[發明專利]超音速壓縮機轉子

有效

• 申請號: 201080064064.8
• 申請日: 2010-10-08
• 公開（公告）號: CN102753832A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: D.C.霍菲爾;Z.W.奈格爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F04D17/12
• 分類號: F04D17/12;F04D19/00;F04D21/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

相關專利申請

本專利申請涉及分別提交于2008年12月23日和2009年6月25日的美國專利申請系列號12/342,278和12/491,602，并且這兩份申請全文以引用方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及壓縮機和包括壓縮機的系統。具體而言，本發明涉及包括超音速壓縮機轉子的超音速壓縮機和包括超音速壓縮機的系統。

背景技術

常規的壓縮機系統被廣泛地用于壓縮氣體，并在從制冷單元到噴氣發動機范圍內的許多普遍采用的技術中找到應用。壓縮機的基本目的是輸送和壓縮氣體。為此，壓縮機通常對處于低壓環境中的氣體施加機械能，并將氣體輸送至高壓環境并且在高壓環境下壓縮氣體，來自高壓環境的壓縮氣體可用于做功或作為利用高壓氣體的下游過程的輸入。氣體壓縮技術沿用已久，并從離心機械到混流機械再到軸向流動機械而不同。常規的壓縮機系統雖然非常有用，但是受限于單級壓縮機可達到的壓力比相對較低。在要求高的總壓力比的情況下，可采用包括多個壓縮級的常規壓縮機系統。然而，包括多個壓縮級的常規壓縮機系統傾向于大而復雜，且成本高。

最近，已經公開了包括超音速壓縮機轉子的壓縮機系統。這種壓縮機系統有時被稱為超音速壓縮機，其通過使入口氣體與具有轉子輪緣表面結構的移動轉子相接觸而輸送并壓縮氣體，該移動轉子將入口氣體從超音速壓縮機轉子的低壓側輸送并壓縮至超音速壓縮機轉子的高壓側。雖然與常規的壓縮機相比，利用超音速壓縮機可獲得更高的單級壓力比，但將非常期望進一步的改進。

如本文中詳細所述地，本發明提供了新穎的超音速壓縮機轉子和新穎的超音速壓縮機，其相對于公知的超音速壓縮機而言，在壓縮機性能方面提供了增強。

發明內容

在第一方面，本發明提供了一種超音速壓縮機轉子，其包括：(a)第一轉子盤；(b)第二轉子盤；和(c)第三轉子盤；所述第一、第二和第三轉子盤共用公共旋轉軸線；所述第一和第二轉子盤可旋轉地聯接；所述第三轉子盤設置在所述第一與第二轉子盤之間，所述第三轉子盤可相對于所述第一和第二轉子盤獨立地旋轉，所述第三轉子盤包括凸起的表面結構；所述第一、第二和第三轉子盤與至少兩個葉片(vane)一起限定包圍第三轉子盤的凸起的表面結構的流動通道；所述流動通道包括超音速壓縮斜坡(ramp)。

在第二方面，本發明提供了一種超音速壓縮機轉子，其包括：(a)第一轉子盤；(b)第二轉子盤；(c)第三轉子盤；和(d)轉子支承板；所述第一和第二轉子盤限定內柱形腔體和外轉子輪緣；所述第一、第二和第三轉子盤共用公共旋轉軸線；所述第一和第二轉子盤可旋轉地聯接；所述第三轉子盤設置在所述第一和第二轉子盤之間，所述第三轉子盤可相對于所述第一和第二轉子盤獨立地旋轉，所述第三轉子盤包括凸起的表面結構；所述第一、第二和第三轉子盤與至少兩個葉片和所述轉子支承板一起限定包圍第三轉子盤的凸起的表面結構的徑向流動通道；所述徑向流動通道包括超音速壓縮斜坡；所述徑向流動通道允許在內柱形腔體與所述外轉子輪緣之間徑向地流體連通。

在第三方面，本發明提供了一種超音速壓縮機轉子，其包括：(a)第一轉子盤；(b)第二轉子盤；和(c)第三轉子盤；所述第一、第二和第三轉子盤限定超音速壓縮機轉子的外表面，所述第一、第二和第三轉子盤共用公共旋轉軸線；所述第一和第二轉子盤可旋轉地聯接；所述第三轉子盤設置在所述第一與第二轉子盤之間，所述第三轉子盤可相對于所述第一和第二轉子盤獨立地旋轉，所述第三轉子盤包括凸起的表面結構；所述第一、第二和第三轉子盤與至少兩個葉片一起限定包圍第三轉子盤的凸起的表面結構的軸向流動通道；所述軸向流動通道包括超音速壓縮斜坡；所述軸向流動通道允許沿超音速壓縮機轉子的外表面軸向地流體連通。

在第四方面，本發明提供了一種超音速壓縮機，其包括：(a)流體入口；(b)流體出口；和(c)至少一個超音速壓縮機轉子，所述超音速壓縮機轉子包括：(i)第一轉子盤；(ii)第二轉子盤；和(iii)第三轉子盤；所述第一、第二和第三轉子盤共用公共旋轉軸線；所述第一和第二轉子盤可旋轉地聯接；所述第三轉子盤設置在所述第一與第二轉子盤之間，所述第三轉子盤可相對于所述第一和第二轉子盤獨立地旋轉，所述第三轉子盤包括凸起的表面結構；所述第一、第二和第三轉子盤與至少兩個葉片一起限定包圍第三轉子盤的凸起的表面結構的流動通道；所述流動通道包括超音速壓縮斜坡。