[發明專利]具有可變幾何形狀的擴壓器的離心式壓縮機及其方法

無效

• 申請號: 201210022432.3
• 申請日: 2012-02-01
• 公開（公告）號: CN102628453A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 克勞斯·斯米茨·漢森;約根·利奎斯特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F04D29/44
• 分類號: F04D29/44
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 田軍鋒;鄒偉艷

技術領域

本發明涉及離心式壓縮機，具體涉及具有可變幾何形狀的葉片式擴壓器的離心式壓縮機。

背景技術

在旋轉式壓縮機的領域中眾所周知的是大多數應用要求降低從這種壓縮機裝置中排出的氣體的相對較高的速度用于后續利用，以比如在產生能量的氣體渦輪發動機中進行后續利用。為了實現高速氣體的動能轉化為氣體的壓力增量，目前在壓縮機的下游采用擴壓器以通過擴壓過程實現該轉化。

以前，認為用于離心式壓縮機的可變幾何形狀的擴壓器能夠提供寬的操作范圍。通過使擴壓器葉片樞轉以匹配來自葉輪的氣流的排出角度以及通過調節機械擴壓器喉部面積來實現可變的幾何形狀。這些調節例如通過在阻塞狀態下使得能夠有較大的流量、以及在激增出現時減小流量而能夠提高壓縮機效率。

在現有的可變幾何形狀的葉片式擴壓器中，每個擴壓器葉片安裝在相應的曲軸上并且這些曲軸支承在環上。環由通過臂聯接至線性致動器的曲軸致動。當致動器被致動時，該曲軸就會轉動，這又使環轉動。環又使其上安裝有相應的擴壓器葉片的各個曲軸轉動。因此擴壓器葉片的位置在最大流量設定和最小流量設定之間變化。以上布置的缺陷在于其采用的是線性致動器，這使得難以精確地控制擴壓器葉片位置。

DE102007055224A1涉及具有多個葉片的渦輪增壓器裝置。該渦輪增壓器裝置包括用于調節葉片的位置的馬達。然而，不能夠精確地調節葉片的位置。

WO2008045413A2涉及大容量冷卻器壓縮機，該大容量冷卻器壓縮機包括聯接至壓縮機的步進馬達。該步進馬達對葉片進行致動以調節葉片的位置。該裝置提高了精確性。然而，該裝置由于其剛性布置而缺乏抵抗振動的強度。

發明內容

本發明的目的在于改善離心式壓縮機的柔性。

以上目的通過權利要求1所述的離心式壓縮機和權利要求5所述的方法達到。

本發明的主旨是提供一種借助步進馬達和蝸輪蝸桿傳動機構控制擴壓器葉片的位置來精確地調整通過離心式壓縮機的容積流量的裝置和方法。步進馬達的使用有利地使擴壓器葉片的位置能夠被更精確地控制，且易于反饋至壓縮機控制系統，因而消除了與線性致動器和曲軸相關的上述技術現狀的上述困難。蝸輪蝸桿傳動機構的目的是將來自步進馬達的轉動扭矩傳遞至環，并再傳遞至安裝有擴壓器葉片的擴壓器軸。所提出的裝置確保擴壓器幾何形狀是緊湊的。

根據本發明，步進馬達通過柔性聯接器聯接至蝸桿。該柔性聯接器允許步進馬達和蝸輪具有相對位移。

在一個實施方式中，每個軸通過徑向臂聯接至環，該徑向臂將來自環的轉動扭矩傳遞至相應的軸，并因此傳遞至安裝在相應的軸上的相應的擴壓器葉片。這樣，環的角位移就轉換成軸的角位移，以控制安裝在軸上的擴壓器葉片的位置。

在另外的實施方式中，沿著環的圓周設置有多個第一支承件，其中，每個徑向臂通過設置在相應的臂上的槽柔性地聯接至相應的第一支承件。這就形成了徑向臂和支承件之間的簡易連接，這還在擴壓器葉片上產生最小的作用。

在一個實施方式中，壓縮機包括蝸形外殼，其中，通過繞蝸形外殼周向地設置的多個第二支承件將環支承在蝸形外殼上。

附圖說明

下文中參照附圖中示出的說明性實施方式進一步描述本發明，在附圖中：

圖1示出離心式壓縮機的后視圖，其示出可變的擴壓器葉片，

圖2示出離心式壓縮機的前視圖，其示出蝸輪蝸桿傳動機構和步進馬達，

圖3示出沿著圖2的截面III-III的離心式壓縮機的截面視圖。

具體實施方式

現在參照圖1，圖1示出離心式壓縮機1的后視圖。在操作中，壓縮機1通過入口2軸向地接收氣體。流動通過入口2的氣體由安裝在轉子(為清楚起見未示出)上的葉輪加速，這增大了氣體的動能。然后氣體的動能通過設置在葉輪下游的擴壓器葉片5轉化成壓力增量。葉輪和擴壓器葉片容置在蝸形外殼4中，這將從擴壓器中切向流出的氣體朝向壓縮機出口3引導。

擴壓器葉片5以圍繞機器軸線9周向間隔開的陣列的形式設置。為了提供寬的操作范圍，擴壓器葉片5的位置能夠在最大容積流量設定和最小容積流量設定之間變化。通過使擴壓器葉片5樞轉以匹配來自葉輪的氣流的排出角度以及通過調節機械擴壓器喉部面積來實現可變的幾何形狀。在示出的實施方式中，擴壓器葉片5中的每一個安裝在相應的軸10上。軸10——本文中還被稱為擴壓器軸10——能夠轉動以使擴壓器葉片5沿方向6運動以提供增大的容積流速、以及使擴壓器葉片5沿方向7運動以提供減小的容積流速。