專利名稱：側(cè)通道壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種側(cè)通道壓縮機(jī)(Seitenkanalverdichter)，具有一氣體輸入孔和一壓縮氣體輸出孔以及一側(cè)通道，它使輸入孔和輸出孔流動(dòng)連接，其中在輸入孔和輸出孔之間側(cè)通道的橫截面減小。
由DE19708952A1已知一種這一類型的側(cè)通道壓縮機(jī)。在這種側(cè)通道壓縮機(jī)中側(cè)通道的橫截面從輸入孔到輸出孔連續(xù)地縮小。通過在側(cè)通道內(nèi)得到一均勻的增壓和體積流量的提高的方法，這種縮小可以提高側(cè)通道壓縮機(jī)的效率。按這種現(xiàn)有技術(shù)側(cè)通道的橫截面是矩形，但是帶有倒圓的角部。
本發(fā)明的目的是，實(shí)現(xiàn)具有更高效率的側(cè)通道壓縮機(jī)。
這在開頭所述類型的側(cè)通道壓縮機(jī)中通過這樣的方法來實(shí)現(xiàn)，即側(cè)通道至少具有一段具有半橢圓形狀橫截面，并且在這一段中通道的最大深度朝輸出孔方向連續(xù)縮小。
在按本發(fā)明的側(cè)通道壓縮機(jī)中通過將圍成橫截面的壁部區(qū)域的過渡區(qū)做得非常平滑，使得沒有在固有的意義上過渡區(qū)的方法，優(yōu)化側(cè)通道內(nèi)的流動(dòng)比率。這通過通道的橢圓形狀實(shí)現(xiàn)。氣體從壓縮機(jī)葉片以一相對于葉輪軸線的軸向速度分量流入側(cè)通道，并在它里面轉(zhuǎn)向，而不造成很大的損失。由此達(dá)到較高的體積流量和較高的壓縮機(jī)效率。由于與此相關(guān)的斜度橢圓結(jié)構(gòu)導(dǎo)致借助于砂型或壓力鑄造方法通道更好的制造可能性。
帶有橢圓橫截面的側(cè)通道段可以在側(cè)通道的整個(gè)長度上延伸，或者僅僅在一部分長度上延伸。最遲帶有橢圓橫截面的段應(yīng)該在輸入孔和輸出孔之間一半流動(dòng)路程處開始。也就是說在這個(gè)區(qū)域內(nèi)待壓縮的氣體已經(jīng)得到顯著的壓縮，橫截面應(yīng)該通過其減小而與此壓縮相匹配。
帶有橢圓橫截面的段應(yīng)該終止于輸出孔區(qū)域，那里也存在最大的壓縮。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，壓縮機(jī)最佳的效率只有通過側(cè)通道橫截面的減小與氣體種類和壓縮機(jī)的功率，特別是其轉(zhuǎn)速的匹配才能達(dá)到。例如橫截面縮小得太大或太小均不是最佳，因?yàn)樵诘谝环N情況下氣流被閉塞，在第二種情況下沒有充分利用氣體的壓縮性。通過相應(yīng)地減小橫截面積的方法，在帶有橢圓形橫截面的段內(nèi)側(cè)通道的橫截面積按一種優(yōu)選的實(shí)施形式與氣體密度增加比相匹配。在假定待壓縮氣體近似于絕熱等熵壓縮時(shí)得到橫截面積的最佳減小，其中橫截面積相應(yīng)于減小的氣體體積而減小。
這個(gè)變化曲線計(jì)算如下，其中足標(biāo)1表示在側(cè)通道入口處的特定量，足標(biāo)2表示在出口處的特定量。
對于沿側(cè)通道的壓縮過程有m1＝m2＝常數(shù)。由理想氣體方程pV＝mRT得到P1V1T1=P2V2T2]]>或V2=V1;P1P2·T2T1]]>由附加條件C1＝C2＝常數(shù)得到A2=A1·P1P2·T2T1.]]>對于絕熱等熵壓縮假設(shè)X＝1.4ΔP＝200mbarP1＝970mbarT1＝20℃T2=T1·(P2P1)x-1x]]>T1＝(20+273)K＝293K對于壓力運(yùn)行得到T2D293K·(200+970970)0.41.4=309K.]]>對于抽吸運(yùn)行得到T2v=293K·(970770)0.41.4=312K]]>由此在壓力運(yùn)行時(shí)得到輸出孔和輸入孔之間的通道橫截面比A2A1=P1P2·T2T1=970970+200·390293=87%]]>在抽吸運(yùn)行時(shí)橫截面比為A2A1=970-200970·312293=85%]]>用以上公式可以確定在通道任意部位處最佳的橫截面積。
在假設(shè)絕熱等熵壓縮的條件下在側(cè)通道長度上橫截面積縮小的優(yōu)化曲線并不強(qiáng)制局限于橢圓形通道橫截面形狀。而是在其他通道形狀時(shí)橫截面的這種相應(yīng)的縮小也導(dǎo)致效率的優(yōu)化。
雖然也可以考慮在側(cè)通道壓縮機(jī)中其他的氣體狀態(tài)變化。例如等溫壓縮，但是在達(dá)到高的效率方面絕熱等熵壓縮證明是合適的。
本發(fā)明的另一種方案設(shè)想，側(cè)通道在帶有橢圓形橫截面的段前面有一半圓形橫截面。然后這種半圓形橫截面無臺(tái)階地過渡到一越來越扁平的橢圓，其中橢圓的長軸最好基本上位于具有側(cè)通道的側(cè)通道壓縮機(jī)的蓋板的平表面上。
由于流體技術(shù)的原因如果橢圓的長軸位于具有側(cè)通道的側(cè)通道壓縮機(jī)的蓋板之內(nèi)很近的部位可能是有利的。
側(cè)通道的寬度在其整個(gè)長度上最好應(yīng)該保持不變，使得橫截面減小僅僅通過深度的縮小，但是具有相匹配的橢圓形狀實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明的一種方案側(cè)通道在側(cè)視圖內(nèi)馬蹄形分布，因此得到大的側(cè)通道長度。在通道末端處的凸臺(tái)構(gòu)成輸入孔和輸出孔。
按本發(fā)明的側(cè)通道壓縮機(jī)可以做成單級(jí)的或多級(jí)的，其中后一級(jí)輸入孔的橫截面積最好相當(dāng)于前一級(jí)輸出孔的橫截面積。從而可以防止氣體在通道內(nèi)在前后級(jí)之間出現(xiàn)狀態(tài)變化。
各個(gè)級(jí)最好全部設(shè)置側(cè)通道，像前面所確定的那樣，也就是說具有在輸入孔和輸出孔之間連續(xù)縮小的橫截面積。因?yàn)樵诙嗉?jí)壓縮機(jī)中壓力分布不同于在單級(jí)壓縮機(jī)中，當(dāng)然橫截面積的縮小必須與這種效應(yīng)相匹配。例如在一兩極和一單級(jí)的壓縮機(jī)的入口和出口之間的壓力增加相同時(shí)在兩級(jí)壓縮機(jī)中每一級(jí)的通道縮小相對于單級(jí)壓縮機(jī)而言只需要一半。
本發(fā)明其他特征和優(yōu)點(diǎn)由以下說明和以下的參考附圖得到。在參考附圖中表示

圖1通過一按本發(fā)明的兩級(jí)側(cè)通道壓縮機(jī)的縱剖視，圖2一在圖1中所示的帶側(cè)通道的蓋板的側(cè)視圖，圖3側(cè)通道沿圖2中所示的剖分線A、B、C、D和E的相互銜接的橫截面，圖4一帶有改型的側(cè)通道的略為改變的蓋板的側(cè)視圖，圖5側(cè)通道沿圖4中所示的剖分線A-I的相互銜接的橫截面，和圖6不帶、帶15％的橫截面縮小和帶30％的橫截面縮小的側(cè)通道壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的不同效率曲線。
在圖1中所示的側(cè)通道壓縮機(jī)中內(nèi)裝一驅(qū)動(dòng)電機(jī)10、在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中的第一級(jí)12和第二級(jí)14。用16表示殼體。級(jí)12和14的葉輪20、22固定在驅(qū)動(dòng)軸上，驅(qū)動(dòng)軸由驅(qū)動(dòng)電機(jī)10帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。用螺釘連接在殼體16上的第一殼體蓋板30具有第一級(jí)側(cè)通道32。一第二殼體蓋板26在相對的一側(cè)與殼體16相連，第二殼體蓋板具有一側(cè)通道28。第一級(jí)具有輸入孔和輸出孔，對它們借助于圖2還要加以說明。第一級(jí)的輸出孔通過一殼體內(nèi)未畫出的通道與第二級(jí)14的輸入孔連接。該通道以及第一級(jí)的輸出孔和第二級(jí)的輸入孔的橫截面做成這樣，使得在通道區(qū)域同第一級(jí)和第二級(jí)之間沒有橫截面變化。
圖2中僅僅表示殼體蓋板30。其中所形成的側(cè)通道32基本上成馬蹄形并具有延伸270°的圓環(huán)形橫截面(從剖分線A伸展到剖分線E)。在剖分線A上游一輸入孔42延伸約15°并形成側(cè)通道32的一種凸臺(tái)。在剖分線E的下游同樣設(shè)有一凸臺(tái)形的輸出口44。
側(cè)通道32從剖分線A到剖分線E具有相同的寬度。如由僅僅表示側(cè)通道本身的圖3中的橫截面序列所見。開始時(shí)在剖分線A處側(cè)通道有一還成半圓形的橫截面，其中半圓的中心甚至還位于蓋板30平表面46之下一點(diǎn)，從該處起側(cè)通道32向蓋板內(nèi)部延伸。在圖3中作為表面46到中心M的距離規(guī)定為1mm。
從輸入孔42到輸出孔44得到一在圖2中用箭頭表示的主流通方向。如由圖3可見，在這一路程上側(cè)通道32的橫截面積連續(xù)縮小，直至輸出孔44為止。側(cè)通道32從剖分線A到剖分線E的一段構(gòu)成帶有橢圓形側(cè)通道橫截面的段。側(cè)通道32的橫截面從在剖分線A處的半圓形變成具有變得越來越小的深度的橢圓。在剖分線B處深度用h1、在剖分線C處用h2、在剖分線D處用h3和在剖分線E處用h4表示。確定側(cè)通道的半橢圓隨著流動(dòng)路程長度的增加被所謂的鐓扁。在假設(shè)絕熱等熵狀態(tài)變化的條件下橫截面積的減小與在流動(dòng)路程上待壓縮氣體連續(xù)地減小的比體積(Spezifischen Volume)相匹配。由此使側(cè)通道壓縮機(jī)的效率得到優(yōu)化。
其次，如借助于剖分線B至E的橫截面序列可以看出，橢圓的長軸也位于蓋板之下約1mm處。
無級(jí)和連續(xù)地從一半圓變成一變得越來越扁的橢圓的側(cè)通道32的橫截面其特征為側(cè)通道32內(nèi)突出的流動(dòng)比率，因?yàn)橹怀霈F(xiàn)很小的流動(dòng)損失。還因?yàn)槿缟纤觯瑱M截面的變化與壓縮氣體的狀態(tài)變化相匹配，所以側(cè)通道壓縮機(jī)的效率這么高。
在圖4和5中表示略有改動(dòng)的殼體蓋板130，其中側(cè)通道132具有設(shè)計(jì)得不同的入口區(qū)和出口區(qū)。入口區(qū)延伸15°至50°，出口區(qū)也一樣。用附圖標(biāo)記142表示第一級(jí)的輸入孔，用144表示通向第二級(jí)輸入孔的第一級(jí)的輸出孔。
此外在圖5中借助于橫截面序列可以看到，側(cè)通道132從一圓形橫截面變成越來越扁平的橢圓形橫截面。
第二級(jí)14具有一同樣在其整個(gè)長度上逐漸縮小的側(cè)通道。這個(gè)側(cè)通道也從一半圓形橫截面開始，但是其中這個(gè)橫截面有一表面，它相當(dāng)于側(cè)通道在具有橢圓形橫截面的輸出孔44處的表面。然后第二級(jí)的側(cè)通道連續(xù)地變成一變得越來越扁的橢圓，如圖2至5中相應(yīng)地所示。
圖6表示通過側(cè)通道橫截面的縮小可以達(dá)到的效率的提高。對于所示曲線采用三種不同的側(cè)通道壓縮機(jī)，這些曲線在不同的轉(zhuǎn)速時(shí)測量。一以“系列”表示的側(cè)通道壓縮機(jī)具有一沒有逐漸縮小部分的半圓形橫截面。一按本發(fā)明的具有橢圓形橫截面的與前一種不同的側(cè)通道壓縮機(jī)具有一在輸入孔和輸出孔之間的15％的橫截面縮小，另一種壓縮機(jī)具有30％的橫截面縮小。圖6不僅表示可以達(dá)到效率的顯著提高，而且這種效率提高與轉(zhuǎn)速有很大的關(guān)系。如上所述，也就是說例如橫截面總共縮小15％不可能在不同轉(zhuǎn)速時(shí)都導(dǎo)致效率的極大提高。而是橫截面縮小應(yīng)該和氣體的狀態(tài)變化相匹配，但是狀態(tài)變化又與側(cè)通道和葉輪內(nèi)的幾何關(guān)系以及與體積流量從而也與轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此可以肯定，為了達(dá)到最佳的效率提高，在一定轉(zhuǎn)速和葉輪連同葉片一定的幾何形狀時(shí)必須作小得多或大得多的橫截面縮小。
權(quán)利要求
1.側(cè)通道壓縮機(jī)具有一氣體輸入孔(42；142)和一壓縮氣體輸出孔(44；144)以及一側(cè)通道(32；132)它使輸入孔(42；142)與輸出孔(44；144)流動(dòng)連接，其中在輸入孔(42；142)和輸出孔(44；144)之間側(cè)通道(32；132)的橫截面縮小，其特征為側(cè)通道(32；132)至少具有這樣一段，在這一段內(nèi)它具有半橢圓形狀的橫截面，并且在這一段內(nèi)通道(32；132)的最大深度朝輸出口方向(44；144)連續(xù)地縮小。
2.按權(quán)利要求1的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為帶橢圓形橫截面的段終止于輸出孔(44；144)區(qū)域內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1或2的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為帶橢圓形橫截面的段至遲在輸入孔(42；142)和輸出孔(44；144)之間的一半流動(dòng)路程處開始。
4.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為側(cè)通道(32；132)在帶有橢圓形橫截面的段之前具有半圓形橫截面。
5.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為，確定橫截面的橢圓的長軸基本上位于側(cè)通道壓縮機(jī)的蓋板(26，30)的平表面內(nèi)，此蓋板具有側(cè)通道(32；132)。
6.按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為確定橫截面的橢圓的長軸位于側(cè)通道壓縮機(jī)的具有側(cè)通道(32；132)的蓋板(26，30)之外不遠(yuǎn)處。
7.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為側(cè)通道(32；132)在其整個(gè)長度上的寬度保持不變。
8.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為側(cè)通道(32；132)在具有橢圓形橫截面的段內(nèi)的橫截面積相應(yīng)于“氣體密度”提高的比例連續(xù)減小。
9.按權(quán)利要求8的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為側(cè)通道(32；132)在其具有橢圓形橫截面的段內(nèi)的橫截面積在假定待壓縮氣體近似于絕熱等熵壓縮的條件下相應(yīng)于氣體體積的減小地減小。
10.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為側(cè)通道(32；132)在側(cè)視圖內(nèi)基本上馬蹄形分布。
11.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為壓縮機(jī)做成多級(jí)的，下一級(jí)的輸出孔(44；144)的橫截面相當(dāng)于上一級(jí)的輸入孔(42；142)的橫截面。
12.按權(quán)利要求11的側(cè)通道壓縮機(jī)，其特征為在許多，尤其是全部級(jí)中輸出孔(44；144)和輸入孔(42；142)之間的橫截面積做得相應(yīng)于權(quán)利要求1至10。
全文摘要
側(cè)通道壓縮機(jī)具有一氣體輸入孔(42)和一壓縮氣體輸出孔(44)以及一側(cè)通道(32),它使輸入孔(42)與輸出孔(44)流通連接,其中側(cè)通道(32)在輸入孔(42)和輸出孔(44)之間的橫截面逐漸縮小。側(cè)通道至少具有這樣一段,在這一段內(nèi)其橫截面具有半橢圓形狀并且通道(32)的最大深度朝輸出孔(44)方向連續(xù)縮小。
文檔編號(hào)F04D23/00GK1345400SQ00805576
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者迪特爾·賴奇勒, 弗里茨·馬丁·舒爾茨, 馬庫斯·布里策, 奧利弗·梅耶, 萊因哈德·加佐爾茨 申請人:維爾納·里徹爾兩合公司