CN110094360B - 高效率离心式叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效率离心式叶轮。具体而言，本发明涉及一种可装配于旋转部件的平衡孔内的平衡配重，包括具有所需重量的圆柱形主体。开口形成于所述主体的一部分中以界定中空通道，并且机构将所述圆柱形主体联接于所述平衡孔的内部内。

Description

高效率离心式叶轮
背景技术
本文公开的示例性实施方案涉及旋转机器，例如像压缩机，并且更具体地，涉及用于平衡旋转机器的旋转部件的***。
旋转机器通常用于制冷和涡轮应用中。旋转机器的实例包括离心式压缩机，所述离心式压缩机具有固定到旋转轴杆的叶轮。叶轮的旋转增加移动越过叶轮的流体或气体的压力和/或速度。在叶轮的旋转期间，质量不平衡可能例如由于叶轮相对于转子轴杆的位置偏差、在机械加工时的制造误差或类似原因发生。例如，当叶轮的质量的中心轴偏离转子轴杆的旋转中心时，生成离心力，从而导致动态失衡。
为了防止或最小化这种失衡和任何所得振动，通常在叶轮的轴向端表面中提供具有不同深度的多个平衡孔以执行平衡调整。这些平衡孔可包括螺纹孔和单独的排气孔。可以通过在所述多个螺纹孔中装配配重来执行机械平衡，并且推力平衡可以经由排气孔界定的通道发生。机械平衡的这种机构用来使叶轮的质心与旋转轴杆的旋转轴对准。
发明内容
公开了一种可装配于旋转部件的平衡孔内的平衡配重，其包括具有所需重量的圆柱形主体。开口形成于所述主体的一部分中以界定中空通道，并且机构将所述圆柱形主体联接于所述平衡孔的内部内。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，开口形成于圆柱形主体的中心处。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，开口邻近于圆柱形主体的外边缘形成。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述机构包括围绕圆柱形主体的外表面形成的多个凸螺纹。
根据另一实施方案，一种旋转机器的旋转部件包括具有前侧和后侧的轮毂。所述轮毂可围绕旋转轴旋转。多个平衡孔从所述轮毂的前侧延伸到后侧。至少一个平衡配重可接纳于所述多个平衡孔中的一个内，使得在所述多个平衡孔中的任一个处提供机械平衡和推力平衡两者。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述多个平衡孔是大致上相同的。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述多个平衡孔围绕轮毂的中心部分沿圆周间隔。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述多个平衡孔围绕轮毂的中心部分沿圆周等距离间隔。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述多个平衡孔相对于旋转轴径向等距离间隔。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述多个孔相对于旋转轴的径向距离各不相同。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述至少一个平衡配重邻近于所述多个平衡孔中的一个的第一端布置。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述至少一个平衡配重包括邻近于所述多个平衡孔中的一个的第一端布置的第一平衡配重，以及邻近于所述多个平衡孔中的一个的第二端布置的第二平衡配重。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述至少一个平衡配重具有中空通道，流体可通过所述中空通道从所述轮毂的所述前侧排出到所述后侧。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述中空通道形成于圆柱形主体的中心处。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述中空通道邻近于圆柱形主体的外边缘形成。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述至少一个平衡配重包括用于将平衡配重装配于所述多个平衡孔中的一个的内部内的机构。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述机构包括围绕圆柱形主体的外表面形成的多个凸螺纹。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述旋转部件是叶轮。
除了上述特征中的一个或多个之外或者作为替代方案，在进一步实施方案中，所述旋转机器是压缩机。
附图说明
以下描述不应当以任何方式视为限制性的。参考附图，相同元件带有相同编号：
图1是制冷***的实例的横截面图；
图2是根据实施方案的压缩机的叶轮的前端视图；
图3是根据实施方案的压缩机的叶轮的横截面图；
图4A是根据实施方案的可接纳于叶轮的平衡孔内的平衡配重的端视图；
图4B是根据实施方案的可接纳于叶轮的平衡孔内的平衡配重的横截面图；以及
图5是根据实施方案的包括平衡配重的叶轮的横截面图。
具体实施方式
本文参考附图借助于例示而非限制来呈现所公开设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
现在参考图1，图示了制冷***20的实例。制冷***20包括流体联接以形成回路的压缩机组件22、冷凝器24，和蒸发器26。第一导管28从蒸发器26的出口30邻近处延伸到压缩机组件22的入口32。压缩机组件30的出口34通过导管36联接到冷凝器24的入口38。在一个实施方案中，冷凝器24包括第一腔室40，和仅从第一腔室40的内部可接达的第二腔室42。第二腔室42内的浮阀44通过另一导管48连接到蒸发器26的入口46。
取决于制冷***20的大小，压缩机组件22可包括用于小型***的旋转、螺杆、离心式或往复式压缩机，或者用于较大***的螺杆压缩机或离心式压缩机。典型的压缩机组件22包括外壳50，所述外壳50具有在一个末端处的马达52和在第二相对末端处的离心式压缩机54，其中两者通过传动组件56互连。压缩机54包括用于将制冷剂蒸汽加速到高速度的叶轮58、用于将制冷剂减速到低速度同时将动能转换为压力能量的扩压器60，和呈蜗壳或收集器形式以收集排放蒸汽用于随后流动到冷凝器的排放气室(未示出)。定位于压缩机组件22的入口32附近的是入口导流叶片组件62。因为从蒸发器26流动到压缩机54的流体在进入叶轮58之前必须首先通过入口导流叶片组件62，所以入口导流叶片组件62可用来控制进入压缩机54的流体流。
制冷***20内的制冷循环可以如下描述。压缩机54从蒸发器26接收制冷剂蒸汽并将其压缩到较高温度和压力，其中相对热的蒸汽接着传递到冷凝器24的第一腔室40中，在此所述相对热的蒸汽通过与冷却介质的热交换关系而被冷却且冷凝为液态，所述冷却介质例如像水或空气。因为第二腔室42具有相比于第一腔室40的较低压力，所以液体制冷剂的一部分闪蒸为蒸汽，从而冷却剩余液体。第二腔室42内的制冷剂蒸汽通过冷的热交换介质重新冷凝。制冷剂液体接着***到位于第一腔室40与蒸发器26之间的第二腔室42中。浮阀44形成密封以防止来自第二腔室42的蒸汽进入蒸发器26。
在液体制冷剂通过浮阀44时，制冷剂在其传递到蒸发器26中时膨胀为低温两相液体/蒸汽状态。蒸发器26是热交换器，所述热交换器允许热能从例如像水的热交换介质迁移到制冷剂气体。当气体返回到压缩机54时，制冷剂处于制冷循环开始的温度和压力。
现在参考图2和3，更详细地图示叶轮的实例，例如像离心式压缩机54的叶轮58。叶轮58包括具有前侧72和后侧74的轮毂或主体70。如图示，主体70的前侧72的直径大体上朝向后侧74增加，使得叶轮58为大体上圆锥形形状。多个桨叶或叶片76在前侧72上向外延伸。在一个实施方案中，桨叶76被定向成以退出角度排出经过叶轮58的流体。在叶轮58旋转时，流体在大致上轴向方向上接近叶轮58的前侧72，并且在大体上径向方向上流过界定于邻近桨叶76之间的通道78，所述大体上径向方向大致上垂直于叶轮58的旋转轴定向。
在轮毂70的中心部分中形成具有预定轴向深度的多个平衡孔80。在一个实施方案中，平衡孔80从主体70的第一端82延伸到第二相对端84。然而，本文也设想其中平衡孔80中的一个或多个仅延伸通过轮毂70的轴向深度的一部分的实施方案。此外，平衡孔80可大体上平行于旋转轴X延伸，或替代地，可与旋转轴成一个角度布置，如图3中所示。
多个平衡孔80可包括围绕轮毂70沿圆周间隔的任何数目的平衡孔。在一个实施方案中，多个平衡孔80中的每一个围绕轮毂70的圆周等距离分布。然而，本文也设想其中平衡孔80围绕轮毂70的圆周不均匀地定位的实施方案。另外，平衡孔80可以相对于轮毂70的旋转轴X布置在相同径向位置处，或各种径向位置处。例如，多个平衡孔80可以围绕轮毂70的端表面82的周边布置成一个或多个行或圆。在图示的非限制性实施方案中，每一行平衡孔80具有不同半径。
多个平衡孔80是大致上相同的，并且因此具有一致的内径。多个平衡孔80的内周边表面86的全部或一部分可具有形成于其中的凹螺纹，以使具有互补凸螺纹的平衡配重能够与其联接。例如，邻近轮毂70的前侧82定位的多个平衡孔80中的一个或多个的第一端88可包括用于接纳带螺纹平衡配重的凹螺纹。替代地或另外，邻近轮毂70的后侧74定位的多个平衡孔80中的一个或多个的第二端90可具有形成于其中的凹螺纹。
现在参考图4A和4B，图示了可装配于多个平衡孔80中的一个的一部分内的平衡配重100的实例。如图示，平衡配重100具有大体上圆柱形主体102。主体102可由具有所需重量的任何合适材料形成。平衡配重100另外包括中空通道104的开口，流体可以流过所述中空通道。在图示的非限制性实施方案中，开口或中空通道104穿过圆柱形主体102的中心形成。然而，其中通道104形成于圆柱形主体102的另一部分处，例如像邻近其外周边的实施方案也视为在本公开的范围内。
平衡配重100的外径大体上等于多个平衡孔80的内径。在一个实施方案中，多个凸螺纹106包围在平衡配重100的外表面108周围。螺纹106与围绕多个平衡孔80中的任一个的内周边表面86形成的多个凹螺纹互补并且被构造成与所述多个凹螺纹可旋转地接合，以在所需位置处将平衡配重100联接到叶轮轮毂70。应了解，本文关于将平衡配重100装配在平衡孔80内所图示并描述的多个螺纹106仅意图作为实例，并且在其它实施方案中，可以使用用于安装平衡配重100的其它机构或扣件。
任何数目的平衡配重100可以装配在形成于叶轮轮毂70中的多个平衡孔80内以平衡轮毂70的质心与旋转轴X。在其中使用多个平衡配重100的实施方案中，装配到轮毂70的每一个平衡配重100的重量可以变化。在具有安装于平衡孔80中的一个或多个内的一个或多个平衡配重100的叶轮58的旋转期间，通过叶轮58抽吸的流体将轴向地流过叶轮58的前侧72。如图5中最佳地示出，一个或多个平衡配重100的中空通道104布置成与每一平衡孔80流体连通，使得流体可以从轮毂的后侧74经由平衡孔80和形成于平衡配重100中的中空通道104传递到前侧82。
因此，如本文描述的叶轮轮毂70不再需要用于接纳配重的单独且相异的孔以及允许流体借以排出的孔。实际上，单个平衡孔80被构造成通过使用平衡配重100执行两种功能，所述平衡配重100当安装于平衡孔80内时具有开放通道104。通过减少形成于叶轮轮毂70中的开口的总数目，可以减小叶轮轮毂和对应的护罩的直径，从而提高压缩机的效率。
术语“大约”意图包括基于在提交申请时可用的设备而与特定量的测量相关联的误差程度。
本文使用的术语是仅用于描述特定实施方案的目的，且不意图限制本公开。除非上下文另外清楚指示，否则如本文中所使用，单数形式“一(a/an)”和“所述”意图也包括复数形式。进一步将了解，术语“包括(comprises/comprising)”当使用在本说明书中时指定所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但本领域的技术人员将了解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出各种改变且可用等效物代替本公开的元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下可做出许多修改以使特定情形或材料适合于本公开的教示。因此，意图在于，本公开不限于作为设想来用于实行本公开的最佳模式公开的特定实施方案，但本公开将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (19)

1.一种旋转机器的旋转部件，其包括：
轮毂，其具有前侧和后侧，所述轮毂能围绕旋转轴旋转；
多个平衡孔，其从所述前侧延伸到所述后侧；以及
至少一个平衡配重，其能接纳于所述多个平衡孔中的一个内，并且包括：
圆柱形主体，其具有所需重量；
开口，其形成于所述主体的一部分中以界定中空通道；以及
机构，其用于将所述圆柱形主体联接于所述平衡孔的内部内；
其中，所述中空通道用于允许流体从所述轮毂的所述前侧排出到所述后侧，使得在所述多个平衡孔中的任一个处提供机械平衡和推力平衡两者。
2.根据权利要求1所述的旋转部件，其中所述开口形成于所述圆柱形主体的中心处。
3.根据权利要求1所述的旋转部件，其中所述开口邻近于所述圆柱形主体的外边缘形成。
4.根据权利要求1所述的旋转部件，其中所述机构包括围绕所述圆柱形主体的外表面形成的多个凸螺纹。
5.一种旋转机器的旋转部件，其包括：
轮毂，其具有前侧和后侧，所述轮毂能围绕旋转轴旋转；
多个平衡孔，其从所述前侧延伸到所述后侧；以及
至少一个平衡配重，其能接纳于所述多个平衡孔中的一个内，使得在所述多个平衡孔中的任一个处提供机械平衡和推力平衡两者。
6.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述多个平衡孔是大致上相同的。
7.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述多个平衡孔围绕所述轮毂的中心部分沿圆周间隔。
8.根据权利要求7所述的旋转部件，其中所述多个平衡孔围绕所述轮毂的中心部分沿圆周等距离间隔。
9.根据权利要求7所述的旋转部件，其中所述多个平衡孔相对于所述旋转轴径向等距离间隔。
10.根据权利要求7所述的旋转部件，其中所述多个平衡孔相对于所述旋转轴的径向距离各不相同。
11.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重邻近于所述多个平衡孔中的一个的第一端布置。
12.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重包括邻近于所述多个平衡孔中的一个的第一端布置的第一平衡配重，以及邻近于所述多个平衡孔中的一个的第二端布置的第二平衡配重。
13.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重具有中空通道，流体能通过所述中空通道从所述轮毂的所述前侧排出到所述后侧。
14.根据权利要求13所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重包括圆柱形主体，并且其中所述中空通道形成于所述圆柱形主体的中心处。
15.根据权利要求13所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重包括圆柱形主体，并且其中所述中空通道邻近于所述圆柱形主体的外边缘形成。
16.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重包括用于将所述平衡配重装配于所述多个平衡孔中的一个的内部内的机构。
17.根据权利要求16所述的旋转部件，其中所述至少一个平衡配重包括圆柱形主体，并且其中所述机构包括围绕所述圆柱形主体的外表面形成的多个凸螺纹。
18.根据权利要求5所述的旋转部件，其中所述旋转部件是叶轮。
19.根据权利要求18所述的旋转部件，其中所述旋转机器是压缩机。
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