具有非线性叶片前缘的离心压缩机叶轮及相关联的设计方法技术

公开了一种离心压缩机叶轮9。叶轮包括气体入口和气体出口。此外，叶轮包括具有从其延伸的多个叶片25的盘23。各个叶片25具有在叶轮入口处的前缘25L和叶轮出口处的后缘25T，以及沿盘23在前缘与后缘之间延伸的叶片基部、在前缘与后缘之间延伸的与盘相对的叶片末端、压力侧以及吸入侧。各个叶片25具有邻近前缘25L的其表面的至少一部分中的三维曲率。各个叶片的前缘在子午面中具有弯曲的非线性轮廓。邻近前缘的叶片部分具有双曲率。在前缘25L处开始并且对于叶片25的至少一部分，各个叶片具有叶片基部处的第一金属角分布、叶片末端处的第二金属角分布，以及叶片基部与叶片末端之间的中间位置处的至少第三金属角分布，使得吸入侧和压力侧取决于前缘的形状为凹形和凸形的，或反之亦然。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中公开的主题涉及压缩机的改进，并且更具体地涉及离心压缩机。
技术介绍
离心压缩机将由驱动器如电动机、燃气涡轮、蒸汽涡轮等提供的机械能转换成压力能用于升高由压缩机处理的气体的压力。压缩机基本上包括旋转地收纳转子和隔板的壳。转子可包括一个或更多个叶轮，其由原动机驱动旋转。叶轮设有叶片，其具有大致轴向的入口区段和大致径向的出口区段。流动通道由叶片和由叶轮的背板或盘界定。在一些压缩机中，叶轮设有与背板或盘相对的护罩，叶片在背板或盘与护罩之间延伸。气体沿轴向进入各个叶轮的流动通道，由叶轮的叶片加速，并且沿径向或在子午面中以混合径向轴向方式离开叶轮。加速气体由各个叶轮输送穿过沿周向布置的扩散器，其中，气体的动能至少部分地转换成压力能，增大了气体压力。由于总体上涉及压缩机的各种类型的耗散现象，故由原动机提供且由压缩机吸收的能量不可完全转换成有用的压力能，即，呈流体中的压力增大。
技术实现思路
根据一个方面，本公开关于一种离心压缩机叶轮，其具有多个叶片，该多个叶片在前缘处开始的区域中具有三维非直纹曲面部分。更具体而言，各个叶片具有在子午面中非线性的前缘，以及至少在邻近前缘的区域中具有双曲率的吸入侧和压力侧两者上的叶片表面。本文中公开的主题的一些实施例提供用于一种压缩机叶轮，其包括气体入口、气体出口，以及具有从其延伸的多个叶片的盘。各个叶片具有在叶轮入口处的前缘、叶轮出口处的后缘、沿盘在前缘与后缘之间延伸的叶片基部、在前缘与后缘之间延伸的与盘相对的叶片末端、压力侧以及吸入侧。各个叶片的前缘在子午面中具有弯曲的非线性轮廓。在前缘处开始并且朝后缘移动，各个叶片具有在叶片基部处的第一金属角分布、在叶片末端处的第二金属角分布，以及在叶片基部与叶片末端之间的中间位置处的至少第三金属角分布。第三金属角分布选择为随所述前缘的非线性轮廓而变。在前缘处开始的至少叶片部分因此设有双曲率。前缘的非线性轮廓可为凸形的，并且第三金属角分布选择成使得在中间位置中，叶片具有双曲率，其中至少在邻近前缘的区域中，凸形表面在吸入侧上，并且凹形表面在压力侧上。根据其它实施例，叶轮的叶片可均具有前缘，其具有在子午面中为凹形的非线性轮廓，其中第三金属角分布选择成以使在所述中间位置中，叶片具有双曲率，其中至少在邻近前缘的区域中，凸形表面在压力侧上，并且凹形表面在吸入侧上。根据又一个方面，本公开关于一种离心压缩机，其包括如此处在上面阐述的至少一个叶轮。本公开还关于一种用于设计具有多个叶轮叶片的压缩机叶轮的方法，其包括以下步骤：在所述叶片的子午面中限定沿叶轮盘的叶片基部轮廓，以及叶片末端轮廓；限定在叶片基部轮廓与叶片末端轮廓之间延伸的叶片的压力侧表面和吸入侧表面，所述压力侧表面和所述吸入侧表面在后缘与非线性前缘之间延伸，该非线性前缘在子午面中弯曲；从前缘开始朝后缘，向各个叶片给予叶片基部处的第一金属角分布、叶片末端处的第二金属角分布，以及叶片基部与叶片末端之间的中间位置处的至少第三金属角分布，其中所述第三金属角分布选择为随所述前缘的非线性轮廓而变，邻近前缘的叶片部分具有双曲率。特征和实施例在此处在下面公开，并且在形成本描述的组成部分的所附权利要求中进一步阐述。以上简要描述阐述了本专利技术的各种实施例的特征，以便以下详细描述可被更好理解，并且以便可更好认识到对本领域的当前贡献。当然，存在将在下文中描述并且将在所附权利要求中阐述的本专利技术的其它特征。在该方面，在详细阐释本专利技术的若干实施例之前，理解的是，本专利技术的各种实施例在它们的应用中不限于以下描述中阐述或附图中示出的构造的细节和构件的布置。本专利技术能够具有其它实施例，并且以各种方式实践和执行。另外，将理解的是，本文中使用的措词和用语出于描述目的，并且不应当认作是限制性的。就此而言，本领域技术人员将认识到，本公开所基于的构想可容易用作用于设计其它结构、方法和/或系统用于执行本专利技术的若干目的的基础。因此，重要的是，权利要求认作是包括此类等同构造(在它们并未脱离本专利技术的精神和范围的程度上)。附图说明本专利技术的公开实施例和其伴随的优点中的许多个的更完整的认识将容易获得，因为它们在连同附图考虑时，通过参照以下详细描述而变得更好理解，在该附图中：图1示出了多级离心压缩机的纵向区段，其中可使用根据本公开的叶轮；图1A示出了图1的压缩机的叶轮叶片的放大；图2示出了图1的离心压缩机的叶轮的透视图；图3示出了子午面中的叶片的投影的示意图；图4示出了垂直于轴向方向的平面上的叶片弧线(在给定跨度位置处)的投影；图5和6示出了代表沿子午线方向的叶片金属角和叶片厚度的分布(参照图3的叶片)的图表；图7示出了根据本公开的三维叶片的透视图；图8概略地示出了在叶片末端与叶片基部之间的三个不同位置的叶片的截面图；图9示出了用于根据图7的叶片的、在分别根据现有技术和本公开的设计中的、沿叶片的子午坐标的中间跨度处的金属角分布的图表；图10示出了现有技术的叶轮和根据本公开的叶轮的多变效率对流动系数的图表；图11示出了又一个实施例中的根据本公开的三维叶片的透视图；图12示出了用于如图11中所示的叶片的、分别在根据现有技术和本公开的设计中的、沿叶片的子午坐标的中间跨度处的金属角分布的图表。具体实施方式示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同附图标记识别相同或类似的元件。此外，图不一定按比例绘制。另外，以下详细描述不限制本专利技术。作为替代，本专利技术的范围由所附权利要求限定。说明书各处提到\一个实施例\或\实施例\或\一些实施例\意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开主题的至少一个实施例中。因此，在说明书各处的各种位置出现短语\在一个实施例中\或\在实施例中\或\在一些实施例中\不一定是指相同(多个)实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。图1和1A示出了总体标为100的多级离心压缩机的示例性实施例，其中可实施本文中公开的主题。图1示出了根据包含压缩机的旋转轴线A-A的平面的截面视图，并且图1A示出了一个压缩机级的放大。压缩机100具有设有入口歧管2和出口歧管3的外壳1。若干构件布置在壳1内，其限定多个压缩机级。更具体而言，壳1收纳压缩机转子。压缩机转子包括转子轴5。转子轴5可由两个端部轴承6,7支承。压缩机转子还包括至少一个叶轮。在一些实施例中，如图1中所示，压缩机转子包括多个叶轮9，一个叶轮用于各个压缩机级。所述叶轮9布置在两个轴承6,7之间。第一叶轮9的入口9A与入口仓室11流体连通，其中待压缩的气体输送穿过入口歧管2。在一些实施例中，气流沿径向进入入口仓室11，并且接着输送穿过一组可动入口导叶13，并且沿大致轴向方向进入第一叶轮9。根据图1的示例性实施例，最后叶轮9的出口9B与蜗壳15流体连通，蜗壳15收集压缩气体，并且将其朝出口歧管3输送。静止隔板17布置在各对按顺序布置的叶轮9之间。隔板17可形成为单独的沿轴向布置的构件。在其它实施例中，隔板17可形成为两个大致对称的半部。各个隔板17限定扩散器18和返回通道19，返回通道19从相应的上游叶轮9的径向出口延伸至相应的下游叶轮9的入口。在扩散器18中，气流减慢，并且从叶轮传递至气体的动能转换成压力能，因此增大了气体压力。返回通道19使压缩气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离心压缩机叶轮，包括：气体入口；气体出口；具有从其延伸的多个叶片的盘，各个叶片包括：所述入口处的前缘；所述出口处的后缘；沿所述盘在所述前缘与所述后缘之间延伸的叶片基部；在所述前缘与所述后缘之间延伸的与所述盘相对的叶片末端；压力侧；以及吸入侧；其中：各个叶片的所述前缘在子午面中具有弯曲的非线性轮廓；在所述前缘处开始并且对于至少叶片部分，各个叶片具有所述叶片基部处的第一金属角分布、所述叶片末端处的第二金属角分布，以及所述叶片基部与所述叶片末端之间的中间位置处的至少第三金属角分布；并且所述第三金属角分布选择为随所述前缘的所述非线性轮廓而变，所述叶片部分具有双曲率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.07 IT FI2014A0000021.一种离心压缩机叶轮，包括：气体入口；气体出口；具有从其延伸的多个叶片的盘，各个叶片包括：所述入口处的前缘；所述出口处的后缘；沿所述盘在所述前缘与所述后缘之间延伸的叶片基部；在所述前缘与所述后缘之间延伸的与所述盘相对的叶片末端；压力侧；以及吸入侧；其中：各个叶片的所述前缘在子午面中具有弯曲的非线性轮廓；在所述前缘处开始并且对于至少叶片部分，各个叶片具有所述叶片基部处的第一金属角分布、所述叶片末端处的第二金属角分布，以及所述叶片基部与所述叶片末端之间的中间位置处的至少第三金属角分布；并且所述第三金属角分布选择为随所述前缘的所述非线性轮廓而变，所述叶片部分具有双曲率。2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述前缘的所述非线性轮廓为凸形的，并且其中所述第三金属角分布选择成使得在所述中间位置所述叶片具有双曲率，其中至少在邻近所述前缘的区域中，凸形表面在所述吸入侧上，并且凹形表面在所述压力侧上。3.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述前缘的所述非线性轮廓为凹形的，并且其中所述第三金属角分布选择成使得在所述中间位置所述叶片具有双曲率，其中至少在邻近所述前缘的区域中，凸形表面在所述压力侧上，并且凹形表面在所述吸入侧上。4.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：DT鲁比诺，E圭多蒂，S科亚拉穆迪，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT