[發(fā)明專利]用于離心壓縮機的徑向擴散器導葉

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080069592.2
• 申請日: 2010-08-12
• 公開（公告）號: CN103154526A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S.拉哈克里什南;L.塔皮納西;C.S.I.斯文斯多特
• 申請（專利權(quán)）人: 諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司
• 主分類號: F04D29/44
• 分類號: F04D29/44
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;傅永霄

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：

其中，

r_o是擴散器導葉前緣徑向位置的半徑，以及

α₃是擴散器導葉前緣處的絕對速度的角度。

當將這個擴散器葉片形狀用作離心壓縮機中的擴散器的一部分時，它也會引起某些缺點。例如，在離心壓縮機中采用具有共形映射式中弧線的擴散器葉片208是成問題的，因為具有那個形狀的擴散器導葉的后緣被較高地加載，而且壓縮機具有較低的扼流(choke)極限。

因此，設(shè)計和提供一種具有改進離心壓縮機的性能且解決現(xiàn)有擴散器葉片形狀的前述缺點的形狀的擴散器葉片將是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容