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流道内部表面精度更高的蜗壳。
6.一方面，本实用新型提供了一种用于离心压缩机的蜗壳，其包括：
7.蜗壳本体，其包括一筒体和连接于筒体周壁的排气管，排气管内限定有连通筒体内部的出气流道；
8.第一端盖和第二端盖，沿筒体的轴向并排嵌固在筒体内，第一端盖开设有进气流道，第二端盖开设有用于安装离心叶轮的安装孔；且
9.第一端盖和第二端盖共同限定出一环绕在安装孔外周的蜗形流道，进气流道沿蜗壳本体的轴向延伸且与离心叶轮的进口相对，出气流道与蜗形流道的出口连通以用于排出经离心叶轮压缩的气流。
10.可选地，第一端盖和第二端盖相互贴合的端面各自开设有一个蜗形流道槽，两个蜗形流道槽相接拼合为蜗形流道。
11.可选地，第一端盖与第二端盖的其中一个开设有蜗形流道槽，另一个的端面封盖蜗形流道槽以限定出蜗形流道。
12.可选地，第一端盖与第二端盖通过螺钉连接紧固。
13.可选地，第一端盖和第二端盖朝外的端面分别与筒体的轴向两端面平齐。
14.可选地，筒体内周面、第一端盖和第二端盖的外周面均为圆柱面。
15.可选地，排气管可拆卸地安装于筒体。
16.可选地，蜗形流道为厚度方向平行于蜗壳轴向方向的扁平状；且沿气流流动方向，
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。
17.另一方面，本实用新型还提供了一种离心压缩机，包括蜗壳，蜗壳为如以上任一项的蜗壳。
18.可选地，离心压缩机还包括机壳、电机和至少一个压缩单元。电机安装于机壳内；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。
19.本实用新型的蜗壳为分体结构，解决了现有的一体铸造式蜗壳内部流道表面不易进行表面精加工的问题。本实用新型使蜗壳的蜗形流道由可拆卸相连的第一端盖和第二端盖限定出，以便在分别制作第一端盖和第二端盖时，对蜗形流道的内表面进行表面精加工处理并对夹角处倒圆角，使其表面更加光滑，以使内部流场分布更加均匀，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，以利于离心压缩机的小型化。
20.并且，本实用新型将蜗壳拆分为蜗壳本体、第一端盖和第二端盖，使每一部分的形状和开孔都非常简单规整，加工成型非常方便，而且也利于流道内壁充分显露，使得对流道表面的精加工操作非常方便。
21.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，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。
22.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。
23.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。
24.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
25.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：
26.图1是本实用新型的一个实施例的蜗壳的结构示意图；
27.图2是图1所示蜗壳的分解示意图；
28.图3是图2所示蜗壳中的第一端盖的结构示意图；
29.图4是图2所示蜗壳中的第二端盖的结构示意图；
30.图5是本实用新型一个实施例的离心压缩机中离心叶轮的结构示意图；
31.图6是图5所示离心叶轮的叶片型线示意图；
32.图7是图5所示离心叶轮的分解示意图；
33.图8是图7中的第二叶轮体的结构示意图。
具体实施方式
34.下面参照图1至图8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轴表示蜗壳100、离心叶轮200的轴线方向；用实心箭头表示气流方向。
35.图1是本实用新型的一个实施例的蜗壳100的结构示意图；图2是图1所示蜗壳100的分解示意图；图3是图2所示蜗壳100中的第一端盖130的结构示意图；图4是图2所示蜗壳100中的第二端盖140的结构示意图。
36.如图1至图4所示，本实用新型实施例的蜗壳100一般性地可包括蜗壳本体110、第一端盖130和第二端盖140。蜗壳本体110包括一筒体111和连接于筒体111周壁的排气管112，排气管112内限定有连通筒体111内部的出气流道103。
37.第一端盖130和第二端盖140沿筒体111的轴向(x轴方向)并排嵌固在筒体111内，第一端盖130开设有进气流道101，第二端盖140开设有用于安装离心叶轮的安装孔141。第一端盖130和第二端盖140共同限定出一环绕在安装孔141外周的蜗形流道102，进气流道101沿蜗壳本体110的轴向延伸且与离心叶轮的进口相对，出气流道103与蜗形流道102的出口连通以用于排出经离心叶轮压缩的气流。
38.现有技术中蜗壳通常为一体铸造式，加工过程中不易对其内部流道表面进行加工处理，使其表面粗糙度较高，使流道表面附近的流场受到影响，影响离心压缩机的效率。本实用新型实施例通过将蜗壳100设计为分体结构，解决了这一问题。
39.本实用新型实施例使蜗壳100的蜗形流道102由可拆卸相连的第一端盖130和第二端盖140共同限定出，以便在分别制作第一端盖130和第二端盖140时，对蜗形流道102的内表面进行表面精加工处理并对夹角处倒圆角，使其表面更加光滑，使内部流场分布更加均匀，减少因流道表面过于粗糙带来的流动损失。从而提升离心压缩机的运行效率，以利于离心压缩机的小型化。并且，本实用新型实施例将蜗壳100拆分为蜗壳本体110、第一端盖130和第二端盖140，使每一部分的形状和开孔都非常简单规整，使得各部件本身加工非常方便，也利于流道内壁充分显露，使得对流道表面的精加工操作非常方便。
40.在一些实施例中，可使筒体111的内周面、第一端盖130和第二端盖140的外周面均为圆柱面，以便于加工。可使排气管112可拆卸地安装于筒体111，以便于对筒体111内周面进行精磨加工。
41.可使第一端盖130与第二端盖140通过螺钉连接紧固。进一步地，也可利用销钉和销孔对第一端盖130与第二端盖140的位置进行定位，使其安装位置更加精确。第一端盖130和第二端盖140朝外的端面分别与筒体111的轴向两端面平齐，以使第一端盖130和第二端盖140的位置更加稳固，不易受外部影响。第一端盖130和第二端盖140与筒体111之间可通
过螺钉或其他方式固定，在此不再赘述。
42.在一些实施例中，如图1至图4所示，可使第一端盖130和第二端盖140相互贴合的端面各自开设有一个蜗形流道槽1021、1022，两个蜗形流道槽1021、1022相接拼合为蜗形流道102。
43.在另一些实施例中，可使第一端盖130和第二端盖140的其中一个开设有蜗形流道槽，另一个的端面封盖流道槽以限定出前述的蜗形流道102。这样一来可省略一个蜗形流道槽，简化加工工艺。
44.在一些实施例中，如图2至图4所示，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。扁平状的蜗形流道102使得蜗壳100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103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。
45.本实用新型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。
46.进一步地，离心压缩机还包括机壳、电机和至少一个压缩单元。
47.机壳限定有容纳空间，电机安装于机壳内。电机包括定子和转子，定子固定于机壳，转子可相对定子转动。压缩单元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。每个压缩单元包括安装于机壳的蜗壳100和设置在蜗壳100内的离心叶轮200。离心叶轮200配置成在电机驱动下转动，以对进入蜗壳100的气流进行压缩并将排向蜗形流道102，最后从经蜗壳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100。
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，离心压缩机还包括至少一个径向磁悬浮轴承和/或至少一个轴向磁悬浮轴承，其安装于机壳内，以支撑电机的转子。离心压缩机还包括一个轴向磁悬浮轴承，以抵消离心叶轮运动给转子产生的轴向力。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。
51.进一步地，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，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。圆角半径可根据蜗形流道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。
52.图5是本实用新型一个实施例的离心压缩机中离心叶轮200的结构示意图；图6是图5所示离心叶轮200的叶片型线示意图。
53.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5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。
54.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。
55.在一些实施例中，离心叶轮200为强后弯式闭式叶轮。如图6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6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，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6。
56.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的流道进行特别设计，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。
57.图7是图5所示离心叶轮200的分解示意图；图8是图7中的第二叶轮体220的结构示意图。
58.在一些实施例中，如图6至图8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。
59.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。
60.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。
61.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。