具有非恒定扩散器叶片节距的扩散器以及包括所述扩散器的离心式涡轮机制造技术

一种用于离心式涡轮机(1)以减少失速或防止发生失速的新型扩散器(11)。扩散器包括围绕扩散器轴线(A

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有非恒定扩散器叶片节距的扩散器以及包括所述扩散器的离心式涡轮机


[0001]本公开涉及径向涡轮机。更具体地，本公开的实施方案涉及离心式涡轮机，诸如包括一个或多个新型刀片式扩散器(即叶片式扩散器)的离心式泵和/或离心式压缩机。

技术介绍

[0002]离心式压缩机用于多种应用中以增强气体压力。离心式压缩机包括壳体和一个或多个叶轮，该叶轮被布置成在壳体中旋转。传递到叶轮的机械能量通过旋转叶轮以动能的形式传递到气体。由叶轮加速的气体流动通过周向围绕叶轮的扩散器，该扩散器收集气体流并降低其速度，将动能转换为气体压力。
[0003]为了更好地引导气体流通过扩散器，已经开发出叶片式扩散器。扩散器叶片在更径向方向上重新引导气体流并且改善压缩机的空气动力学效率。然而，扩散器叶片生成压力脉冲，该压力脉冲激发叶轮刀片的振动。叶轮振动可能因高循环疲劳(HCF)而引起叶轮故障。
[0004]为了减低因扩散器叶片诱导的振动而引起的叶轮故障风险，已经开发出具有所谓的非周期性扩散器的离心式压缩机。非周期性扩散器是叶片式扩散器，其中扩散器叶片被布置成非对称且非周期性排布结构。例如，US 7,845,900和WO2011/096981中公开了用于离心式压缩机的非周期性扩散器。
[0005]用于离心式压缩机的非周期性扩散器的一些实施方案包括扩散器叶片，该扩散器叶片根据可变节距布置，即布置成使得在它们之间限定流动通道的两个相邻的扩散器叶片的角间距不同于在它们之间限定另一个流动通道的两个其它相邻扩散器叶片的角间距。人们已经发现，扩散器叶片的不规则(即非恒定)角间距降低了叶轮叶片振动的激发。
[0006]然而，扩散器叶片的不对称、非周期性设计对压缩机的操作范围产生不利影响。更具体地，增加相邻扩散器叶片之间的角间距(节距)会导致相关流动通道的密实度降低。密实度是叶片弦(即，叶片的后缘与前缘之间的距离)与两个连续叶片之间的节距之间的比率。降低密实度导致缩小质量流范围，在该范围内，压缩机可在不失速或性能没有显著降低的情况下操作。达到失速状况的最小质量流速因密实度降低而增加。因此，尽管在减少振动方面是有益的，但是在压缩机的可操作性被降低的情况下，可变叶片节距是有害的。
[0007]本领域将会欢迎一种新型扩散器设计，该设计在减少叶轮振动方面提高了压缩机的性能，而对压缩机的操作范围产生较少的负面影响。

技术实现思路

[0008]根据本公开的一个方面，提供了一种用于离心式涡轮机的扩散器，诸如离心式压缩机(或离心式泵)。扩散器包括多个扩散器叶片，该多个扩散器叶片围绕扩散器轴线周向布置。每个扩散器叶片包括：与扩散器轴线相距第一距离的前缘、与扩散器轴线相距第二距离的后缘、径向向内面向并且从前缘延伸到后缘的吸力侧、径向向外面向并且从前缘延伸
到后缘的压力侧，该第二距离大于该第一距离。扩散器叶片限定多个流动通道。更具体地，在每对相邻(即连续)叶片之间，在每对扩散器叶片中的第一扩散器叶片的吸力侧和第二扩散器叶片的压力侧之间限定流动通道。扩散器叶片围绕扩散器轴线以非恒定节距布置。为了改善压缩机的操作范围并且降低节距变化对压缩机可操作性产生的负面影响，在它们之间限定相应的流动通道的每对相邻布置的第一扩散器叶片和第二扩散器叶片之间的节距与所述第一扩散器叶片和第二扩散器叶片中的一者的弦(具体地，与弦的长度)相关。
[0009]更具体地，与节距相关的弦是扩散器叶片的弦，该扩散器叶片的吸力侧面向流动通道。
[0010]弦和节距之间的相关性使得扩散器叶片之间的节距增加可能引起的密实度降低至少部分地被弦长度的增加所被抵消。
[0011]本文还公开了一种用于包括围绕扩散器轴线周向布置的多个扩散器叶片的离心式涡轮机(尤其是离心式压缩机(或离心式泵))的叶片式扩散器。每个扩散器叶片包括：前缘、后缘、径向向内面向并且从前缘延伸到后缘的吸力侧、径向向外面向并且从前缘延伸到后缘的压力侧。相应的流动通道限定在每对彼此相邻布置的扩散器叶片中的第一扩散器叶片的吸力侧与第二扩散器叶片的压力侧之间。扩散器叶片围绕扩散器轴线以非恒定节距布置。此外，扩散器叶片具有非恒定弦，并且第一扩散器叶片的弦与每对扩散器叶片中的第一扩散器叶片和第二扩散器叶片之间的节距之间的比率基本上恒定。
[0012]扩散器叶片可被布置成使得所有扩散器叶片的前缘被布置在围绕扩散器轴线的相同圆周上。在此类情况下，相邻扩散器叶片(其间形成相应的流动通道)之间的节距是形成流动通道的所述两个扩散器叶片的两个前缘的沿着所述圆周的距离。
[0013]然而，如将在对实施方案的以下描述中更详细地描述，扩散器叶片可被布置成使得前缘不是全部沿着扩散器轴线周围的最小直径的相同圆周放置。相反，形成流动通道的至少一对扩散器叶片的两个扩散器叶片可被布置成使相应的前缘与扩散器轴线相距可变距离。
[0014]相邻(即连续)扩散器叶片之间的节距可被定义为两个相邻扩散器叶片的弧线之间的在与扩散器轴线相距最小距离处测量得出的距离，其中，所述两个扩散器叶片均存在。
[0015]本文公开了一种涡轮机，并且具体地是一种离心式压缩机或离心式泵，包括至少一个叶轮和如上文和下文所定义的至少一个叶片式扩散器。
[0016]新型扩散器以及包括扩散器的离心式涡轮机的附加特征和实施方案在下文进行概述并且在所附权利要求中列示，所附权利要求书形成说明书的整体部分。
附图说明
[0017]当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对本专利技术所公开的实施方案及其许多伴随的优点的更全面的理解，这同样变得更好理解，其中：
[0018]图1示出根据包含压缩机的旋转轴线的平面的压缩机的示意性剖视图；
[0019]图2示出在一个实施方案中的根据图1的压缩机的扩散器的图1中的线II
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II的剖视图；
[0020]图3示出图1的压缩机的扩散器的等轴视图；
[0021]图4示出图2的放大细节；
[0022]图5以质量流与压力比率图示意性地示出压缩机级的特性操作曲线；
[0023]图6示出图5的两个不同操作点中的流动方向；
[0024]图7、图8和图9示出根据三个实施方案中的本公开的扩散器中的节距、弦和密实度的变化；并且
[0025]图10示出在另一实施方案中的根据图1的压缩机的扩散器的图1中的线II
‑
II的剖视图。
具体实施方式
[0026]人们已经发现，由于在限定扩散器的流动通道的相邻扩散器叶片之间的节距增加而对压缩机可操作性产生的负面影响可被扩散器叶片的弦长度的对应增加所抵消，扩散器叶片的吸力侧面向流动通道。这样，减少了由节距增加而引起的密实度降低，并且使其至少部分地被弦的对应变化所抵消。在一些实施方案中，节距和弦变化的组合可使得围绕扩散器周围(即在叶片式扩散器的相邻叶片对之间限定的各种流动通道中)的密实度保持基本上恒定。
[0027]现在参考图1，在沿着含有压缩机的旋转轴线的平面的剖视图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于离心式涡轮机(1)的扩散器(11)，所述扩散器包括：多个扩散器叶片(11.1)，所述多个扩散器叶片围绕扩散器轴线(A
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A)周向布置；其中，每个扩散器叶片(11.1)包括：与所述扩散器轴线(A
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A)相距第一距离的前缘(11.3)、与所述扩散器轴线(A
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A)相距第二距离的后缘(11.5)、径向向内面向并且从所述前缘(11.3)延伸到所述后缘(11.5)的吸力侧(11.7)、径向向外面向并且从所述前缘(11.3)延伸到所述后缘(11.5)的压力侧(11.9)，所述第二距离大于所述第一距离；其中，相应的流动通道限定在每对相邻布置的扩散器叶片中的第一扩散器叶片(11.1)的所述吸力侧(11.7)与第二扩散器叶片(11.1)的所述压力侧(11.9)之间；并且其中，所述扩散器叶片(11.1)围绕所述扩散器轴线(A
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A)以非恒定节距布置；其中，在它们之间限定相应的流动通道的每对相邻布置的第一扩散器叶片(11.1)和第二扩散器叶片(11.1)之间的节距(S1、S2)与所述第一扩散器叶片(11.1)和第二扩散器叶片(11.1)中的一者的弦(B)相关；其中，所述扩散器叶片(11.1)具有长度可变的弦；其中，选择每对相邻布置的扩散器叶片(11.1)之间的所述节距(S1、S2)和所述第一扩散器叶片(11.1)和第二扩散器叶片(11.1)中的所述一者的弦，使得每个流动通道(Pi)的密实度保持在大约恒定密实度值的范围内；并且其中，所述扩散器叶片(11.1)具有径向位置可变的所述前缘(11.3)。2.根据权利要求1所述的扩散器(11)，其中，在它们之间限定相应的流动通道的每对相邻布置的第一扩散器叶片(11.1)和第二扩散器叶片(11.1)之间的所述节距与所述第一扩散器叶片(11.1)的所述弦相关，所述第一扩散器叶片的所述吸力侧(11.7)面向所述相应的流动通道。3.根据权利要求1或2所述的扩散器(11)，其中，所述范围等于所述恒定密实度值的+/
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20％，优选地等于所述恒定密实度值的+/
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10％；更优选地+/
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5％，并且甚至更优选地所述恒定密实度值的+/
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2％。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的扩散器(11)，其中，所述扩散器叶片(11.1)具有可变轮廓。5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的扩散器(11)，其中，所述节距和所述弦两者的变化是随机的。6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：