超音速压缩机和相关联的方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及压缩机，并且更具体而言，涉及超音速压缩机的转子。
【背景技术】
[0002]压缩机用来压缩流体且广泛地用于范围为从制冷单元到喷气发动机的系统中。在运行期间，压缩机对处于较低压力的流体施加机械能，以将流体的压力提高到更高压力。流体的压缩以单个级或多个级执行。当前可用的压缩技术为从离心压缩系统到混合流压缩系统，再到轴向流压缩系统。压缩机的性能可通过在压缩级之前和之后的流体的压力比来测量。典型地，在单级压缩中实现的压力比较低。多级压缩可实现更高的压力比。但是，具有多个级的压缩机往往较大、复杂和高成本。
[0003]相信超音速压缩机要克服传统的压缩机的一些限制。在这种超音速压缩机中，通过使入口流体与运动的转子接触来执行压缩，运动的转子具有多个转子导叶，其使入口流体从转子的低压力侧运动到转子的高压力侧。大体上，在这种超音速压缩机中，转子的高压力侧处的流体的速度降低到亚音速，因为在多个转子导叶限定的流通道内产生法向冲击波。法向冲击波与流通道中的边界层的相互作用导致压缩流体的局部流分离。这种局部流分离导致压缩机的总体运行效率降低。因而，需要增强的超音速压缩机。
【发明内容】
[0004]根据一个示例性实施例，公开一种超音速压缩机转子。超音速压缩机转子包括第一转子盘和第二转子盘。另外，超音速压缩机转子包括第一组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第一组流通道。超音速压缩机转子进一步包括第二组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第二组流通道。第一组转子导叶设置成相对于第二组转子导叶偏移，并且第一组流通道和第二组流通道构造成使得第一组流通道中的各个流通道与第二组流通道中的至少一个流通道处于流体连通。另外，超音速压缩机转子包括多个压缩斜坡，其构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。
[0005]根据一个示例性实施例，公开一种超音速压缩机。超音速压缩机包括具有流体入口和流体出口的壳体和转子轴。另外，超音速压缩机包括至少一个超音速压缩机转子，其设置在壳体内。超音速压缩机转子包括第一转子盘和第二转子盘，第二转子盘联接到第一转子盘和转子轴上。另外，超音速压缩机转子包括第一组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第一组流通道。超音速压缩机转子进一步包括第二组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第二组流通道。第一组转子导叶设置成相对于第二组转子导叶偏移，并且第一组流通道和第二组流通道构造成使得第一组流通道中的各个流通道与第二组流通道中的至少一个流通道处于流体连通。另外，超音速压缩机转子包括多个压缩斜坡，其构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。
[0006]根据一个示例性实施例，公开一种压缩流体的方法。方法包括将第一流体引入到超音速压缩机转子的第一组流通道中的至少一个流通道，超音速压缩机转子构造成由轴驱动。另外，方法包括在第一组流通道中的至少一个流通道中执行第一流体的第一次压缩，以产生第二流体。方法进一步包括将第二流体引入到超音速压缩机转子的第二组流通道中的至少一个流通道。另外，方法包括在第二组流通道中的至少一个流通道中执行第二流体的第二次压缩，以产生进一步压缩的第二流体。进一步压缩的第二流体的特征在于比第二流体的压力更高，第一组第一流通道由第一组转子导叶中的相邻转子导叶限定，第二组第二流通道由第二组转子导叶中的相邻转子导叶限定，第一组和第二组流通道中的各个流通道进一步由压缩斜坡限定，压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上，并且第一组和第二组转子导叶联接到第一转子盘和第二转子盘上且设置在第一转子盘和第二转子盘之间。
【附图说明】
[0007]当参照附图来阅读以下详细描述时，本公开的实施例的这些和其它特征和方面将变得更好理解，在附图中，相同标号在所有图中表示相同部件，其中:
图1为根据一个示例性实施例的超音速压缩机的示意图；
图2表示根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的分解图；
图3表示根据一个示例性实施例的组装好的超音速压缩机转子的透视图；
图4表示根据一个示例性实施例的超音速压缩机的一部分的局部透视图；
图5为根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的示意图；
图6为根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的一部分的示意图；
图7A为根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的一部分的示意图；和图7B为根据另一个示例性实施例的超音速压缩机转子的一部分的示意图。
【具体实施方式】
[0008]虽然本文示出和描述本发明的实施例的仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此要理解，所附权利要求意图覆盖落在本发明的精神内的所有这种修改和变化。
[0009]如本文所使用，用语“超音速压缩机”表示包括超音速压缩机转子的压缩机。超音速压缩机可包括一个或多个超音速压缩机转子，其构造成压缩在多个转子导叶之间流体沿径向向内或向外流动的流体，转子导叶设置在成对的转子盘之间。在这种超音速压缩机中，流体从流体导管的低压力侧运送到多个转子导叶之间且然后运送到流体导管的高压力侧。
[0010]超音速压缩机转子称为“超音速”，因为这种转子包括压缩斜坡且设计成围绕轴线以更高速度旋转，使得遇到转子的压缩斜坡的流体流具有为超音速的相对流体速度。相对流体速度可限定为压缩斜坡的前缘处的转子速度和在刚好遇到压缩斜坡的前缘的流体速度的矢量和。另外，相对流体速度还可称为“局部超音速入口速度”，其在某些实施例中，为入口流体速度和压缩机转子在压缩机的流体入口处的切向速度的组合。超音速压缩机转子以非常高的切向速度运行，例如切向速度的范围为250米/秒至800米/秒。
[0011]在一个实施例中，示例性超音速压缩机可用于较大系统内，例如燃气涡轮发动机或喷气发动机。燃气涡轮发动机的总尺寸和重量可减小，因为可通过超音速压缩机获得增强的压缩比。通过限制在第二组转子导叶中的各个转子导叶的下游端部处的法向冲击波的产生，本文论述的实施例增强超音速压缩机的效率。另外，上面详细描述的实施例降低压缩流体经历局部流分离的趋势，因为边界层与法向冲击波较弱地相互作用。
[0012]本文论述的实施例公开一种用于超音速压缩机的转子和压缩流体的方法。在一个或多个实施例中，本发明提供超音速压缩机，其包括超音速压缩机转子。超音速压缩机转子包括两组转子导叶，其设置在成对的转子盘之间。第一组转子导叶和成对的转子盘限定第一组流通道。第二组转子导叶和成对的转子盘限定第二组流通道。另外，多个压缩斜坡构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。压缩斜坡构造成在第一组和第二组流通道中的各个流通道内产生倾斜冲击波。另外，在这种超音速压缩机中，法向冲击波的产生限制于第二组流通道中的各个流通道的端部。法向冲击波使压缩流体的速度仅在第二组流通道中的各个流通道的端部处降低到亚音速。
[0013]图1为示例性超音速压缩机100的示意图，其包括进气区段102、设置在进气区段102下游的压缩机区段104、设置在压缩机区段104下游的排出区段106和驱动组件108。压缩机区段104通过转子轴112联接到驱动组件108上。在示例性实施例中，进气区段102、压缩机区段104和排出区段106中的各个定位在壳体114内。更具体而言，壳体114包括流体入口116、流体出口 118和内表面120，内表面120限定腔体122。腔体122延伸在流体入口 116和流体出口 118之间，并且限定流路径，以便流体从流体入口 116流到流体出口 118。进气区段102、压缩机区段104和排出区段106中的各个定位在腔体122内。备选地，进气区段102和/或排出区段106可不定位在壳体114内。
[0014]在示出的示例性实施例中，进气区段102包括入口导叶组件126，其包括一个或多个入口导叶128，以将第一流体224从流体入口 116引导到压缩机区段104。压缩机区段104包括至少一个超音速压缩机转子130，其联接到转子轴112上。超音速压缩机转子130构造成沿径向压缩第一流体224，并且包括第一转子盘136、第二转子盘138和第一组和第二组转子导叶162，164。在示出的实施例中，超音速压缩机100构造成对第一流体224进行单级压缩。排出区段106包括出口导叶组件132，其具有一个或多个出口导叶133，以将压缩的第二流体226从压缩机区段104引导到流体出口 118。驱动组件108通过转子轴112驱动超音速压缩机转子130。在其它实施例中，压缩机区段104可包括不止一个超音速压缩机转子130，并且构造成对第一流体224进行多级压缩。
[0015]在示例性实施例中，流体入口116限定流路径，以便第一流体224从流体源124流到进气区段102。第一流体224可为任何流体，诸如，例如气体或气体混合物。进气