含有导流结构的涡轮机制造技术

本申请涉及含有导流结构的涡轮机。涡轮机具有被设计和配置为紧密地耦合毗邻的有叶片元件的流场的紧密耦合导流装置(CCFG)。在某些实施方案中，CCFG可以位于在毗邻的有叶片元件之间延伸的区(在本文中描述为耦合避免地带)中，常规的涡轮机设计将建议在该处不应当加入任何结构。在其他的实施方案中，CCFG位于被联接于有叶片元件的叶片的行的上游和/或下游，包括重叠叶片的行中的一个或多个，以改进流动耦合和机器性能。设计涡轮机以包含CCFG的方法也被提供。

Turbine with diversion structure

The application relates to a turbine with a diversion structure. The turbine has a tightly coupled flow guide (CCFG) designed and configured to tightly couple the flow field of adjacent vane elements. In some implementations, CCFG can be located in an area extending between adjacent vaned elements (described in this paper as a coupling avoidance zone), where conventional turbine designs would suggest that no structure should be added. In other implementations, CCFG is located upstream and/or downstream of rows connected to blades with blade elements, including one or more rows of overlapping blades, to improve flow coupling and machine performance. A method for designing turbines containing CCFG is also provided.

【技术实现步骤摘要】
含有导流结构的涡轮机本申请是申请日为2014年01月23日，申请号为201480005499.3，专利技术名称为“用于强迫涡轮机的毗邻的有叶片元件的流场的耦合的结构和方法以及含有其的涡轮机(变更后的名称为“含有导流结构的涡轮机”)”的申请的分案申请。相关申请数据本申请是于2013年1月23日提交的并且名称为“MethodsforForcedCouplingofRotor-StatorPairsandTurbomachinesIncorporatingtheSame”的序列号为61/755,747的美国临时专利申请(其以其整体通过引用并入本文)的非临时申请。专利
本专利技术大体上涉及涡轮机械的领域。具体地，本专利技术涉及用于强迫涡轮机的毗邻的有叶片元件的流场的耦合的结构和方法，以及含有其的涡轮机。背景涡轮机械包括压缩机、泵、和涡轮，其通常包括经常地被定位为紧邻于彼此的多行有叶片元件，其在使用期间形成用于工作流体的通路。经常地，在这些毗邻的行之间具有经常地以非常高的速度的相对运动。示例包括一行旋转叶轮叶片，该旋转叶轮叶片联接至定位为毗邻于联接至定子的一行静态的扩散器或喷嘴叶片或轮叶的转子。常规的涡轮机设计要求有叶片元件的这些毗邻的行之间的最小缝隙以最小化和避免形成这些行的结构例如转子叶片和定子轮叶之间的不想要的相互作用。这些不想要的相互作用包括噪声和振动的产生，已知振动使转子叶片和/或扩散器轮叶破裂或断裂。本公开的概述在一个实施中，本公开涉及一种涡轮机。涡轮机包括第一有叶片元件，其具有包含多个第一叶片的第一叶片区；第二有叶片元件，其具有包含至少一个第二叶片的第二叶片区，其中第二叶片区毗邻于第一叶片区定位；以及紧密耦合导流装置(CCFG)，其被设计和配置为在使用期间把第一有叶片元件的流场与第二有叶片元件的流场紧密地耦合。在一个实施方案中，所述涡轮机还包括在所述第一叶片区和所述第二叶片区之间延伸的耦合避免地带，并且其中所述CCFG位于所述耦合避免地带中。在一个实施方案中，所述第二有叶片元件包括被布置和配置为低坚固性叶片行的多个第二叶片。在一个实施方案中，所述第二有叶片元件还包括多个第三叶片，所述多个第三叶片被布置和配置为定位在所述低坚固性叶片行的下游的串列式叶片行，所述串列式叶片行具有比所述低坚固性叶片行低的叶片计数。在一个实施方案中，所述低坚固性叶片行包括多个平板。在一个实施方案中，所述第一有叶片元件包括离心式叶轮并且所述第二有叶片元件包括扩散器。在一个实施方案中，所述CCFG包括被控制轮廓的表面。在一个实施方案中，所述被控制轮廓的表面具有重叠所述第一叶片区的腿部。在一个实施方案中，所述被控制轮廓的表面的一部分位于所述第二叶片区中。在一个实施方案中，所述被控制轮廓的表面是不对称的。在一个实施方案中，所述被控制轮廓的表面包括扭曲的表面。在一个实施方案中，所述CCFG包括肋部。在一个实施方案中，所述肋部的第一部分位于所述第一叶片区中并且所述肋部的第二部分位于所述第二叶片区中。在一个实施方案中，所述CCFG还包括第二肋部和凹槽，所述凹槽位于所述肋部和所述第二肋部之间。在另一个实施中，本公开涉及一种涡轮机。涡轮机包括第一叶片行，其定位为毗邻于第二叶片行；以及紧密耦合导流装置(CCFG)，其接近第一叶片行和第二叶片行中的至少一个定位，CCFG被设计和配置为把第一叶片行的流场与第二叶片行的流场紧密地耦合。在一个实施方案中，所述涡轮机还包括护罩表面，其中所述CCFG是在所述护罩表面中形成的凹槽。在一个实施方案中，所述凹槽重叠所述第一叶片行和所述第二叶片行二者。附图说明为了图示本专利技术的目的，附图示出本专利技术的一个或多个实施方案的方面。然而，应当理解，本专利技术不限于在附图中示出的精确的布置和机构，在附图中：图1是图示了包括一个或多个用于增强涡轮机的毗邻的有叶片元件之间的流场的耦合的紧密耦合导流装置(CCFG)的根据本专利技术制造的涡轮机的高水平框图；图2是图示了包括CCFG的涡轮机械的上下文特征的示意图；图3是以具有CCFG的低坚固性板扩散器的形式的示例性的有叶片元件；图4是以具有CCFG和一行串列式下游叶片的低坚固性板扩散器的形式的示例性的有叶片元件；图5是具有以被控制轮廓的表面的形式的示例性的CCFG的叶片的侧视图；图6是在图5中示出的叶片的透视图；图7是在图5-6中示出的叶片的前视横截面图；图8是在图5-7中示出的叶片的前视横截面图；图9是在图5-8中示出的叶片的前视横截面图；图10是在图5-9中示出的叶片的前视横截面图；图11是具有以扭曲的被控制轮廓的表面的形式的可选择的CCFG的叶片的俯视图；图12是在图11中示出的叶片的侧视图；图13是具有在图11-12中示出的带有扭曲的被控制轮廓的表面的叶片的示例性的有叶片元件的透视图；图14是以具有多个叶片和多个CCFG的扩散器的形式的示例性的有叶片元件的透视图；图15是在图14中示出的有叶片元件的另一个透视图；图16是与另一个以叶轮的形式的有叶片元件组合的在图14-15中示出的有叶片元件的透视图；图17是不具有成锥形的毂表面的示例性的有叶片元件的透视图；图18是具有带有包括在叶片的压力侧上的有倒角的表面的CCFG的叶片的示例性的有叶片元件的透视图；图19是具有带有包括在叶片的吸入侧上的有倒角的表面的CCFG的叶片的示例性的有叶片元件的透视图；图20是具有带有包括前边缘和后边缘(每个具有在顶部和底部上被圆角划界的笔直的中部部分)的CCFG的叶片的示例性的有叶片元件的透视图；图21是具有带有包括可选择的被控制轮廓的表面的CCFG的叶片的示例性的有叶片元件的透视图；图22是具有带有延伸到扩散器通路中的CCFG的叶轮叶片的示例性的径向压缩机/泵的透视图；图23是在图22中示出的叶轮叶片CCFG的近视图；并且图24是具有带有包括从叶片的后边缘沿着护罩表面延伸的肋部的CCFG的叶片的示例性的有叶片元件的透视图。详细描述现在参照附图，图1图示了根据本专利技术制造的并且包括第一有叶片元件104和紧邻的第二有叶片元件108的涡轮机100。涡轮机100可以是适合于实施本专利技术的特征和方面的任何类型的涡轮机，包括但不限于压缩机、涡轮、泵、风扇等等，与涡轮机的类别无关，即，与涡轮机是离心机、轴向机、混流机、任何其他类别的机器、还是其任何组合无关。如将从阅读该整个的公开内容中对于本领域的技术人员变得明显的，第一有叶片元件104和第二有叶片元件108中的每个可以是旋转元件(例如，离心式叶轮、离心诱导器、轴向压缩机轮子、轴向涡轮轮子、风扇、泵轮等等)或静态的元件(例如，扩散器、喷嘴、导流装置等等)。如在下文详细地描述的，本专利技术的某些方面涉及把在本文中和在所附的权利要求中被称为“紧密耦合导流装置”(CCFG)的特征加入至大体上位于毗邻的有叶片元件(例如图1的有叶片元件104和108)之间和/或与毗邻的有叶片元件中的一个或二者重叠的CCFG区(在此为CCFG区112)，以有意地紧密地耦合这些有叶片元件的流场。在可选择的实施方案中CCFG区可以也位于更上游和/或更下游处，使得其不延伸入在有叶片元件104和108之间延伸的空间110中。如也在下文详细地描述的，这样的CCFG可以包括被特定地设计和配置为增强毗邻的叶片区的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮机，包括：主流路；第一有叶片元件，其在所述主流路中具有包含多个第一叶片的第一叶片区；第二有叶片元件，其在所述主流路中具有包含至少一个第二叶片的第二叶片区，其中所述第二叶片区毗邻于所述第一叶片区且在所述第一叶片区下游定位；以及紧密耦合导流装置(CCFG)，其被设计和配置为在使用期间把在所述主流路内的所述第一有叶片元件的流场与在所述主流路内的所述第二有叶片元件的流场耦合，从而增加功输入系数和相对叶轮扩散中的至少一个；其中所述第一有叶片元件具有旋转轴线且所述多个第一叶片中的至少一个具有位于距所述旋转轴线的半径r2处的后边缘，所述CCFG具有位于距所述旋转轴线的半径rc处的前边缘，且其中rc/r2约小于1。

【技术特征摘要】
2013.01.23 US 61/755,7471.一种涡轮机，包括：主流路；第一有叶片元件，其在所述主流路中具有包含多个第一叶片的第一叶片区；第二有叶片元件，其在所述主流路中具有包含至少一个第二叶片的第二叶片区，其中所述第二叶片区毗邻于所述第一叶片区且在所述第一叶片区下游定位；以及紧密耦合导流装置(CCFG)，其被设计和配置为在使用期间把在所述主流路内的所述第一有叶片元件的流场与在所述主流路内的所述第二有叶片元件的流场耦合，从而增加功输入系数和相对叶轮扩散中的至少一个；其中所述第一有叶片元件具有旋转轴线且所述多个第一叶片中的至少一个具有位于距所述旋转轴线的半径r2处的后边缘，所述CCFG具有位于距所述旋转轴线的半径rc处的前边缘，且其中rc/r2约小于1。2.根据权利要求1所述的涡轮机，还包括在所述第一叶片区和所述第二叶片区之间延伸的耦合避免地带，并且其中所述CCFG位于所述耦合避免地带中。3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述第二有叶片元件包括被布置和配置为低坚固性叶片行的多个第二叶片。4.根据权利要求3所述的涡轮机，其中所述第二有叶片元件还包括多个第三叶片，所述多个第三叶片被布置和配置为定位在所述低坚固性叶片行的下游的串列式叶片行，所述串列式叶片行具有比所述低坚固性叶片行低的叶片计数。5.根据权利要求3所述的涡轮机，其中所述低坚固性叶片行包括多个平板。6.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述第一有叶片元件包括离心式叶轮并且所述第二有叶片元件包括扩散器。7.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述CCFG包括被控制轮廓的表面。8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述被控制轮廓的表面具有重叠所述第一叶片区的腿部。9.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述被控制轮廓的表面的一部分位于所述第二叶片区中。10.根据权利要求7所述的涡轮机，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·亚皮克瑟，
申请(专利权)人：概创机械设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US