专利名称：用于离心式压缩机的旋转叶片式散流器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及离心式压缩机，尤其涉及一种用于离心式压缩机的散流器结构。
背景技术：
在离心式蒸气压缩机的使用中出现的一个主要问题在于，当该压缩机负荷在较宽的范围内改变时，需要保持流动稳定性。压缩机入口、叶轮、和散流器通道的尺寸必须这样确定成，即，用于提供最大的体积流率。因此，当经过该压缩机的体积流率较低时，流体流动变得不稳定，以下将描述这种状况。当体积流率从稳定的范围中下降时，引入了一定范围的稍微不稳定的流动。在该范围内，在散流器通道中出现了部分的逆流，从而产生了噪音并使该压缩机的效率降低。在该范围之下，该压缩机出现了已知的喘振现象，其中在散流器通道中出现了完全的逆流，从而损害了该设备的效率并危急该设备部件的完整性。因为在大多数压缩机应用场合中较宽范围的体积流率是所希望的，所以已经提出了多种变型，以便改善流动稳定性并提高在低体积流率时设备的效率。
在美国专利3362625中，一个不带叶片的散流器设置有限流器，该限流器在该散流器中用于调节流动，试图改善低体积流率时的稳定性。在美国专利2996996和4378194中披露了宽度可变的散流器，其中该散流器叶片通过例如螺栓稳固地固定到一个散流器壁上。该叶片适于经过形成在另一壁中的开口，因此可使得该散流器的几何形状依据负荷状况的改变而改变。因为带叶片的散流器在设计范围内比不带叶片的散流器的效率高，所以带叶片的散流器与不带叶片的散流器相比是优选的，尽管如此，该宽度可变的散流器仍然具有许多问题，尤其是在该设备的制造、维护和运行方面。在美国专利5807071披露的带有叶片的散流器中克服了这些问题，其中设置一对互连的环，以便以连接方式限定流动通道，该流动通道可通过旋转其中一个环来选择性地改变。
在美国专利5683223中披露了另一种方式的宽度可变的散流器，其中独立的叶片借助连接到其上的机构可一起选择性地旋转，由此可适用于变化的负荷状况。通常，这种结构在两个方面中存在问题。首先，难以获得精确的控制，精确控制是在定位独立叶片方面保持一致性所需的。也就是说，例如如果需要关闭所有的叶片，在定位机构中的任何不准确性可能使得一个或多个叶片处于部分打开的位置，由此将引起不希望的效率降低。由于这种设备通常存在不同的间隙和部件的磨损，所以该不一致性更加复杂化。其次，较大的力施加在这些位置可变的叶片的前缘上，导致其前缘出现振动，由此影响动态稳定性。为了控制或消除这种振动，必需提供一种坚固、耐用、并稳定的叶片定位机构，在设计中需要考虑到这些因素。
尽管一些现有技术的叶片式散流器设置用于通过围绕枢转点旋转来改变叶片安装角，但是枢转销的定位不能对于该散流器的最佳性能进行优化。
发明内容
本发明的目的在于在离心式压缩机中设置一种叶片式散流器，其中该叶片的定位可改变并且选择性地控制，以便有效地且准确地改变叶片的间距，从而可适配于该压缩机的变化的负荷水平。
在优选实施例中，叶片安装装置设置叶片，每一叶片举行枢转销，该枢转销设置在叶片前缘附近并且用于定位其叶片，致动机构与叶片在其后缘附近接合，并且在操作上使得叶片在其枢转销的轴线上旋转；并且在每一叶片中的槽口允许当叶片与安装装置相对旋转时在叶片与安装装置之间相对运动。这种结构提供了用于叶片的刚性且准确的定位，以便在叶片之间保持稳定的气流。
依据本发明的另一方面，致动机构包括一轴和一与所述叶片接合的相关的离心凸轮表面，其中该轴可旋转以使得叶片旋转。
依据本发明的另一方面，枢转销与该叶片成一体。
依据本发明的又一方面，该槽口位于该叶片的后缘附近，并且该凸轮表面设置在该槽口中。
根据本发明的另一方面，该枢转销设置在槽口中。
根据本发明的另一方面，该凸轮表面是圆形的并且安装在叶片中的圆形开口中。
依据本发明的另一方面，该致动机构包括与借助致动销与每一叶片互连的环，还包括用于使所述环旋转以便大体一致地移动多个叶片的装置。
根据本发明的另一方面，该致动销与所述可旋转环成一体，并且设置在形成在叶片中的开口中。
依据本发明的再一方面，叶片开口是细长的，以允许致动销和叶片之间往复运动。
依据本发明的又一方面，致动销与叶片成一体并设置在可旋转环中的开口中。
依据本发明的另一方面，枢转销的定位进行优化，从而降低了可能出现在流动通道的喉部处的性能损失。
通过参照附图并结合以下的优选实施例的描述，可更好地理解本发明的以上和其它的目的、特征和优点。
图1是结合有本发明的一个实施例的离心式压缩机的透视图；图2是依据本发明的优选实施例的叶片和凸轮部分的分解透视图；图3A和3B示出了叶片和凸轮部件的替代实施例；图4是沿图3的线A-A截取的叶片和凸轮部件的截面图；图5是依据本发明的优选实施例的叶片和致动环的局部截面图；图6和7是正视和后视透视图；图8是依据本发明的优选实施例的安装在离心式压缩机中的本发明的侧视示意图；图9是叶片及其安装机构截面图；图10安装在该系统中的散流器叶片的轴向图；图11是散流器设备的一部分的示意图，其中示出了通道的喉部；以及图12A和12B是散流器叶片的局部轴向图，其示出了依据本发明的枢转销的定位。
具体实施例方式
参照图1，由附图标记10来表示的本发明的装置设置在离心式压缩机内，该离心式压缩机具有用于将制冷剂气体压缩成高压高动能的状态的叶轮，制冷剂流经散流器12，在其中动能转变成势能或动压，并且制冷剂最终流经收集器13，在该收集器中使得压力在进入排出管路之前变得比较均匀。
首先，制冷剂受迫进入吸入壳体14并流经入口导向叶片16。流动体积以常规方式选择性地控制，这是通过借助由驱动马达19驱动的滑轮17和线缆18来调节入口导向叶片16的间距来实现的。以相似的但不是常规的方式，可通过致动机构来选择性地改变散流器叶片21的间距，该致动机构包括驱动马达22和曲柄联接件，该曲柄联接件包括驱动轴23、带有致动臂的套环24、联接臂26、和驱动滑轮27。在操作中，驱动马达22选择性地使驱动轴23与该套环24一起旋转，以便使得联接臂26平移并使得与该联接臂26连接的驱动滑轮27旋转。由于其中的机械接合关系，该驱动滑轮27的旋转使得线缆28移动，并且其它滑轮29随后与驱动滑轮27一起受迫转动。因为每一滑轮29连接到致动轴31上，这些滑轮29的旋转使得致动轴31旋转，该致动轴31按照以下详细描述的方式使得散流器叶片21移动。
应当理解，在此描述和所示的滑轮和线缆驱动结构仅仅是用于致动该叶片移动机构的多种方式中的一种方式，并且因此应当仅理解成多种可能形式中的一种机械示意形式，例如其中还包括各种机械、液压、或电动驱动系统的替换形式。以下将描述作为优选机械形式的齿轮齿条驱动结构。
如图2所示，其详细示出了散流器叶片21和致动轴31。为了简化，散流器叶片21以三角形示出，但是在实际中散流器叶片21的形状可进行优化，以获得空气动力方面的性能，因此其形状为大致三角形，但也可以是各种特定的形状。该散流器叶片21具有前缘32和后缘33，流体在散流器叶片21的每一侧上从前缘32流向后缘33。枢转销34位于前缘32附近，该枢转销34从散流器叶片的一侧36上向外延伸，以便安装和定位该散流器叶片21。在优选实施例中，枢转销34可旋转地安装在固定轴线上，以便允许散流器叶片21围绕该轴线按照以下详细描述的方式旋转运动。
槽口37位于散流器叶片21的后缘33附近，该槽口37沿一个在前缘32和后缘33之间延伸的纵向平面而延伸。致动轴31具有一如图所示从其一个端部偏心地延伸的偏心销38。通过安装在槽口37中的偏心销38，致动轴31的旋转使得后缘33从一侧到另一侧地移动，其中偏心销与散流器叶片21之间的任何相对移动对应于偏心销38在槽口37内的纵向移动。枢转销34设置在前端使得在散流器叶片21的前缘32处具有最小振动的动态稳定性。间隙和对准问题由于以下原因被减至最小程度，即，致动轴31设计成与散流器叶片21接合但不与其连接。最后，偏心销38的凸轮作用使得可对叶片位置进行微小的调节，这是因为为了实现散流器叶片21的较小的旋转运动，需要致动轴31的较大的旋转运动。
散流器叶片及其相关的安装和致动装置的替代实施形式如图3和4所示。叶片41具有位于叶片41的前缘43附近的纵向延伸的槽口42以及位于其后缘46附近的圆形开口44。该安装组件包括固定的枢转销45，该枢转销与槽口42配合，以便叶片41可围绕其轴线旋转。致动机构包括一具有盘48的可旋转轴46，该盘48刚性地以所示的偏心形式连接到可旋转轴46的端部上。轴47在其轴承49和51支承下的旋转运动使得盘48在圆形开口44内旋转，由此使得叶片41围绕枢转销45的轴线旋转。由盘48的偏心动作导致的叶片41的任何径向移动对应于枢转销45在槽口42内的纵向运动。尽管所示的槽口42是线形的并且是纵向对准形式的，但是该槽口可以与该纵向成一角度或者甚至是弯曲的，以便优化前缘43的控制。
现参照优选实施例，图5-7示出了改变叶片的间距的致动系统。散流器壳体52由一对环形部件、法兰盘53、和支承环54形成，其通过多个螺栓和间隔件以间隔开的方式固定到一起，以便在其间限定散流器通道57，从而定位该散流器叶片21并且引导从(未示出的)叶轮径向向外流动的流体流，该叶轮安装在壳体中的中心开口中。多个枢转销34刚性地连接到法兰盘53的内表面59上并从其上延伸出来，散流器叶片21可旋转地安装到该枢转销34上。枢转销34与散流器叶片21中的开口之间的间隙足以允许该叶片在枢转销34上松配合地旋转，而且又不使得这些部件之间的任何明显的平移或振动移动过大。
支承环54具有形成在其中的环形通道61，以便在其中可旋转地接受调整环62(如图6、7所示)，其中轴承63设置用于使该调整环62光滑并且松配合地旋转。在该调整环62上的一侧64具有多个周向间隔开的致动销66，该致动销66从调整环62上延伸出，以便与散流器叶片21的各个槽口37接合(如图5、7所示)。因此调整环62的旋转使得所有散流器叶片21通过围绕其枢转销34的各自的轴线旋转从而一致地改变其间距。在该旋转过程中，致动销66相对于其各自的叶片沿径向移动，并且这种相对运动对应于致动销66在其各自的槽口内的运动。
应当理解，因为调整环62在内部安装在该散流器内，并且调整环62以所述的非常简单、坚固、且成本经济的方式紧密地与散流器叶片21联接，所以散流器叶片的位置控制方面的磨损、松动和不准确被减至最小程度。另外，因为所述销和叶片的运动彼此之间比较紧密，所以滑动运动被最小化，并且不需要进行独立叶片的调节，由此使得该机构容易组装和维修。
现参照优选实施例描述调整环如何选择性地旋转，在图8中由附图标记67标示的调整环包括齿条68，该齿条通过螺栓69固定到调整环67的缩进部71中。如图10所示该齿条在操作上与小齿轮72啮合，如图1所示，小齿轮72由驱动马达22和驱动轴23来驱动。调整环67由三个周向间隔开的棍子73支承，该棍子设置在调整环的内径处并通过固定装置74可旋转地固定到该设备的框架上，如图8所示。调整环67的轴向支承由多个周向间隔开的垫76来提供，该垫与调整环67的一个侧77摩擦接合。该垫76的定位通过带螺纹的调节轴78来精确调节，以使调整环67获得适当的定位并轴向支承。
在进一步详细描述本发明的细节之前，再次参照图6和7所示的结构。调整环62设置在支承环54的环形通道61中。如果这些部件的尺寸以及一个部件与另一个部件的配合是精确的，则不存在由于逆气流安置的部件产生的阻力引起的效率损失的问题。然而，如果一个部件具有轴向延伸到流体流中的边缘，当流体流径向向外流经时，则效率将降低。例如，如果调整环62的(在图6中未示出而在图7中示出的)向前端面在支承环54的向前端面之外轴向延伸，则该向前端面的径向内边缘将突伸到流体流中，从而产生了对该流体的不必要的限流作用。另一方面，如果调整环62的向前端面没有向前延伸到支承环54的向前端面，则环形通道61的径向外边缘不暴露于流体流。这个问题可通过如图8-10所示的结构来克服，其中调整环67没有如图6所示地凹进到环形通道61中，而是如图9、10所示地径向向外位于支承环54的外边缘处。其中，如图所示，支承环54的结构没有如上所述地影响效率的包围部分。因此，为了使得调整环67不在支承环54的端面之外轴向地延伸从而引起上述问题，特意地利用了较小的轴向厚度，以便使其不突伸到流体流中。由于不存在突伸到流体流中的该支承环结构，所以减轻了如上所述的由图6所示的结构产生的问题。与图6所示的环形通道61相比，这种结构还简化了机加工过程。如图9所示，由于调整环67径向向外地定位，该调整环67的径向外表面79还优选地与散流器叶片21的后缘33大致径向对准。
本发明的另一特征涉及对于每一散流器叶片21的枢转销34的定位。参照图9，每一散流器叶片21定位在支承环54的前壁81与法兰盘53的后壁82之间。在散流器叶片21的每一侧上的间隙优选为是最小化的，但是，为了使散流器叶片21能够在相邻结构之间旋转，必须提供足够的间隙。这样，在散流器叶片21的每一侧上的间隙为0.01-0.015英寸的数量级，该间隙例如为在散流器叶片21的每一侧上该叶片与前壁81之间的间隙以及该叶片与后壁82之间的间隙。尽管该间隙较小，但是仍然足以使得流经散流器叶片21的流体的一部分转向进入该间隙中。如果不受控制，该转向的气流将按照所述方式干扰流经散流器叶片21之间的气流。
图11示出了具有多个散流器叶片21的典型的叶片式散流器，其中每一散流器叶片21具有承压表面83和负压表面84，相邻叶片在其间限定一流动通道86。在这种散流器中，如图11所示，将在该通道86中的横截面面积最小处的间隙或者将从一个叶片的负压表面经相邻的叶片21的后缘32的正交投影获得的区域命名为相邻的叶片21之间的通道86的喉部87。
已发现，影响散流器性能的关键的流体变量是喉部的边界层阻碍。也就是说，如果枢转销定位在如图11所示的在喉部87上游的位置88处，则流经该通道的气体的一部分将暂时地转向流入叶片21与前端面81之间的空间中，如图9所示，当这部分的气流在其上流动时将受到干扰，由此产生紊流，当气流进入喉部87时，将在喉部的侧面上产生边界层，由此大大地降低该散流器的性能水平。依据本发明的一个实施例，通过以如下方式适当地定位枢转销可降低或消除这种损失。
图12a和12b示出了一对相邻的叶片21，该叶片分别是完全打开和完全关闭的定位情况。在图12a中，枢转销34定位在喉部87的下游，在图12b中，尽管没有设置下游更远处，但是该枢转销34仍然定位在喉部87的下游。因此，流经喉部87的任何气流不受到在枢转销34上的紊流的影响。尽管仍然有一些气流流过枢转销34，从而在通道86中在枢转销34的下游产生紊流，但是该紊流或边界层将不会进入喉部87，避免使散流器的性能降低。
尽管结合了多个具体实施例来描述本发明，但是应当理解，本发明的范围和精神由后附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于离心式压缩机的叶片式散流器，该形式的压缩机具有叶轮和散流器，该散流器用于从所述叶轮接收压缩后的气体并在该气体传送到收集器之前将该气体动能转变成更高的压力，该叶片式散流器包括散流器壳体；多个叶片，每一叶片具有前缘、后缘、以及从所述前缘延伸到所述后缘附近一点的纵向轴线；用于使所述多个叶片定位并保持在所述散流器壳体中的安装装置，相邻叶片在叶片之间限定一喉部，所述安装装置与所述多个叶片中的每一个叶片相关；枢转销，该枢转销安装在所述散流器壳体中位于所述叶片前缘附近并且用于在所述壳体内定位所述叶片，所述枢转销在该叶片的承压表面上位于该喉部的下游；与所述叶片在其后缘附近接合的致动机构，所述机构在操作上选择性地使得所述叶片围绕其枢转销的轴线旋转；和在所述叶片中的槽口，该槽口沿所述纵向轴线延伸以便允许当所述叶片旋转时沿所述纵向轴线在所述叶片与所述安装装置之间的相对运动。
2.一种用于离心式压缩机的叶片式散流器，该压缩机具有壳体和可旋转地安装在其中的叶轮，以便将压缩后的流体引入到所述散流器的入口，其中该散流器包括多个周向间隔开的叶片，该叶片具有径向向内设置的前缘和径向向外设置的后缘，其中相邻叶片限定用于引导压缩后的流体流经其中的通道，每一所述通道具有一喉部；用于在所述壳体内定位所述叶片的叶片安装装置，该叶片安装装置与每一所述叶片相关并且包括一枢转销，该枢转销设置在所述叶片入口附近并具有所述叶片围绕旋转的轴线，所述枢转销在所述叶片的承压表面上位于该喉部的下游；与所述叶片在其后缘附近接合的致动部件，所述部件在操作上选择性地使得所述叶片围绕所述枢转销轴线旋转；和在每一所述叶片中的槽口，该槽口用于可滑动地接收所述枢转销或所述致动部件，以便适配于所述叶片与所述致动部件之间相对的径向运动。
3.如权利要求1或2所述的叶片式散流器，其特征在于，所述致动机构包括一轴和一与所述叶片接合的相关的离心凸轮表面，其中该轴可旋转以使得所述叶片旋转。
4.如权利要求1或2所述的叶片式散流器，其特征在于，所述枢转销与所述叶片成一体。
5.如权利要求3所述的叶片式散流器，其特征在于，所述槽口在所述叶片后缘附近，并且所述凸轮表面定位在所述槽口中。
6.如权利要求4所述的叶片式散流器，其特征在于，所述枢转销定位在所述槽口中。
7.如权利要求3所述的叶片式散流器，其特征在于，所述凸轮表面是圆形的并且安装在所述叶片中的圆形开口中。
8.如权利要求1所述的叶片式散流器，其特征在于，所述致动机构包括借助致动销与每一所述叶片互连的环，还包括用于使所述环旋转以便大体一致地移动所述多个叶片的装置。
9.如权利要求8所述的叶片式散流器，其特征在于，所述致动销与所述可旋转环成一体，并且设置在形成在所述叶片中的开口中。
10.如权利要求9所述的叶片式散流器，其特征在于，所述叶片开口是细长的，以便在所述致动销和所述叶片之间往复运动。
11.如权利要求8所述的叶片式散流器，其特征在于，所述致动销与所述叶片成一体并设置在所述可旋转环中的开口中。
12.如权利要求8所述的叶片式散流器，其特征在于，所述环可旋转地安装在所述散流器壳体的环形部分的外表面上，没有结构紧靠地围绕其径向外边缘，并且所述环的该径向外边缘与所述叶片后缘大致径向对准。
13.如权利要求2所述的叶片式散流器，其特征在于，每一所述致动部件与一共用环互连，该共用环可选择性地旋转以便大体一致地移动所述多个叶片。
14.如权利要求13所述的叶片式散流器，其特征在于，所述致动部件与所述环成一体并位于形成在所述叶片中的开口内。
15.如权利要求14所述的叶片式散流器，其特征在于，所述叶片开口是细长的，以便在所述致动部件和所述叶片之间往复运动。
16.如权利要求2所述的叶片式散流器，其特征在于，所述环可旋转地安装在所述散流器壳体的环形部分的外表面上，没有结构紧靠地围绕其径向外边缘，并且所述环的该径向外边缘与所述叶片后缘大致径向对准。
全文摘要
一种用于离心式压缩机的叶片式散流器具有用于选择性地调节叶片的间距的装置，以便适配于变化的负荷状况。每一叶片可围绕其前缘附近的枢转销旋转并且与其后缘的致动部件接合。该致动部件连接到共用环上，该环可选择性地旋转以便一致地移动该叶片。该环由在其外周处的棍子支撑并定位在散流器壁的外周处，以便使得没有向前台阶部突伸到流体流中。一喉部限定在相邻的叶片之间，并且用于每一叶片的枢转销在叶片的承压表面上位于该喉部的下游，以便在喉部处降低该流体流动中的紊流。
文档编号F04D17/00GK1497187SQ20031010248
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者V·M·西斯特拉, T·M·津斯迈尔, V M 西斯特拉, 津斯迈尔 申请人:开利公司