專利名稱：超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機(jī)和包括壓縮機(jī)的系統(tǒng)。具體而 言，本發(fā)明涉及包括超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)和包括超音速壓縮機(jī)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的壓縮機(jī)系統(tǒng)被廣泛地用于壓縮氣體，并在從制冷單元到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)范圍內(nèi)的許多普遍采用的技術(shù)中找到應(yīng)用。壓縮機(jī)的基本目的是輸送和壓縮氣體。為此，壓縮機(jī)通常對(duì)處于低壓環(huán)境中的氣體施加機(jī)械能，并將氣體輸送至高壓環(huán)境并且在高壓環(huán)境下壓縮氣體，來自高壓環(huán)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(shù)沿用已久，并從離心機(jī)械到混流機(jī)械再到軸向流動(dòng)機(jī)械而不同。常規(guī)的壓縮機(jī)系統(tǒng)雖然非常有用，但是受限于單級(jí)壓縮機(jī)可達(dá)到的壓力比相對(duì)較低。在要求高的總壓力比的情況下，可采用包括多個(gè)壓縮級(jí)的常規(guī)壓縮機(jī)系統(tǒng)。然而，包括多個(gè)壓縮級(jí)的常規(guī)壓縮機(jī)系統(tǒng)傾向于大而復(fù)雜，且成本高。最近，已經(jīng)公開了包括超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)系統(tǒng)。這種壓縮機(jī)系統(tǒng)有時(shí)被稱為超音速壓縮機(jī)，其通過使入口氣體與具有轉(zhuǎn)子輪緣表面結(jié)構(gòu)的移動(dòng)轉(zhuǎn)子相接觸而輸送并壓縮氣體，該移動(dòng)轉(zhuǎn)子將入口氣體從超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的低壓側(cè)輸送并壓縮至超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的高壓側(cè)。雖然與常規(guī)的壓縮機(jī)相比，利用超音速壓縮機(jī)可獲得更高的單級(jí)壓力t匕，但將非常期望進(jìn)一步的改進(jìn)。如本文中詳細(xì)所述地，本發(fā)明提供了新穎的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和新穎的超音速壓縮機(jī)，其相對(duì)于公知的超音速壓縮機(jī)而言，在壓縮機(jī)性能方面提供了增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括(a)第一轉(zhuǎn)子盤；(b)第二轉(zhuǎn)子盤；和(C)第三轉(zhuǎn)子盤；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接；所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片(vane) —起限定包圍第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道；所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡(ramp)。在第二方面，本發(fā)明提供了一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括(a)第一轉(zhuǎn)子盤；(b)第二轉(zhuǎn)子盤；(c)第三轉(zhuǎn)子盤；和(d)轉(zhuǎn)子支承板；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤限定內(nèi)柱形腔體和外轉(zhuǎn)子輪緣；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接；所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片和所述轉(zhuǎn)子支承板一起限定包圍第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的徑向流動(dòng)通道；所述徑向流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡；所述徑向流動(dòng)通道允許在內(nèi)柱形腔體與所述外轉(zhuǎn)子輪緣之間徑向地流體連通。在第三方面，本發(fā)明提供了一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括(a)第一轉(zhuǎn)子盤；(b)第二轉(zhuǎn)子盤；和(C)第三轉(zhuǎn)子盤；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤限定超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面，所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接；所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的軸向流動(dòng)通道；所述軸向流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡；所述軸向流動(dòng)通道允許沿超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面軸向地流體連通。在第四方面，本發(fā)明提供了一種超音速壓縮機(jī)，其包括(a)流體入口 ；(b)流體出口 ；和(C)至少一個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括(i)第一轉(zhuǎn)子盤；
(ii)第二轉(zhuǎn)子盤；和(iii)第三轉(zhuǎn)子盤；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接；所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道；所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡。在第五方面，本發(fā)明提供了一種壓縮流體的方法，其包括(a)將流體通過低壓氣體入口引入到包括在超音速壓縮機(jī)內(nèi)的氣體導(dǎo)管內(nèi)；和(b)通過所述超音速壓縮機(jī)的高壓氣體出口移除氣體；所述超音速壓縮機(jī)包括設(shè)置在所述氣體入口與所述氣體出口之間的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括(i)第一轉(zhuǎn)子盤；(ii)第二轉(zhuǎn)子盤；和
(iii)第三轉(zhuǎn)子盤；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接；所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道；所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡。在第六方面，本發(fā)明提供了一種用于起動(dòng)超音速壓縮機(jī)的方法，所述方法包括(a)提供超音速壓縮機(jī)，其包括設(shè)置在超音速壓縮機(jī)的流體導(dǎo)管內(nèi)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括(i)第一轉(zhuǎn)子盤；(ii)第二轉(zhuǎn)子盤；和(iii)第三轉(zhuǎn)子盤；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線；所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接；所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)；所述第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道；所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡；(b)將第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)定位在流動(dòng)通道內(nèi)，使得當(dāng)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在亞音速下旋轉(zhuǎn)時(shí)流動(dòng)通道的喉區(qū)相對(duì)更少地收縮；以及(c)將第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)再定位在流動(dòng)通道內(nèi)，使得當(dāng)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在超音速下旋轉(zhuǎn)時(shí)流動(dòng)通道的喉區(qū)相對(duì)更多地收縮。


當(dāng)參考附圖閱讀以下的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在所有附圖中相同的標(biāo)記表示類似的部件，在附圖中
圖I示出由本發(fā)明提供的徑向超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；
圖2示出由本發(fā)明提供的徑向超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的插 圖3示出由本發(fā)明提供的徑向超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分解視 圖4示出由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)；
圖5示出由本發(fā)明提供的軸向超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的插 圖6示出由本發(fā)明提供的軸向超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；以及 圖7示出由本發(fā)明提供的軸向超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。在本文中提供的附圖中，相同標(biāo)記表示相同部件。除非另外指明，否則本文所提供的附圖用來示出本發(fā)明的關(guān)鍵發(fā)明特征。這些關(guān)鍵發(fā)明特征被認(rèn)為適用于包括本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的廣泛的各種系統(tǒng)。因此，附圖并不意圖包括為實(shí)踐本發(fā)明所要求的本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的所有常規(guī)特征。
具體實(shí)施例方式在以下說明和所附的權(quán)利要求中，將參考若干用語，它們應(yīng)定義為具有以下含義。單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)指代物，除非背景明確地另外指定。“可選的”或“可選地”表示隨后描述的事件或情形可以發(fā)生或可以不發(fā)生，并且該描述包括事件發(fā)生的情況和事件不發(fā)生的情況。如在整個(gè)說明書和權(quán)利要求中所用的近似語言可用于修飾任何定量表示，這些定量表示可容許不會(huì)導(dǎo)致其相關(guān)的基本功能改變的變化。因此，由諸如“約”和“大致”的一個(gè)或者多個(gè)用語修飾的值不限于指定的確切值。在至少一些情況下，近似語言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量該值的儀器的精度。在這里以及整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，范圍限制可組合和/或可互換，這種范圍是確定的且包括其中所含的全部子范圍，除非上下文或語言另外指示。如本文所用，術(shù)語“超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子”指包括設(shè)置在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流體流動(dòng)通道內(nèi)的超音速壓縮斜坡的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成使得在操作期間遭遇移動(dòng)轉(zhuǎn)子的流體流動(dòng)通道的流體入口的流體的速度是超音速的。如本文所用，術(shù)語“超音速壓縮機(jī)”指包括超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)?？砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的公知的超音速壓縮機(jī)被構(gòu)造成在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外輪緣和在其中設(shè)置超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流體導(dǎo)管的內(nèi)壁之間壓縮流體。在這種超音速壓縮機(jī)中，流體橫跨超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外轉(zhuǎn)子輪緣從流體導(dǎo)管的低壓側(cè)輸送到流體導(dǎo)管的高壓側(cè)。布置在外轉(zhuǎn)子輪緣上的葉片(有時(shí)被稱為輪箍(strake))提供軸向流動(dòng)通道，流體通過該通道從超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的一側(cè)移動(dòng)至另一側(cè)。包括超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)在例如分別提交于2005年3月28日和2005年3月23日的美國(guó)專利號(hào)7，334，990和7，293，955以及提交于2009年I月16日的美國(guó)專利申請(qǐng)2009/0196731中有詳細(xì)描述。本發(fā)明的特征在于新穎的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，在其中流體從流體導(dǎo)管的低壓側(cè)至流體導(dǎo)管的高壓側(cè)的輸送經(jīng)由徑向流動(dòng)通道或軸向流動(dòng)通道發(fā)生，并且因此包括擁有徑向流動(dòng)特性或軸向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。由本發(fā)明提供的擁有徑向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括使超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)柱形腔體與外轉(zhuǎn)子輪緣相聯(lián)系的徑向流動(dòng)通道。由本發(fā)明提供的擁有軸向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括使超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的第一側(cè)或第一面與超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的第二側(cè)或第二面相聯(lián)系的軸向流動(dòng)通道。不論由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是否擁有徑向流動(dòng)特性或軸向流動(dòng)特性，由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中的每一個(gè)都包括“可變頻(dockable) ”的第三轉(zhuǎn)子盤，該第三轉(zhuǎn)子盤包括可用來擴(kuò)大或限制流體流動(dòng)通道的給定部分內(nèi)的自由空間的凸起表面結(jié)構(gòu)。所謂“可變頻”是指第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于作為超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的構(gòu)件的第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。這允許凸起的表面結(jié)構(gòu)在流體流動(dòng)通道內(nèi)的有限的運(yùn)動(dòng)范圍，以便擴(kuò)大或限制流體流動(dòng)通道的給定部分內(nèi)的自由空間。由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的新穎設(shè)計(jì)特征預(yù)期會(huì)提高包括它們的超音速壓縮機(jī)的性能，并且在包括這種新穎超音速壓縮機(jī)的系統(tǒng)中提供更大的設(shè)計(jì)多面性。在各種實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的擁有徑向流動(dòng)特性的新穎超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可被構(gòu)造用于由內(nèi)向外的壓縮或由外向內(nèi)的壓縮。擁有徑向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成在操作期間當(dāng)流體隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)從內(nèi)柱形腔體經(jīng)徑向流動(dòng)通道移動(dòng)至外轉(zhuǎn)子輪緣時(shí)用于由內(nèi)向外壓縮。該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成在操作期間當(dāng)流體隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)從外轉(zhuǎn)子輪緣經(jīng)徑向流動(dòng)通道移動(dòng)至內(nèi)柱形腔體時(shí)用于由外向內(nèi)壓縮。擁有 徑向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是否被構(gòu)造用于由內(nèi)向外或由外向內(nèi)壓縮可通過超音速壓縮斜坡在徑向流動(dòng)通道內(nèi)的位置和在徑向流動(dòng)通道的流體入口處的葉片的構(gòu)造確定，或者僅僅通過超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向確定。在本文的附圖所示的各種示例中，擁有徑向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子示出為構(gòu)造用于由內(nèi)向外壓縮。如所指出的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，這些轉(zhuǎn)子盤共用公共的旋轉(zhuǎn)軸線。這些轉(zhuǎn)子盤被布置成使得第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間。第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤例如通過公共驅(qū)動(dòng)軸(參見圖7)或通過一個(gè)或多個(gè)葉片可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到彼此，使得當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)子盤附連到驅(qū)動(dòng)軸且驅(qū)動(dòng)軸設(shè)為運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤兩者作為單個(gè)主體旋轉(zhuǎn)。聯(lián)接第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤的葉片設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤的表面上且限定流體流動(dòng)通道。在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被構(gòu)造用于徑向流體流的情況中，葉片可被構(gòu)造成橫跨由第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤形成的表面的螺旋(參見圖I)。在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被構(gòu)造用于軸向流體流的情況中，葉片可被構(gòu)造成以螺紋狀方式橫跨由第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤形成的表面(參見圖6)。第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在第一和第二轉(zhuǎn)子盤之間且通常不與葉片接觸。在各種實(shí)施例中，期望在第三轉(zhuǎn)子盤與葉片之間的間隙盡可能小。在第三轉(zhuǎn)子盤與葉片之間的間隙不一定相同或恒定，但通常為大約幾分之一毫米至幾毫米。在一個(gè)實(shí)施例中，在第三轉(zhuǎn)子盤與葉片之間的間隙在從約0. 01毫米至約I毫米的范圍內(nèi)。第三轉(zhuǎn)子盤包括至少一個(gè)凸起的表面結(jié)構(gòu)。該凸起的表面結(jié)構(gòu)具有尺寸，其使得凸起的表面結(jié)構(gòu)的高度大于在第三轉(zhuǎn)子盤表面與葉片之間的間隙。因此，第三轉(zhuǎn)子盤必須被構(gòu)造成使得當(dāng)?shù)谝缓偷诙D(zhuǎn)子盤共同旋轉(zhuǎn)時(shí)，第三轉(zhuǎn)子盤也必須旋轉(zhuǎn)，并且通常與第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤共同旋轉(zhuǎn)。這可以通過允許在第三轉(zhuǎn)子盤的表面與第一轉(zhuǎn)子盤的表面中的一個(gè)和第二轉(zhuǎn)子盤的表面中的一個(gè)之間接觸而實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)子盤之間的這種摩擦聯(lián)接允許所有三個(gè)轉(zhuǎn)子盤在例如第一轉(zhuǎn)子盤聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸時(shí)共同旋轉(zhuǎn)。由于葉片橫過第三轉(zhuǎn)子盤的表面而不與其接觸，并且由于凸起的表面結(jié)構(gòu)的尺寸使得凸起的表面結(jié)構(gòu)可以不在葉片下面經(jīng)過，則凸起的表面結(jié)構(gòu)被限定到兩個(gè)葉片之間的空間；葉片和轉(zhuǎn)子盤的表面限定了流動(dòng)通道。雖然第三轉(zhuǎn)子盤與第一和第二轉(zhuǎn)子盤共同旋轉(zhuǎn)，但第三轉(zhuǎn)子盤可獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，使得凸起的表面結(jié)構(gòu)的位置可以在由葉片形成的邊界內(nèi)變化。在某些實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)的位置在由葉片所限定的邊界內(nèi)的這種變化可視為凸起的表面結(jié)構(gòu)的潛在位置(參見例如圖I的元件111)?？梢圆捎枚喾N方案以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)或使第三轉(zhuǎn)子盤相對(duì)于第一和第二轉(zhuǎn)子盤“變頻(clock)”。在一個(gè)方案中，附加的力(除了使第三轉(zhuǎn)子盤與第一和第二轉(zhuǎn)子盤共同旋轉(zhuǎn)的力之外)被獨(dú)立地施加到第三轉(zhuǎn)子盤，以便瞬間減小或增加其相對(duì)于共同旋轉(zhuǎn)的第一和第二轉(zhuǎn)子盤的旋轉(zhuǎn)速率。在備選方案中，由第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤中的一個(gè)或兩個(gè)施加到第三轉(zhuǎn)子盤的力瞬間減小，從而使第三轉(zhuǎn)子盤相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤的共同旋轉(zhuǎn)速率改變旋轉(zhuǎn)速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在操作期間，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子通常在例如10，000 rpm的非常高的旋轉(zhuǎn)速度下操作。因此，第三轉(zhuǎn)子盤相對(duì)于第一和第 二轉(zhuǎn)子盤的旋轉(zhuǎn)速率的瞬間增加或減小將具有非常短的持續(xù)時(shí)間(例如，幾分之一秒)。因此，凸起的表面結(jié)構(gòu)在流動(dòng)通道內(nèi)的位置可以變化。這允許在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的起動(dòng)期間將凸起的表面結(jié)構(gòu)定位在流動(dòng)通道的一個(gè)或多個(gè)第一部分中，并且在例如超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)操作期間將凸起的表面結(jié)構(gòu)定位在一個(gè)或多個(gè)第二位置中。據(jù)認(rèn)為，在起動(dòng)期間，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流體入口(參見例如圖2，元件10)應(yīng)更少而不是更多地收縮，并且在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)操作期間可通過收縮流體入口來實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)點(diǎn)。第三轉(zhuǎn)子盤的變頻允許從最靠近流體入口的流動(dòng)通道的部分移除或引入凸起的表面結(jié)構(gòu)，以便“開放”或收縮流體入口。如所指出的那樣，葉片與第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤的表面限定了超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流動(dòng)通道。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，為了有用，流動(dòng)通道必須由至少一個(gè)附加表面定界。在某些實(shí)施例中，該至少一個(gè)附加表面與超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子一體。例如，在圖3中所示的實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括提供該至少一個(gè)附加表面的轉(zhuǎn)子支承板(參見元件105)。在備選實(shí)施例中，該至少一個(gè)附加表面不與超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子成一體，如在例如圖6所示類型的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中那樣，其中當(dāng)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)置在超音速壓縮機(jī)內(nèi)時(shí)，由在其中設(shè)置超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流體導(dǎo)管的內(nèi)表面提供該至少一個(gè)附加表面。流體流動(dòng)通道被認(rèn)為包括在操作期間提供用于在流體流動(dòng)通道內(nèi)形成激波的至少一個(gè)超音速壓縮斜坡。該超音速壓縮斜坡可位于限定流體流動(dòng)通道的結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)上。因此，超音速壓縮斜坡可位于葉片中的一個(gè)或多個(gè)上、在盤表面上、或在以上討論的至少一個(gè)附加表面上。圖I、圖2、圖3、圖5、圖6和圖7示出了超音速壓縮斜坡在流體流動(dòng)通道內(nèi)的一些可能的位置。如所指出的那樣，由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可被構(gòu)造用于徑向壓縮，例如如在圖I、圖2、圖3和圖4中所示的實(shí)施例中那樣。在這樣的構(gòu)造中，流體流動(dòng)通道被稱為徑向流動(dòng)通道。備選地，由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可被構(gòu)造成用于軸向壓縮，例如如在圖5、圖6和圖7所示的實(shí)施例中那樣。在這樣的構(gòu)造中，流體流動(dòng)通道被稱為軸向流動(dòng)通道。在典型實(shí)施例中，流體流動(dòng)通道的數(shù)量取決于葉片的數(shù)量且等于葉片的數(shù)量。因此，在圖I所示實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)葉片和兩個(gè)徑向流動(dòng)通道。在圖3所示實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括六個(gè)葉片和六個(gè)徑向流動(dòng)通道。在圖5、圖6和圖7所示實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)葉片和兩個(gè)軸向流動(dòng)通道。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括至少三個(gè)軸向流動(dòng)通道的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。在備選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括至少三個(gè)徑向流動(dòng)通道的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。凸起的表面結(jié)構(gòu)可具有廣泛的各種形狀和尺寸。例如，凸起的表面結(jié)構(gòu)可以是楔形、斜坡、凸起的菱形、凸起的多邊形(例如，凸起的五邊形、凸起的六邊形或凸起的七邊形)、錐形、半錐形、半橢圓體、不是半橢圓體的橢圓體的一部分、棱錐、柱體、半柱體、不是半柱體的柱體的一部分、半球、不是半球的球體的一部分、或它們的一些組合。除了以上討論的熟知的幾何形狀之外，在某些實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)可具有不規(guī)則形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)為楔形結(jié)構(gòu)。在備選實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)為斜坡形結(jié)構(gòu)。由于 凸起的表面結(jié)構(gòu)被定位在第三轉(zhuǎn)子盤的外表面上，所以凸起的表面結(jié)構(gòu)與第三轉(zhuǎn)子盤接觸的部分將適形(conform)于第三轉(zhuǎn)子盤的輪廓。因此，在擁有軸向流動(dòng)特性的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(參見圖5至圖7)中，嚴(yán)格地說，凸起的表面結(jié)構(gòu)與第三轉(zhuǎn)子盤接觸的部分不是真正水平的表面(相對(duì)于真實(shí)或假設(shè)的基準(zhǔn)面)，但為了方便，該部分將描述為水平表面。因此，甚至在其中凸起的表面結(jié)構(gòu)為諸如楔形或半球的熟知的幾何形狀的實(shí)施例中，當(dāng)凸起的表面結(jié)構(gòu)與第三轉(zhuǎn)子盤接觸的部分適形于轉(zhuǎn)子盤的表面輪廓，并且凸起的表面結(jié)構(gòu)的配對(duì)表面不適形(例如，楔形的凸起的表面結(jié)構(gòu)，其中第一水平表面適形于第三轉(zhuǎn)子盤的輪廓，而第二水平表面不適形)時(shí)，其形狀也將略微不規(guī)則(即，偏離理想幾何形狀)。為了使術(shù)語“凸起的表面結(jié)構(gòu)”的含義能更好地被理解，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述構(gòu)成潛在的凸起的表面結(jié)構(gòu)的某些結(jié)構(gòu)。本文將為楔形的凸起的表面結(jié)構(gòu)限定為五面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)等尺寸的水平表面(典型地上表面和下表面)、兩個(gè)具有相等尺寸的豎直表面、和第三豎直表面。類似楔形，本文將為斜坡的凸起的表面結(jié)構(gòu)限定為五面結(jié)構(gòu)，但其具有僅一個(gè)水平表面、三個(gè)豎直表面、以及一個(gè)既不水平也不豎直的表面。凸起的菱形被限定為六面結(jié)構(gòu)，其具有兩個(gè)菱形水平表面和四個(gè)豎直表面。類似地，凸起的六邊形被限定為八面結(jié)構(gòu)，其具有兩個(gè)六邊形水平表面和六個(gè)豎直表面。凸起的表面結(jié)構(gòu)通常具有如下尺寸，S卩，使得其不寬于第三轉(zhuǎn)子盤的寬度且不高于限定在其中設(shè)置有凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道的葉片。通常，凸起的表面結(jié)構(gòu)為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其具有表示為在其中設(shè)置有凸起的表面結(jié)構(gòu)的流體流動(dòng)通道的體積的從約0. 1%至約25%的體積的排代體積。流體流動(dòng)通道的體積被限定為在限定流體流動(dòng)通道的葉片之間的轉(zhuǎn)子盤的表面積乘以限定流體流動(dòng)通道的葉片的最大高度。在一個(gè)實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其具有表示為在其中安放有凸起的表面結(jié)構(gòu)的流體流動(dòng)通道的體積的從約1%至約15%的體積的排代體積。在備選實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其具有表示為其中安放凸起的表面結(jié)構(gòu)的流體流動(dòng)通道的體積的從約5%至約10%的體積的排代體積。由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可用作超音速壓縮機(jī)的部件。因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種包括本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)。本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)可包括一個(gè)或多個(gè)附加特征，諸如常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(參見例如圖4)。在某些實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)可包括多個(gè)本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括至少兩個(gè)本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)。由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)可在多種應(yīng)用中使用。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)的燃?xì)鉁u輪。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種壓縮流體的方法。流體可以是易于被超音速壓縮的任何流體，例如，二氧化碳、天然氣、或包含二氧化碳、天然氣的混合物?？筛鶕?jù)由本發(fā)明提供的方法壓縮的其它合適的流體包括鹵代烴、諸如甲烷和乙烯的低分子量烷烴、以及包含天然氣、二氧化碳、水蒸氣和硫化氫的天然氣混合物。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，諸如甲烷-CO2混合物的工藝流體被通過低壓氣體入口引入超音速壓縮機(jī)的氣體導(dǎo)管中且被進(jìn)給到以例如10，000 rpm的高速旋轉(zhuǎn)的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的入口側(cè)(低壓側(cè))。遭遇超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的低壓側(cè)的工藝流體的一部分行進(jìn)進(jìn)入超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的 流動(dòng)通道，在這里流體被壓縮。被壓縮的流體的一部分在轉(zhuǎn)子的高壓側(cè)離開超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子且經(jīng)由高壓氣體出口從超音速壓縮機(jī)被移除。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的方法采用包括兩個(gè)或更多個(gè)流體流動(dòng)通道的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。在備選實(shí)施例中，本發(fā)明的方法采用包括至少三個(gè)流體流動(dòng)通道的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。在一個(gè)實(shí)施例中，流體流動(dòng)通道為徑向流動(dòng)通道。在備選實(shí)施例中，流體流動(dòng)通道為軸向流動(dòng)通道。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的方法采用包括多個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)，例如包括串聯(lián)布置在超音速壓縮機(jī)的流體導(dǎo)管內(nèi)的兩個(gè)反轉(zhuǎn)的本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的方法采用除了至少一個(gè)本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子之外包括至少一個(gè)常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)?，F(xiàn)在參見圖1，該圖示出本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100，該轉(zhuǎn)子包括第一轉(zhuǎn)子盤101、第二轉(zhuǎn)子盤102和第三轉(zhuǎn)子盤103。轉(zhuǎn)子盤101-103共用公共的旋轉(zhuǎn)軸線。第一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102由兩個(gè)葉片150可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接。第三轉(zhuǎn)子盤103設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤之間且可相對(duì)于第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。第三轉(zhuǎn)子盤103包括在其表面上的凸起的表面結(jié)構(gòu)110，凸起的表面結(jié)構(gòu)110可沿著如虛線111所示的一系列潛在位置并且在葉片150之間相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102變頻。第一轉(zhuǎn)子盤101經(jīng)由轉(zhuǎn)子撐條160聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)軸300，轉(zhuǎn)子撐條160將機(jī)械能從驅(qū)動(dòng)軸傳遞到第一轉(zhuǎn)子盤101，第一轉(zhuǎn)子盤101又經(jīng)由葉片150可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第二轉(zhuǎn)子盤102。轉(zhuǎn)子盤101-103和葉片150 —起限定徑向流動(dòng)通道108，徑向流動(dòng)通道108包括超音速壓縮斜坡120并在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)柱形腔體104和外邊緣(外轉(zhuǎn)子輪緣，參見圖4的元件112)之間提供流體連通。在操作期間，從內(nèi)柱形腔體104進(jìn)入徑向流動(dòng)通道108的流體以超音速遭遇超音速壓縮斜坡120，這引起斜激波125，斜激波125從相鄰的葉片表面被反射回來，從而形成反射的斜激波127和正激波109。凸起的表面結(jié)構(gòu)110可定位在沿路徑111且在葉片150之間的任何地方。現(xiàn)在參見圖2，該圖示出本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100的放大部分。凸起的表面結(jié)構(gòu)110示出為附連到第三轉(zhuǎn)子盤103的表面的菱形凸起結(jié)構(gòu)(“凸起的菱形”)。在該實(shí)施例中，凸起的表面結(jié)構(gòu)110示出為位于葉片150之間相比流體入口 10更靠近流體出口 20處。圖2示出了在超音速下操作的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，并且指示出超音速壓縮斜坡120的位置，以及當(dāng)進(jìn)入徑向流動(dòng)通道108的流體遭遇超音速壓縮斜坡時(shí)形成的斜激波125。圖2還指示出反射的激波127、正激波129和亞音速擴(kuò)散區(qū)121的存在?，F(xiàn)在參見圖3，該圖示出本發(fā)明的示例性超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100的分解視圖。該圖示出設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子盤101與第二轉(zhuǎn)子盤102之間的第三轉(zhuǎn)子盤103。成組的六個(gè)葉片150將第一轉(zhuǎn)子盤101可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第二轉(zhuǎn)子盤102。轉(zhuǎn)子盤101-103和葉片150 —起限定成組的六個(gè)徑向流動(dòng)通道108 (參見圖I和圖2)，這些徑向流動(dòng)通道108限定了流體入口 10和流體出口 20。在圖3中，每個(gè)葉片包括單個(gè)超音速壓縮斜坡120，并且葉片被布置成使得超音速壓縮斜坡120在鄰近流體入口 10的徑向流動(dòng)通道108內(nèi)。在第三轉(zhuǎn)子盤103的表面上以規(guī)則的間距設(shè)置有成組的六個(gè)凸起的表面結(jié)構(gòu)110，這些凸起的表面結(jié)構(gòu)110分別包括在徑向流動(dòng)通道108中的每一個(gè)內(nèi)。轉(zhuǎn)子支承板105固定到葉片150上且進(jìn)一步限定徑向流動(dòng)通道108。通過旋轉(zhuǎn)經(jīng)由轉(zhuǎn)子撐條160機(jī)械聯(lián)接到第一轉(zhuǎn)子盤101的驅(qū)動(dòng)軸300， 可以將轉(zhuǎn)子作為整體旋轉(zhuǎn)至超音速。驅(qū)動(dòng)軸300經(jīng)由孔口 303行進(jìn)通過轉(zhuǎn)子支承板105。第三轉(zhuǎn)子盤103可經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸301獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)軸301經(jīng)由轉(zhuǎn)子撐條163連接到第三轉(zhuǎn)子盤103。在示出的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)軸301不直接聯(lián)接到第一或第二轉(zhuǎn)子盤中的任一個(gè)。通過向驅(qū)動(dòng)軸301施加力，凸起的表面結(jié)構(gòu)110在每一個(gè)徑向流動(dòng)通道內(nèi)的位置可以變化，以限制或打開徑向流動(dòng)通道108的給定部分。參見圖4，該圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其操作的一些基本屬性。該圖示出超音速壓縮機(jī)500，超音速壓縮機(jī)500在分解圖中示出為包括本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100和容納在壓縮機(jī)殼體510內(nèi)的常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100和常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405被認(rèn)為設(shè)置在超音速壓縮機(jī)的流體導(dǎo)管內(nèi)，流體導(dǎo)管至少部分地由壓縮機(jī)殼體限定，流體導(dǎo)管包括低壓側(cè)520和高壓側(cè)522，分別被稱為流體導(dǎo)管的低壓側(cè)520和流體導(dǎo)管的高壓側(cè)522。常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405示出為與超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100的內(nèi)柱形腔體104分開且在內(nèi)柱形腔體104上方，在這個(gè)意義上圖4所示視圖為“分解的”。在各種實(shí)施例中，常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405實(shí)際上設(shè)置在內(nèi)柱形腔體104內(nèi)。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100沿方向310由組合的驅(qū)動(dòng)軸300/301驅(qū)動(dòng)。常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405沿方向330被驅(qū)動(dòng)軸320驅(qū)動(dòng)。如圖所示，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100和常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405被構(gòu)造用于反向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過壓縮機(jī)入口(未示出)引入的流體(未示出)進(jìn)入流體導(dǎo)管的低壓側(cè)520并遭遇沿方向330旋轉(zhuǎn)的常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405的槳葉(blade)406。當(dāng)流體遭遇旋轉(zhuǎn)的常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，流體流30的方向改變。流體從設(shè)置在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100的內(nèi)柱形腔體104內(nèi)的常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405被徑向向外引導(dǎo)。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100限定內(nèi)柱形腔體104和外轉(zhuǎn)子輪緣112以及允許在內(nèi)柱形腔體104與外轉(zhuǎn)子輪緣112之間流體連通的至少兩個(gè)徑向流動(dòng)通道108 (未示出)，所述徑向流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡(未示出)。在圖4所示實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100包括轉(zhuǎn)子支承板105(轉(zhuǎn)子板)和三個(gè)轉(zhuǎn)子盤(未示出)第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤，這些轉(zhuǎn)子盤與葉片150和轉(zhuǎn)子支承板105 —起限定至少兩個(gè)徑向流動(dòng)通道。轉(zhuǎn)子支承板105限定可將常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子405從其中插入內(nèi)柱形腔體104的孔口。在圖示實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100機(jī)械聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)軸300/301，驅(qū)動(dòng)軸300/301提供用于轉(zhuǎn)子作為整體的旋轉(zhuǎn)，并且還用于使第三轉(zhuǎn)子盤103 (未示出)相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子盤101 (未示出)和第二轉(zhuǎn)子盤102 (未示出)變頻。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)軸300/301由兩個(gè)同心驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)成，其中，其內(nèi)軸(未示出)如在例如圖I中那樣經(jīng)由轉(zhuǎn)子撐條160 (未示出)機(jī)械聯(lián)接到第一轉(zhuǎn)子盤101 (未示出)，并且外驅(qū)動(dòng)軸如在例如圖3中那樣經(jīng)由轉(zhuǎn)子撐條163 (未示出)機(jī)械聯(lián)接到第三轉(zhuǎn)子盤103 (未示出)。徑向向外移動(dòng)的流體遭遇旋轉(zhuǎn)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100的流體入口 10(未示出)，并且被引導(dǎo)進(jìn)入徑向流動(dòng)通道108(未示出)，徑向流動(dòng)通道108壓縮從超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)柱形腔體104行進(jìn)到外轉(zhuǎn)子輪緣112的流體。徑向流動(dòng)通道108 (未示出)包括超音速壓縮斜坡120 (未示出)，超音速壓縮斜坡120壓縮在徑向流動(dòng)通道內(nèi)的流體且將壓縮的流體朝流體出口 20引導(dǎo)。離開流體出口 20的流體接著進(jìn)入流體導(dǎo)管的高壓側(cè)522。在流體導(dǎo)管的高壓側(cè)522內(nèi)的壓縮流體可用來做功，或者用于一些其它目的。參見圖5，該圖示出具有軸向流動(dòng)特性的本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括第一轉(zhuǎn)子盤101、第二轉(zhuǎn)子盤102和設(shè)置在它們之間的第三轉(zhuǎn)子盤103。這三個(gè)轉(zhuǎn)子盤一起形成超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面117并共用公共的旋轉(zhuǎn)軸線116。第 一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102經(jīng)由兩個(gè)葉片150可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接，兩個(gè)葉片150與轉(zhuǎn)子盤101-103 一起限定兩個(gè)軸向流動(dòng)通道109，這些軸向流動(dòng)通道包括流體入口 10和流體出口20。第三轉(zhuǎn)子盤103可相對(duì)于第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)(可變頻)，并且包括凸起的表面結(jié)構(gòu)110。葉片150包括形成軸向流動(dòng)通道的一部分的超音速壓縮斜坡120。圖5a示出在其中凸起的表面結(jié)構(gòu)位于軸向流動(dòng)通道的喉區(qū)下游的條件下操作的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，喉區(qū)由在葉片150的表面上彼此相對(duì)的超音速壓縮斜坡120限定。流體在流體入口 10處遭遇旋轉(zhuǎn)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，并且沿螺旋路徑(軸向流動(dòng)通道)橫跨超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子117的外表面?zhèn)魉停钡狡湓庥龀羲賶嚎s斜坡120并被壓縮和經(jīng)由流體出口 20射出。圖5a中所示構(gòu)造適合在轉(zhuǎn)子起動(dòng)期間使用。圖5b示出在其中凸起的表面結(jié)構(gòu)位于軸向流動(dòng)通道的喉區(qū)內(nèi)的條件下操作的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。圖5b所示構(gòu)造適合用于在轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)操作期間使用。凸起的表面結(jié)構(gòu)相對(duì)于其在圖5a中的位置的移動(dòng)的方向在圖5b中示出為箭頭115。參見圖6，該圖進(jìn)一步示出圖5所示超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100，并且提供了額外的細(xì)節(jié)。在該圖中，驅(qū)動(dòng)軸300機(jī)械聯(lián)接到第一轉(zhuǎn)子盤101，第一轉(zhuǎn)子盤101由兩個(gè)葉片150可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第二轉(zhuǎn)子盤102。驅(qū)動(dòng)軸301允許第三轉(zhuǎn)子盤103相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，這允許凸起的表面結(jié)構(gòu)110的位置在軸向流動(dòng)通道109內(nèi)變化。在應(yīng)用中，圖6所示超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100通常設(shè)置在超音速壓縮機(jī)殼體(未示出)內(nèi)。在圖6(和圖7)中，第一轉(zhuǎn)子盤101和第三轉(zhuǎn)子盤103示出為通過間隙106分開，間隙106被夸大且未按比例繪制，以便將第一轉(zhuǎn)子盤101與第三轉(zhuǎn)子盤103區(qū)分開。類似地，第二轉(zhuǎn)子盤102在圖中示出為通過間隙107與第三轉(zhuǎn)子盤103分開。同樣，該間隙在圖中被夸大且未按比例繪制，以便將第二轉(zhuǎn)子盤102與第三轉(zhuǎn)子盤103區(qū)分開。如所指出的那樣，第三轉(zhuǎn)子盤103通常與第一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102兩者接觸?，F(xiàn)在參見圖7，該圖示出本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子100不依靠葉片150將第一轉(zhuǎn)子盤101可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第二轉(zhuǎn)子盤102。而是，第一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102通過經(jīng)由孔口 303行進(jìn)通過第三轉(zhuǎn)子盤103的驅(qū)動(dòng)軸300可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接。轉(zhuǎn)子盤101-103共用公共旋轉(zhuǎn)軸線(在圖7中由驅(qū)動(dòng)軸300的軸線指示)。驅(qū)動(dòng)軸300不與第三轉(zhuǎn)子盤103直接接觸。在圖7所示的實(shí)施例中，在第一轉(zhuǎn)子盤101與驅(qū)動(dòng)軸300之間的機(jī)械聯(lián)接通過轉(zhuǎn)子撐條160來進(jìn)行。第二轉(zhuǎn)子盤102直接聯(lián)接(未示出聯(lián)接部)到驅(qū)動(dòng)軸300。該圖示出設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子盤101與第二轉(zhuǎn)子盤102之間的第三轉(zhuǎn)子盤103。轉(zhuǎn)子盤101-103和葉片150 —起限定兩個(gè)軸向流動(dòng)通道109，這些軸向流動(dòng)通道109限定了流體入口 10和流體出口 20。在圖7中，每個(gè)葉片包括至少一個(gè)超音速壓縮斜坡120，并且葉片被布置成使得超音速壓縮斜坡120設(shè)置在軸向流動(dòng)通道109內(nèi)鄰近流體入口 10處。在第三轉(zhuǎn)子盤103的外表面上設(shè)置有成組的兩個(gè)凸起的表面結(jié)構(gòu)110，這些凸起的表面結(jié)構(gòu)110分別包括在軸向流動(dòng)通道109中的每一個(gè)內(nèi)。通過將力獨(dú)立地施加到共同旋轉(zhuǎn)的同心驅(qū)動(dòng)軸301，可以調(diào)整凸起的表面結(jié)構(gòu)110的位置。驅(qū)動(dòng)軸301經(jīng)由轉(zhuǎn)子撐條163聯(lián)接到第三轉(zhuǎn)子盤103。通過使驅(qū)動(dòng)軸300和301共同旋轉(zhuǎn)，可以將轉(zhuǎn)子作為整體旋轉(zhuǎn)至超音速。第三轉(zhuǎn)子盤103被認(rèn)為可經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸301相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子盤101和第二轉(zhuǎn)子盤102獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。在圖示實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)軸301不直接聯(lián)接到第一或第二轉(zhuǎn)子盤中的任一個(gè)。通過向驅(qū)動(dòng)軸301施加力，凸起的表面結(jié)構(gòu)110在每一個(gè)徑向流動(dòng)通道內(nèi)的位置可以變化，以限制或打開軸向流動(dòng)通道109的給定部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，驅(qū)動(dòng)軸301與驅(qū)動(dòng)軸300共 同旋轉(zhuǎn)，以防止在轉(zhuǎn)子撐條160與轉(zhuǎn)子撐條163之間的接觸，并且轉(zhuǎn)子撐條163的位置可以在由轉(zhuǎn)子撐條160定界的弧內(nèi)變化，并且這對(duì)應(yīng)于凸起的表面結(jié)構(gòu)110在軸向流動(dòng)通道109內(nèi)的潛在位置。在圖7所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中，葉片150附連到第一轉(zhuǎn)子盤101的表面，但不附連到第二轉(zhuǎn)子盤102。葉片150通過間隙(未示出)與第二轉(zhuǎn)子盤的表面分開，在第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤不通過葉片150可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的實(shí)施例中，該間隙通常為大約幾分之一毫米至幾毫米。在一個(gè)實(shí)施例中，在第二轉(zhuǎn)子盤與葉片之間的間隙在從約0. 01毫米至約I毫米的范圍內(nèi)。在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于起動(dòng)超音速壓縮機(jī)的方法。該方法包括(a)提供超音速壓縮機(jī)，該超音速壓縮機(jī)包括設(shè)置在超音速壓縮機(jī)的流體導(dǎo)管內(nèi)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，例如靜止的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。超音速壓縮機(jī)包括本發(fā)明的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，例如圖6所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括(i)第一轉(zhuǎn)子盤101 ;(ii)第二轉(zhuǎn)子盤102 ;和(iii)第三轉(zhuǎn)子盤103 ;并且第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線。通常，公共旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)應(yīng)于用來驅(qū)動(dòng)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸(參見圖6，驅(qū)動(dòng)軸300和301)的旋轉(zhuǎn)軸線。第一和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接。這種機(jī)械聯(lián)接導(dǎo)致第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤作為一體旋轉(zhuǎn)，并且可以依靠安裝在第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤的外表面上的兩個(gè)或更多個(gè)葉片150來進(jìn)行。備選地，第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤的這種機(jī)械聯(lián)接可通過一些其它方式進(jìn)行，例如，通過使第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤兩者附連到公共驅(qū)動(dòng)軸300 (參見例如圖7)。在一些實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤通過裝置的組合機(jī)械聯(lián)接，例如通過公共驅(qū)動(dòng)軸300和葉片150。第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在第一和第二轉(zhuǎn)子盤之間且可相對(duì)于第一和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。第三轉(zhuǎn)子盤包括位于第三轉(zhuǎn)子盤的外表面上的凸起的表面結(jié)構(gòu)110。該凸起的表面結(jié)構(gòu)安放在由第一、第二和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定的徑向或軸向流動(dòng)通道內(nèi)。流動(dòng)通道包括在限定流動(dòng)通道的一個(gè)或多個(gè)表面上的超音速壓縮斜坡。使用用于使第三轉(zhuǎn)子盤相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的裝置，例如，聯(lián)接到轉(zhuǎn)子撐條163的驅(qū)動(dòng)軸301 (參見圖7)，凸起的表面結(jié)構(gòu)被定位在流動(dòng)通道內(nèi)，使得徑向流動(dòng)通道的喉區(qū)相對(duì)更少地收縮。流動(dòng)通道的喉區(qū)是流動(dòng)通道通過超音速壓縮斜坡120收縮的那部分，并且由在超音速壓縮斜坡和與超音速壓縮斜坡相對(duì)的流動(dòng)通道的表面之間的空間示出(參見例如圖5，其中流動(dòng)通道的喉區(qū)示出為在相對(duì)的超音速壓縮斜坡120之間的空間)。在低速下，例如在亞音速下，有利的是流動(dòng)通道的喉區(qū)比在更高速度下更少地收縮。圖5a示出使得流動(dòng)通道的喉區(qū)相對(duì)于圖5b相對(duì)更少地收縮的凸起的表面結(jié)構(gòu)在流動(dòng)通道內(nèi)的這種定位，圖5b示出使得喉區(qū)比在圖5a所示構(gòu)造中相對(duì)更多地收縮的凸起的表面結(jié)構(gòu)110在流動(dòng)通道109內(nèi)的定位。因此，圖5a示出在起動(dòng)期間當(dāng)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以亞音速旋轉(zhuǎn)時(shí)凸起的表面結(jié)構(gòu)110的所期望的定位，并且圖5b示出在穩(wěn)態(tài)操作期間在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以超音速旋轉(zhuǎn)時(shí)凸起的表面結(jié)構(gòu)110的所期望的定位。當(dāng)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的速度從亞音速區(qū)轉(zhuǎn)變到超音速區(qū)時(shí)，通過經(jīng)由例如驅(qū)動(dòng)軸301和轉(zhuǎn)子撐條163向第三轉(zhuǎn)子盤施加力，可以將凸起的表面結(jié)構(gòu)從在流動(dòng)通道內(nèi)的第一位置再定位至在流動(dòng)通道內(nèi)的第二位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，流動(dòng)通道的喉區(qū)在圖5b所示構(gòu)造中比在圖5a所示構(gòu)造中相對(duì)更多地收縮。這種在較低速度下打開超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的喉區(qū)并在較高速度下收縮超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的喉區(qū)的能力賦予了一種起動(dòng)超音速壓縮機(jī)的獨(dú)特而有效的方式。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何器件或系統(tǒng)并實(shí)施任何合并的方法。本發(fā)明的專利保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它示例。如果其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果其它示例包括與權(quán)利要求的字面語言并無實(shí)質(zhì)差別的等效結(jié)構(gòu)元件，則這些其它示例預(yù)期在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，包括 (a)第一轉(zhuǎn)子盤； (b)第二轉(zhuǎn)子盤；和 (c)第三轉(zhuǎn)子盤； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接； 所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道； 所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述流動(dòng)通道為徑向流動(dòng)通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述流動(dòng)通道為軸向流動(dòng)通道。
4.一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，包括 (a)第一轉(zhuǎn)子盤； (b)第二轉(zhuǎn)子盤； (c)第三轉(zhuǎn)子盤；和 (d)轉(zhuǎn)子支承板； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤分別限定內(nèi)柱形腔體和外轉(zhuǎn)子輪緣； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接； 所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片和所述轉(zhuǎn)子支承板一起限定包圍所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的徑向流動(dòng)通道； 所述徑向流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡； 所述徑向流動(dòng)通道允許在所述內(nèi)柱形腔體與所述外轉(zhuǎn)子輪緣之間徑向地流體連通。
5.一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，包括 (a)第一轉(zhuǎn)子盤； (b)第二轉(zhuǎn)子盤；和 (C)第三轉(zhuǎn)子盤； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤限定所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接； 所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的軸向流動(dòng)通道； 所述軸向流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡； 所述軸向流動(dòng)通道允許沿所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面的軸向流體連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子盤和所述第二轉(zhuǎn)子盤經(jīng)由至少兩個(gè)葉片可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子盤和所述第二轉(zhuǎn)子盤經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述凸起的表面結(jié)構(gòu)為斜坡。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述流動(dòng)通道包括多個(gè)超音速壓縮斜坡。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述流動(dòng)通道限定亞音速擴(kuò)散區(qū)。
11.一種包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速壓縮機(jī)。
12.一種超音速壓縮機(jī)，包括 (a)流體入口； (b)流體出口；和 (C)至少一個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括 (i)第一轉(zhuǎn)子盤； (ii)第二轉(zhuǎn)子盤；和 (iii)第三轉(zhuǎn)子盤； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接； 所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道； 所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超音速壓縮機(jī)，其特征在于，還包括常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超音速壓縮機(jī)，其特征在于，包括多個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超音速壓縮機(jī)，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)包括在燃?xì)鉁u輪內(nèi)。
16.—種壓縮流體的方法，所述方法包括 (a)將流體通過低壓氣體入口引入包括在超音速壓縮機(jī)內(nèi)的氣體導(dǎo)管內(nèi)；和 (b)通過所述超音速壓縮機(jī)的高壓氣體出口移除氣體； 所述超音速壓縮機(jī)包括設(shè)置在所述氣體入口與所述氣體出口之間的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括 (i)第一轉(zhuǎn)子盤； (ii)第二轉(zhuǎn)子盤；和(iii)第三轉(zhuǎn)子盤； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接； 所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道； 所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述流體包括二氧化碳。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述流體包括天然氣。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括至少三個(gè)流動(dòng)通道。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)包括多個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)包括常規(guī)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。
22.一種用于起動(dòng)超音速壓縮機(jī)的方法，所述方法包括 (a)提供超音速壓縮機(jī)，所述超音速壓縮機(jī)包括設(shè)置在所述超音速壓縮機(jī)的流體導(dǎo)管內(nèi)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子； 所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括 (i)第一轉(zhuǎn)子盤； (ii)第二轉(zhuǎn)子盤；和 (iii)第三轉(zhuǎn)子盤； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤共用公共旋轉(zhuǎn)軸線； 所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接； 所述第三轉(zhuǎn)子盤設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子盤與第二轉(zhuǎn)子盤之間，所述第三轉(zhuǎn)子盤可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，所述第三轉(zhuǎn)子盤包括凸起的表面結(jié)構(gòu)； 所述第一轉(zhuǎn)子盤、第二轉(zhuǎn)子盤和第三轉(zhuǎn)子盤與至少兩個(gè)葉片一起限定包圍所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)的流動(dòng)通道； 所述流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡； (b)將所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)定位在所述流動(dòng)通道內(nèi)，使得當(dāng)所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在亞音速下旋轉(zhuǎn)時(shí)所述流動(dòng)通道的喉區(qū)相對(duì)更少地收縮；以及 (c)將所述第三轉(zhuǎn)子盤的凸起的表面結(jié)構(gòu)再定位在所述流動(dòng)通道內(nèi)，使得當(dāng)所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在超音速下旋轉(zhuǎn)時(shí)所述流動(dòng)通道的喉區(qū)相對(duì)更多地收縮。
全文摘要
本發(fā)明提供了包括超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(100)的超音速壓縮機(jī)，該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括可變頻的轉(zhuǎn)子盤，該轉(zhuǎn)子盤允許限制或打開轉(zhuǎn)子的流體流動(dòng)通道的一部分，以便在例如轉(zhuǎn)子起動(dòng)或穩(wěn)態(tài)的不同操作階段期間提高轉(zhuǎn)子的性能。該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(100)包括共用公共旋轉(zhuǎn)軸線的第一轉(zhuǎn)子盤(101)、第二轉(zhuǎn)子盤(102)和第三轉(zhuǎn)子盤(103)。第一轉(zhuǎn)子盤(101)和第二轉(zhuǎn)子盤(102)可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接，并且第三轉(zhuǎn)子盤(103)設(shè)置在它們之間。第三轉(zhuǎn)子盤(103)可相對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)子盤(101)和第二轉(zhuǎn)子盤(102)獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，并且包括用于限制或打開由轉(zhuǎn)子盤(101,102,103)和至少兩個(gè)葉片(150)限定的流動(dòng)通道的一部分的凸起的表面結(jié)構(gòu)。流動(dòng)通道包括超音速壓縮斜坡(120)且包圍凸起的表面結(jié)構(gòu)(110)。
文檔編號(hào)F04D19/00GK102753832SQ201080064064
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者D.C.霍菲爾, Z.W.奈格爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司