徑向伸展時，就形成了一具有形狀比較大而且比較均勻的圓周橫截面的喇叭形集氣器14。如上所述該集氣器結(jié)構(gòu)終止于徑向向內(nèi)端面78處，該端面78與擴散器13的邊緣62的槽63相接合。
由于集氣器14內(nèi)的集氣系統(tǒng)79的尺寸比較大，使從擴散器13經(jīng)過的充分擴散或膨脹的致冷氣體在集氣系統(tǒng)79內(nèi)被收集，而不會在氣體沿排出孔81進入冷凝器之前受到大的限制。
權(quán)利要求
1.一種改進的離心壓縮機11含有將致冷氣體加速到高速的葉輪12、將氣體的動能轉(zhuǎn)化成壓力能的擴散器13、和接收來自擴散器的減速的氣體并將其傳送到冷凝器的排氣室14，其特征在于所述擴散器包括一組周向間隔的，大體上徑向伸展的、其面積比能使壓縮致冷氣充分擴散的錐形(擴口式)通道66；和所述排氣室14包括一含有足夠大的容積以收集來自所述擴散器的擴散后的致冷劑，而不會對所述擴散器13內(nèi)的致冷劑流加以限制的周向?qū)ΨQ的集氣器14。
2.如權(quán)利要求1所述的改進的離心壓縮機11，其特征在于致冷劑為密度較高的致冷劑。
3.如權(quán)利要求2所述的改進的離心壓縮機，其特征在于，所述致冷劑為HCFC-22。
4.如權(quán)利要求1所述的改進的離心壓縮機，其特征在于，所述的面積比至少為5∶1。
5.如權(quán)利要求1所述的改進的離心壓縮機，其特征在于，所述的每個通道66包括兩個串聯(lián)的連接段，第一段71具有與中心線67成β角的漸擴壁73，第二段72具有較大的與中心線67成α角的漸擴壁74。
6.如權(quán)利要求5所述的改進的離心壓縮機，其特征在于，在第一段71的漸擴壁73與中心線67之間的角度β為2度，在第二段72的漸擴壁74與中心線67之間的角度α為4度。
7.如權(quán)利要求1所述的改進的離心壓縮機，其特征在于，所述通道66的橫截面為圓形。
8.如權(quán)利要求7所述的改進的離心壓縮機，其特征在于，所述通道66的縱向截面為截頭錐狀。
全文摘要
一種用于離心壓縮機中的通道形擴散器用以使葉輪下游的致冷劑充分擴散。由這樣的擴散過程所形成的大容積的擴散氣體通過一具有均勻周向橫截面的大容積集氣器所接收。結(jié)果使本發(fā)明具有較高的效率和較大的穩(wěn)定的工作范圍。
文檔編號F04D29/44GK1061264SQ9111055
公開日1992年5月20日 申請日期1991年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月30日
發(fā)明者約斯特·約翰內(nèi)斯·布拉斯 申請人:運載器有限公司