CN105308331B - 用于生成动态轴向推力以平衡径向旋转机械的总轴向推力的装置 - Google Patents

Abstract

用于径向旋转机械的叶轮组件(2)包括叶轮的带叶片的轮毂部分(4)，该带叶片的轮毂部分(4)具有第一径向向外面对的流体偏转表面(11)，该表面(11)具有设计成将轴向流体流偏转为径向离心流的弯曲外形，且包括偏转器部分(3、14)，该偏转器部分(3、14)具有第二径向向外面对的流体偏转表面(12、13)。第二径向向外面对的表面(12、13)具有设计成将径向向心流体流(28、29)偏转为轴向流体流(26、25)的弯曲外形。

Description

用于生成动态轴向推力以平衡径向旋转机械的总轴向推力的 装置

技术领域

本发明涉及径向旋转机械，如离心压缩机或单级流体膨胀器。

背景技术

一般来说，径向旋转机械可为用于处理流体流的旋转机械，该流体流被迫使至少沿流动路径的部分径向地流动。

径向旋转机械是用于处理流体流的旋转机械，其中流体流至少沿部分流动路径径向地发生。径向旋转机械可例如为离心压缩机。

离心压缩机或单级膨胀器是径向旋转机械：它们包括带叶片的叶轮，该带叶片的叶轮设计成迫使流体远离旋转机械的轴线径向地流动。

这些叶轮经受轴向力，该轴向力可为两种类型：

所谓的静态轴向力，其由轮的上游侧与下游侧之间的流体压力差生成，

和所谓的动态轴向力，其是施加于流体的动量变化的结果，该流体轴向地流入叶轮中并径向地流出轮。

这些轴向力通常由平衡鼓***部分地平衡，且由轴向推力轴承，例如由油轴承部分地平衡。

在所述平衡鼓***中，至少平衡鼓部件围绕与叶轮相同的轴组装。该平衡鼓部件包括两个径向地延伸表面，这两个径向地延伸表面面对相反的轴向方向，且径受不同的流体压力。

这些平衡鼓***通常被调节以抗衡静态轴向力。

根据它们的设计，平衡鼓***有时也可抗衡动态轴向力中的一部分。轴向力的剩余部分然后必须利用轴向推力轴承抗衡。轴向推力轴承可为不同类型的。油轴承能够耐受高负荷，但它们必须被供给润滑油，这在海底应用中可为障碍，由于***缺乏可接近性，或在医疗应用中可为障碍，在这些应用种不可容忍由油引起的污染。

取决于推力轴承可耐受的最大轴向力，且取决于轴向力的未被平衡鼓抗衡的部分，机械的流体通过量必须被限制到如下值，该值通常低于由径向旋转机械的其他参数所施加的最大通过量。

发明内容

本发明目标是提出一种叶轮机械，其保证更好的轴向力补偿，因此使得能够使用仅为磁力形式的轴承。本发明的另一目标是降低***的整体长度和质量。

为了该目的，根据本发明的用于径向旋转机械的叶轮组件包括叶轮的带叶片的轮毂部分，该带叶片的轮毂部分具有第一径向向外面对的流体偏转表面，该表面具有设计成将轴向流体流偏转为径向离心流的弯曲外形。叶轮组件包括偏转器部分，该偏转器部分具有第二径向向外面对的流体偏转表面。第二径向向外面对的表面具有设计成将径向向心流体流偏转为轴向流体流的弯曲外形，且考虑轴向流体流的方向，置于第一径向向外面对的表面的轴向下游。第一径向向外面对的表面支承带叶片的轮毂部分的多个叶片。

根据本发明，用于处理流体的径向旋转机械包括附接到相同轴的一个或更多个叶轮，它们各自具有带叶轮的轮毂部分，各带叶轮的轮毂部分包括第一径向向外面对的流体偏转表面，该表面具有设计成将轴向流体流偏转为径向离心流的弯曲外形。该机械还包括：

-护罩，其围绕各轮毂部分组装，以便截留到达带叶片的轮毂部分的轴向流体流且迫使流体流沿着第一向外面对的表面，

-定子，其包括引导通路，该引导通路用于来自护罩与第一向外面对的表面之间的流体，通路在各叶轮之后包括离心扩散器部分，离心扩散器部分之后跟着弯头，然后跟着向心返回通道部分。

该机械包括至少一个偏转器部分，该至少一个偏转器部分具有第二径向向外面对的流体偏转表面，其***流体流动路径中，与轴一起旋转，且具有设计成将径向向心流体流偏转为轴向流体流的弯曲外形。该机械包括与附接到轴的叶轮的总数为相同数目的***流体流动路径中的偏转器部分。

偏转器部分可置于带叶片的轮毂部分的上游。

偏转器部分还可置于带叶片的轮毂部分的下游。

偏转器部分和带叶片的轮毂部分可属于相同的叶轮部件。

叶轮组件可包括转子轴，且可包括限定第一向外面对的表面的至少一部分的轮毂部件、和限定第二向外面对的表面的至少一部分的偏转器部件，轮毂部件和偏转器部件二者组装到轴，以便将轴向和旋转力二者传递到轴。

轴具有可变区段，以便轴的表面限定第一或第二向外面对的表面的一部分。

第一向外面对的表面和第二向外面对的表面可各自由整体凹入的表面限定，两个表面中的各个的凹面面对相反的轴向方向。

叶轮组件可包括轴向位于带叶片的轮毂部分与偏转器部分之间的第一密封部分表面，第二向外面对的表面通过全部径向或径向向外面对地定向的表面部分从第二向外面对的表面的最下游侧延伸直到第一密封部分表面。

第二向外面对的表面可包括具有轴向表面部分的中心表面部分，或与轴向方向相切的中心表面部分。

第二向外面对的表面可由包括轴向表面部分的径向外表面部分限制，或由与径向平面相切的径向外表面部分限制，整个向外面对的表面在径向平面的下游轴向地延伸。

当偏转器部分位于轮毂部分的上游时，所得的叶轮组件可以以轴向悬挂方式组装到轴。带叶片的轮毂部分然后邻接轴且偏转器部分在与轴相反的轴向侧上。

在实施例中，返回通道的至少一部分由第二向外面对的表面界定。

径向旋转机械可包括第一密封件，该第一密封件桥接定子与叶轮组件之间的间隙，第一密封件处于第一向外面对的表面和第二向外面对的表面之间的轴向位置处，且可包括围绕护罩的第二密封件，第二密封件桥接护罩与定子部件之间的间隙。

在一些实施例中，第一密封件沿叶轮组件的周向外边缘，径向地置于第一向外面对的表面的外侧上。

在其他实施例中，第一密封件和第二密封件从轴的轴线大体上延伸到相同的径向距离处。可认为，如果属于叶轮和护罩的两个密封件的平均半径的差别不大于10％，且优选地不大于5％，则第一密封件和第二密封件大约延伸到相同的径向距离处。

在径向旋转机械中，在径向平面中观察，离开第一向外面对的表面的离心流体流与沿着第二向外面对的表面的流体流之间的角度保持小于180°。为了达到此目的，第一和第二向外面对的表面构造成以便在径向平面中观察，第一向外面对的表面的出口切向方向与第二向外面对的表面的入口切向方向之间的角度保持小于或等于180°。入口和出口切向方向是关于流体流方向限定的，即，方向是与表面相切的径向平面内的方向，且用于角度测量的方向的定向由流体流方向给定。

为了限定径向向心流或径向离心流，可认为，流体速度矢量可与叶轮的轴线形成角度，该角度包括在60°与90°之间，且优选地包括在80°与90°之间。为了限定轴向流体流，可认为，流体速度矢量可与叶轮的轴线形成角度，该角度包括在0°与20°之间，且优选地包括在0°与20之间。

在优选实施例中，根据本发明的叶轮组件包括第一密封部分，该第一密封部分围绕叶轮组件周向地连续，轴向地置于第一向外面对的表面与第二向外面对的表面之间。优选地，第一密封部分径向地置于第二向外面对表面的外侧上(即，第一密封部分具有大于或等于第二向外面对的表面的最大半径的最小半径)。密封部分是具有适于面对组装在固定元件上的密封元件(例如，金属密封元件)的表面外形和硬度的表面部分。

在优选实施例中，第一密封部分至少邻近第二径向向外面对的表面。在更特别的实施例中，第一密封部分邻近第一和第二径向向外面对的表面。在一些实施例中，叶轮组件可包括在第一向外面对的表面与第一密封部分之间延伸的至少一个径向延伸表面，或可包括在第二向外面对的表面与第一密封部分之间延伸的至少一个径向延伸表面。在优选实施例中，第二向外面对的表面通过全部径向或径向向外面对地定向的表面部分从其最下游侧延伸直到第一密封部分表面。径向延伸表面意味着径向表面或轴向且径向地延伸的表面。在优选实施例中，径向延伸表面是径向表面。

优选地，第一向外面对的表面和第二向外面对的表面各自由整体凹入的表面限定，两个表面中的各个的凹面面向相反的轴向方向。在优选实施例中，第一和第二向外面对的表面中的各个是分别由第一和第二径向剖面曲线限定的表面。径向剖面曲线是凹入的，具有恒定的曲率半径或具有连续变化的曲率半径。在优选实施例中，第一向外面对的表面的凹面面对上游方向，且第二向外面对的表面的凹面面对下游方向。在另一个实施例中，第一向外面对的表面的凹面面对下游方向，且第二向外面对的表面的凹面面对上游方向。

在有利的实施例中，第二向外面对的表面包括径向外部分，其包括径向表面部分，或包括与几何径向平面相切的径向外表面部分。如果正交于表面的方向与轴向方向形成角度，该角度在沿表面朝其径向外部分移动时减小，且最终与表面的外周上的轴向方向形成不大于20°，且优选地不大于10°的角度，则可以认为表面与径向平面相切。

在喜欢的实施例中，带叶片的轮毂部分和偏转器部分属于相同的单个部件。

在喜欢的实施例中，第二向外面对的表面包括具有轴向表面部分的中心表面部分、或与轴向方向相切的中心表面部分。如果其与如下方向相切，该方向与轴向方向形成不大于20°，且优选地不大于10°的角度，则可认为中心表面部分与轴向方向相切。

在一些实施例中，叶轮组件可包括转子轴，可包括限定第一向外面对的表面的至少一部分的轮毂前部件，且可包括限定第二向外面对的表面的至少一部分的后偏转器部件，轮毂前部件和后偏转器部件二者组装到轴以将轴向和旋转力二者传递到轴。在优选实施例中，轮毂前部件和后偏转器部件是单个件。在另一实施例中，轮毂前部件和后偏转器部件是两个不同的部件。这两个不同的部件可并靠，或由第三部件分开，如由包括第一密封部分的第三部件分开。

在特别实施例中，轴具有可变区段，以便轴的表面限定第一或第二向外面对的表面的一部分。备选地，或除此之外，组件可至少包括组装到轴的附加环，该环的外表面限定第一或第二向外面对的表面的还未被轮毂前部件、后偏转器部件或轴限定的一部分。

在优选实施例中，机械包括扩散通道内的流体引导叶片，该叶片至少部分轴向地延伸且将限定返回通道的一个面的第一定子壁连接到限定扩散通道其他面的一部分的隔膜部件。隔膜部件还限定扩散器部分的面和弯头的内侧表面。第二向外面对的表面优选地放置成以便与隔膜壁中的一个对齐，或与隔膜壁中的一个相切。

径向旋转机械可包括具有叶轮的数量n的级、具有第一和第二向外面对的表面的至少数量n-1的叶轮组件，且可包括在第一叶轮的上游组装到轴的上游偏转器部件。上游偏转器部件可具有第三类型径向向外面对的流体偏转表面，该表面具有设计成将径向向心流偏转为朝第一叶轮入口被引导的轴向流体流的弯曲外形。第三类型径向向外面对的表面具有与第二向外面对的表面类似的形状和作用，但是是由非叶轮下游侧的部件形成的。第一叶轮指最上游叶轮。在优选实施例中，所有n个叶轮具有第一向外面对的表面，且至少n-1个叶轮具有第二向外面对的表面，即除了最下游叶轮之外的所有叶轮。最下游叶轮可以或可以不具有第二向外面对的表面，且表面可以或者可以不包括在流体流动路径中。在此优选实施例中，第三偏转表面的尺寸和形状、n个第一向外面对的表面和n-1个第二向外面对的表面的尺寸和形状构造成平衡由流体施加在n个叶轮上和上游偏转器部件上的整体动态轴向力，例如以便整体动态轴向力小于施加在n个第一向外面对的表面上的总动态轴向力的20％，且优选为小于施加在n个第一向外面对的表面上的总动态轴向力的10％。在一个实施例中，由流体施加在上游偏转器部件上的轴向力主要抗衡施加在最上游偏转器部件正下游的第一向外面对的表面上的力。在另一个实施例中，由流体施加在上游偏转器部件上的轴向力主要抗衡施加在最下游第一向外面对的表面上的力。在又一实施例中，由流体施加在上游偏转器部件上的轴向力抗衡由流体施加到n个第一向外面对的表面上的轴向下游动态力与由流体施加到n-1个第二向外面对的表面上的轴向上游动态力之间的差值。

在实施例中，最上游偏转器部件位于第一带叶片的轮毂部件上游，且不形成返回通道的一部分。偏转器部分的第二径向向外面对的表面然后可为朝偏转器部分的远离轮毂部分的第一轴向端发散的表面，以便达到或相切于径向平面。优选地，偏转器部分的第二径向向外面对的表面还可为会聚表面，以便朝靠近轮毂部分的第二轴向端、朝轮毂部分的第一径向向外面对的表面相切。

偏转器部分可包括径向向内面对的表面，该径向向内面对的表面沿偏转器部分轴向长度的至少一半，沿远离轮毂部分的方向持续径向地发散。向内面对的表面在偏转器部分的轴向中心处限定中空区域。

在此情况下，偏转器部分的径向厚度优选为靠近轮毂部分最大。厚度在此指部件的排除了中空区域径向尺寸的材料厚度。偏转器部分的最大厚度是偏转器部分的最小径向厚度的至少三倍。

转子组件可包括组装到轴的平衡鼓，其是与叶轮组件分开的部件。

转子组件可包括平衡鼓，该平衡鼓集成于带叶片的轮毂。带叶片的轮毂部分例如可包括环形密封突出，该环形密封突出从轮的与偏转器部分相反的侧面上从轮毂部分轴向地延伸，该环形密封突出面对组装到定子部分的密封件。

偏转器部分可包括径向向内面对的表面，该径向向内面对的表面沿远离轮毂部分的轴向方向上径向地发散，且其放置为以便当转子组件在使用中时经受与施加在第一向外面对的表面上的气体压力相同的气体压力。

在另一实施例中，偏转器部分可面对沿着线的密封***，该线将包括第一向外面对的表面的区域与包括径向向内面对的表面的区域分开。当转子在使用中时，内部面对表面然后经历与施加到外部面对表面上的气体压力不同的气体压力。

偏转器部分和轮毂部分可各自分别包括第一径向表面和第二径向表面，它们分别面对第一轴向推力轴承的第一半和第二轴向推力轴承的第二半。

偏转器部分可包括径向地延伸的表面的一部分，且其放置为以便其经受与施加在第一向外面对的表面上的气体不同的气体压力。

在优选实施例中，径向旋转机械不包括除了第一轴向推力轴承和第二轴向推力轴承之外的其他轴向推力轴承。

由于机械内的动态轴向力的自平衡，轴可借助于磁性轴向推力轴承轴向地维持在定子内，而不使用额外类型的轴向轴承。

本发明一些附加的目的、优点和其他特征将在接下来的说明中解释。

附图说明

将参考附图来描述优选但非限制形式的实施例，在附图中：

-图1是根据本发明的旋转机械一部分的简化截面图；

-图2是根据本发明的旋转机械的另一实施例的一部分的简化截面图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的离心压缩机的部分1。压缩机包括围绕轴线X-X′旋转的轴9。叶轮2围绕轴9组装，以便与轴9一起围绕轴线X-X′旋转，且以便将由流体施加到叶轮2的轴向力传递到轴。在说明书中，“流体”或“多个流体”指由径向旋转机械处理的流体。

在说明书中，“径向表面”表示由一系列径向线形成的表面，即，垂直于旋转机械1轴线X-X′的表面。

“轴向表面”表示由一系列轴向线形成的表面，即，具有平行于轴线X-X′的轴线的圆柱表面的一部分。

叶轮2包括带叶片的轮毂部分4和偏转器部分3，偏转器部分3置于带叶片的轮毂部分4的下游。

下游表示在沿在旋转机械1内循环的流体的流体流动路径的下游。带叶片的轮毂部分4和偏转器部分3与流体流接触且它们有助于引导流体流。

带叶片的轮毂部分包括第一径向向外面对的表面11，若干轮叶片(图中不可见)组装到该第一径向向外面对的表面11上，该第一径向向外面对的表面11分布在内部线21a与外部线21b之间。

带叶片的轮毂部分在其径向外侧上由护罩8覆盖。这样，流体通道限定在带叶片的轮毂部分与护罩之间。流体通道由此设计成使进入轴向流体流25偏转为排出径向离心流27。

偏转器部分3置于带叶片的轮毂部分4的下游，且包括第二径向向外面对的表面12。第一向外面对的表面11和第二向外面对的表面12二者至少部分地在径向方向上且至少部分地在轴向方向上延伸。第一向外面对的表面11和第二向外面对的表面12面对相反的轴向方向。在图1所示的实施例中，叶轮包括在第一向外面对的表面11轴向端处的第一径向表面37，和在第二向外面对的表面12轴向端处的第二径向表面38。

叶轮在第一径向表面37与第二径向表面38之间轴向地延伸。在一些实施例中，表面37和/或表面38可各自缩小成圆形线。

带叶片的轮毂部分4和偏转器部分3可由两个分开的部件限定。在有利的实施例中，它们可由相同的单个部件限定。在此情况下，这两部分之间的任意轴向界限可由任何径向平面39限定，径向平面39在第一向外面对的表面11与第二向外面对的表面12之间连续而不与两个表面中的任一个交叉。当第一向外面对的表面和第二向外面对的表面属于两个不同部件时，也可限定此种径向几何平面39。

在一些实施例中，第一和第二向外面对的表面可通过围绕轴线X-X′旋转叶轮线的一些剖面线，如图1或图2上限定叶轮2轮廓的线而整体地获得。

在其他实施例中，第一和第二向外面对的表面可以不是精确的回转表面。它们例如可通过一组初始生成表面部分围绕轴线XX′的周期旋转而获得。

叶轮2、轴9和护罩8由定子部件围绕，该定子部件诸如为入口盖5、扩散器壁7、隔膜6和返回通道壁10。入口盖5有助于引导进入轴向流体流25。进入轴向流体流25到达由护罩8和叶轮2之间的径向孔口限定的叶轮进口。在一些实施例中，如在图2中，入口盖5可与固定的上游入口壁18一起至少部分地限定入口通道15，入口通道15朝叶轮进口引导向心流29，且在流体流进入叶轮进口之前将其偏转成轴向流。

回到图1，径向离心流27离开叶轮2，然后由限定在扩散器壁7与隔膜部件6之间的扩散器通道16引导。其然后到达通道弯头40。通道弯头40限定在扩散器壁7的一部分、返回通道壁10的一部分和隔膜部件6之间。其也可仅限定在返回通道壁与隔膜部件之间。在弯头40之后，流体被通过返回通道17，沿着向心流方向，朝位于叶轮2后部处(即，在下游侧上)的第二偏转表面12引导。返回通道17的上游部分限定在隔膜部件6与返回通道壁10之间的轴向空间中。隔膜部件6可由返回通道叶片22保持，返回通道叶片22桥接隔膜部件6与返回通道壁部件10之间的轴向间隙。返回通道17的下游部分限定在返回通道壁部件10与第二向外面对的表面12之间。返回通道的该下游部分是弯曲的，以便将向心流体流28偏转为轴向流体流26。如图2所示，轴向流体流26然后可进入位于第一叶轮2下游的第二叶轮42的第二叶轮进口。叶轮2和叶轮42属于相同的多级机械，例如如图2所示实施例中的两级机械。多级机械可包括多于两个级，在该情况下，如上所述，机械的所有叶轮，除了最下游的叶轮，可包括第一向外面对的表面和在与轮相关的返回通道中的第二向外面对的表面。在一些实施例中，最下游的叶轮可不包括下游偏转表面，即，没有第二向外面对的表面。在其他实施例中，最下游的叶轮可具有与上游叶轮相同的形状，第二向外面对的表面完全不***旋转机械的流体流动路径中。

回到图1，叶轮进口密封件19组装在扩散器壁7。密封件19接触护罩8，以便避免进入流体流25的泄漏，且避免其直接朝扩散器通道16泄漏而不横穿限定在护罩8与带叶片的轮毂部分4之间的流体通道。

第二向外面对的表面12包括偏转表面，该偏转表面具有足够的径向和轴向范围，且具有充足的曲率，以便在偏转器部分3内将径向向心流28转化成离开返回通道17的轴向流26。

以此方式，由流体施加到第二向外面对的表面12上的总动态轴向力和由流体施加到第一向外面对的表面11上的总动态轴向力在方向上且在幅度上相反。

旋转机械可为单级机械，或多级机械。

为了将轴向流体流偏转为径向流体流，如图1所示，第一向外面对的表面11可由属于轴9的偏转器表面部分24完成，或者第一向外面对的表面11可由属于组装到轴的环(图中未示出)的偏转器表面部分完成，或者如图2所示，第一向外面对的表面11可由属于组装在叶轮2上游的另一偏转器部件14的偏转器表面部分完成。在此情况下，第一向外面对的表面11可邻近在叶轮2的上游极限处轴向地限定的径向表面37。

第二向外面对的表面12从旋转机械的轴线X-X′径向足够远地延伸。第二向外面对的表面12优选地与护罩8内半径相比径向更远地延伸-内半径被认为是轴线X-X′与护罩8内面之间的最小距离。在优选实施例中，至少第二向外面对的表面12的最大直径与跟着它的第一向外面对的表面11的最小直径之间的差值大于覆盖第一向外面对的表面11的护罩的内直径与第一向外面对的表面11的最小直径之间的径向距离的150％。

以此方式，由返回通道17中的流体提供足够的轴向偏转力，且叶轮2的下游侧经受足够的轴向偏转力，以便平衡施加在叶轮上游侧上的偏转力。

优选地，第二向外面对的表面12包括径向外表面部分34，该径向外表面部分34包括径向表面部分，或者包括与几何径向平面相切的径向外表面部分。

在一些实施例中，第二向外面对的表面12可不与径向平面严格地相切，而是包括周向的、径向外表面部分34，这使得从径向平面的不大于10°，且优选地不大于5°的极限角度α。极限角度α例如可作为轴向方向与正交于第二向外面对的表面12之间的方向之间的角度来测量。在图1和图2二者中，极限角度α的幅度被夸大，因为对应的表面角度非常接近于零。

如可从图2中明白的，可以想象，在离开叶轮2上游侧的流体流27的径向离心方向与在返回通道17上游部分中的向心流体流之间的流体流偏转，其可达到大于180°的偏转角度。然而，在优选实施例中，此偏转角度不大于180°，以便改善动态轴向力的平衡效果。为了相同的目的，整个第二向外面对的表面轴向向前弯曲，即，当沿此表面朝轴线XX′径向地移动时，与表面的接触点的轴向坐标可仅增大(朝下游方向)或暂时保持恒定，决不减少。

因此，表面12的所有点径向向外面对。通过避免表面部分径向向内面对，得到施加于叶轮2上的流体力的更好的平衡效果。

为了将径向流体流偏转为轴向流体流，第二向外面对的表面12可由偏转器表面部分30完成，偏转表面部分30如图2所示属于轴9，或如图1所示，属于组装到轴的环23，或属于下游叶轮(未示出)。在此情况下，第二向外面对的表面12可邻近在叶轮2的下游极限处轴向地限定的径向表面38。

优选地，第二向外面对的表面12包括包含轴向表面部分的中心表面部分33，或者包括与轴向圆柱形表面相切的中心表面部分33。

在一些实施例中，第二向外面对的表面12可不与轴向圆柱表面严格地相切，相反，第二向外面对的表面12应包括中心表面部分33，这形成与轴向方向的不大于10°，且优选地不大于5°的角度β，这是为了相同的理由，其目标是实现由流体施加的动态力的有效轴向平衡。角度β可在包含在径向平面中的表面的切线与轴线XX′的轴向方向之间测量。

如图1中可见，旋转机械1可包括下游压力密封件20，其例如可为迷宫式密封件，且其位于隔膜部件6与叶轮2的第一密封部分31之间。密封部分31可为围绕叶轮2周向地连续的阶梯状或优选地非阶梯状的表面。

在图1所示的实施例中，第一密封部分与叶轮的外边缘相比更径向地接近轴线XX′。第一密封部分31通过或多或少的径向表面部分与外边缘分开，且通过第二向外面对的表面12与轴9分开。

旋转机械1可包括第二密封表面部分32，第二密封表面部分32围绕护罩8连续且面对叶轮进口的密封件19。此第二密封表面部分32优选为阶梯状表面。此表面与轴线XX′的距离例如可作为和密封件19接触且最接近轴线XX′的轴向表面部分与和密封件19接触且位于离轴线XX′最大距离处的轴向表面之间的平均值来测量。

在图1所示的实施例中，第一密封部分31距轴线XX′的径向距离与分离第二密封表面部分32的平均距离几乎一样，即，在此差别不大于20％，且优选地不大于10％。与图2所示实施例中相比，此实施例的优点在于静态压力差被更好地平衡。

在图2所示的实施例中，第一密封部分沿叶轮2的径向外边缘35连续，这减少了机械的总体长度。

第一和第二密封部分31和32可为面对密封件19或20上的平坦或阶梯状表面的平坦轴向表面、阶梯状轴向表面、或者齿状表面。

第二向外面对的表面12放置成以便与限定返回通道的隔膜壁36平齐，根据实施例，有时在其间具有密封件20。

第二向外面对的表面12与隔膜壁36一起形成几乎连续的表面，该表面设计为首先沿向心方向28引导流体，随后使其流体偏离到轴向方向26。第二向外面对的表面12与隔膜壁36一起，有时与属于密封件20的或多或少的径向表面的一部分，形成偏转表面，该偏转表面的径向剖面线具有连续变化的曲率半径。壁36可主要是径向的，或者可为稍微截头圆锥形从而朝轴9逐渐变宽。

如在上面已提示的，图2示出根据本发明的径向旋转机械的另一实施例。

图1的类似元件可在图2中找到，它们由相同参考标号指示。

在图2的实施例中，径向旋转机械是多级机械，在所示的情况中为两级机械。其包括第一叶轮2，第一叶轮2具有如上所述的第一向外面对的表面和第二向外面对的表面。其还包括仅具有第一向外面对的表面11的下游叶轮42。施加在轮2的第一向外面对的表面11上的动态轴向力由施加在轮2的第二向外面对的表面12上的动态轴向力补偿。第二，且最后，叶轮42后不跟随返回通道，因为扩散器16后跟着出口通道44，出口通道44限定在扩散器壁7与最终扩散器壁41之间。施加在轮42的第一向外面对的表面11上的动态轴向力由施加在第三向外朝向的表面13上的动态轴向力补偿，第三向外朝向的表面13属于上游偏转器部件14，位于第一叶轮的2的上游。第三向外朝向的表面13具有与第二向外面对的表面12类似的形状，且放置成与属于上游入口壁部件18的径向壁表面部分平齐。密封件(例如迷宫式密封件)可存在于入口壁部件18与偏转器部件14的径向外边缘之间。在其他实施例中，间隙可存在于入口壁部件18与偏转器部件14的径向外边缘之间。

在优选实施例中，偏转器部件14包括径向向内面对的表面43，该径向向内面对的表面43限定上游偏转器部件14与轴之间的自由空间45，该自由空间45在偏转器部件的上游端处围绕轴开口。以此方式，转子的总重量减少。在图2所示的实施例中，径向旋转机械包括上游平衡鼓密封件50，上游平衡鼓密封件50放置为避免入口通道15与中空空间45之间的气体泄漏。图2的径向旋转机械包括下游平衡鼓密封件49，其组装到最终扩散器壁41，以便与属于最下游带叶片轮毂部分42轴向突出48的轴向延伸表面51接触。

突出48是或多或少的环形轴向延伸突出，其轴向地延伸到带叶片轮毂部分42的下游侧，以便限定径向接近扩散器壁7的轴向延伸表面51。

密封件49使得能够获得由突出48围绕的，与叶轮部件的至少部分径向的表面上的压力不同的，在沿最下游叶轮42的气体通道内的气体压力。该压力差生成轴向力，该轴向力可调节，以补偿施加于组装到轴9的叶轮和偏转器上的静态轴向负载的至少一部分。类似的调节效果还可利用密封件50实现。

在所示实施例中，偏转器部件14包括中空区域45内的径向表面部分，其面对半轴向推力轴承46，例如磁性半轴承。在其他实施例中，偏转器部件14还可包括径向表面部分而不限定中空区域45，且该径向表面部分可面对半轴向推力轴承。当半轴承位于中空区域45中时，机械的总体长度减少。第二半轴向轴承47，诸如磁性半轴承，可面对属于下游叶轮的下游径向表面。由于通过向外面对的表面进行的动态轴向力的自平衡，故机械可包括仅2个半磁性轴承46和47，而不需要额外的推力轴承。

具有图1或图2的一些特征的根据本发明的旋转机械可具有多于两个级，例如数量n的级，n大于或等于二。沿轴线XX′从上游侧到下游侧，其可包括上游偏转器部件14、具有第一和第二向外面对的表面的数量n-1的叶轮2、和下游叶轮，该下游叶轮或者没有第二向外面对的表面S，或者具有不属于返回通道的第二向外面对的表面。

根据本发明的旋转机械，特别是单级机械，可在任何叶轮下游没有第二向外朝向的表面，且在叶轮上仅包括第一向外朝向的表面11，其与上游“第三”向外朝向的表面13相关，构造成平衡由流体施加在第一向外朝向的表面11上的轴向力。

本发明不限于以上描述或示例的实施例，这些实施例被认为仅是大范围的实施例的一些例子。

第一和第二、第一和第三向外朝向的表面可以或可以不属于相同部件。可不指望在两个邻接表面上实现平衡效果，但可指望在所有轴向上游和所有轴向下游的偏转旋转表面之间实现平衡效果。

当第一和第二向外朝向的表面属于为叶轮2的相同部件时，可以说，返回通道17的一部分由叶轮2界定。在一些实施例中，如图2中，固定的返回通道叶片22至少部分地在由第二向外面对的表面12界定的返回通道的一部分中延伸。

旋转机械优选地处理气体，但可处理其他形式的流体，如气态液滴悬浮体。

第二向外面对的表面12的一部分可属于也限定叶轮2上游侧的相同部件，且该向外面对的表面12的另一部分，或者若干其他部分，可属于轴本身，或者可由组装到轴的分开的部件限定。

利用根据本发明的叶轮组件，减小轴向力的由轴向推力轴承抗衡的其余部分。轴向推力轴承的大小然后可减小，或者油轴承可由磁性推力轴承替代。在图2的实施例中，由于叶轮通道与返回通道之间的轴向距离减到最小，故径向旋转机械的总长度可短于现有技术机械。

在图1的实施例中，机械的总轴向长度更长，但除动态压力的自平衡之外，静态压力也是自平衡的。

由于叶轮组件的轴向力自平衡能力，故允许更高的流体通过量穿过旋转机械。此种高通过量有时发生在瞬间状态下，其形式上暗示设计更大体积的推力轴承。

根据本发明的叶轮组件使得能够构造具有更宽功能范围的更紧凑的径向旋转机械，特别是由于关注流体通过量。

Claims (13)

1.一种用于处理流体的径向旋转机械，包括附接到相同轴的一个或更多个叶轮(2)，该一个或更多个叶轮(2)各自具有带叶片的轮毂部分(4)，各带叶片的轮毂部分包括第一径向向外面对的流体偏转表面(11)，所述第一径向向外面对的流体偏转表面(11)具有设计成将轴向流体流偏转为径向离心流的弯曲外形，

- 护罩(8)，其围绕各轮毂部分(4)组装，以便截留到达所述带叶片的轮毂部分(4)的轴向流体流且以便迫使该流体流沿着所述第一径向向外面对的流体偏转表面(11)，

- 定子，其包括引导通路，所述引导通路用于来自所述护罩与所述第一径向向外面对的流体偏转表面(11)之间的流体，所述引导通路在各叶轮之后包括离心扩散器部分(16)，在所述离心扩散器部分(16)之后跟着弯头(40)，然后跟着向心返回通道部分(17)，

其特征在于，该径向旋转机械包括：

具有第二径向向外面对的流体偏转表面(12)的下游偏转器部分(3)，所述下游偏转器部分(3)***流体流动路径中，置于所述轮毂部分(4)的下游且与轴一起旋转，且具有设计成将径向向心流体流(28)偏转为轴向流体流(26)的弯曲外形，且其中，该径向旋转机械包括与附接到轴的叶轮的总数为相同数目的***流体流动路径中的所述下游偏转器部分；以及

上游偏转器部分(14)，其在最上游叶轮的入口处安装到所述轴，所述上游偏转器部分包括第三向外面对的表面(13)，其中所述上游偏转器部分包括径向向内面对的表面(43)，其限定所述上游偏转器部分和轴之间的自由空间(45)，所述自由空间在所述上游偏转器部分的上游端处开口，其中磁性半轴承被布置在所述自由空间内。

2.根据权利要求1所述的径向旋转机械，其特征在于，所述下游偏转器部分(3)属于与其在下游方向上跟随的带叶片的轮毂部分(4)相同的叶轮部件(2)。

3.根据权利要求2所述的径向旋转机械，其特征在于，除了最下游的带叶片的轮毂部分(4)，各带叶片的轮毂部分(4)属于与在下游方向上跟随该带叶片的轮毂部分(4)的下游偏转器部分(3)相同的单个部分。

4.根据权利要求1所述的径向旋转机械，其特征在于，轴(9)具有可变区段，以至于所述轴的表面限定所述第一径向向外面对的流体偏转表面(11)或所述第二径向向外面对的流体偏转表面(12)的一部分。

5.根据权利要求2所述的径向旋转机械，其特征在于，所述叶轮部件包括第一密封部分表面(31)，所述第一密封部分表面(31)轴向地位于其带叶片的轮毂部分与其偏转器部分之间，所述第二径向向外面对的流体偏转表面由全部径向地或径向向外面对地定向的表面部分限定在其从所述第二径向向外面对的流体偏转表面(12)的最下游侧(33)直到所述第一密封部分表面(31)的范围上。

6.根据权利要求2或5所述的径向旋转机械，其特征在于，所述第二径向向外面对的流体偏转表面(12)包括具有轴向表面部分的下游中心表面部分(33)，或与轴向方向相切的下游中心表面部分(33)。

7.根据权利要求2或5所述的径向旋转机械，其特征在于，所述第二径向向外面对的流体偏转表面(12)由包括径向表面部分的上游表面部分(34)限制，或由与径向平面相切的上游表面部分(34)限制，整个所述第二径向向外面对的流体偏转表面(12)在该径向平面的下游轴向地延伸。

8.根据权利要求1所述的径向旋转机械，其特征在于，返回通道(17)的至少一部分由所述第二径向向外面对的流体偏转表面(12)界定。

9.根据权利要求8所述的径向旋转机械，其特征在于，包括第一密封件(20)，所述第一密封件(20)桥接所述定子与所述叶轮部件之间的间隙，所述第一密封件处于所述第一径向向外面对的流体偏转表面(11)与所述叶轮部件的第二径向向外面对的流体偏转表面(12)之间的轴向位置处，且包括围绕护罩的第二密封件(19)，所述第二密封件(19)桥接所述护罩(8)与定子部件(7)之间的间隙。

10.根据权利要求9所述的径向旋转机械，其特征在于，所述第一密封件(20)沿着叶轮组件的周向外边缘(35)径向地位于所述第一径向向外面对的流体偏转表面(11)的外侧上。

11.根据权利要求9所述的径向旋转机械，其特征在于，所述第一密封件(20)和所述第二密封件(19)从轴的轴线大约延伸到相同的径向距离处。

12.根据权利要求1所述的径向旋转机械，其特征在于，在径向平面中观察，所述第一径向向外面对的流体偏转表面的出口切向方向与所述第二径向向外面对的流体偏转表面的入口切向方向之间的角度保持小于或等于180°，且其中，入口和出口切向方向是关于流体流方向限定的。

13.根据权利要求1所述的径向旋转机械，其特征在于，包括作为单独轴承的磁性轴向推力轴承，以平衡施加在轴上的轴向力。

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