用于涡轮机的改进的涡管、包括所述涡管的涡轮机和操作的方法技术

描述了一种用于结合流体压缩机使用的涡管。涡管(13)包括适于接收流体流的流体入口(17)，以及适于排出流体流的流体出口(23)。涡管(13)还包括涡管形状的壁(19)，其限定内部流动体积(21)。至少一个叶片(15)设在涡管的内部流动体积(21)中。叶片(15)构造和布置成用于在涡管在非设计条件下操作时修正流动体积中的流体流的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于涡轮机的改进的涡管、包括所述涡管的涡轮机和操作的方法本专利技术的领域本文公开的主题涉及对涡轮机的改进。更特别地，本文公开的主题涉及对用于涡轮机(诸如离心压缩机)的涡管或蜗壳的改进。
技术介绍
压缩机在工业中且也在航空部门中的广泛种类的应用中使用。压缩机通常包括一个或多个顺序地布置的级，每一个包括旋转叶轮和扩散器。气体流过叶轮且通过叶轮旋转而加速。气体的动能在扩散器中至少部分地转变为压力能。离开扩散器的气体返回到后续叶轮的入口。离开最末叶轮的扩散器的气体输送至蜗壳或涡管，其中压缩的气体聚集且传送至压缩机的出口。图1示出了沿现有技术的多级离心压缩机100的旋转轴线A-A的剖面。压缩机包括壳101，转子103旋转地装载在其中。转子103包括轴105，叶轮107A-107G安装在其上。各个叶轮107A-107G继而与扩散器109A-190G组合。返回通道111A-111F布置在各个扩散器109A-109F下游。各个返回通道111A-111F将部分地压缩的气体从上游扩散器109返回至下游叶轮107的入口。离开最末叶轮107G和最末扩散器109G的气体聚集在蜗壳或涡管113中，气体从其输送至压缩机出口(未示出)。压缩机设计成在实现最大效率的设计点处或附近操作。当操作条件改变时，压缩机仍操作，例如处理较少或较大量的气体，但压缩机的总体效率降低。当在离设计点一定距离处操作时，效率的损耗由与气流的速度矢量的改变部分地联系的各种因素导致。当离开扩散器109G的气体流率不同于设计流率时，在蜗壳或涡管113中也会特别导致损耗。离开叶轮107G的气体具有带有切向分量和径向分量的速度矢量。径向分量有助于气体在扩散器109G中的实际前进，而切向分量导致损耗。在蜗壳或涡管113中发生相反的情况，其中切向分量有助于气体穿过涡管朝出口的前进，而气体速度的轴向分量生成涡旋以及流中的必然损耗。存在对涡轮机(诸如离心压缩机)的涡管或蜗壳的改进的需要，以便降低涡管的效率与涡轮机的操作条件的相关性，且具体而言在涡轮机远离设计点操作时减少损耗。本专利技术的概要根据第一方面，本公开涉及一种用于结合压缩机使用的涡管。涡管包括：适于接收流体流的流体入口和适于排出流体流的流体出口，以及限定内部流动体积(innerflowvolume，或称“内部流动空间”)的涡管形状的壁。流体可为干燥气体，或湿气体，即，包含少许例如为液滴的形式的液体。根据本公开，涡管在其内部流动体积中设有至少一个叶片。叶片从涡管形状的壁凸起以用于在涡管在非设计条件下操作时修正所述流动体积中的流体流的方向。叶片有利地构造以便在流率变化时维持流动速度的轴向分量和切向分量之间的比率恒定，或至少减小由流率的变化引起的这种变化。因此使得涡管的效率较少取决于涡管的操作条件且因此较少取决于涡管布置在其中的压缩机的操作条件。如将从一些实施例的描述而变得显而易见的是，在涡管在非设计条件下操作时叶片修正流的方向，因此至少减少涡管中的速度方向相对于在设计点操作下的速度方向的偏移。优选地，多个叶片沿涡管的延伸部设置，使得多个导向导叶随其限定。布置多个叶片改进了叶片在流体流方向上的影响。根据另一方面，本公开涉及一种带有涡管的压缩机，诸如离心压缩机，涡管设有布置在其中且在涡管中限定导向导叶的一个或多个叶片，以降低由压缩机的非设计操作而导致的在涡管效率上的负面影响。根据还有另一方面，本文公开了一种操作压缩机的方法，其包括以下步骤：利用至少一个旋转叶轮生成流体流；使用从涡管形状的壁凸起的至少一个叶片引导流体流穿过涡管，以用于在压缩机在非设计条件下操作时改变涡管中的流体流的方向，以便减小由压缩机的非设计操作导致的流动速度的轴向分量和切向分量之间的比率的变化。特征和实施例这里在下文公开且在所附权利要求中进一步阐述，其形成本描述的组成部分。上文的简要描述阐述了本专利技术的各种实施例的特征，以便以下的详细描述可更好地理解且以便对本领域作出的贡献可更好地了解。当然，存在将在下文描述且将在所附权利要求中阐述的本专利技术的其它特征。在这方面，在详细解释本专利技术的若干实施例之前，应理解的是，本专利技术的各种实施例不在它们的应用方面限于构造的细节以及在以下描述中阐述或在附图中示出的构件的布置。本专利技术能够有其它实施例且以各种方式实践和执行。也将理解的是，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的且不应当视为限制。因而，本领域的技术人员将了解，本公开所基于的构思可容易地使用作为用于设计用来执行本专利技术的若干目的其它结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，权利要求被视为包括这种等同构造，只要它们不脱离本专利技术的精神和范围。附图的简要描述本专利技术的公开的实施例的更加完整的了解以及其伴随的许多优点将容易地获得，因为其通过参考结合附图考虑的以下详细描述可变得更好理解。图1是现有技术的多级离心压缩机的剖视图；图2是体现本文公开的主题的离心多级压缩机的剖视图；图2A示出了图2的压缩机的蜗壳或涡管的放大；图3和图4示出了根据本公开的涡管的备选实施例的两个示意性截面视图；图5示出了根据本公开的涡管的一部分的部分透视图；图6示出了带有导向导叶的涡管的一部分的示意图，其示出了导向导叶中以及限定导向导叶的叶片周围的各种流动性条件；图7A、图7B和图7C示出了如本文公开的带有导向导叶布置的涡管的视图和细节；图8和图9示出了在涡管中带有和不带有导向导叶的情况下涡管的损耗系数与最末压缩机级的扩散器入口处的流通角的关系曲线。本专利技术的实施例的详细描述示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同附图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。另外，附图不一定按比例绘制。并且，下文的详细描述不限制本专利技术。而是，本专利技术的范围由所附权利要求限定。贯穿说明书对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的参考指结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”贯穿说明书在各种地方的出现不一定指相同的(一个或多个)实施例。此外，特定的特征、结构或特点可在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。图2示意性示出了沿体现本文公开的主题的多级离心压缩机10的旋转轴线A-A的剖视图。压缩机包括壳1，转子3旋转地装载在其中。转子3包括轴5，叶轮7A-7G安装在其上。各个叶轮7A-7G继而与扩散器9A-9G组合。返回通道11A-11F布置在各个扩散器9A-9F下游。各个返回通道11A-11F将部分地压缩的气体从上游扩散器9返回至下游叶轮7的入口。离开最末叶轮7G和最末扩散器9G的气体聚集在蜗壳或涡管13中，气体从其输送至压缩机出口(未示出)。根据本公开，为了改进非设计操作条件下的涡管效率，至少一个叶片设在涡管中，布置和构造成用于减少由于越过压缩机的可变流率引起的流动方向变化导致的损耗。如对于图2的压缩机所示，在特别有利的实施例中，涡管或蜗壳13设有多个叶片15。叶片15可以恒定节距布置。根据其它实施例，叶片节距可沿涡管的延伸部变化。叶片15限定其间的导向导叶。根据一些实施例，涡管13包括流体入口17(具体见图2A、图3和图4)，流体入口与最末压缩机级的扩散器9G流连通。涡管13可进一步包括涡管形状的壁19，壁限定内部流动体积21，其中叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于结合流体压缩机使用的涡管，包括：适于接收流体流的流体入口；适于排出所述流体流的流体出口；限定内部流动体积的涡管形状的壁；在所述内部流动体积中的至少一个叶片，所述至少一个叶片从所述涡管形状的壁凸起以用于在所述涡管在非设计条件下操作时修正所述内部流动体积中的所述流体流的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.10 IT FI2014A0000811.一种用于结合流体压缩机使用的涡管，包括：适于接收流体流的流体入口；适于排出所述流体流的流体出口；限定内部流动体积的涡管形状的壁；在所述内部流动体积中的至少一个叶片，所述至少一个叶片从所述涡管形状的壁凸起以用于在所述涡管在非设计条件下操作时修正所述内部流动体积中的所述流体流的方向。2.根据权利要求1所述的涡管，其特征在于，多个叶片布置在所述涡管的内部流动体积中，沿其圆形展开部的至少一部分。3.根据权利要求2所述的涡管，其特征在于，所述叶片根据围绕所述涡管的恒定节距布置。4.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的涡管，其特征在于，各个叶片定向和构造成以便至少减小在可变操作条件下流体速度的轴向分量和切向分量之间的比率的变化。5.根据前述权利要求中任一项所述的涡管，其特征在于，各个叶片沿所述壁从位于所述流体入口附近的前缘延伸至后缘。6.根据前述权利要求中任一项所述的涡管，其特征在于，各个叶片具有相对于轴向方向的倾角。7.根据前述权利要求中任一项所述的涡管，其特征在于，各个叶片相对于轴向方向形成角度，所述角度从所述叶片的前缘至后缘为可变的。8.根据权利要求7所述的涡管，其特征在于，所述叶片和所述轴向方向之间的所述角度从所述前缘至所述后缘增大。9.根据前述权利要求中任一项所述的涡管，其特征在于，各个叶片从所述涡管形状的壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·V·拉维，M·吉亚基，D·T·鲁比诺，E·F·贝罗布诺，
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