專利名稱：帶有可變空氣動力輪廓的電動壓縮機單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及離心電動壓縮機單元，更特別的是，涉及整體型離心壓縮機單元，其中壓縮機和用于驅動壓縮機的電機裝置固定在公共的外殼中，該外殼密封由壓縮機處理的氣體。
背景技術：
常規的整體型壓縮機單元包括通常由電驅動電機組成的電機裝置和包括取決于應用的一個或多個壓縮級的離心壓縮機。各個壓縮級包括安裝在由轉子驅動的驅動軸上的葉輪，轉子本身由電機驅動。在一些應用中，并且尤其是在低壓應用中，已經提議應用包括帶有可變節距葉 片的輪葉，因此改善壓縮級作的功以適應氣體流速。為了改進葉片的方位，應用機械設備，例如通過在葉片上裝有由蝸桿式設備驅動的冠齒輪。在殼體之外的電機用于操作控制葉片方位的機械設備。這樣的配置要求在回轉機械的主體內構造孔并由此使用密封設備。現在，在壓縮機的殼體中設置孔很大地限制了壓縮機應用的范圍，其范圍仍然歸屬于低壓，或某些中壓范圍，這意味著低于大約20bar的壓力。
發明內容
因此，本發明的目的是克服上述缺點，并且提供一種帶有可變空氣動力輪廓的整體型電動壓縮機單元，這意味著該單元能夠改變壓縮級內的氣流，并適應于更寬的壓力范圍。因此，本發明提供了一種壓縮機單元，其包括驅動轉子旋轉的至少一個電機和包括固定在由轉子驅動旋轉的驅動軸上的一組葉輪的至少一個壓縮級，包括電機和一個或各個的壓縮機的整體安裝在公共的外殼中，該殼體對于由壓縮機單元處理的氣體具有氣密性。依照該壓縮機單元的一個一般性的特征，至少一個壓縮級包括用于通過所述級調節氣體流入的進入角的至少一個空氣動力元件、和用于控制安裝在公共的外殼中的所述調節元件的電機。優選地，調節元件能夠改變到達或離開葉輪的氣體的氣流角。依照一種第一替換的實施例，調節元件能夠改變到達至少一個葉輪的氣流的進入角。依照另一個變化的實施例，調節元件能夠改變離開葉輪的氣體的氣流角，例如朝向霧化器前進。因為控制空氣動力元件的電機結合到殼體中，在殼體中的本來用于通過機械調節元件的孔可以省去，因此殼體保持密封，允許電動壓縮機單元在高壓下操作。特別地，已經發現由于這樣的配置，電動壓縮機單元的工作范圍可以擴展到大約60 至 80bar。依照另一個特征，調節單元包括在壓縮級中設置橫跨氣體通道直徑的葉片。調節元件例如可以包括多個徑向葉片，每個長度小于或等于氣體通道的直徑的一半。這樣葉片可以被同時地例如由機械設備，例如一個或多個由蝸桿式的設備驅動的冠齒輪致動。優選地，調節元件是這樣構造的，因此它可以獲得至少三種不同的進入角，或者氣流朝向葉輪或離開葉輪的偏離。依照又一個特征，電動壓縮機單元包括一至三個壓縮級，優選的是一個壓縮級，至少一個所述級具有調節元件。當壓縮機單元包括幾個壓縮級時，需要提供設置在各個級中的空氣動力元件來改
善流動。每個調節級在被處理氣流的方向上包括連續的氣體供給區域、壓縮機葉輪和霧化器。然后調節元件可以設置在葉輪的上游。作為可替換的實施例，它可以設置在霧化器中。另一個變化的實施例包括同時在壓縮級的上游安裝調節元件、和在霧化器中安裝調節元件。依照另一個特征，電動壓縮機單元還包括在殼體之外的電子控制器并且其通過在防水的導向通道穿過殼體的供給和控制電纜連接到控制電機。
本發明的其他的目的、特征和優點通過僅非限制性的實施例和相對于附圖而做出的下面的描述，將變得顯而易見，其中-圖I是顯示單級壓縮機單元的整體設計的示意性的視圖；-圖2是圖I的壓縮機單元的詳細的視圖，顯示了空氣動力調節元件；-圖3圖示圖2的壓縮機單元的變型的實施例；和-圖4顯示了由壓縮機單元產生的功率和作功作為確定氣體流速的函數的變化曲線。
具體實施例方式在圖I中圖示的電動壓縮機單元基本上包括電機I,包括例如驅動轉子2旋轉的變速電機，其本身以相同的速度驅動傳動軸3，其上固定有葉輪4。可以看出的是，電動壓縮機單元因此包括由離心的葉輪4組成的單個壓縮級，該葉輪吸入從供給管5釋放的氣體，以增加其壓力并將其輸送到出口 5'。在描述的實施例中，轉子2由兩個端軸承6和7支撐。傳動軸3的殼體也是如此，其同樣由兩個端軸承8和9支撐。因此，利用這樣的配置，轉子2和傳動軸3由柔性聯軸節10連接。然而，即使轉子和傳動軸由固定聯軸節連接，它依然不會脫離本發明的范圍。在這種情況下，軸承中的一個例如7和8可以省略。
然而，所描述的配置是有利的，因為這尤其是通過消除了轉子和傳動軸對準的問題，它顯著地簡化了壓縮機單元的組件。還如所示,該電動壓縮機單元還設置有止推軸承11,其限制在葉輪4旋轉動作時傳動軸3的軸向移動。
最后，該組件，即電機I和壓縮級，設置在公共的外殼12中，該殼體對于由壓縮機處理的氣體是密封的。換言之，這里的電機I處于電動壓縮機單元的進氣壓力。圖2描繪了圖I的電動壓縮機單元的詳細地視圖。該圖顯示了氣體進口 5，由此待壓縮的氣體在箭頭F的方向吸入，實際上葉輪4壓縮氣體并將氣體向下游輸送到霧化器D，在霧化器中氣體減速增壓，直至被輸送到出口。在葉輪4的上游，壓縮機設置有調節元件13，其以葉片的形式制成，該葉片橫跨穿引在入口 5和葉輪4之間的氣體通道14的直徑。該葉片構成了空氣動力元件，其使得控制流體的角度和可將其在寬的流速范圍內保持最優。如所示，該葉片13固定在由控制電機16旋轉的控制桿15上，控制電機16為例如與電動壓縮機結合形成的步進電機，這意味著兩者設置在公用殼體12的內部。電機16從電動壓縮機外獲得電能并且通過中央控制器(未顯示)操縱，其促使電機旋轉并由此以改變電動壓縮機的操作曲線的方式來確定葉片13在通道14中的位置。當然，連接控制電機和中央處理器的供給和控制電纜在導向通道(未顯示)穿過殼體12，所述導向通道密封由電動壓縮機處理的氣體，使得當電機設置殼體外時，其保持密封的水平比那些依照目前工藝水平所需要的在機械設備穿孔處的密封的水平更優。注意到，壓縮機在入口 5和出口 5'之間包括順序布置的供給區域A、離心式葉輪4和霧化器D。注意到，這里，空氣動力元件13設置在葉輪4的上游，還可能的是，依照在圖3中所示的變化的實施例，其位于霧化器的區域中。參見圖4，其在一方面描繪了由壓縮機作功變化(曲線a，b，c)，在另一方面描述了性能的變化(曲線a' ,h' , c')，作為相對公認的在電動壓縮機單元入口的流速的函數，可通過利用可變節距的設置最優化壓縮機的空氣動力性能，從而享有更寬的流速范圍。特別地，所用的功，從初始位置開始(曲線a)，其中葉片13橫跨通過壓縮機的氣體流道的整個軸延伸，可通過改變葉片的角位置以改進氣流的角度，從而改進相同壓力下的流速。換言之，氣流的進入角的改變允許壓縮機的操作曲線平移，從而調節其工作范圍。此夕卜，電機I和壓縮級3設置在同一個殼體12內，其密封被處理的氣體,這意味著在電動壓縮機單元內，尤其是電機I和至少壓縮級3，被浸沒在被處理的氣體中，處于通過供給管5進入的氣體的壓力下。電動壓縮機內沒有軸輸出密封墊，因為支撐電機I和支撐葉輪4的軸、以及支撐它們的軸承完全容納在殼體內。電動壓縮機單元僅具有承受小壓差的旋轉密封，例如曲徑式密封。因此，不會發生工作氣體泄漏到大氣的情況，因為殼體中的開口就限制于氣體供給管5、氣體輸出管5'、用于控制和提供動力給電機I和16的電纜的導向通道、以及允許不同的部件被插入到殼體中的蓋(未顯示)的周邊。另外，為了限制通風損耗，電機I承受在供給管5處建立的入口壓力，另外，可以建立氣體的循環以冷卻它。一個本發明特別有利的應用是在氣體輸送站中，其中在入口和輸送端之間形成的壓力比必須是相對小的，顯著地小于2，為此，電動壓縮機單元優選的是單級單元或通常包括少于三級的級數。明確地，對于這類應用，其通常期望的具有相對寬的流速范圍，因此可以提供小或大流速。
然而，當然，也可以提供任何其他應用，其中期望的是具有相對寬的流速范圍。此外將要注意的是，對于包括I至3壓縮級的電動壓縮機單元，利用空氣動力元件用于控制氣流的進入角是有利的。然而，這樣的元件可以有利地安裝在單級電動壓縮機單元中。然而，當利用多級壓縮機時，空氣動力元件可以固定在第一壓縮級或者固定在所有級上。如較早指出的，空氣動力元件可以固定到壓縮機的葉輪的入口，因此改善由葉輪處理的氣流的進入角，或固定到霧化器，因 此改進氣體的減速，從而改進工作范圍。還可能的是，依照另一實施例，提供一個空氣動力調節元件和在霧化器中的一個調節元件，所述空氣動力調節元件在上游或在葉輪的入口，或者換言之，在壓縮機的上游。
權利要求
1.電動壓縮機單元，包括驅動轉子(2)旋轉的至少一個電機(I)和至少一個壓縮級，該壓縮級包括安裝在傳動軸(3)上的一組葉輪(4),其中傳動軸的旋轉由轉子(2)驅動,包括電機和所述或各個壓縮機的整體安裝在相對于由壓縮機單元處理的氣體具有氣密性的公用殼體(12)中，其中壓縮級中的至少一個包括用于調節流入或流出壓縮級的葉輪的氣流的角度的至少一個元件(13)、和用于控制固定在公用殼體中的調節裝置的電機(16)。
2.根據權利要求I所述的壓縮機單元，其中調節元件包括設置為橫跨氣體通道的直徑的至少一個葉片。
3.根據權利要求I或2所述的壓縮機單元，其中它包括一至三個壓縮級，優選的是一個壓縮級，至少所述級的一個設置有調節元件(13)。
4.根據權利要求I至3所述的壓縮機單元，其中各個壓縮級被處理氣體流動方向上包括順序布置的氣體供給區域、壓縮葉輪和霧化器，該調節元件(13)設置在葉輪的上游。
5.根據權利要求I至3之一所述的壓縮機單元，其中各個壓縮級在被處理氣體流動方向上包括順序布置的氣體供給區域、壓縮機葉輪和霧化器，該調節元件(13)設置在霧化器中。
6.根據權利要求I至3之一所述的壓縮機單元，其中各個壓縮級在被處理氣體流動方向上包括順序布置的氣體供給區域、壓縮機葉輪和霧化器，并且還包括設置在葉輪上游的調節元件(13)和設置在霧化器中的調節元件。
7.根據權利要求I至6之一所述的壓縮機單元，其中它還包括在殼體外的電子控制器， 所述電子控制器通過在防水性的導向通道穿過殼體的供給和控制電纜連接到電機。
8.依照前述權利要求之一所述的電動壓縮機單元，其中電機和壓縮級設置在殼體中使得電機和壓縮級的葉輪的至少一部分承受相同的進入壓縮級的氣體的壓力。
9.根據前述權利要求之一所述的電動壓縮機單元，其中該電動壓縮機單元構造為在入口和傳送之間提供小于2的壓力比。
10.根據前述權利要求之一所述的電動壓縮機單元，其中該電動壓縮機單元能夠在 60bar或更高的入口壓力下操作。
全文摘要
一種壓縮機單元，其包括至少一個驅動轉子旋轉的電機、和至少一個包括一組安裝在由轉子驅動旋轉的驅動軸上的葉輪的壓縮級，包括電機和所述或各個壓縮機的組件安裝在公共外殼中，該殼體對于由壓縮機單元處理的氣體是氣密性的。壓縮元件中的至少一個包括用于調節由所述級處理的氣體的流動角度的至少一個空氣動力元件(13)、和用于控制安裝在公用殼體中的調節元件(13)的電機(16)。
文檔編號F04D29/00GK102619766SQ201110463240
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者G·諾洛基 申請人:塞莫丁公司