专利名称：用于离心压缩机的径向扩散器导叶的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及压缩机，并且更具体而言，涉及用于离心压缩机的扩散器导叶。
背景技术：
压缩机是通过使用机械能来使气体微粒加速，以最终提高可压缩流体(例如气体)的压力的机器。压缩机用于许多不同的应用中，包括用作燃气涡轮发动机的初始级。在各种类型的压缩机之中有所谓的离心压缩机，其中，机械能以离心加速的方式，例如，通过旋转可压缩流体所经过的离心叶轮(有时也称为“转子”)，来对通往压缩机的气体输入起作用。更一般地，可以说离心压缩机是被称为“涡轮机”或“涡轮旋转机”的某类机器的一部分。离心压缩机可装配有单个叶轮，即，单级构造，或者装配有多个连续的叶轮，在这种情况下，离心压缩机常常被称为多级压缩机。离心压缩机级中的各个典型地包括用于待压缩的气体的入口管道(进口区段)、能够对输入气体施加动能的叶轮，以及将离开转子/叶轮的气体的动能转换成压力能的扩散器。更特别地，如沿着在过程气体流的方向上的压缩机轴线得到的
图1(a)的示例性侧视截面图中显示的那样，离心压缩机级100包括附连到转子104上的叶轮102，后面是扩散器106和回行通道或出口涡管108。扩散器106收集来自叶轮102的出口的高速流体，并且允许流体慢下来，从而将动态压力转换成静态压力。为了提供这个结构的另一个透视图，图1(b)显示沿着另一个轴线(即，垂直于过程气体流的方向)得到的压缩机级100的横截面图。在其中，在图的中间看到转子104被具有许多叶轮叶片114的叶轮102包围。叶轮叶片114可在一端上连接到叶轮112的毂部分116上，以及在另一端上连接到叶轮102的护罩部分118上。本申请更关注的是扩散器区段106。采用导叶式扩散器106(即，沿着流道具有呈周向阵列的翼型件(扩散器叶片110)的那些扩散器，如图1(b)中最佳地看到的那样)，以通过将叶轮出口处的高度切向流体流引导成更沿径向而朝向扩散器出口，来实现较高的级效率。相比之下，一些离心压缩机具有无导叶式扩散器区段120，如图1(c)中显示的那样。通过使用导叶来使流体流在扩散器106内部更沿径向会减小流体行进通过扩散器106所进行的距离。图1(d)中示出的离心泵中的流箭头示出了这个概念。减小流体经过的距离会降低与过程流体的行进相关联的摩擦损失，并且从而与使用无导叶式扩散器的压缩机相比，提高使用导叶式扩散器的压缩机的效率。在另一方面，与无导叶式扩散器相比，还知道采用导叶式扩散器106的离心压缩机级的运行范围缩小。至少部分地基于所采用的扩散器叶片110的形状来确定包括导叶式扩散器106的离心压缩机100的运行范围。扩散器叶片的形状(或者更一般地，任何翼型件)可由其中弧(camber)线(即，在扩散器叶片的上表面和扩散器叶片的下表面之间的中间所画的线)和沿着中弧线的厚度分布表示。在图2(a)和2(b)中显示以前使用的两个扩散器叶片形状。从图2(a)开始，示出扩散器叶片200，其具有直中弧线202，即，斜率不变的中弧线，中弧线202被画成上部扩散器叶片表面204和下部扩散器叶片表面206之间的虚线。在离心压缩机中采用具有直中弧线的扩散器叶片200是成问题的，因为，例如，具有那个形状的扩散器导叶的前缘被较高地加载，而且压缩机具有较低的失速极限。图2(b)显示具有不同形状的备选扩散器叶片208，该形状被称为共形映射式叶片中弧。例如，通过使用翼型件的中弧线在长方形平面(x，y)中的坐标和在圆形平面中的极坐标(r，Θ )，可在扩散器叶片208的上表面212和下表面214之间限定共形映射式叶片中弧线(其由虚线210显示)如下:., /2../ f MX — V ) J ( Wl
权利要求
1.一种涡轮机，包括: 包括至少一个叶轮的转子组件； 轴承，其连接到所述转子组件上，并且可旋转地支承所述转子组件；以及 定子，其包括连接到所述叶轮的出口部分上的至少一个扩散器， 其中，所述至少一个扩散器包括: 多个扩散器导叶，所述多个扩散器导叶中的至少一个具有由具有拐点的函数限定的中弧线。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述函数为y=ax3 + bx2 + cx +d，其中，a、b和c为常数。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述函数是高次多项式函数、S型函数、龚帕兹函数和贝塞尔曲线中的一个。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述函数为指数函数。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，当在设计条件下运行时，所述多个扩散器导叶中的所述至少一个的设置在前缘附近的部分基本无载荷，以及其中，载荷朝所述多个扩散器导叶中的所述至少一个的中间部分逐渐增加到最大载荷。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述多个扩散器导叶中的各个附连到毂或护罩中的一个上。
7.根据前述权利要求中的任一项所 述的涡轮机，其特征在于，所述函数为贝塞尔曲线。
8.—种制造涡轮机的方法，包括: 提供包括至少一个叶轮的转子组件； 将所述转子组件连接到轴承组件上，以可旋转地支承所述转子组件；以及 提供定子组件，所述定子组件包括连接到所述叶轮的出口部分上的至少一个扩散器， 其中，所述至少一个扩散器包括: 多个扩散器导叶，所述多个扩散器导叶中的至少一个具有由具有拐点的函数限定的中弧线。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述函数为y=ax3 + bx2 + cx +d,其中，a、b和c为常数。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，所述函数是高次多项式函数、S型函数、龚帕兹函数和贝塞尔曲线中的一个。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述函数是指数函数。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的方法，其特征在于，当在设计条件下运行时，所述多个扩散器导叶中的所述至少一个的设置在前缘附近的部分基本无载荷，以及其中，载荷朝所述多个扩散器导叶中的所述至少一个的中间部分逐渐增加到最大载荷。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括: 将所述多个扩散器导叶中的各个附连到毂或护罩中的一个上。
14.根据权利要求8至13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述函数是贝塞尔曲线。
15.一种扩散器，包括:内部环形壁； 外部环形壁； 设置在所述内部环形壁和所述外部环形壁之间的板部分；以及设置在所述板部分上的多个扩散器导叶，所述多个扩散器导叶中的至少一个具有由具有拐点的函数限定的中弧线。
16.根据权利要求15所述的扩散器，其特征在于，所述函数为y=ax3 + bx2 + cx +d，其中，a、b和c为常数。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的扩散器，其特征在于，所述函数是高次多项式函数、S型函数、龚帕兹函数和贝塞尔曲线中的一个。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的扩散器，其特征在于，所述函数是指数函数。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的扩散器，其特征在于，当在设计条件下运行时，所述多个扩散器导叶中的所述至少一个的设置在前缘附近的部分基本无载荷，以及其中，载荷朝所述多个扩散器导叶中的所述至少一个的中间部分逐渐增加到最大载荷。
20.根据权利要求15 至19中的任一项所述的扩散器，其特征在于，所述函数是贝塞尔曲线。
全文摘要
根据示例性实施例的装置、系统和方法提供扩散器，例如作为涡轮机300的一部分，其中，扩散器导叶具有S形中弧线408。这样的S形中弧线408由具有拐点的函数限定。除了别的之外，使用具有这样的形状的扩散器导叶400会产生这样的运行特性，即，其中，当在设计条件下运行时，扩散器导叶400的设置在前缘402附近的部分基本无载荷，以及其中，载荷朝扩散器导叶的中间部分逐渐增加到最大载荷值。
文档编号F04D29/44GK103154526SQ201080069592
公开日2013年6月12日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者S.拉哈克里什南, L.塔皮纳西, C.S.I.斯文斯多特 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司