具有扭轉(zhuǎn)的返回通道導(dǎo)葉的離心壓縮機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例大體上涉及方法及裝置，并且更具體地涉及用于設(shè)計(jì)用于提高離心壓縮機(jī)效果或減小離心壓縮機(jī)尺寸和成本而不影響離心壓縮機(jī)的性能的返回通道導(dǎo)葉的機(jī)構(gòu)及技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]離心壓縮機(jī)現(xiàn)今在許多行業(yè)中遍及各種應(yīng)用廣泛使用。從離心壓縮機(jī)的使用者到離心壓縮機(jī)的制造者的不斷需求在于生產(chǎn)具有較小尺寸和較低成本的機(jī)器，其具有本代離心壓縮機(jī)的相同性能特點(diǎn)。該需求隱含了需要改進(jìn)離心壓縮機(jī)的效率，使得減小離心壓縮機(jī)的尺寸導(dǎo)致了較低成本的機(jī)器，而不降低機(jī)器的性能。
[0003]離心壓縮機(jī)大體上具有多個(gè)級(jí)和返回通道，其具有固定導(dǎo)葉，用于將壓縮氣體從一個(gè)級(jí)的出口位置再引導(dǎo)至下一級(jí)的入口位置，并且用于除去流的切向分量。與返回通道相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)對(duì)于優(yōu)化離心壓縮機(jī)的性能而言為重要的。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的圖1中示出了返回通道102，其包括返回通道導(dǎo)葉104和轉(zhuǎn)子導(dǎo)葉106。應(yīng)當(dāng)注意的是，返回通道導(dǎo)葉104并未延伸到返回通道102的彎頭頂點(diǎn)108。
[0005]因此，將合乎需要的是提供提高給定離心壓縮機(jī)的性能或減小離心壓縮機(jī)的尺寸和成本而不減小離心壓縮機(jī)的容量的設(shè)計(jì)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，存在一種用于離心壓縮機(jī)的返回通道組件設(shè)備；設(shè)備包括多個(gè)相同返回通道，其中多個(gè)返回通道布置成使流過(guò)返回通道的流體流轉(zhuǎn)彎總共至少180° ;設(shè)備還包括:多個(gè)相同的返回通道導(dǎo)葉，其延伸達(dá)到或超過(guò)鄰近對(duì)應(yīng)多個(gè)返回通道的彎頭頂點(diǎn)的對(duì)應(yīng)多個(gè)區(qū)域，其中所述區(qū)域從頂點(diǎn)沿徑向延伸到對(duì)應(yīng)的返回通道中，其中在所述區(qū)域處，流體流已經(jīng)轉(zhuǎn)彎大約90° ;轂，其具有軸對(duì)稱(chēng)的轂表面；護(hù)罩，其具有軸對(duì)稱(chēng)的護(hù)罩表面；轂β角為轂脊線的點(diǎn)處的角，并且對(duì)應(yīng)于在所述點(diǎn)處的轂脊線的切線與位于轂表面中且在所述點(diǎn)處經(jīng)過(guò)的圓周的切線之間的銳角；護(hù)罩β角為護(hù)罩脊線的點(diǎn)處的角，并且對(duì)應(yīng)于在所述點(diǎn)處的護(hù)罩脊線的切線與位于護(hù)罩表面中且在所述點(diǎn)處經(jīng)過(guò)的圓周的切線之間的銳角；在設(shè)備中，從所述返回通道的所述導(dǎo)葉的前緣移動(dòng)至后緣，在具有離返回通道的導(dǎo)葉的前緣的相同標(biāo)準(zhǔn)化距離的點(diǎn)處的轂β角與護(hù)罩β角之間的角差首先減小而達(dá)到最小角差，接著增大而達(dá)到最大角差，接著再次減小。
[0007]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，存在一種離心壓縮機(jī)設(shè)備，其包括包圍轉(zhuǎn)子和定子的外殼，以及如上文陳述的返回通道組件設(shè)備。
[0008]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，存在一種用于保持離心壓縮機(jī)的性能同時(shí)減小離心壓縮機(jī)的尺寸的方法；壓縮機(jī)包括布置成使流過(guò)返回通道的流體流轉(zhuǎn)彎總共至少180°的多個(gè)相同返回通道。該方法包括使多個(gè)相同返回通道導(dǎo)葉延伸達(dá)到或超過(guò)鄰近對(duì)應(yīng)多個(gè)返回通道的彎頭頂點(diǎn)的對(duì)應(yīng)多個(gè)區(qū)域，其中流體流已經(jīng)轉(zhuǎn)彎大約90°。此外，該方法可包括布置返回通道導(dǎo)葉，以使從所述導(dǎo)葉的前緣移動(dòng)到后緣，在具有離導(dǎo)葉的前緣的相同標(biāo)準(zhǔn)化距離的點(diǎn)處的轂β角與護(hù)罩β角之間的角差首先減小而達(dá)到最小角差，接著增大而達(dá)到最大角差，接著再次減小。
【附圖說(shuō)明】
[0009]并入且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，并且連同描述闡釋了這些實(shí)施例。在附圖中:
圖1為繪出包括返回通道導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)子導(dǎo)葉的離心壓縮機(jī)返回通道的現(xiàn)有技術(shù)的示例性實(shí)施例；
圖2為繪出包括延伸至返回通道彎頭頂點(diǎn)的返回通道導(dǎo)葉和延伸超過(guò)返回通道彎頭頂點(diǎn)的返回通道導(dǎo)葉的一對(duì)離心壓縮機(jī)返回通道的示例性實(shí)施例；
圖3為繪出離心壓縮機(jī)的返回通道導(dǎo)葉的三維描繪的示例性實(shí)施例；
圖4為繪出多個(gè)離心壓縮機(jī)返回通道導(dǎo)葉和相關(guān)聯(lián)的轂表面的示例性實(shí)施例；
圖5為繪出作為脊線與返回通道導(dǎo)葉的周向方向之間的局部角的β角的示例性實(shí)施例；
圖6為繪出轂處和護(hù)罩處的返回通道導(dǎo)葉的β角的圖表；
圖7為繪出轂處和護(hù)罩處的返回通道導(dǎo)葉的厚度的圖表；
圖8為繪出沿子午線長(zhǎng)度的導(dǎo)葉角差的圖表；
圖9為示出用于保持離心壓縮機(jī)的性能同時(shí)減小離心壓縮機(jī)的尺寸的步驟的流程圖；
以及
圖10和圖11為有助于理解β角是什么的位于轂與護(hù)罩(圖10中僅示為虛線)之間的葉輪的導(dǎo)葉的兩個(gè)示意性視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]示例性實(shí)施例的以下描述參照了附圖。不同圖中的相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。以下詳細(xì)描述并未限制本發(fā)明。實(shí)際上，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，關(guān)于包括而不限于壓縮機(jī)和膨脹器的渦輪機(jī)的術(shù)語(yǔ)和結(jié)構(gòu)論述了以下實(shí)施例。
[0011]說(shuō)明書(shū)各處提到的〃 一個(gè)實(shí)施例〃或〃實(shí)施例〃意思是結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)包括在公開(kāi)的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語(yǔ)〃在一個(gè)實(shí)施例中〃或"在實(shí)施例中"在整個(gè)說(shuō)明書(shū)的不同地方的出現(xiàn)不一定是指相同實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可以以任何適合的方式組合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中。
[0012]如圖2中所示，示例性實(shí)施例200繪出了具有返回通道導(dǎo)葉204的第一離心壓縮機(jī)返回通道202，其可稱(chēng)為〃半回飛棒〃導(dǎo)葉，以及具有返回通道導(dǎo)葉208的第二返回通道206，其可稱(chēng)為"全回飛棒"導(dǎo)葉。在示例性實(shí)施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，半回飛棒導(dǎo)葉204延伸到返回通道202的彎頭頂點(diǎn)210。在示例性實(shí)施例中還應(yīng)當(dāng)注意的是，全回飛棒導(dǎo)葉208延伸超過(guò)返回通道206的彎頭頂點(diǎn)212，在返回通道206中產(chǎn)生大約一百八十度的轉(zhuǎn)彎。因此，包括半回飛棒和全回飛棒返回通道導(dǎo)葉(以及其它幾何形狀)兩者的一組實(shí)施例的特征可為具有返回通道導(dǎo)葉，其延伸達(dá)到或超過(guò)鄰近返回通道的彎頭頂點(diǎn)或彎頭入口的區(qū)域(見(jiàn)圖2和圖3中的虛線中的省略號(hào)(ellipse));在該區(qū)域處，在返回通道中流動(dòng)的流體流已經(jīng)轉(zhuǎn)彎大約90° (在子午線平面中)；將注意的是，典型地，壓縮機(jī)包括布置成使流過(guò)返回通道的流體流轉(zhuǎn)彎總共至少180°的多個(gè)相同返回通道中的至少一個(gè)。
[0013]現(xiàn)在參看圖3，繪出了返回通道導(dǎo)葉300的三維示例性實(shí)施例。示例性實(shí)施例的返回通道導(dǎo)葉具有方向朝相關(guān)聯(lián)的轂表面的外圓周的彎頭頂點(diǎn)端302，以及方向朝相關(guān)聯(lián)的轂表面的內(nèi)圓周的導(dǎo)葉端304。返回通道導(dǎo)葉300為半回飛棒設(shè)計(jì)，因?yàn)榉祷赝ǖ缹?dǎo)葉300的彎頭頂點(diǎn)端302在彎頭頂點(diǎn)端302處沒(méi)有一百八十度轉(zhuǎn)彎。在示例性實(shí)施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，通過(guò)使返回通道導(dǎo)葉300的彎頭頂點(diǎn)端302的前緣延伸，壓力恢復(fù)在返回通道通路中較早開(kāi)始，并且由于特別是圖1的常規(guī)返回通道導(dǎo)葉104的區(qū)段中的較低流速，故返回通道中的動(dòng)力損耗減小。在示例性實(shí)施例中還應(yīng)當(dāng)注意的是，由于導(dǎo)葉表面面積基于延伸長(zhǎng)度增大，故給定離心壓縮機(jī)需要較少數(shù)量的返回通道導(dǎo)葉300。
[0014]現(xiàn)在參看圖4，繪出了與由返回通道導(dǎo)葉404代表的多個(gè)返回通道導(dǎo)葉相關(guān)聯(lián)的轂402的示例性實(shí)施例。在該示例性實(shí)施例的敘述中應(yīng)當(dāng)注意的是，返回通道導(dǎo)葉為半回飛棒導(dǎo)葉。
[0015]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，示意性實(shí)施例繪出了返回通道導(dǎo)葉的β角的特定實(shí)例，即，在返回通道導(dǎo)葉的脊線與周向坐標(biāo)方向之間測(cè)得的局部角。以示例性實(shí)施例繼續(xù)，隨子午線坐標(biāo)變化的返回通道導(dǎo)葉β角分布例如通過(guò)使用可量和參數(shù)化的橢圓和/或貝塞爾曲線函數(shù)來(lái)限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，實(shí)施例并未限于使用橢圓和/或貝塞爾曲線函數(shù)來(lái)限定β角分布，而是其它函數(shù)(例如，樣條函數(shù))可作為備選用于給予此類(lèi)定義。在示例性實(shí)施例中還應(yīng)當(dāng)注意的是，返回通道導(dǎo)葉厚度分布類(lèi)似地限定。在示例性實(shí)施例中還應(yīng)當(dāng)注意的是，如前文所述，導(dǎo)葉β角關(guān)于周向坐標(biāo)限定，即，零度為純周向流，并且九十度為純子午線流，即，周向或徑向或之間的任何。
[0016]繼續(xù)至圖6，圖表600描繪了示例性實(shí)施例的轂和護(hù)罩β角的沿轂和護(hù)罩表面的導(dǎo)葉β角分布；在這些圖中將注意的是，水平軸線用于從導(dǎo)葉的前緣沿脊線的考慮點(diǎn)的距離除以脊線的長(zhǎng)度；即，點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化距離M ;因此，對(duì)于前緣處的點(diǎn)M=0.0，對(duì)于后緣處的點(diǎn)M=L 0，并且對(duì)于前緣與后緣之間的脊線處的點(diǎn)0.0 < M < 1.0。以示例性實(shí)施例繼續(xù)并且如前文所述，返回通道導(dǎo)葉前緣延伸至或超過(guò)返回通道彎頭頂點(diǎn)。此外，在示例性實(shí)施例中，轂β角602首先減小至最小值，并且接著連續(xù)地增大，而護(hù)罩β角604首先增大至局部最大值，接著形成在圖表600中顯示的不同形狀。在示例性實(shí)施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，轂和護(hù)罩β角分布由第一部分中的四分之一橢圓方程限定，即，從圖表600的角軸線分別到轂β角和護(hù)罩β角的最小值和局部最大值。在示例性實(shí)施例中還應(yīng)當(dāng)注意的是其余部分使用具有不同數(shù)量的控制點(diǎn)的貝塞爾曲線函數(shù)來(lái)計(jì)算。還參看圖7，圖表700描繪了沿轂702和沿護(hù)罩704的導(dǎo)葉厚度。在示例性實(shí)施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，如對(duì)于β角分布描述的相似方法用于描述返回通道導(dǎo)葉厚度。
[0017]接下來(lái)參看圖8，圖表800繪出了沿轂表面和護(hù)罩表面的示例性實(shí)施例的β角的差異。接下來(lái)在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)葉角差(Δ β)計(jì)算為以示例性實(shí)施例繼續(xù)，上文限定的角差(Δ β)首先減小而達(dá)到最小值802，接著增大達(dá)到最大值804，接著再次減小而不達(dá)