专利名称：带有喘振控制的离心式压缩机及有关方法
技术领域：
本发明涉及用于压缩诸如空气的流体的离心式压缩才几，
且具体地涉及一种离心式压缩机和方法，在所述离心式压缩机和方法 中，压缩机的喘振通过排出至少部分被压缩的流体的 一部分并将所述 部分再循环到压缩机的进口来控制。
背景技术：
因而，需要改进例如在涡轮增压器中提供压缩流体的装 置和方法，同时减少压缩机喘振的发生。在一些情况下，防止压缩机 喘振可以扩展压缩机的有用工作范围。
发明内容
排泄端口的流通面积能够定尺寸使得在预定工作状况时
所述排泄部分的质量流率包括进入所述进口导管的流体的总质量流率
的5%以上，更具体地是所述总质量流率的10%以上，还更具体地是 所述总质量流率的15%以上。 在一个实施例中，所述再循环流动通道的流通面积在趋 近于排出端时减小，使得所述排泄部分在注入所述主流体流之前加速。才艮据 一个实施例，所述再循环流动通道在轴向-径向截面 具有大致C形构造。所述C形构造的开口側面向径向内部。 已经总体上描述了本发明，现在将参考附图，附图不必 按比例绘制，且在附图中
图1是根据本发明一个实施例的离心式压缩机的轴向-径向截面图； 图3是径向向内看的放大局部图，示出了一个轮叶的后 缘区域；
图4是径向向内看的放大局部图，示出了一个轮叶的前 缘区域； 根据本发明一个实施例的离心式压缩机IO在图1的经向 (即，轴向-径向)截面图中描绘。所述压缩机包括压缩机叶轮12，所 述压缩机叶轮12具有轮毂14和多个周向隔开的叶片16,所述叶片16 连接到所述轮毂并从所述轮毂大致径向向外延伸。每个叶片具有附接 到所述轮毂的根部18和相对的末端20。压缩机叶轮12连接到轴(未 示出)，所述轴能围绕旋转轴线A旋转并由诸如涡轮机或电动马达(未 示出)的装置驱动。所述压缩机叶轮安装在压缩机壳体22内。所述压 缩机壳体包括具有径向内表面26的进口导管24,所述径向内表面26 包围轴线A。所述进口导管24构造成使得流体流以大致平行于旋转轴 线A的方向趋近于压缩才几叶片16的前缘30。所述压缩机壳体还包括 叶轮罩28,所述叶轮罩28在径向上靠近压缩机叶片的末端20。由所 述轮毂和压缩机壳体限定的流路构造成在流体流经叶片通路时使得所 述流体流径向向外转向。所述流体在叶片后缘32处以大致径向向外的 方向(但是也具有涡流或周向速度分量)离开叶片通路，并经过扩压 器通路34进入排出蜗壳36，所述排出蜗壳36包括环绕压缩机叶轮的 大致环形或环状室。 排泄端口 42连接到在压缩冲几壳体中限定的再循环流动通 道44。在一个实施例中，所述再循环流动通道26包括大致连续的完整 360。环状通路，除了有如下所述的多个轮叶70之外。所述再循环流动 通道44以与进口导管24中的主流体流的方向相反的大致轴向方向延 伸到在压缩机叶片前缘上游(相对于主流体流)隔开的点。在该点处， 所述再循环流动通道44与渐缩排出端46连接，所述排出端46通向进 口导管24中的主流体流路。
0029在一个实施例中，排出端46是大致连续的完整360。环状 端口。所述排出端46具有渐缩形状，意味着其流通面积沿流动方向减 小，使得流体的排泄部分在注入进口导管24之间加速。在所示实施例 中，排出端定向成使得流体以向下游的轴向速度分量和径向向内速度 分量注入进口导管。在所示实施例中，所述排出端定向且构造成使得 轴向速度分量大于径向速度分量。 在所示实施例中，所述再循环流动系统40由插入件50 形成，所述插入件50与压缩机壳体22分开形成并安装在压缩冲几壳体 22内。所述插入件50形成进口导管24并大致延伸到压缩机叶轮12的 前缘区域。所述插入件50限定大致环形的内环52、大致环形的外环 54、和多个流动转向轮叶70,所述外环54设置在内环52的大致径向 外部，所述轮叶70在内环52的径向外表面和外环54的径向内表面之 间大致径向地延伸。排泄端口 42和再循环流动通道44限定在内环52 和外环54的这两个表面之间。所述再循环流动通道44在轴向-径向截 面中具有大致C形构造，所述C形构造的开口侧面向径向内部。 如上文提到的，轮叶70构造成去掉排泄部分中的所有涡 流，且在一些情况下使得所述涡流反向，使得排泄部分具有与压缩机 叶轮的旋转相反的反向涡流。为此，轮叶必须具有相对大的弯度(即， 在前缘和后缘之间的脊线角度变化)。因此，轮叶的后缘角度(3(图5) 的范围可以从约0° (在给予离开轮叶的排泄流零涡流时)到约70° (在 给予排泄流反向涡流时)。在一些实施例中，后缘角度卩的范围可以 从约10。到约70°。由于在后缘角度和离开轮叶的实际流动方向之间通 常有非零的偏差角，因此在一些情况下当希望离开轮叶的排泄部分流 具有零涡流时，后缘角度(3需要具有小的非零值(在大小上等于偏差 角)。轮叶的弯度定义为e + |3。在一些实施例中，弯度的范围可以从 约30。到约145°。
[0037
大弯度轮叶70在涡流排泄部分沿再循环流动通道44前 进时使得所述涡流排泄部分转向，在排泄部分通过排出端46注入进口 导管24中的主流体流之前去掉涡流并在一些情况下给予一定量的反向涡流。由于轮叶的大弯度，利用相对大的轮叶数，以使得所述再循环 流动通道中的损失最小化。通常，有取决于轮叶弯度和压缩机叶轮直
径的最佳轮叶数。在优选实施例中，所述轮叶数在6和20之间。在一 些实施例中，所述轮叶数限定为压缩机叶片数量的0.7和1.3倍之间。 [0038受益于在前述说明书和相关附图中阐述的教导，本发明 所属领域技术人员将想到在此所述发明的许多变型和其它实施例。因 而，应当理解的是，本发明并不限于所公开的具体实施例，且所述变 型和其它实施例旨在包含在所附权利要求的范围内。虽然在此釆用了
具体术语，但是它们仅仅以一般性和说明性的含义使用而不是为了限制。
权利要求
1.一种用于压缩流体的离心式压缩机，包括压缩机叶轮，所述压缩机叶轮限定旋转轴线，并具有轮毂和多个周向隔开的叶片，每个所述叶片均与所述轮毂相连并大致径向向外延伸到所述叶片的末端，每个叶片具有前缘和后缘；压缩机壳体，所述压缩机叶轮安装在所述压缩机壳体中，所述压缩机壳体包括进口导管，流体通过所述进口导管以大致轴向方向进入，并被引入压缩机叶轮中，所述压缩机壳体限定内表面，所述内表面设置成径向邻近叶片末端且位于叶片末端外部；所述压缩机壳体的内表面限定排泄端口，所述排泄端口构造成围绕压缩机叶轮的圆周以大致连续的方式延伸的槽，以将由压缩机叶轮压缩的流体的排泄部分排出，所述排泄端口位于叶片前缘的下游，使得所述排泄部分以由叶片给予的切向速度分量进入所述排泄端口；所述压缩机壳体限定再循环流动通道，所述再循环流动通道接收所述排泄部分并将所述排泄部分相对于主流体流的流动方向大致向上游传输通过所述进口导管，所述再循环流动通道具有排出端，所述排出端设置成将排泄部分排出回到趋近于压缩机叶轮的主流体流中；和多个周向隔开的轮叶，所述轮叶设置在所述再循环流动通道中，且构造成在所述排泄部分通过排出端排出之前改变所述排泄部分的涡流角，所述轮叶各具有前缘和后缘，且具有非零的弯度，所述前缘以与前缘处的排泄部分的流动方向大致对应的非轴向方向延伸，所述后缘以这样的方向延伸使得排泄部分由轮叶引导成在离开所述再循环流动通道的排出端时具有零涡流或反向涡流。
2. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述轮叶的后缘定 向成给予离开轮叶的排泄部分零涡流。
3. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述轮叶具有0到 约70。的后缘角度。
4. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述轮叶具有约IO。 到约70。的后缘角度。
5. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述轮叶具有约30。 到约75。的前缘角度。
6. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述再循环流动通 道具有入口部分，所述入口部分从所述排泄端口沿大致径向向外但也 具有相对于通过压缩机叶轮的流动方向指向上游的非零轴向分量的方 向延伸。
7. 根据权利要求6所述的离心式压缩机，其中，所述轮叶的前缘位 于所述入口部分中。
8. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，排泄端口的流通面 积包括在排泄端口位置处的主流体流的流通面积的约5 %到约30 % 。
9. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述再循环流动通 道的排出端构造成以相对于旋转轴线成0。到90。的角度的方向注射排泄 部分。
10. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述再循环流动 通道的流通面积在趋近于排出端时减小，使得所述排泄部分在注入所 述主流体流之前力口速。
11. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所述再循环流动 通道在轴向-径向截面具有大致C形构造，所述C形构造的开口侧面向径 向内部。
12. 根据权利要求l所述的离心式压缩机，其中，所迷轮叶具有约 30°到约145°的弯度。
全文摘要
本发明涉及带有喘振控制的离心式压缩机及有关方法。用于压缩流体的离心式压缩机包括压缩机叶轮和压缩机壳体，所述压缩机叶轮具有多个周向隔开的叶片，所述压缩机叶轮安装在所述压缩机壳体中。所述压缩机壳体包括进口导管和内表面，流体通过所述进口导管以轴向方向进入，并由所述进口导管引入压缩机叶轮中，所述内表面设置成径向邻近叶片末端。排泄端口在压缩机壳体的内表面中限定在叶片前缘和后缘之间的位置处，用于将流体的排泄部分排出，所述排泄端口通向再循环流动通道，所述再循环流动通道将所述排泄部分送回进口导管。大弯度轮叶设置在所述再循环流动通道中，用于使排泄部分转向以使得排泄部分中的涡流被去掉和在一些情况下反向。
文档编号F04D29/30GK101560987SQ20091013276
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年4月17日
发明者J·殷 申请人:霍尼韦尔国际公司