离心压缩机及其蜗壳的制作方法

1.本实用新型涉及压缩机技术领域，特别涉及一种离心压缩机及其蜗壳。


背景技术：

2.离心压缩机具有节能高效、运行稳定和寿命长的显著优点。但是在制冷领域，离心压缩机适合于大流量、低压比工作场合，难以实现高效率地小流量、高压比运行。因此，离心压缩机均应用于大冷量冷水机组。而中小型的制冷系统则更多使用螺杆压缩机、涡旋压缩机(如小型中央空调，包括多联机)和滚动转子压缩机。但这些种类的压缩机的运行效率远不如离心压缩机。而且，这些种类的压缩机大多采用润滑油润滑。非常容易产生因润滑油积存于换热器中，导致向压缩机回油不利，使压缩相关部件润滑变差、换热器换热热阻变大等问题。
3.因此，如何能够解决离心压缩机小型化产生的各种难题，使其能够使其应用于中小型制冷系统，以代替螺杆压缩机、涡旋压缩机甚至滚动转子压缩机，将使这些制冷系统的能效更高，对制冷行业产生深远影响。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是要提供一种离心压缩机及其蜗壳，以解决或至少部分地解决现有技术存在的上述问题。
5.本实用新型的目的是要提供一种离心压缩机及其蜗壳，在实现小型化的基础上，能保持高效率。
6.一方面，本实用新型提供了一种用于离心压缩机的蜗壳，蜗壳限定的流道包括相接的蜗形流道和出气流道，出气流道整体为直线型，以用于排出气流；且蜗壳的流道内壁凸出形成至少一个的导流部，其位于蜗形流道与出气流道相接部位，用于对流向出气流道的气流进行整流和疏导。
7.可选地，每个导流部为长度方向平行于出气流道长度方向的长条状。
8.可选地，每个导流部在蜗壳轴向方向上的两端均连接于蜗壳内壁，以将流道分隔为多个彼此隔绝的子通道。
9.可选地，至少一个导流部的数量为多个，且多个导流部沿蜗形流道出口的宽度方向间隔排列。
10.可选地，在从蜗形流道内圈至外圈的方向上，各相邻导流部的之间的间隔逐渐减小。
11.可选地，各相邻导流部之间的间隔相等。
12.可选地，沿气流流动方向，出气流道逐渐从与蜗形流道相适配的扁平状过渡为圆柱状。
13.可选地，蜗壳限定的流道包括用于吸入气流的进气流道，进气流道沿蜗壳的轴向延伸且连接于蜗形流道。
14.另一方面，本实用新型提供了一种离心压缩机，包括蜗壳，其蜗壳为如以上任一项的蜗壳。
15.可选地，离心压缩机包括：机壳；电机，安装于机壳内；和至少一个压缩单元，每个压缩单元包括一个蜗壳和一个离心叶轮，蜗壳安装于机壳，离心叶轮安装于蜗壳内，离心叶轮配置成在电机驱动下转动，以对进入蜗壳的气流进行压缩，并排向蜗形流道。
16.本实用新型考虑到高压气流进入蜗形流道后，由于流速较快、马赫数较大导致离心力较大，使气流向蜗形流道的径向外侧区域聚积，导致流场不均匀，发生涡动，引起较大的能量损失。本实用新型为缓解上述不利影响，特别使蜗壳的流道内壁凸出形成至少一个的导流部，其位于蜗形流道与出气流道相接部位，以降低流速并对流向出气流道的气流进行整流和疏导，使其更加均匀地进入出气流道，以使流场更加均匀，避免蜗动，提高压缩机的整机效率。
17.进一步地，本实用新型的离心压缩机及其蜗壳中，使多个导流部沿蜗形流道出口的宽度方向间隔排列，且在从蜗形流道内圈至外圈的方向上，各相邻导流部的之间的间隔逐渐减小，以对受离心力影响较大的径向外侧区域的气流进行强度更大的整流，对受离心力影响相对较小的径向内侧区域气流进行强度稍小的整流，使各处气流整体均匀程度更高。
18.进一步地，本实用新型的离心压缩机相比于传统的离心压缩机而言，可省略扩压器，将离心叶轮直接安装于蜗壳内，以避免气流在扩压器内旋度较大引发比较大的扩压损失，使压缩机整机效率得以提升，同时也使离心压缩机的结构更加紧凑。因此，这种结构有利于实现离心压缩机的小型化，且使其保持较高效率，以适于应用于小型的冷水机组或多联机等小型中央空调。
19.进一步地，本实用新型的离心压缩机可采用径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，磁悬浮轴承为无油化轴承，因此无需再在离心压缩机内加入润滑油，从而彻底避免了中小型制冷系统的压缩机回油问题(传统惯常采用的螺杆式压缩机、涡旋压缩机和滚动转子压缩机基本均为有油润滑)，提升了换热器的换热效率；而且机械磨损小、能耗低、噪声小，也使整机稳定性增强，寿命更长。
20.进一步地，本实用新型的离心压缩机使蜗壳限定出的蜗形流道为厚度方向平行于离心叶轮轴线方向的扁平状，扁平状的蜗形流道使得蜗壳整体扁平化，利于实现压缩机小型化。更重要的是，使出气流道从与蜗形流道相接处至蜗壳的出口处逐渐从扁平状过渡为圆柱状。如此一来，气流从较薄的、扁平状的蜗形流道进入圆柱状、较宽敞的出气流道的过程中，能够有非常好的扩压效果。而且由于出气流道从与蜗形流道相接处至蜗壳的出口处逐渐从扁平状过渡为圆柱状，过渡非常平顺，也减少了气流的不必要的阻力损失，同时圆柱状也适于与下游管道进行连接。
21.进一步地，本实用新型认识到，由离心叶轮直接向蜗壳排气将导致气流马赫数增加、气流离心效应大，使气流向径向外侧聚积，导致流场不均匀，引起较大的流动损失。为消除或至少缓解上述不利影响，本实用新型特别使蜗形流道的厚度大于离心叶轮的出口宽度，使得气流进入蜗壳的蜗形流道后扩压降速，使其马赫数下降，离心效应降低，最终使蜗壳出口的流场均匀性显著增加，最终提升了离心压缩机的效率。
22.进一步地，本实用新型的离心叶轮为强后弯式闭式叶轮，以使离心叶轮对气流做
功更多转化为静压提升，更少转化为速度增加。由于强后弯式离心叶轮的出口绝对气流角度较大，若采用传统的扩压器将导致气流旋度更大，扩压损失更大。本实用新型采用上述特别设计的蜗壳直接连接离心叶轮，可有效避免这一问题。由此可见，本实用新型综合性地把在蜗壳内设置导流部，离心叶轮直接安装于蜗壳内，对蜗壳流道进行特别设计，以及采用强后弯式离心叶轮这些改进结合在一起，不仅获得了各项结构改进的有益效果，而且还避免了各自的不利影响，使得离心压缩机的整体效率更高，而且结构更加紧凑，利于实现其小型化。
23.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
24.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
25.图1是本实用新型的第一实施例的蜗壳的流道原理图；
26.图2是本实用新型的第二实施例的蜗壳的流道原理图；
27.图3是根据本实用新型一个实施例的离心压缩机的整机结构示意图；
28.图4是对图3所示离心压缩机沿离心叶轮的轴线方向剖切后得到的示意性剖视图；
29.图5是图4的a处放大图；
30.图6是图3中的一个压缩单元的结构示意图；
31.图7是图6所示压缩单元的另一角度示意图；
32.图8是图6所示压缩单元的分解示意图；
33.图9是图8所示压缩单元中的离心叶轮的结构示意图；
34.图10是图9所示离心叶轮的叶片型线示意图；
35.图11是图9所示离心叶轮的分解示意图；
36.图12是图11中的第二叶轮体的结构示意图。
具体实施方式
37.下面参照图1至图12来描述本实用新型实施例的离心压缩机及其蜗壳100。部分图中用x轴表示离心叶轮200的轴线方向，同时也是电机40及其定子41和转子42的轴线方向；用实心箭头表示气流方向。
38.图1是本实用新型的第一实施例的蜗壳100的流道原理图。如图1所示，本实用新型实施例的蜗壳100限定的流道包括相接的蜗形流道102和出气流道103。蜗形流道102为蜗线形，出气流道103整体为直线型，以用于排出气流。即，气流在离心叶轮作用下加压，高压气流排向蜗形流道102，然后进入出气流道103，最后从出气流道103排出。如图1中，蜗形流道102和出气流道103大致分界线为c线。蜗壳100的流道内壁凸出形成至少一个的导流部106，其位于蜗形流道102与出气流道103相接部位，用于对流向出气流道103的气流进行整流和疏导。蜗形流道102与出气流道103相接部位包括蜗形流道102的出气区域和出气流道103的进气区域。总之，导流部106是要对即将流入或刚刚流入出气流道103的气流进行整流和疏
导。
39.发明人认识到，高压气流进入蜗形流道102后，由于流速较快、马赫数较大导致离心力较大，使气流向蜗形流道102的径向外侧区域聚积，导致流场不均匀，发生涡动，引起较大的能量损失。本实用新型实施例为缓解上述不利影响，特别使蜗壳100的流道内壁凸出形成至少一个的导流部106，其位于蜗形流道102与出气流道103相接部位，以降低流速并对流向出气流道103的气流进行整流和疏导，使其更加均匀地进入出气流道103，以使流场更加均匀，避免蜗动，提高压缩机的整机效率。
40.在一些实施例中，如图1所示，可使每个导流部106为长度方向平行于出气流道103长度方向的长条状。当然，也可使导流部106进气端弯折延伸，以与蜗形流道102的蜗形形状相一致。每个导流部106在蜗壳100轴向方向(垂直于图1的纸面方向，也就是离心叶轮200的轴线方向)上的两端均连接于蜗壳100的内壁，以将流道分隔为多个彼此隔绝的子通道1061。导流部106的数量可为多个，且多个导流部106沿蜗形流道102出口的宽度方向间隔排列，如图1。这样可使气流从宽度方向各处进入出气流道103。导流部106与蜗壳100的内壁相接处可由圆角过渡，以减少气流损失。
41.图2是本实用新型的第二实施例的蜗壳100的流道原理图。
42.在一些实施例中，可使各相邻导流部106之间的间隔相等，如图1。但优选地，如图2所示，在从蜗形流道102内圈(s1)至外圈(s2)的方向上，各相邻导流部106的之间的间隔逐渐减小，也就是使子通道1061的宽度逐渐减小。这种结构可以对受离心力影响较大的径向外侧区域(临近外圈s2的区域)的气流进行强度更大的整流，对受离心力影响相对较小的径向内侧区域(临近内圈s1的区域)气流进行强度稍小的整流，使各处气流整体均匀程度更高。
43.在一些实施例中，可使蜗形流道102为厚度方向平行于蜗壳100轴向方向的扁平状，也就是使过流截面为长条矩形。沿气流流动方向，出气流道103逐渐从与蜗形流道102相适配的扁平状过渡为圆柱状。例如图1，蜗形流道102(c线以下部分)为扁平状，从c线开始向上部分开始逐渐由扁平状逐渐变化为圆柱状。扁平状的蜗形流道102使得蜗壳100的整体扁平化，利于减小离心压缩机的轴向尺寸，实现压缩机小型化。更重要的是，由于出气流道逐渐从扁平状过渡为圆柱状，使气流从较薄的、扁平状的蜗形流道102进入圆柱状、较宽敞的出气流道103的过程中，能够有非常好的扩压效果。而且，由于出气流道103逐渐从扁平状过渡为圆柱状，过渡非常平顺，也减少了气流的不必要的阻力损失，同时圆柱状也适于与下游管道进行连接。
44.本实用新型实施例另一方面还提供了一种离心压缩机。离心压缩机的蜗壳为以上任一实施例的蜗壳100。
45.图3是根据本实用新型一个实施例的离心压缩机的整机结构示意图；图4是对图3所示离心压缩机沿离心叶轮200的轴线方向剖切后得到的示意性剖视图；图5是图4的a处放大图。
46.如图3至图5所示，本实用新型实施例的离心压缩机一般性地可包括机壳10、电机40和至少一个压缩单元20、30。
47.机壳10限定有容纳空间，电机40安装于机壳10内。电机40包括定子41和转子42，定子41固定于机壳10，转子42可相对定子41转动。压缩单元20、30的数量可为一个或多个。例
如，可使离心压缩机为单级压缩式，仅设置一个压缩单元。也可使离心压缩机为多级压缩式，其设置多个压缩单元20、30。每个压缩单元20、30包括安装于机壳10的蜗壳100和设置在蜗壳100内的离心叶轮200。离心叶轮200配置成在电机40驱动下转动，以对进入蜗壳100的气流进行压缩并将其经蜗壳100的出口排出。
48.传统的离心压缩机基本在每一级的离心叶轮的下游设置一扩压器，离心叶轮将气流排入扩压器，气流被扩压器扩压后再进入蜗壳。
49.本实用新型的离心压缩机相比于传统的离心压缩机，省略了扩压器，将离心叶轮200直接安装于蜗壳100内，以避免气流在扩压器内旋度较大引发比较大的扩压损失，使离心压缩机的整机效率得以提升，并且也使离心压缩机的结构更加紧凑。因此，这种结构有利于实现离心压缩机的小型化，且使其保持较高效率，以适于应用与小型的冷水机组或多联机等小型中央空调。
50.在一些实施例中，例如图3和图4所示，离心压缩机可为双级压缩式，压缩单元的数量为两个。可知，两个压缩单元20、30中必然有一个为低压级，另一个为高压级，如图3和图4中，位于图面左侧的压缩单元20为低压级，右侧的压缩单元30为高压级。低压级的压缩单元20的蜗壳100的出口通过连接管90与高压级的压缩单元30的蜗壳100的进口连通。具体地，连接管90的进口端设置法兰91以与低压级的压缩单元20的蜗壳100出口的法兰130相接，连接管90出口端设置法兰92以与高压级压缩单元30的蜗壳100连接。优选使低压级的压缩单元20与高压级的压缩单元20分别位于电机40的轴向两侧，以便两个压缩单元20、30的离心叶轮200分别直接连接于电机40，且利于使两个离心叶轮200的轴向力进行部分抵消。
51.在一些实施例中，离心压缩机还包括至少一个径向磁悬浮轴承60和/或至少一个轴向磁悬浮轴承80，其安装于机壳10内，以支撑电机40的转子42。如图4所示，离心压缩机包括两个径向磁悬浮轴承60，以在径向方向支撑转子42。离心压缩机还包括一个轴向磁悬浮轴承80，以抵消离心叶轮200运动给转子42产生的轴向力。磁悬浮轴承采用磁悬浮原理制成，为无油化轴承。因此无需再在离心压缩机内加入润滑油，从而彻底避免了中小型制冷系统的压缩机回油问题(传统惯常采用的螺杆式压缩机、涡旋压缩机和滚动转子压缩机基本均为有油润滑)，提升了换热器的换热效率。而且采用磁悬浮轴承使得离心压缩机的机械磨损小、能耗低、噪声小、稳定性增强、寿命更长。
52.进一步地，如图5所示，在设置上述磁悬浮轴承的基础上，还可在转子42的轴向端部另设普通的径向轴承70，以对转子42端部进行重点支撑，使其更加稳定，提升离心压缩机的运行可靠性。
53.图6是图3中的一个压缩单元20的结构示意图；图7是图6所示压缩单元20的另一角度示意图；图8是图6所示压缩单元20的分解示意图。
54.在本实用新型实施例中，气流从蜗壳100的进口进入蜗壳100限定的流道，然后进入处于蜗壳100流道内的离心叶轮200，最后从蜗壳100的出口流出，进入下一级压缩单元30或排出压缩机。
55.在一些实施例中，如图6至图8所示，蜗壳100限定的流道还包括用于吸入气流的进气流道101。进气流道101沿蜗壳100的轴向延伸且连接于蜗形流道102。即蜗壳流道分为三个区段。进气流道101的进口即构成本文所述的蜗壳100的进口，出气流道103的出口构成蜗壳100的出口。
56.在一些实施例中，如图4所示，可使进气流道101包括沿气流方向截面逐渐变小的渐缩段1011，以提升吸气效率。具体地，可使渐缩段1011整体为截锥形，其母线为凹侧朝向进气流道101中心轴线方向的弧形。此外，也可使渐缩段1011的母线为直线或多种形状的组合。可使进气流道101整体为渐缩状，也可使部分区段为渐缩段，部分区段为截面不随轴向位置改变而改变的平直段。
57.在一些实施例中，如图8所示，可使蜗壳100为分体式结构，其包括沿进气流道101的轴线方向拼合而成的蜗壳本体110和盖板120。蜗壳本体110限定有前述的进气流道101、蜗形流道102的第一半部和出气流道103，其中蜗形流道102朝向盖板120的一侧敞开。盖板120盖设在蜗壳本体110的轴向一侧，以封盖蜗形流道102的第一半部的敞开侧，且限定有蜗形流道102的第二半部，蜗形流道102的第一半部和蜗形流道102的第二半部相对构成完成的蜗形流道102。离心叶轮200的转轴214穿过盖板120的中心孔连接至电机40的转子42。
58.本实施例通过将蜗壳100设置为分体结构，使蜗壳本体110和盖板120分别加工，以便通过机加工方式形成进气流道101、蜗形流道102和出气流道103。相比于现有的一体铸造式的蜗壳，本实施例中，进气流道101、蜗形流道102和出气流道103的表面更加光滑，能更好地满足内部流场的均匀性，减少因流道表面过于粗糙带来的流动损失，提升离心压缩机的运行效率。
59.进一步地，如图5所示，可使蜗形流道102的厚度方向上的两个平面与周向蜗形侧面之间以圆角过渡(图5中的r角)，以便增大蜗壳强度，缓解该局部应力集中，消除角涡，保证流场的均匀性。r的大小可根据蜗形流道102的厚度进行选定。蜗壳100的分体式结构方便了上述圆角的加工。
60.图9是图8所示压缩单元20中的离心叶轮200的结构示意图；图10是图9所示离心叶轮200的叶片型线示意图。
61.在一些实施例中，使蜗形流道102的厚度大于离心叶轮200的出口宽度。其中，蜗形流道102的厚度指的是其在离心叶轮200轴线(x轴)方向上的尺寸，离心叶轮200的出口宽度b指的是离心叶轮200的出口202在离心叶轮200轴线方向上的尺寸，具体标注在图9中。具体地，经发明人多次试验确认，将蜗形流道102的厚度与离心叶轮200的出口宽度之比在1.5至2之间，可取得最优效果。
62.发明人认识到使离心叶轮200直接向蜗壳100排气将导致气流马赫数增加，气流离心效应大而向径向外侧聚积，导致流场不均匀，引起较大的流动损失。为消除或至少缓解上述不利影响，本实用新型实施例特别使蜗形流道102的厚度大于离心叶轮200的出口宽度b，使得气流进入蜗壳100(的蜗形流道102)后扩压降速，使其马赫数下降，离心效应降低，最终使蜗壳100出口的流场均匀性显著增加，最终提升了压缩机效率。
63.在一些实施例中，离心叶轮200为强后弯式闭式叶轮。如图10所示，离心叶轮200具有多个沿其周向排列的多个叶片203，每相邻两个叶片203之间形成一个流道212，气流经离心叶轮200的进口201进入各流道的212的径向内侧，经离心叶轮200转动，使气流在各流道内向其径向外侧流动，以流出离心叶轮200，流向蜗壳100的蜗形流道102。在此期间各叶片203对气流做功使气流压力升高。图10用箭头示意了离心叶轮200的转动方向。离心叶轮200的各叶片203为后弯式结构，且叶片末端(临近离心叶轮200径向外边缘的一端)相比其余区段向后弯折，以使离心叶轮200的各叶片形成强后弯式结构，如图10。
64.本实用新型实施例使离心叶轮200为强后弯式，以使离心叶轮200对气流做功更多转化为静压提升，更少转化为速度增加。由于强后弯式离心叶轮的出口绝对气流角度较大，若采用传统的扩压器形式将导致气流旋度更大，扩压损失更大。本实用新型实施例采用上述特别设计的蜗壳100直接连接离心叶轮200，可有效避免这一问题。由此可见，本实用新型实施例各改进点并非相互孤立，而是相结合地发挥作用。具体地，本实用新型实施例综合性地把离心叶轮200直接安装于蜗壳100内，对蜗壳100流道进行特别设计，以及采用强后弯式离心叶轮200这些改进结合在一起，不仅获得了各项结构改进的有益效果，而且还极大避免了各自的不利影响，使得离心压缩机整体的效率较高，而且结构更加紧凑，利于实现小型化。
65.图11是图9所示离心叶轮200的分解示意图；12是图11中的第二叶轮体220的结构示意图。
66.在一些实施例中，如图10至图12所示，离心叶轮200可为分体式。具体地，离心叶轮200包括第一叶轮体210和第二叶轮体220，第一叶轮体210和第二叶轮体220均为盘状且对接相连，两者相对的表面各自形成有叶片半部，两者各自的叶片半部相接构成完整的叶片203。
67.可使第一叶轮体210和第二叶轮体220通过多个紧固件例如铆钉230连接紧固。还可使第一叶轮体210上形成有一个或多个定位凹槽2113，使第二叶轮体220上形成有相同数量的定位凸起2214，使每个定位凸起2214卡入一个定位凹槽2113中，以使第一叶轮体210和第二叶轮体220之间的位置更加稳固，使各叶片半部之间的对位更加精准，避免各叶片203对位不齐影响离心叶轮200的性能。
68.第一叶轮体210上设置有转轴214，其中央形成有安装孔215，以便通过一螺钉300连接在转子42上。第二叶轮体上220设置有离心叶轮200的进口201。传统的离心叶轮均为一体铸造式，其表面精度不理想，会影响其压缩效率和不利的噪声。特别是对于封闭式叶轮而言，叶片处于内部，叶片表面的精度更加难以保证。本实施例通过将离心叶轮200设置为上述的分体式，以便对两个叶轮体分别进行制作，使每个叶轮体的叶片显露在外以便对其表面进行处理，使其更加光滑。
69.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。