專利名稱：用于離心壓縮機的徑向擴散器導葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及壓縮機，并且更具體而言，涉及用于離心壓縮機的擴散器導葉。
背景技術(shù)：
壓縮機是通過使用機械能來使氣體微粒加速，以最終提高可壓縮流體(例如氣體)的壓力的機器。壓縮機用于許多不同的應(yīng)用中，包括用作燃氣渦輪發(fā)動機的初始級。在各種類型的壓縮機之中有所謂的離心壓縮機，其中，機械能以離心加速的方式，例如，通過旋轉(zhuǎn)可壓縮流體所經(jīng)過的離心葉輪(有時也稱為“轉(zhuǎn)子”)，來對通往壓縮機的氣體輸入起作用。更一般地，可以說離心壓縮機是被稱為“渦輪機”或“渦輪旋轉(zhuǎn)機”的某類機器的一部分。離心壓縮機可裝配有單個葉輪，即，單級構(gòu)造，或者裝配有多個連續(xù)的葉輪，在這種情況下，離心壓縮機常常被稱為多級壓縮機。離心壓縮機級中的各個典型地包括用于待壓縮的氣體的入口管道(進口區(qū)段)、能夠?qū)斎霘怏w施加動能的葉輪，以及將離開轉(zhuǎn)子/葉輪的氣體的動能轉(zhuǎn)換成壓力能的擴散器。更特別地，如沿著在過程氣體流的方向上的壓縮機軸線得到的

圖1(a)的示例性側(cè)視截面圖中顯示的那樣，離心壓縮機級100包括附連到轉(zhuǎn)子104上的葉輪102，后面是擴散器106和回行通道或出口渦管108。擴散器106收集來自葉輪102的出口的高速流體，并且允許流體慢下來，從而將動態(tài)壓力轉(zhuǎn)換成靜態(tài)壓力。為了提供這個結(jié)構(gòu)的另一個透視圖，圖1(b)顯示沿著另一個軸線(即，垂直于過程氣體流的方向)得到的壓縮機級100的橫截面圖。在其中，在圖的中間看到轉(zhuǎn)子104被具有許多葉輪葉片114的葉輪102包圍。葉輪葉片114可在一端上連接到葉輪112的轂部分116上，以及在另一端上連接到葉輪102的護罩部分118上。本申請更關(guān)注的是擴散器區(qū)段106。采用導葉式擴散器106(即，沿著流道具有呈周向陣列的翼型件(擴散器葉片110)的那些擴散器，如圖1(b)中最佳地看到的那樣)，以通過將葉輪出口處的高度切向流體流引導成更沿徑向而朝向擴散器出口，來實現(xiàn)較高的級效率。相比之下，一些離心壓縮機具有無導葉式擴散器區(qū)段120，如圖1(c)中顯示的那樣。通過使用導葉來使流體流在擴散器106內(nèi)部更沿徑向會減小流體行進通過擴散器106所進行的距離。圖1(d)中示出的離心泵中的流箭頭示出了這個概念。減小流體經(jīng)過的距離會降低與過程流體的行進相關(guān)聯(lián)的摩擦損失，并且從而與使用無導葉式擴散器的壓縮機相比，提高使用導葉式擴散器的壓縮機的效率。在另一方面，與無導葉式擴散器相比，還知道采用導葉式擴散器106的離心壓縮機級的運行范圍縮小。至少部分地基于所采用的擴散器葉片110的形狀來確定包括導葉式擴散器106的離心壓縮機100的運行范圍。擴散器葉片的形狀(或者更一般地，任何翼型件)可由其中弧(camber)線(即，在擴散器葉片的上表面和擴散器葉片的下表面之間的中間所畫的線)和沿著中弧線的厚度分布表示。在圖2(a)和2(b)中顯示以前使用的兩個擴散器葉片形狀。從圖2(a)開始，示出擴散器葉片200，其具有直中弧線202，即，斜率不變的中弧線，中弧線202被畫成上部擴散器葉片表面204和下部擴散器葉片表面206之間的虛線。在離心壓縮機中采用具有直中弧線的擴散器葉片200是成問題的，因為，例如，具有那個形狀的擴散器導葉的前緣被較高地加載，而且壓縮機具有較低的失速極限。圖2(b)顯示具有不同形狀的備選擴散器葉片208，該形狀被稱為共形映射式葉片中弧。例如，通過使用翼型件的中弧線在長方形平面(x，y)中的坐標和在圓形平面中的極坐標(r，Θ )，可在擴散器葉片208的上表面212和下表面214之間限定共形映射式葉片中弧線(其由虛線210顯示)如下:., /2../ f MX — V ) J ( Wl
權(quán)利要求
1.一種渦輪機，包括: 包括至少一個葉輪的轉(zhuǎn)子組件； 軸承，其連接到所述轉(zhuǎn)子組件上，并且可旋轉(zhuǎn)地支承所述轉(zhuǎn)子組件；以及 定子，其包括連接到所述葉輪的出口部分上的至少一個擴散器， 其中，所述至少一個擴散器包括: 多個擴散器導葉，所述多個擴散器導葉中的至少一個具有由具有拐點的函數(shù)限定的中弧線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機，其特征在于，所述函數(shù)為y=ax3 + bx2 + cx +d，其中，a、b和c為常數(shù)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其特征在于，所述函數(shù)是高次多項式函數(shù)、S型函數(shù)、龔帕茲函數(shù)和貝塞爾曲線中的一個。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其特征在于，所述函數(shù)為指數(shù)函數(shù)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其特征在于，當在設(shè)計條件下運行時，所述多個擴散器導葉中的所述至少一個的設(shè)置在前緣附近的部分基本無載荷，以及其中，載荷朝所述多個擴散器導葉中的所述至少一個的中間部分逐漸增加到最大載荷。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其特征在于，所述多個擴散器導葉中的各個附連到轂或護罩中的一個上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所 述的渦輪機，其特征在于，所述函數(shù)為貝塞爾曲線。
8.—種制造渦輪機的方法，包括: 提供包括至少一個葉輪的轉(zhuǎn)子組件； 將所述轉(zhuǎn)子組件連接到軸承組件上，以可旋轉(zhuǎn)地支承所述轉(zhuǎn)子組件；以及 提供定子組件，所述定子組件包括連接到所述葉輪的出口部分上的至少一個擴散器， 其中，所述至少一個擴散器包括: 多個擴散器導葉，所述多個擴散器導葉中的至少一個具有由具有拐點的函數(shù)限定的中弧線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述函數(shù)為y=ax3 + bx2 + cx +d,其中，a、b和c為常數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)是高次多項式函數(shù)、S型函數(shù)、龔帕茲函數(shù)和貝塞爾曲線中的一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)是指數(shù)函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項所述的方法，其特征在于，當在設(shè)計條件下運行時，所述多個擴散器導葉中的所述至少一個的設(shè)置在前緣附近的部分基本無載荷，以及其中，載荷朝所述多個擴散器導葉中的所述至少一個的中間部分逐漸增加到最大載荷。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 將所述多個擴散器導葉中的各個附連到轂或護罩中的一個上。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中的任一項所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)是貝塞爾曲線。
15.一種擴散器，包括:內(nèi)部環(huán)形壁； 外部環(huán)形壁； 設(shè)置在所述內(nèi)部環(huán)形壁和所述外部環(huán)形壁之間的板部分；以及設(shè)置在所述板部分上的多個擴散器導葉，所述多個擴散器導葉中的至少一個具有由具有拐點的函數(shù)限定的中弧線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的擴散器，其特征在于，所述函數(shù)為y=ax3 + bx2 + cx +d，其中，a、b和c為常數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的擴散器，其特征在于，所述函數(shù)是高次多項式函數(shù)、S型函數(shù)、龔帕茲函數(shù)和貝塞爾曲線中的一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中的任一項所述的擴散器，其特征在于，所述函數(shù)是指數(shù)函數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中的任一項所述的擴散器，其特征在于，當在設(shè)計條件下運行時，所述多個擴散器導葉中的所述至少一個的設(shè)置在前緣附近的部分基本無載荷，以及其中，載荷朝所述多個擴散器導葉中的所述至少一個的中間部分逐漸增加到最大載荷。
20.根據(jù)權(quán)利要求15 至19中的任一項所述的擴散器，其特征在于，所述函數(shù)是貝塞爾曲線。
全文摘要
根據(jù)示例性實施例的裝置、系統(tǒng)和方法提供擴散器，例如作為渦輪機300的一部分，其中，擴散器導葉具有S形中弧線408。這樣的S形中弧線408由具有拐點的函數(shù)限定。除了別的之外，使用具有這樣的形狀的擴散器導葉400會產(chǎn)生這樣的運行特性，即，其中，當在設(shè)計條件下運行時，擴散器導葉400的設(shè)置在前緣402附近的部分基本無載荷，以及其中，載荷朝擴散器導葉的中間部分逐漸增加到最大載荷值。
文檔編號F04D29/44GK103154526SQ201080069592
公開日2013年6月12日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者S.拉哈克里什南, L.塔皮納西, C.S.I.斯文斯多特 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司