一种轴流压缩机承缸和应用其的轴流压缩机

摘要

本发明属于轴流压缩机技术领域，公开了一种轴流压缩机承缸和应用其的轴流压缩机。该轴流压缩机承缸包括：静叶承缸，静叶承缸包括承缸本体和间隔设置在承缸本体上的静叶叶片，承缸本体内形成有圆锥形内通孔；和动叶转子，动叶转子包括同轴设置在圆锥形内通孔内的转轴和间隔设置在转轴上的动叶叶片，动叶叶片与静叶叶片交替分布于圆锥形内通孔的内周壁面与转轴的外周壁面之间。静叶叶片的径向端部与转轴的外壁面之间形成有间隙，动叶叶片自转轴的轴线沿径向延伸的长度与圆锥形内通孔的相对应的内截面半径的尺寸相等，圆锥形内通孔的内周壁上间隔形成有与圆锥形内通孔同轴的多个环形槽，各环形槽与各动叶叶片的位置一一对应。

说明书

技术领域

本发明属于轴流压缩机技术领域，具体涉及一种轴流压缩机承缸和应用其的轴流压缩机。

背景技术

目前，现有的应用到冶金、石化以及制药领域中的轴流压缩机(或轴流风机)均采用传统的静叶可调轴流压缩机，其最主要的特点就是能够满足生产所需的风量和风压。轴流压缩机所采用的承缸包括静叶承缸和与静叶承缸同轴且转动设置在静叶承缸内的动叶转子，静叶承缸为具有一定锥度的阶梯型环形圆柱体结构，阶梯型环形圆柱体结构的内锥面为圆锥面且等间隔固定有静叶叶片，内锥面的锥度范围通常为2°至5°。动叶转子为带有动叶叶片的圆柱体，动叶转子设置在内锥面内。静叶叶片和动叶叶片交替排布形成气流压缩段。

现有技术中的轴流压缩机通常会考虑到避免动叶擦缸的问题，因此，通常在静叶承缸的内锥面与动叶转子的动叶叶片的径向方向上的端部之间保留一定的间隙，这就使得现有技术中的轴流压缩机在使用时，由于径向间隙的存在，气流在压缩过程中会出现以下问题：1)被压缩的气流会通过径向间隙而沿动叶转子的轴向倒流至气流的入口方向，动叶叶片的压力面侧的高静压气流也会潜流至动叶叶片的吸力面，从而会导致升压能力降低、效率下降；2)径向间隙还容易导致气流从动叶叶片处过早的分离，同时还容易造成动叶叶片的旋转不稳定的问题。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种轴流压缩机承缸，以能够避免动叶擦缸的同时，提高升压能力和效率，避免气流从动叶叶片处过早的分离和动叶叶片的旋转不稳定的问题发生。

本发明的轴流压缩机承缸包括：静叶承缸，静叶承缸包括承缸本体和间隔设置在承缸本体上的静叶叶片，承缸本体内形成有圆锥形内通孔；和动叶转子，动叶转子包括同轴设置在圆锥形内通孔内的转轴和间隔设置在转轴上的动叶叶片，动叶叶片与静叶叶片交替分布于圆锥形内通孔的内周壁面与转轴的外周壁面之间。其中，静叶叶片的径向端部与转轴的外壁面之间形成有间隙，动叶叶片自转轴的轴线沿径向延伸的长度与圆锥形内通孔的相对应的内截面半径的尺寸相等，圆锥形内通孔的内周壁上间隔形成有与圆锥形内通孔同轴的多个环形槽，各环形槽与各动叶叶片的位置一一对应。

进一步地，环形槽的径向尺寸为与其相对应的动叶叶片的径向长度的0.6％至1.6％。

进一步地，环形槽的轴向尺寸为与其相对应的动叶叶片的端部沿轴向方向的投影所形成的弦长尺寸的109％至115％。

进一步地，环形槽的轴向方向的两个侧面分别距与其相对应的动叶叶片的进气端侧和排气端侧的距离相等。

进一步地，环形槽的凹槽构造为矩形凹槽，矩形凹槽的相对两个侧面与底面通过圆弧面连接，矩形凹槽的相对两个侧面的远离底面的一端通过圆弧面与圆锥形内通孔的内周壁相连。

进一步地，环形槽的凹槽构造为弧形凹槽，弧形凹槽的边缘通过圆弧面与圆锥形内通孔的内周壁相连。

进一步地，环形槽的凹槽构造为三角形凹槽，三角形凹槽的边缘通过圆弧面与圆锥形内通孔的内周壁相连。

进一步地，环形槽的凹槽包括相对的竖直面和连接两个竖直面的弧形底面，两个竖直面与弧形底面通过圆弧面连接，两个竖直面的远离弧形底面的一端通过圆弧面与圆锥形内通孔的内周壁相连。

进一步地，动叶叶片通过动叶榫头固定在转轴上，静叶叶片通过曲柄固定在承缸本体上。

本发明还提出了一种轴流压缩机。根据本发明的轴流压缩机包括上述轴流压缩机承缸。

与现有技术相比，本发明的轴流压缩机承缸具有以下几方面的优点：

1)本发明的轴流压缩机承缸形成有环形槽的圆锥形内通孔的内周壁面与不具有环形槽的实体壁面相比，能够有效地避免因动叶叶片的端部与圆锥形内通孔的内周壁面无间隙而造成磨损的问题发生；

2)本发明的轴流压缩机承缸形成有环形槽的圆锥形内通孔的内周壁面与不具有环形槽的实体壁面相比，能够有效地减小动叶叶片的端部与圆锥形内通孔的内周壁面之间的间隙损失(泄露、倒流和潜流)的影响，从而能够有效地推迟叶背气流分离，降低损失；

3)本发明的轴流压缩机承缸的动叶叶片的实际延伸长度得到增加使得动叶叶片的叶尖的线速度增大，在相同的转速下，动叶叶片的叶尖线速度增大，动叶叶片的做工能力增强，失速裕度增大、实际的喘点压比增大。

附图说明

图1为本发明实施例的轴流压缩机承缸的结构示意图；

图2为图1所示的轴流压缩机承缸的局部结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种轴流压缩机承缸做进一步详细的描述。

图1和图2示出了根据本发明实施例的轴流压缩机承缸100的结构，其中图1为本发明实施例的轴流压缩机承缸100的结构示意图，图2为图1所示的轴流压缩机承缸100的局部结构示意图。如图1和图2所示，本发明实施例的轴流压缩机承缸100包括：静叶承缸1，静叶承缸1包括承缸本体11和间隔设置在承缸本体11上的静叶叶片12，承缸本体11内形成有圆锥形内通孔13；和动叶转子2，动叶转子2包括同轴设置在圆锥形内通孔13内的转轴21和间隔设置在转轴21上的动叶叶片22，动叶叶片22与静叶叶片12交替分布于圆锥形内通孔13的内周壁面与转轴21的外周壁面之间。其中，静叶叶片12的径向端部12a与转轴21的外壁面之间形成有间隙，动叶叶片22自转轴21的轴线沿径向延伸的长度与圆锥形内通孔13的相对应的内截面半径的尺寸相等，圆锥形内通孔13的内周壁上间隔形成有与圆锥形内通孔13同轴的多个环形槽3，各环形槽3与各动叶叶片22的位置一一对应。

根据本发明实施例的轴流压缩机承缸100在使用时，如图1所示，静叶承缸1为静止状态，动叶转子2为高速转动状态，气体由进气端侧A进入轴流压缩机承缸100内，经过静叶叶片12和动叶叶片22的作用后，形成压缩气体并最终由排气端侧B处排出。

根据本发明实施例的轴流压缩机承缸100：

首先，静叶叶片12的径向端部12a与转轴21的外壁面之间存在间隙，这样，动叶转子2在高速转动时，能够有效地避免静叶叶片12与转轴21的外壁容易造成摩擦的问题，从而能够有效地避免二者的磨损；

其次，动叶叶片22自转轴21的轴线沿径向延伸的长度，即转轴21的轴线与动叶叶片22的端部22a的径向距离，与圆锥形内通孔13的相对应的内截面半径的尺寸相等，这与现有技术存留的间隙相比，动叶叶片22的径向长度更长。同时，圆锥形内通孔13的内周壁上，与各动叶叶片22相对应的位置，形成有多个环形槽3。通过该设置，形成有环形槽3的圆锥形内通孔13的内周壁面与不具有环形槽3的实体壁面相比，一方面，能够有效地避免因动叶叶片22的端部22a与圆锥形内通孔13的内周壁面无间隙而造成磨损的问题发生，同时还能够有效地减小动叶叶片22的端部22a与圆锥形内通孔13的内周壁面之间的间隙损失(泄露、倒流和潜流)的影响，从而能够有效地推迟叶背气流分离，降低损失；另一方面，动叶叶片22的实际延伸长度得到增加使得动叶叶片22的叶尖(端部22a)的线速度增大，在相同的转速下，动叶叶片22的叶尖线速度增大，动叶叶片22的做工能力增强，失速裕度增大、实际的喘点压比增大。

因此，同不开槽的承缸相比，本发明实施例的轴流压缩机承缸100的动叶叶片22的叶尖(端部22a)与相对应的圆锥形内通孔13的内壁面附面层位置发生变化，在同一基准下，附面层因素影响减小，从而能够有效地延缓气流过早分离及旋转不稳定现象发生。

需要说明的是，本文中所提到的“轴向”应当理解为转轴21的轴线的方向，“径向”应当理解为垂直于转轴21的轴线的方向。

在一个优选地实施方式中，环形槽3的径向尺寸可为与其相对应的动叶叶片22的径向长度的0.6％至1.6％。根据本发明，通过对叶尖间隙的比例进行三维仿真试验，根据三维的计算结果以及相关资料数据，通过限定环形槽3的径向尺寸为与其相对应的动叶叶片22的径向长度的0.6％至1.6％，使得动叶叶片22的叶尖(端部22a)与环形槽3的槽底间隙值合适，这样，通过该设置能够有效地降低由动叶叶片22的叶尖(端部22a)径向间隙泄露和二次流引起的气流损失，减缓气流分离现象发生。

还优选地，环形槽3的轴向尺寸可为与其相对应的动叶叶片22的端部22a沿轴向方向的投影所形成的弦长尺寸的109％至115％。进一步优选地，环形槽3的轴向方向的两个侧面分别距与其相对应的动叶叶片22的进气端侧A和排气端侧B的距离可相等。通过该设置，轴向比例的选取是考虑气流流动的平缓过渡，取叶片轴向投影长度的一定比例与前后叶片排的轴向间隙相关，因此给出了以上比例。

需要说明的是，结合上文的描述，本发明中限定的数据范围还同时考虑到实际工程中需要考虑制造加工以及安装等因素的影响，因此，最佳的间隙值范围理论上相对更窄。

在图1和图2所示的第一个优选地实施例中，环形槽3的凹槽可构造为矩形凹槽，矩形凹槽的相对两个侧面与底面可通过圆弧面连接，矩形凹槽的相对两个侧面的远离底面的一端可通过圆弧面与圆锥形内通孔13的内周壁相连。在第二个优选地实施例中，环形槽3的凹槽可构造为弧形凹槽，弧形凹槽的边缘可通过圆弧面与圆锥形内通孔13的内周壁相连。在第三个优选地实施例中，环形槽3的凹槽可构造为三角形凹槽，三角形凹槽的边缘可通过圆弧面与圆锥形内通孔13的内周壁相连。在第四个优选地实施例中，环形槽3的凹槽可包括相对的竖直面和连接两个竖直面的弧形底面，两个竖直面与弧形底面可通过圆弧面连接，两个竖直面的远离弧形底面的一端可通过圆弧面与圆锥形内通孔13的内周壁相连。

通过上述设置，包括的上述四个实施例，但不限于上述四个实施例的根据本发明的轴流压缩机承缸100，可根据具体的需求对环形槽3的结构具体实施，例如，可结合加工的便利度、升压能力的需求以及升压效率等多方面因素来具体实施环形槽3的结构。

优选地，动叶叶片22可通过动叶榫头23固定在转轴21上，静叶叶片12可通过曲柄14固定在承缸本体11上。通过该设置，可使的本发明实施例的轴流压缩机承缸100通过曲柄14对静叶叶片12进行调节，同时通过动叶榫头23将动叶叶片22牢固的进行固定，从而不仅使得本发明实施例的轴流压缩机承缸100静叶叶片12可调，以满足多种应用需求，还能够提高本发明实施例的轴流压缩机承缸100使用的稳定性，延长其使用寿命。

本发明还提出了一种轴流压缩机。根据本发明的轴流压缩机包括上述轴流压缩机承缸100。结合上文的描述可知，本发明的轴流压缩机包括上述轴流压缩机承缸100在使用时能够有有效地提高升压能力和效率，避免气流从动叶叶片处过早的分离和动叶叶片的旋转不稳定的问题发生。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“内”、“轴向”、“径向”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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。