RU2581686C2 - Radial diffuser blade for centrifugal compressors - Google Patents

Radial diffuser blade for centrifugal compressors Download PDF

Info

Publication number
RU2581686C2
RU2581686C2 RU2013110571/06A RU2013110571A RU2581686C2 RU 2581686 C2 RU2581686 C2 RU 2581686C2 RU 2013110571/06 A RU2013110571/06 A RU 2013110571/06A RU 2013110571 A RU2013110571 A RU 2013110571A RU 2581686 C2 RU2581686 C2 RU 2581686C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diffuser
function
blade
vanes
impeller
Prior art date
Application number
RU2013110571/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013110571A (en
Inventor
Сен РАДХАКРИШНАН
Либеро ТАПИНАССИ
Клари Сусанне Ингеборг СВЕНСДОТТЕР
Original Assignee
Нуово Пиньоне С.п.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нуово Пиньоне С.п.А. filed Critical Нуово Пиньоне С.п.А.
Publication of RU2013110571A publication Critical patent/RU2013110571A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2581686C2 publication Critical patent/RU2581686C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444Bladed diffusers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30Vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542Bladed diffusers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/50Inlet or outlet
    • F05D2250/52Outlet
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/4932Turbomachine making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: devices, systems and methods in accordance with exemplary embodiments provide diffusers, for example as part of a turbomachine 300 with the diffuser vanes having S-shaped midline. Such S-shaped center lines defined functions having inflection point.
EFFECT: use of such forms of diffuser vanes leads to performance, in which a part of diffuser vanes arranged near the leading edge is not loaded during operation under design conditions, with the load gradually increases to its maximum value toward the center of the diffuser vanes.
20 cl, 18 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к компрессорам и, более конкретно, к диффузорным лопаткам для центробежных компрессоров.The present invention relates to compressors and, more particularly, to diffuser vanes for centrifugal compressors.

Компрессор - это машина, которая ускоряет частицы газа, чтобы в конечном счете увеличить давление сжимаемой текучей среды, например газа, за счет использования механической энергии. Компрессоры используются в ряде различных областей, в том числе для работы в качестве начальной ступени газотурбинного двигателя. Среди различных типов компрессоров имеются так называемые центробежные компрессоры, в которых механическая энергия передается входящему в компрессор газу путем центробежного ускорения, например путем вращения центробежного рабочего колеса (иногда также называемого "ротором"), через которое проходит сжимаемая текучая среда. В целом, можно сказать, что центробежные компрессоры являются частью класса машин, известных как "турбомашины" или " вращающиеся турбомашины".A compressor is a machine that accelerates gas particles to ultimately increase the pressure of a compressible fluid, such as gas, through the use of mechanical energy. Compressors are used in a number of different areas, including for operation as an initial stage of a gas turbine engine. Among the various types of compressors, there are so-called centrifugal compressors in which mechanical energy is transferred to the gas entering the compressor by centrifugal acceleration, for example by rotating a centrifugal impeller (sometimes also called a “rotor”) through which a compressible fluid passes. In general, it can be said that centrifugal compressors are part of a class of machines known as “turbomachines” or “rotating turbomachines”.

Центробежные компрессоры могут быть снабжены одним рабочим колесом, то есть быть одноступенчатым, или несколькими расположенными последовательно рабочими колесами, и в этом случае их часто называют многоступенчатыми компрессорами. Каждая ступень центробежного компрессора обычно содержит впускной канал (направляющий аппарат) для сжимаемого газа, рабочее колесо, которое способно придать кинетическую энергию входящему газу, и диффузор, который преобразует кинетическую энергию газа, выходящего из ротора / рабочего колеса, в энергию давления.Centrifugal compressors can be equipped with one impeller, that is, be single-stage, or several consecutive impellers, in which case they are often called multi-stage compressors. Each stage of a centrifugal compressor usually contains an inlet channel (guiding apparatus) for compressible gas, an impeller that can give kinetic energy to the incoming gas, and a diffuser that converts the kinetic energy of the gas leaving the rotor / impeller into pressure energy.

В частности, как показано на примерном продольном разрезе на фиг.1(a), сделанном вдоль оси компрессора в направлении потока технологического газа, ступень 100 центробежного компрессора содержит рабочее колесо 102, прикрепленное к ротору 104, за которым следуют диффузор 106 и обратный канал или выходная спиральная камера 108. В диффузор 106 поступает текучая среда с высокой скоростью из выхода рабочего колеса 102, и он вызывает замедление текучей среды, тем самым превращая динамическое давление в статическое давление. Чтобы обеспечить вид с другой точки зрения этой конструкции, фиг.1(б) показывает поперечный разрез ступени 100 компрессора, сделанный по другой оси, т.е. перпендикулярно к направлению потока технологического газа. На этом чертеже в центре изображения виден ротор 104, окруженный рабочим колесом 102, содержащим определенное количество лопаток 114. Лопатки 114 рабочего колеса могут быть присоединены, с одной стороны, к втулке 116 рабочего колеса 112, а с другой стороны, к покрывающему диску 118 рабочего колеса 102.In particular, as shown in an exemplary longitudinal section in FIG. 1 (a), taken along the axis of the compressor in the direction of the process gas stream, the centrifugal compressor stage 100 comprises an impeller 102 attached to the rotor 104, followed by a diffuser 106 and a return duct or the outlet spiral chamber 108. At a high velocity, fluid flows from the outlet of the impeller 102 to the diffuser 106 and causes a slowdown of the fluid, thereby converting the dynamic pressure into static pressure. In order to provide a view from a different point of view of this design, FIG. 1 (b) shows a cross section of the compressor stage 100 taken along a different axis, i.e. perpendicular to the flow direction of the process gas. In this drawing, in the center of the image, a rotor 104 is seen surrounded by an impeller 102 containing a certain number of blades 114. The impeller blades 114 can be attached, on the one hand, to the impeller sleeve 116, and, on the other hand, to the working disk 118. wheels 102.

Настоящее изобретение в основном относится к диффузору 106. Лопаточные диффузоры 106 (т.е. диффузоры, которые имеют окружной массив профилей (диффузорных лопаток 110) вдоль проточного тракта, как лучше всего видно на фиг.1(b)), используются для достижения более высокой эффективности ступени, направляя высоко тангенциальный поток текучей среды на выходе из рабочего колеса в более радиальном направлении к выходу диффузора. В противоположность этому, некоторые центробежные компрессоры имеют безлопаточный диффузор 120, как показано на фиг.1(c). Придание потоку текучей среды более радиального направления внутри диффузора 106 с помощью лопаток сокращает расстояние, покрываемое текучей средой для прохождения через диффузор 106. Эта концепция иллюстрируется стрелками направления потока в центробежном насосе, показанном на фиг.1 (d).The present invention generally relates to a diffuser 106. Blade diffusers 106 (ie, diffusers that have a circumferential array of profiles (diffuser blades 110) along the flow path, as best seen in FIG. 1 (b)) are used to achieve more high stage efficiency, directing a highly tangential fluid flow at the outlet of the impeller in a more radial direction to the outlet of the diffuser. In contrast, some centrifugal compressors have a bladeless diffuser 120, as shown in FIG. 1 (c). Giving the fluid a more radial direction inside the diffuser 106 by means of vanes reduces the distance the fluid covers the passage through the diffuser 106. This concept is illustrated by the arrows of the flow direction in the centrifugal pump shown in FIG. 1 (d).

Уменьшение расстояния, покрываемого текучей средой, снижает потери на трение, связанные с перемещением технологической текучей среды, и тем самым повышает эффективность компрессоров, в которых используются лопаточные диффузоры, по сравнению с компрессорами, в которых используются безлопаточные диффузоры. С другой стороны, ступени центробежных компрессоров, в которых используются лопаточные диффузоры 106, также известны своим более низким рабочим диапазоном по сравнению со ступенями с безлопаточными диффузорами.Reducing the distance covered by the fluid reduces the friction losses associated with the movement of the process fluid, and thereby increases the efficiency of compressors that use blade diffusers compared to compressors that use bladeless diffusers. On the other hand, the stages of centrifugal compressors that use blade diffusers 106 are also known for their lower operating range compared to stages with bladeless diffusers.

Рабочий диапазон центробежного компрессора 100, имеющего лопаточный диффузор 106, определяется на основе, по меньшей мере частично, формы используемых лопаток 110 диффузора. Форма лопатки диффузора (или вообще любого аэродинамического профиля) может быть отражена средней линией ее профиля (т.е. линией, проведенной посередине между верхней поверхностью и нижней поверхностью лопатки диффузора), а также распределением толщины вдоль средней линии профиля. Две формы известных диффузорных лопаток показаны на фиг.2 (а) и 2 (b). Показанная на фиг.2(а) лопатка 200 диффузора имеет прямую среднюю линию 202 профиля, т.е. среднюю линию без изменения наклона, изображенную пунктирной линией между верхней поверхностью 204 лопатки диффузора и нижней поверхностью 206 лопатки диффузора.The operating range of a centrifugal compressor 100 having a blade diffuser 106 is determined based at least in part on the shape of the diffuser blades 110 used. The shape of the diffuser blade (or any aerodynamic profile in general) can be reflected by the middle line of its profile (i.e. the line drawn in the middle between the upper surface and the lower surface of the diffuser blade), as well as the distribution of thickness along the midline of the profile. Two forms of known diffuser vanes are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Shown in FIG. 2 (a), the diffuser blade 200 has a straight center profile line 202, i.e. the middle line without changing the slope, shown by a dashed line between the upper surface 204 of the diffuser blade and the lower surface 206 of the diffuser blade.

Применение диффузорных лопаток 200, имеющих прямую среднюю линию профиля, в центробежном компрессоре является проблематичным, поскольку, например, передняя кромка лопатки диффузора такой формы является относительно высоконагруженной, и компрессор имеет относительно низкую границу помпажа.The use of diffuser vanes 200 having a straight center profile line in a centrifugal compressor is problematic since, for example, the leading edge of a diffuser blade of this shape is relatively high loaded and the compressor has a relatively low surge margin.

На фиг.2(b) показана альтернативная диффузорная лопатка 208, имеющая другую форму, которая имеет итак называемую конформно-отображенную среднюю линию профиля. Показанная пунктирной линией 210 конформно отображенная средняя линия профиля между верхней поверхностью 212 и нижней поверхностью 214 может быть определена, например, с помощью координат средней линии аэродинамического профиля в прямоугольной плоскости (x, y), и полярных координатах (r, θ) в круговой плоскости, как:Figure 2 (b) shows an alternative diffuser blade 208 having a different shape, which has a so-called conformally displayed midline profile. The conformally displayed midline of the profile shown by the dashed line 210 between the upper surface 212 and the lower surface 214 can be determined, for example, using the coordinates of the midline of the aerodynamic profile in the rectangular plane (x, y), and the polar coordinates (r, θ) in the circular plane , as:

r = r 0 × e [ ( m x y ) / ( m 2 + 1 ) ]

Figure 00000001
r = r 0 × e [ ( m x - y ) / ( m 2 + one ) ]
Figure 00000001

θ = m y + x m 2 + 1

Figure 00000002
θ = m y + x m 2 + one
Figure 00000002

m=Cotα3 m = Cotα 3

где r0 - радиус радиального положения передней кромки диффузорной лопатки,where r 0 is the radius of the radial position of the leading edge of the diffuser blades,

α3 - угол абсолютной скорости у передней кромки диффузорной лопатки.α 3 - the angle of absolute speed at the leading edge of the diffuser blades.

Эта форма диффузорной лопатки также приводит к некоторым недостаткам при использовании в качестве части диффузора в центробежном компрессоре. Например, используя диффузорные лопатки 208, имеющие конформно-отображенную среднюю линию в центробежном компрессоре? является проблематичным, поскольку задняя кромка лопатки диффузора с этой формой относительно высоко нагружена и компрессор имеет относительно низкий предел по дросселированию.This shape of the diffuser blade also leads to some disadvantages when used as part of a diffuser in a centrifugal compressor. For example, using diffuser blades 208 having a conformally mapped midline in a centrifugal compressor? is problematic because the trailing edge of a diffuser blade with this shape is relatively high loaded and the compressor has a relatively low throttling limit.

Соответственно, было бы желательно разработать и обеспечить диффузорные лопатки, форма которых улучшает производительность центробежных компрессоров и которые устраняют вышеупомянутые недостатки известных форм диффузорных лопаток.Accordingly, it would be desirable to develop and provide diffuser vanes, the shape of which improves the performance of centrifugal compressors and which eliminate the above-mentioned disadvantages of the known forms of diffuser vanes.

Различные устройства, системы и способы в соответствии с примерными вариантами выполнения настоящего изобретения обеспечивают диффузоры, например, в качестве части турбомашины, с диффузорными лопатками, имеющими S-образные средние линии профиля. Такие S-образные средние линии определяются функциями, имеющими точку перегиба вдоль их длины, или часть таких кривых. Использование диффузорных лопаток, имеющих такую форму, приводит, среди прочего, к рабочей характеристике, при которой часть диффузорных лопаток, расположенная вблизи передней кромки, по существу не нагружена при работе в расчетных условиях, и нагрузка постепенно увеличивается до своего максимального значения к средней части диффузорных лопаток.Various devices, systems and methods in accordance with exemplary embodiments of the present invention provide diffusers, for example, as part of a turbomachine, with diffuser vanes having S-shaped center profile lines. Such S-shaped center lines are defined by functions having an inflection point along their length, or part of such curves. The use of diffuser blades having such a shape leads, among other things, to a performance characteristic in which a part of the diffuser blades located near the leading edge is substantially unloaded during operation under design conditions, and the load gradually increases to its maximum value towards the middle part of the diffuser shoulder blades.

В соответствии с примерным вариантом турбомашина содержит роторный узел, имеющий по меньшей мере одно рабочее колесо, подшипник, соединенный с роторным узлом и предназначенный для его поддержки с возможностью вращения, и статор, содержащий по меньшей мере один диффузор, соединенный с выходной частью рабочего колеса, при этом указанный по меньшей мере один диффузор содержит диффузорные лопатки, по меньшей мере одна из которых имеет среднюю линию профиля, определенную функцией, имеющей точку перегиба.According to an exemplary embodiment, the turbomachine comprises a rotor assembly having at least one impeller, a bearing connected to the rotor assembly and rotatably supported thereto, and a stator comprising at least one diffuser connected to the output part of the impeller, wherein said at least one diffuser comprises diffuser vanes, at least one of which has an average profile line defined by a function having an inflection point.

В соответствии с другим примерным вариантом выполнения способ изготовления турбомашины включает использование роторного узла, содержащего по меньшей мере одно рабочее колесо, присоединение роторного узла к подшипниковому узлу для поддержки роторного узла с возможностью вращения и использование статорного узла, содержащего по меньшей мере один диффузор, соединенный с выходной частью рабочего колеса, при этом указанный по меньшей мере один диффузор содержит диффузорные лопатки, по меньшей мере одна из которых имеет среднюю линию профиля, определенную функцией, имеющей точку перегиба.According to another exemplary embodiment, a method of manufacturing a turbomachine comprises using a rotor assembly comprising at least one impeller, attaching the rotor assembly to a bearing assembly to rotatably support the rotor assembly, and using a stator assembly comprising at least one diffuser coupled to the output part of the impeller, while the specified at least one diffuser contains diffuser blades, at least one of which has a midline A defined by a function having an inflection point.

В соответствии с еще одним примерным вариантом выполнения диффузор содержит внутреннюю кольцевую стенку, внешнюю кольцевую стенку, пластину, расположенную между внутренней кольцевой стенкой и внешней кольцевой стенкой, и диффузорные лопатки, расположенные на пластине, причем по меньшей мере одна из диффузорных лопаток имеет среднюю линию профиля, определенную функцией, имеющей точку перегиба.According to another exemplary embodiment, the diffuser comprises an inner annular wall, an outer annular wall, a plate located between the inner annular wall and the outer annular wall, and diffuser blades located on the plate, at least one of the diffuser blades has a middle profile line defined by a function having an inflection point.

Прилагаемые чертежи иллюстрируют примерные варианты выполнения, причем:The accompanying drawings illustrate exemplary embodiments, wherein:

Фиг.1(а) - 1(d) иллюстрируют уровень техники, связанный с диффузорами, используемыми в центробежных компрессорах;1 (a) to 1 (d) illustrate the prior art associated with diffusers used in centrifugal compressors;

Фиг.2(а) и 2(b) показывают соответственно диффузорную лопатку с обычной прямолинейной средней линией и диффузорную лопатку с конформно-отображенной средней линией;Figures 2 (a) and 2 (b) respectively show a diffuser blade with a conventional straight rectilinear middle line and a diffuser blade with a conformally displayed middle line;

Фиг.3 изображает примерный центробежный компрессор, в котором могут использоваться диффузоры, изготовленные в соответствии с примерными вариантами выполнения;Figure 3 depicts an exemplary centrifugal compressor in which diffusers made in accordance with exemplary embodiments can be used;

Фиг.4 иллюстрирует основные принципы построения аэродинамического профиля;Figure 4 illustrates the basic principles of aerodynamic profile;

Фиг.5 изображает бета углы, связанные с диффузорами, выполненными в соответствии с примерными вариантами выполнения;5 depicts beta angles associated with diffusers made in accordance with exemplary embodiments;

Фиг.6 изображает профиль диффузорной лопатки, имеющий S-образную среднюю линию профиля в соответствии с примерным вариантом выполнения;6 depicts a profile of a diffuser blade having an S-shaped midline profile in accordance with an exemplary embodiment;

Фиг.7 изображает график, показывающий S-образную среднюю линию профиля в соответствии с примерным вариантом выполнения по сравнению с другими средними линиями профиля;Fig. 7 is a graph showing an S-shaped midline of a profile in accordance with an exemplary embodiment compared with other midlines of the profile;

Фиг.8 изображает график, показывающий S-образную среднюю линию профиля и ее точку перегиба в соответствии с примерным вариантом выполнения;Fig. 8 is a graph showing an S-shaped midline of a profile and its inflection point in accordance with an exemplary embodiment;

Фиг.9-11 изображают графики, показывающие результаты моделирования в соответствии с примерными вариантами выполнения;9-11 are graphs showing simulation results in accordance with exemplary embodiments;

Фиг.12 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ изготовления турбомашины в соответствии с примерным вариантом выполнения;12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a turbomachine in accordance with an exemplary embodiment;

Фиг.13 изображает диффузор в соответствии с примерным вариантом выполнения, и13 depicts a diffuser in accordance with an exemplary embodiment, and

Фиг.14 иллюстрирует использование кривых Безье для определения S-образной средней линии профиля в соответствии с примерным вариантом выполнения.Fig. 14 illustrates the use of Bezier curves to determine the S-shaped midline of a profile in accordance with an exemplary embodiment.

Следующее подробное описание примерных вариантов выполнения приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Кроме того, следующее подробное описание не ограничивает изобретение. Вместо этого, объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.The following detailed description of exemplary embodiments is given with reference to the accompanying drawings. The same item numbers in different drawings indicate the same or similar elements. In addition, the following detailed description does not limit the invention. Instead, the scope of the invention is defined by the appended claims.

Чтобы обеспечить некоторый контекст для последующего обсуждения, связанного с диффузорными лопатками и их формами в соответствии с примерными вариантами выполнения, на фиг.3 схематично показан примерный многоступенчатый центробежный компрессор 300, в котором могут применяться такие диффузорные лопатки. Компрессор 300 содержит кожух или корпус (статор) 302, в котором установлен вращающийся вал 304 компрессора, снабженный несколькими центробежными роторами или рабочими колесами 306. Роторный узел 308 содержит вал 304 и роторы 306, поддерживаемые в радиальном и аксиальном направлениях подшипниками 310, которые расположены по обе стороны ротора 308.In order to provide some context for the subsequent discussion regarding diffuser vanes and their shapes in accordance with exemplary embodiments, FIG. 3 schematically shows an exemplary multistage centrifugal compressor 300 in which such diffuser vanes can be used. The compressor 300 includes a casing or housing (stator) 302, in which a rotating shaft of the compressor 304 is installed, equipped with several centrifugal rotors or impellers 306. The rotor assembly 308 includes a shaft 304 and rotors 306 supported in radial and axial directions by bearings 310, which are located along both sides of the rotor 308.

Многоступенчатый центробежный компрессор 300 принимает технологический газ из входного канала 312, ускоряет частицы технологического газа с помощью работы роторного узла 308 и затем подает технологический газ через различные расположенные между степенями каналы 314 (которые включают диффузоры и диффузорные лопатки, описанные ниже) под выходным давлением, которое выше, чем давление на входе. Технологический газ может, например, быть одним из следующих газов: атмосферным воздухом, углекислым газом, сероводородом, бутаном, метаном, этаном, пропаном, природным газом или их комбинацией. Между рабочими колесами 306 и подшипниками 310 расположены уплотнительные системы (не показаны) для предотвращения протекания технологического газа к подшипникам 310. Корпус 302 выполнен таким образом, что он закрывает как подшипники 310, так и уплотнительные системы, с тем чтобы предотвратить утечки газа из центробежного компрессора 300. Специалистам понятно, что центробежный компрессор 300, показанный на фиг.3, является чисто иллюстративным и что диффузоры и диффузорные лопатки, описанные ниже, могут использоваться в других компрессорах, например в последовательных, противоточных, осевых компрессорах, центробежных насосах, турбинах, турбодетандерах и т.п.A multi-stage centrifugal compressor 300 receives the process gas from the inlet 312, accelerates the process gas particles by operation of the rotor assembly 308, and then delivers the process gas through various inter-degree channels 314 (which include diffusers and diffuser vanes described below) at an outlet pressure that higher than inlet pressure. A process gas may, for example, be one of the following gases: atmospheric air, carbon dioxide, hydrogen sulfide, butane, methane, ethane, propane, natural gas, or a combination thereof. Between impellers 306 and bearings 310, sealing systems (not shown) are arranged to prevent process gas from flowing to bearings 310. Housing 302 is configured to cover both bearings 310 and sealing systems to prevent gas leakage from a centrifugal compressor 300. Those skilled in the art will appreciate that the centrifugal compressor 300 shown in FIG. 3 is purely illustrative and that the diffusers and diffuser vanes described below can be used in other compressors, for example p in sequential, counterflow, axial compressors, centrifugal pumps, turbines, turboexpander, etc.

Обратимся теперь к обсуждению диффузоров и формы их лопаток. Краткое обсуждение аэродинамических профилей и относящейся к ним терминологии поможет читателю лучше понять примерные варианты выполнения. Как показано на фиг.4, общий аэродинамический профиль 400 имеет переднюю кромку (LE) 402 и заднюю кромку (ТЕ) 404, причем передняя кромка 402 является концом профиля, которой первый контактирует с текучей средой и который тем самым разделяет текучую среду на верхний и нижний потоки, а задняя кромка 404 является другим концом профиля, где сходятся эти потоки текучей среды. Хорда 406 является прямой линией между LE 402 и ТЕ 404, в то время как средняя линия 408 профиля (также иногда называемая просто "средней линией") расположена посередине между верхней поверхностью 410 профиля 400 и его нижней поверхностью 412. Профиль 400 может иметь участок максимальной толщины 414, который может быть расположен на определенном расстоянии от передней кромки 402. Изменение этих (и других) параметров, связанных с профилем 400, будет приводить к изменениям аэродинамических характеристик.We turn now to a discussion of diffusers and the shape of their blades. A brief discussion of aerodynamic profiles and related terminology will help the reader better understand exemplary embodiments. As shown in FIG. 4, the common aerodynamic profile 400 has a leading edge (LE) 402 and a trailing edge (TE) 404, the leading edge 402 being the end of the profile, which first contacts the fluid and which thereby separates the fluid into the upper and lower flows, and trailing edge 404 is the other end of the profile where these fluid flows converge. The chord 406 is a straight line between the LE 402 and TE 404, while the center line 408 of the profile (also sometimes referred to simply as the “middle line”) is located in the middle between the upper surface 410 of the profile 400 and its lower surface 412. The profile 400 may have a maximum thickness 414, which can be located at a certain distance from the leading edge 402. Changing these (and other) parameters associated with the profile 400 will lead to changes in aerodynamic characteristics.

На фиг.5 проиллюстрирована некоторая дополнительная терминология, которая имеет отношение к использованию аэродинамических профилей в качестве диффузорных лопаток 500 в диффузорной секции 502 центробежного компрессора 300. Средние линии могут, например, быть построены как функции бета углов (или изменений бета углов) по всей длине диффузорной лопатки 500. Например, ориентация диффузорных лопаток 500, а также их форма определяет входные и выходные бета углы по отношению соответственно к передней и задней кромкам диффузорных лопаток 500. Более конкретно, как показано на фиг.5, входные и выходные бета углы определяются по отношению к (1) радиусам 504, 506, связанным с окружностями или дугами и представляющим положение передней кромки и задней кромки, проведенным через них (от оси вращения вала 104), и (2) выступам (по касательной к средней линии профиля лопатки) 508, 510, связанным с текущей кривизной в рассматриваемой точке. Хотя на фиг.5 бета углы показаны только для входных и выходных точек на диффузорной лопатке 500, бета углы металлических диффузорных лопаток 500 могут также быть вычислены для любой точки между передней и задней кромками и могут быть использованы для построения средних линий, как функции распределения бета углов, как описано ниже.Figure 5 illustrates some additional terminology that relates to the use of aerodynamic profiles as diffuser vanes 500 in the diffuser section 502 of the centrifugal compressor 300. The middle lines can, for example, be plotted as functions of beta angles (or changes in beta angles) over the entire length diffuser blades 500. For example, the orientation of the diffuser blades 500, as well as their shape determines the input and output beta angles with respect to the front and rear edges of the diffuser blades 500, respectively. On the contrary, as shown in FIG. 5, the input and output beta angles are determined with respect to (1) the radii 504, 506 associated with circles or arcs and representing the position of the leading edge and trailing edge drawn through them (from the axis of rotation of the shaft 104) , and (2) protrusions (tangent to the midline of the blade profile) 508, 510 associated with the current curvature at the point in question. Although in FIG. 5, the beta angles are shown only for the input and output points on the diffuser blade 500, the beta angles of the metal diffuser blades 500 can also be calculated for any point between the leading and trailing edges and can be used to draw midlines as a function of the beta distribution angles as described below.

В соответствии с примерными вариантами выполнения средние линии диффузорных лопаток являются S-образными, в результате чего, среди прочего, имеет место более сбалансированная нагрузка между передней и задней кромками лопатки по сравнению с вышеописанными формами диффузорных лопаток и связанными с ними средними линиями профиля. Пример диффузорной лопатки 600, имеющей S-образную среднюю линию 602 в соответствии с примерным вариантом выполнения, представлен на фиг.6. Хотя это и не легко увидеть на фиг.6, S-образная форма линии 602 является более очевидной на фиг.7, которая показывает S-образную линию 602 как функцию бета угла по всей длине лопатки 600 от передней кромки (0 по оси X) к задней кромке (100 по оси X). Для сравнения, прямая средняя линия 700 и конформно-отображенная средняя линия 702 также показаны на том же графике.According to exemplary embodiments, the center lines of the diffuser vanes are S-shaped, resulting in, among other things, a more balanced load between the leading and trailing edges of the vanes compared to the above-described forms of diffuser vanes and the associated center lines of the profile. An example of a diffuser blade 600 having an S-shaped center line 602 in accordance with an exemplary embodiment is shown in FIG. 6. Although not easily seen in FIG. 6, the S-shape of line 602 is more apparent in FIG. 7, which shows the S-shape of line 602 as a function of beta angle along the entire length of the blade 600 from the leading edge (0 along the X axis) to the trailing edge (100 along the X axis). In comparison, the straight midline 700 and the conformally displayed midline 702 are also shown in the same graph.

Хотя описанные в целом как S-образные средние линии, диффузорные лопатки в соответствии с этими примерными вариантами выполнения имеют средние линии, которые более конкретно определены, например, по меньшей мере алгебраическими уравнениями или функциями третьего порядка. Для сравнения, обычные лопатки диффузора, описанные выше в связи с фиг.2 (а) и 2(b), имеют средние линии, которые определяются линейными или квадратными уравнениями, то есть уравнениями первого и второго порядка. Таким образом, линии 602, связанные с диффузорными лопатками 600 по некоторым примерным вариантам выполнения, могут быть определены функциями вида:Although described generally as S-shaped center lines, diffuser vanes in accordance with these exemplary embodiments have center lines that are more specifically defined, for example, by at least algebraic equations or third-order functions. For comparison, the conventional diffuser vanes described above in connection with FIGS. 2 (a) and 2 (b) have midlines that are defined by linear or quadratic equations, i.e., first and second order equations. Thus, lines 602 associated with diffuser blades 600 in some exemplary embodiments can be determined by functions of the form:

y=ax3+bx2+сх+d.y = ax 3 + bx 2 + cx + d.

где а, b, с и d являются константами. where a, b, c and d are constants.

Как будет показано ниже, однако, средние линии, связанные с диффузорными лопатками в соответствии с другими примерными вариантами выполнения, могут быть описаны функциями другого типа.As will be shown below, however, center lines associated with diffuser vanes in accordance with other exemplary embodiments can be described by functions of a different type.

Другая S-образная средняя линия 800, связанная с диффузорной лопаткой в соответствии с примерным вариантом выполнения, показана на фиг.8. Здесь, изменение бета угла строится по длине диффузорной лопатки, выявляя снова S-образную характеристику средней линии. Характеристикой уравнений третьего порядка является то, что они имеют точки 802 перегиба, т.е. точку на функции или на графике, в которой кривизна (вторая производная) изменяет знак. В противоположность этому, функции средней линии, связанные с традиционными конструкциями, не имеют точек перегиба, как показано прямой средней линией и конформной средней линией, которые также показаны на фиг.8. Следует отметить, что все S-образные кривые, описанные здесь, не нужно использовать в создании диффузорных лопаток в соответствии с примерными вариантами выполнения, т.е. кривые могут быть срезаны и по-прежнему обеспечивать преимущества, описанные здесь. Например, часть кривой, изображенной на фиг.8 от 0,6 до 1 по оси X, может быть использована для формирования диффузорной лопатки в соответствии с примерным вариантом. Среди прочего, это обеспечивает форму диффузора, имеющую средние линии в соответствии с некоторыми примерными вариантами с Δβ величинами, которые больше, чем те, которые связаны с прямолинейной средней линией (а значит, и конформной-отображенной средней линией, как видно на фиг.8). Таким образом, специалистам будет понятно, что фраза "диффузорные лопатки, имеющие средние линии, определенные функцией, имеющей точку перегиба" включает в себя диффузорные лопатки, имеющие форму, определяемую срезанной версией таких функций, например, в том числе тех, где точка перегиба, определяемая функцией, была спрямлена.Another S-shaped midline 800 connected to the diffuser blade in accordance with an exemplary embodiment is shown in FIG. Here, a change in the beta angle is built along the length of the diffuser blade, again revealing the S-shaped characteristic of the midline. A characteristic of third-order equations is that they have inflection points 802, i.e. a point on the function or on the graph at which the curvature (second derivative) changes sign. In contrast, midline functions associated with traditional designs do not have inflection points, as shown by a straight middle line and a conformal middle line, which are also shown in FIG. It should be noted that all S-shaped curves described here do not need to be used in creating diffuser blades in accordance with exemplary embodiments, i.e. curves can be cut and still provide the benefits described here. For example, a portion of the curve depicted in FIG. 8 from 0.6 to 1 along the X axis can be used to form a diffuser blade in accordance with an exemplary embodiment. Among other things, this provides a diffuser shape having center lines in accordance with some exemplary options with Δβ values that are larger than those associated with a straight linear center line (and hence a conformal-mapped middle line, as can be seen in FIG. 8 ) Thus, it will be understood by those skilled in the art that the phrase “diffuser vanes having midlines defined by a function having an inflection point” includes diffuser vanes having a shape defined by a truncated version of such functions, for example, including those where the inflection point, defined by function, has been rectified.

При использовании S-образных лопаток диффузора, как описано выше, в результате разгружается часть лопатки вблизи передней кромки при расчетных условиях и нагрузка постепенно увеличивается до максимальной к средней части лопатки. Ненагруженная передняя кромка в соответствии с примерными вариантами выполнения будет меньше страдать от отрыва потока при более низких расходах, тем самым увеличивая левый предел рабочей характеристики компрессора. Эти преимущества, связанные с примерными вариантами выполнения, показаны с помощью различных результатов моделирования, описанных ниже и показанных на фиг.9-11.When using S-shaped diffuser blades, as described above, as a result, part of the blade is unloaded near the leading edge under design conditions and the load gradually increases to the maximum towards the middle part of the blade. An unloaded leading edge in accordance with exemplary embodiments will suffer less from flow separation at lower flow rates, thereby increasing the left compressor performance limit. These advantages associated with exemplary embodiments are shown using the various simulation results described below and shown in FIGS. 9-11.

Фиг.9 иллюстрирует результаты, связанные с двумя моделированиями, проведенными для (1) лопаточного диффузора с прямой средней линией, построенной как линии 910, 912, и для (2) лопаточного диффузора с S-образным профилем (на основе сигмоидной функции, как описано ниже) в соответствии с этими примерными вариантами, показанными линиями 900 и 902. Модель турбулентности, используемая в моделировании, была модель Wilcox к-w, с расчетной областью, состоящей из одного межлопаточного канала рабочего колеса (индуктор, одна лопатка с полной длиной и одна разделенная лопатка в случае рабочего колеса с разделенными лопатками) и одного межлопаточного канала диффузора. Диффузорные лопатки в этой модели были разработаны как лопатки низкой прочности. Интерфейс между вращающейся областью и невращающейся областью в этой модели был определен как 50% от расстояния между задней кромкой рабочего колеса и передней кромкой диффузорной лопатки. Вычисления, связанные с этим моделированием, проводились с общим давлением и общей температурой, указанной на входе, и массовым расходом, указанным на выходе. Предполагалось, что все внешние стенки являются адиабатическими, а протечки потока через уплотнения рабочего колеса - незначительными и не моделировались. Рабочее колесо выше по течению было смоделировано как имеющее расчетный коэффициент потока 0,0206 и периферическое число Маха 0,3.Fig. 9 illustrates the results associated with two simulations performed for (1) a blade diffuser with a straight center line constructed as lines 910, 912, and for (2) a blade diffuser with an S-shaped profile (based on a sigmoid function, as described below) in accordance with these exemplary options shown by lines 900 and 902. The turbulence model used in the simulation was the Wilcox k-w model, with a design region consisting of one interscapular impeller channel (inductor, one full-length blade and one divided into I have a blade in the case of an impeller with separated blades) and one diffuser interscapular channel. The diffuser vanes in this model were designed as low strength vanes. The interface between the rotating region and the non-rotating region in this model was defined as 50% of the distance between the trailing edge of the impeller and the leading edge of the diffuser blade. The calculations associated with this simulation were carried out with the total pressure and the total temperature indicated at the inlet and the mass flow rate indicated at the outlet. It was assumed that all external walls are adiabatic, and the flow leakage through the impeller seals is insignificant and not modeled. The upstream impeller was modeled as having a calculated flow coefficient of 0.0206 and a peripheral Mach number of 0.3.

Результаты, приведенные на фиг.9, показывают повышение эффективности примерно на 0,5 пунктов на расчетной точке центробежного компрессора и примерно на 2 пункта вблизи левой стороны рабочей кривой, т.е. при 75% потока. Этот результат имеет тенденцию подтверждать упомянутый выше вывод о том, что примерные варианты увеличивают границу по помпажу для центробежных компрессоров. Также отмечено падение эффективности на правой стороне графика по отношению к центробежному компрессору, смоделированному с диффузорными лопатками, имеющими прямую среднюю линию.The results shown in Fig. 9 show an increase in efficiency of about 0.5 points at the design point of the centrifugal compressor and about 2 points near the left side of the operating curve, i.e. at 75% flow. This result tends to confirm the above conclusion that exemplary options increase the surge margin for centrifugal compressors. Also, a drop in efficiency is noted on the right side of the graph with respect to a centrifugal compressor modeled with diffuser blades having a straight center line.

Другое моделирование, результаты которого приведены на фиг.10 и 11, было проведено по отношению к центробежным компрессорам с диффузорными лопатками с конформно-отображенными средними линиями (функции 1000 и 1100), прямыми средними линиями (функции 1004, 1104) и с безлопаточными диффузорами (функции 1006, 1106), с полученной примерной S-образной средней линией, показанной на графике как функцией 1002 и 1102. На фиг.10 показана более высокая общая эффективность примерных вариантов выполнения. В частности, это сравнение показывает, что, например, в этом варианте выполнения было повышение эффективности примерно на 1,5 процента на левой части рабочего диапазона по сравнению с центробежным компрессором с диффузорами с прямой средней линией, хотя и несколько ниже, чем эффективность компрессора с конформной отображенной средней линией. Кроме того, на правой стороне графика на фиг.10 можно видеть, что S-образная средняя линия в соответствии с примерными вариантами выполнения выполняется намного лучше с точки зрения эффективности, чем конформные отображенные средние линии, и лишь немного ниже прямой средней линии.Another simulation, the results of which are shown in FIGS. 10 and 11, was carried out with respect to centrifugal compressors with diffuser vanes with conformally displayed middle lines (functions 1000 and 1100), straight middle lines (functions 1004, 1104) and with bezelless diffusers ( functions 1006, 1106), with the obtained approximate S-shaped middle line shown in the graph as a function of 1002 and 1102. FIG. 10 shows a higher overall efficiency of the exemplary embodiments. In particular, this comparison shows that, for example, in this embodiment, there was an increase in efficiency of about 1.5 percent on the left side of the operating range compared to a centrifugal compressor with diffusers with a straight middle line, although slightly lower than the efficiency of a compressor with conformal mapped midline. In addition, on the right side of the graph in FIG. 10, it can be seen that the S-shaped midline in accordance with exemplary embodiments is much better in terms of efficiency than the conformal displayed midlines, and only slightly below the straight midline.

Подводя итог, некоторое повышение эффективности и преимущества, связанные с использованием диффузорных лопаток, имеющих S-образную среднюю линию в центробежных компрессорах, включают в себя: повышение эффективности в направлении левого (нижнего) рабочего диапазона, тем самым увеличивая предел компрессора по помпажу, лучшая или сопоставимая эффективность в расчетной точке по отношению к другим конструкциям и низкая эффективность в направлении предела по дросселированию относительно некоторых конструкций (т.е., за исключением конструкций с конформными отображенными средними линиями).To summarize, some improvement in efficiency and benefits associated with the use of diffuser vanes having an S-shaped midline in centrifugal compressors include: increasing efficiency in the direction of the left (lower) operating range, thereby increasing the compressor's surge limit, better or comparable efficiency at the design point with respect to other structures and low efficiency in the direction of the throttle limit relative to some structures (i.e., with the exception of the design with conformal displayed midlines).

Это моделирование также показало более высокий подъем политропного напора для диффузора с S-образной средней линией в соответствии с примерным вариантом выполнения по отношению к диффузору с прямой средней линией и безлопаточному диффузору, как показано на фиг.11. При этом видно, что повышение напора на 6,5% было измерено для функции 1102 диффузора с S-образный средней линией в соответствии с примерным вариантом выполнения по сравнению с 5,2% повышением напора для функции 1104 диффузора с прямой средней линией и с 6,2% повышением напора для безлопаточного диффузора. Функция 1100 диффузора с конформным отображением показывает чуть лучший подъем напора, чем подъем в примерном варианте 1102 выполнения.This simulation also showed a higher rise in polytropic head for a diffuser with an S-shaped middle line in accordance with an exemplary embodiment with respect to a diffuser with a straight middle line and a bladeless diffuser, as shown in Fig. 11. It can be seen that a pressure increase of 6.5% was measured for function 1102 of the diffuser with an S-shaped middle line in accordance with an exemplary embodiment, compared with 5.2% increase in pressure for function 1104 of a diffuser with a straight middle line and with 6 , 2% increase in pressure for a bladeless diffuser. Conformal display diffuser function 1100 shows a slightly better head lift than lift in exemplary embodiment 1102.

Примерные варианты также включают в себя способ изготовления турбомашины, который может быть выражен показанной на фиг.12 блок-схемой. В этой блок-схеме на этапе 1200 используют роторный узел, содержащий по меньшей мере одно рабочее колесо. Роторный узел на этапе 1202 присоединяют к подшипниковому узлу, который с возможностью вращения поддерживает роторный узел. На этапе 1204 используют статорный узел, содержащий по меньшей мере один диффузор, присоединенный к выходной части рабочего колеса и содержащий лопатки, по меньшей мере одна из которых имеет среднюю линию профиля, заданную функцией, имеющей точку перегиба.Exemplary options also include a method of manufacturing a turbomachine, which may be expressed in the flowchart shown in FIG. In this flowchart, at 1200, a rotor assembly is used comprising at least one impeller. The rotor assembly in step 1202 is attached to a bearing assembly that rotatably supports the rotor assembly. At step 1204, a stator assembly is used comprising at least one diffuser attached to the outlet of the impeller and containing vanes, at least one of which has a midline profile defined by a function having an inflection point.

В дополнение к производству центробежных компрессоров с диффузорными лопатками, имеющими S-образные средние линии, в соответствии с этими различными примерными вариантами выполнения, может также иметь место желание модифицировать существующие центробежные компрессоры с безлопаточными диффузорами или с диффузорами с лопатками другой формы, оснастив их диффузорами, имеющими S-образные средние линии в соответствии с примерными вариантами выполнения, чтобы, например, повысить эффективность по отношению к безлопаточным диффузорам или уменьшить сужение диапазона, связанное с существующими лопаточными диффузорами. Таким образом, примерные варианты выполнения далее планировать производство самих диффузоров для модернизации и/или ремонта существующих компрессоров. In addition to producing centrifugal compressors with diffuser vanes having S-shaped center lines, in accordance with these various exemplary embodiments, there may also be a desire to modify existing centrifugal compressors with vanes without diffusers or with diffusers with vanes of a different shape, equipping them with diffusers, having S-shaped center lines in accordance with exemplary embodiments, in order, for example, to increase efficiency with respect to the bladeless diffusers or the mind nshit range restriction associated with existing vane diffuser. Thus, exemplary embodiments further plan the production of the diffusers themselves for the modernization and / or repair of existing compressors.

Фиг.13 иллюстрирует примерный диффузор 1300, содержащий внутреннюю кольцевую стенку 1302, внешнюю кольцевую стенку 1304, пластину 1306, расположенную между внутренней кольцевой стенкой 1302 и внешней кольцевой стенкой 1304, и диффузорные лопатки 1308, расположенные на пластине 1306. Одна или несколько диффузорных лопаток 1308 имеют S-образную среднюю линию, т.е. линию, определяемую функцией, имеющей точку перегиба. Диффузор 1300 может быть диффузором с высокопрочными или непрочными аэродинамическими профилями. В соответствии с некоторыми примерными вариантами S-образные лопатки диффузора, обсуждаемые здесь, могут использоваться с диффузорами 1300, которые имеют более чем 10 лопаток 1308.13 illustrates an exemplary diffuser 1300 comprising an inner annular wall 1302, an outer annular wall 1304, a plate 1306 located between the inner annular wall 1302 and the outer annular wall 1304, and diffuser vanes 1308 located on the plate 1306. One or more diffuser vanes 1308 have an S-shaped midline, i.e. a line defined by a function having an inflection point. The diffuser 1300 may be a diffuser with high strength or weak aerodynamic profiles. In some exemplary embodiments, the S-shaped diffuser blades discussed herein can be used with diffusers 1300 that have more than 10 blades 1308.

Как упоминалось выше, алгебраические уравнения третьего порядка могут использоваться для определения средних линий в соответствии с некоторыми примерными вариантами выполнения. Однако уравнения других типов, например, экспоненциальные уравнения, также могут использоваться для определения средних линий в соответствии с примерными вариантами выполнения. Например, сигмоидные функции или функции Гомперца также могут использоваться для определения средних линий в соответствии с примерными вариантами выполнения. Сигмоидные функции, также известные как логистические функции, могут быть выражены как:As mentioned above, third-order algebraic equations can be used to determine midlines in accordance with some exemplary embodiments. However, other types of equations, for example, exponential equations, can also be used to determine midlines in accordance with exemplary embodiments. For example, sigmoid functions or Gompertz functions can also be used to define midlines in accordance with exemplary embodiments. Sigmoid functions, also known as logistic functions, can be expressed as:

Y = 1 1 + e x

Figure 00000003
Y = one one + e - x
Figure 00000003

в то время как функции Гомперца имеют вид:while the Gompertz functions are of the form:

y = a e [ b e ( c x ) ]

Figure 00000004
y = a e [ - b e ( - c x ) ]
Figure 00000004

Как и описанные выше алгебраические уравнения третьего порядка, эти экспоненциальные уравнения также создают функции, которые имеют точки перегиба.Like the third-order algebraic equations described above, these exponential equations also create functions that have inflection points.

Кроме того, полиномиальные функции более высокого порядка, например четвертого порядка и выше, также могут использоваться для получения той же S-формы. Кроме того, согласно другим примерным вариантам выполнения более сложные формы (с несколькими точками перегиба) могут быть специально разработаны для конкретного применения. Один из способов определения таких обобщенных кривых состоит в использовании кривых Безье. Кривая Безье, образующая S-образную форму средних линий в соответствии с примерными вариантами выполнения, может быть описана как показано на фиг.14. В этом случае, форма средней линии определяется значениями координат контрольных точек 1401 и 1402 с координатами (X1, Y1) и (X2, Y2), соответственно. Большее количество контрольных точек может использоваться для определения кривых более высокого порядка, имеющих несколько точек перегиба.In addition, polynomial functions of a higher order, for example, fourth order and higher, can also be used to obtain the same S-form. In addition, according to other exemplary embodiments, more complex shapes (with multiple inflection points) may be specifically designed for a particular application. One way to define such generalized curves is to use Bezier curves. A Bezier curve forming an S-shape of midlines in accordance with exemplary embodiments can be described as shown in FIG. In this case, the shape of the midline is determined by the coordinates of the control points 1401 and 1402 with the coordinates (X1, Y1) and (X2, Y2), respectively. More control points can be used to define higher-order curves having multiple inflection points.

Описанные выше примерные варианты выполнения предназначены для иллюстрации в целом настоящего изобретения, не ограничивая его. Таким образом, настоящее изобретение может иметь множество вариаций в детальной реализации, которые могут быть получены из приведенного здесь описания специалистом в данной области. Все такие изменения и модификации считаются находящимися в пределах объема и сущности настоящего изобретения, как определено в формуле изобретения. Ни один элемент, действие или инструкция, используемые в описании настоящей заявки, не следует рассматривать как критическое или важное для изобретения, если это явно не описано как таковое. Кроме того, упоминание элементов в единственном числе предполагает наличие одного или более элементов.The exemplary embodiments described above are intended to illustrate the entire invention without limiting it. Thus, the present invention may have many variations in the detailed implementation, which can be obtained from the description given here by a specialist in this field. All such changes and modifications are deemed to be within the scope and spirit of the present invention, as defined in the claims. No element, action or instruction used in the description of this application should be construed as critical or important for the invention, unless explicitly described as such. In addition, the mention of the elements in the singular implies the presence of one or more elements.

Claims (20)

1. Турбомашина, содержащая:
роторный узел, имеющий по меньшей мере одно рабочее колесо,
подшипник, соединенный с роторным узлом и предназначенный для его поддержки с возможностью вращения, и
статор, содержащий по меньшей мере один диффузор, соединенный с выходной частью рабочего колеса,
при этом указанный по меньшей мере один диффузор содержит диффузорные лопатки, по меньшей мере одна из которых имеет среднюю линию профиля, определенную функцией, имеющей точку перегиба.
1. A turbomachine containing:
a rotor assembly having at least one impeller,
a bearing connected to the rotor assembly and intended to be rotatably supported, and
a stator containing at least one diffuser connected to the output of the impeller,
wherein said at least one diffuser comprises diffuser vanes, at least one of which has an average profile line defined by a function having an inflection point.
2. Турбомашина по п.1, в которой указанной функцией является y=ax3+bx2+сх+d, где a, b, с и d являются константами.2. The turbomachine according to claim 1, wherein said function is y = ax 3 + bx 2 + cx + d, where a, b, c and d are constants. 3. Турбомашина по п.1, в которой указанная функция является полиномиальной функцией более высокого порядка, сигмоидной функцией, функцией Гомперца или кривой Безье.3. The turbomachine according to claim 1, wherein said function is a higher order polynomial function, a sigmoid function, a Gompertz function, or a Bezier curve. 4. Турбомашина по п.1, в которой указанная функция является экспоненциальной функцией.4. The turbomachine according to claim 1, wherein said function is an exponential function. 5. Турбомашина по п.1, в которой часть указанной по меньшей мере одной диффузорной лопатки, расположенная вблизи передней кромки, по существу не нагружена при работе в расчетных условиях, при этом нагрузка постепенно увеличивается до своего максимального значения к средней части указанной по меньшей мере одной диффузорной лопатки.5. The turbomachine according to claim 1, in which a portion of the at least one diffuser blade located near the leading edge is not substantially loaded when operating under design conditions, while the load gradually increases to its maximum value to the middle part of the at least one diffuser blade. 6. Турбомашина по п.1, в которой каждая из указанных диффузорных лопаток прикреплена к ступице или покрывающему диску.6. The turbomachine according to claim 1, in which each of these diffuser blades is attached to the hub or covering disk. 7. Турбомашина по любому из пп.1-6, в которой указанная функция является кривой Безье.7. A turbomachine according to any one of claims 1 to 6, wherein said function is a Bezier curve. 8. Способ изготовления турбомашины, включающий:
использование роторного узла, содержащего по меньшей мере одно рабочее колесо,
присоединение роторного узла к подшипниковому узлу для поддержки роторного узла с возможностью вращения, и
использование статорного узла, содержащего по меньшей мере один диффузор, соединенный с выходной частью рабочего колеса,
при этом указанный по меньшей мере один диффузор содержит диффузорные лопатки, по меньшей мере одна из которых имеет среднюю линию профиля, определенную функцией, имеющей точку перегиба.
8. A method of manufacturing a turbomachine, including:
use of a rotor assembly comprising at least one impeller,
attaching the rotor assembly to the bearing assembly to support rotation of the rotor assembly, and
the use of a stator assembly containing at least one diffuser connected to the output part of the impeller,
wherein said at least one diffuser comprises diffuser vanes, at least one of which has an average profile line defined by a function having an inflection point.
9. Способ по п.8, в котором указанной функцией является y=ax3+bx2+cx+d, где a, b, c и d являются константами.9. The method of claim 8, wherein said function is y = ax 3 + bx 2 + cx + d, where a, b, c and d are constants. 10. Способ по п.8, в котором указанная функция является полиномиальной функцией более высокого порядка, сигмоидной функцией, функцией Гомперца или кривой Безье.10. The method of claim 8, wherein said function is a higher order polynomial function, a sigmoid function, a Gompertz function, or a Bezier curve. 11. Способ по п.8, в котором указанная функция является экспоненциальной функцией.11. The method of claim 8, wherein said function is an exponential function. 12. Способ по п.8, в котором часть указанной по меньшей мере одной диффузорной лопатки, расположенная вблизи передней кромки, по существу не нагружена при работе в расчетных условиях, при этом нагрузка постепенно увеличивается до своего максимального значения к средней части указанной по меньшей мере одной диффузорной лопатки.12. The method according to claim 8, in which a portion of the at least one diffuser blade located near the leading edge is not substantially loaded when operating under design conditions, the load gradually increasing to its maximum value to the middle part of the specified at least one diffuser blade. 13. Способ по п.8, в котором дополнительно прикрепляют каждую из указанных диффузорных лопаток к ступице или покрывающему диску.13. The method of claim 8, in which each of these diffuser blades is further attached to a hub or covering disc. 14. Способ по любому из пп.8-13, в котором указанная функция является кривой Безье.14. The method according to any one of claims 8 to 13, wherein said function is a Bezier curve. 15. Диффузор, содержащий:
внутреннюю кольцевую стенку,
внешнюю кольцевую стенку,
пластину, расположенную между внутренней кольцевой стенкой и внешней кольцевой стенкой, и
диффузорные лопатки, расположенные на пластине, причем по меньшей мере одна из диффузорных лопаток имеет среднюю линию профиля, определенную функцией, имеющей точку перегиба.
15. A diffuser containing:
inner annular wall
outer annular wall
a plate located between the inner annular wall and the outer annular wall, and
diffuser vanes located on the plate, and at least one of the diffuser vanes has a midline profile defined by a function having an inflection point.
16. Диффузор по п.15, в котором указанной функцией является y=ax3+bx2+cx+d, где а, b, с и d являются константами.16. The diffuser according to claim 15, wherein said function is y = ax 3 + bx 2 + cx + d, where a, b, c and d are constants. 17. Диффузор по п.15, в котором указанная функция является полиномиальной функцией более высокого порядка, сигмоидной функцией, функцией Гомперца или кривой Безье.17. The diffuser according to claim 15, wherein said function is a higher order polynomial function, a sigmoid function, a Gompertz function, or a Bezier curve. 18. Диффузор по п.15, в котором указанная функция является экспоненциальной функцией.18. The diffuser of claim 15, wherein said function is an exponential function. 19. Диффузор по п.15, в котором часть указанной по меньшей мере одной диффузорной лопатки, расположенная вблизи передней кромки, по существу не нагружена при работе в расчетных условиях, при этом нагрузка постепенно увеличивается до своего максимального значения к средней части указанной по меньшей мере одной диффузорной лопатки.19. The diffuser according to clause 15, in which part of the specified at least one diffuser blades located near the leading edge, is essentially not loaded during operation under design conditions, while the load gradually increases to its maximum value to the middle part of the specified at least one diffuser blade. 20. Диффузор по любому из пп.15-19, в котором указанная функция является кривой Безье. 20. A diffuser according to any one of claims 15-19, wherein said function is a Bezier curve.
RU2013110571/06A 2010-08-12 2010-08-12 Radial diffuser blade for centrifugal compressors RU2581686C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2010/061788 WO2012019650A1 (en) 2010-08-12 2010-08-12 Radial diffuser vane for centrifugal compressors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013110571A RU2013110571A (en) 2014-09-20
RU2581686C2 true RU2581686C2 (en) 2016-04-20

Family

ID=43876985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013110571/06A RU2581686C2 (en) 2010-08-12 2010-08-12 Radial diffuser blade for centrifugal compressors

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20130224004A1 (en)
EP (1) EP2603703A1 (en)
KR (1) KR20140005145A (en)
CN (1) CN103154526A (en)
AU (1) AU2010358891A1 (en)
CA (1) CA2811348A1 (en)
RU (1) RU2581686C2 (en)
WO (1) WO2012019650A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU185913U1 (en) * 2018-09-24 2018-12-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Centrifugal compressor blade diffuser
RU2785571C1 (en) * 2019-05-09 2022-12-08 НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. Stator vane for a centrifugal compressor

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102996504B (en) * 2012-12-14 2015-06-10 清华大学 Centrifugal impeller flow passage design method for controlling slope distribution
FR3003908B1 (en) 2013-03-28 2017-07-07 Turbomeca DIFFUSER WITH FINES OF A RADIAL OR MIXED COMPRESSOR
US9574562B2 (en) 2013-08-07 2017-02-21 General Electric Company System and apparatus for pumping a multiphase fluid
US10527059B2 (en) 2013-10-21 2020-01-07 Williams International Co., L.L.C. Turbomachine diffuser
CN103541774B (en) * 2013-11-14 2015-06-17 上海汽轮机厂有限公司 Method for designing turbine blades
US10024335B2 (en) 2014-06-26 2018-07-17 General Electric Company Apparatus for transferring energy between a rotating element and fluid
EP3088663A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Method for profiling a blade
DE102015107907A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Eben Strömungsleitgitter
DE102015006458A1 (en) * 2015-05-20 2015-12-03 Daimler Ag Guide vane for a diffuser of a centrifugal compressor
CN104912850B (en) * 2015-05-21 2017-03-01 合肥通用机械研究院 Radial guide vane structure with streamline structure
CN105201916B (en) * 2015-09-17 2017-08-01 浙江工业大学之江学院 A kind of spatial guide blade centrifugal pump Hydraulic Design Method
EP3707388A4 (en) * 2017-11-06 2021-08-04 Isaacs Hydropermutation Technologies, Inc. Machine and process for filterless wet removal of particles from and humidification of air
KR102083168B1 (en) * 2017-11-07 2020-03-02 주식회사 에어로네트 Impeller having primary blades and secondary blades
US11286952B2 (en) 2020-07-14 2022-03-29 Rolls-Royce Corporation Diffusion system configured for use with centrifugal compressor
US11536286B2 (en) 2020-07-30 2022-12-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Systems and methods for improving airflow in a centrifugal blower
CN113653649B (en) * 2021-09-09 2022-12-02 江苏大学 Interstage flow channel structure for improving performance of secondary impeller of multi-stage pump
US20240060507A1 (en) * 2022-08-22 2024-02-22 FoxRES LLC Sculpted Low Solidity Vaned Diffuser
US11873730B1 (en) * 2022-11-28 2024-01-16 Rtx Corporation Gas turbine engine airfoil with extended laminar flow

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3926152C2 (en) * 1989-07-19 1991-05-08 Sulzer-Escher Wyss Gmbh, 7980 Ravensburg, De
SU1760178A1 (en) * 1990-02-28 1992-09-07 И.К Попов Centrifugal compressor vane diffuser
WO1999061801A1 (en) * 1998-05-28 1999-12-02 Ebara Corporation Turbomachinery
RU47457U1 (en) * 2004-09-29 2005-08-27 Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования (Црно) STEP GUIDE DEVICE FOR SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1047663A (en) * 1911-05-22 1912-12-17 Franz Lawaczeck Turbine compressor or pump for elastic fluids.
FR440487A (en) * 1912-02-22 1912-07-11 Franz Lawaczeck Turbomachine
FR1232326A (en) * 1958-07-07 1960-10-07 Commissariat Energie Atomique Improvements to supersonic compressors
US3973872A (en) * 1975-08-01 1976-08-10 Konstantin Pavlovich Seleznev Centrifugal compressor
JPS58167900A (en) * 1982-03-29 1983-10-04 Hitachi Ltd Diffuser equipped with guide vane
US4946348A (en) * 1989-02-14 1990-08-07 Airflow Research & Manufacturing Corporation Centrifugal fan with airfoil vanes in annular volute envelope
US6565334B1 (en) * 1998-07-20 2003-05-20 Phillip James Bradbury Axial flow fan having counter-rotating dual impeller blade arrangement
US6543997B2 (en) * 2001-07-13 2003-04-08 General Electric Co. Inlet guide vane for axial compressor
JP2005282490A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp Program and method for preparing aerofoil profile
AU2009259850B2 (en) * 2008-06-20 2013-06-13 Philadelphia Mixing Solutions, Ltd. Combined axial-radial intake impeller with circular rake
US8511981B2 (en) * 2010-07-19 2013-08-20 Cameron International Corporation Diffuser having detachable vanes with positive lock

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3926152C2 (en) * 1989-07-19 1991-05-08 Sulzer-Escher Wyss Gmbh, 7980 Ravensburg, De
SU1760178A1 (en) * 1990-02-28 1992-09-07 И.К Попов Centrifugal compressor vane diffuser
WO1999061801A1 (en) * 1998-05-28 1999-12-02 Ebara Corporation Turbomachinery
RU47457U1 (en) * 2004-09-29 2005-08-27 Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования (Црно) STEP GUIDE DEVICE FOR SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU185913U1 (en) * 2018-09-24 2018-12-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Centrifugal compressor blade diffuser
RU2785571C1 (en) * 2019-05-09 2022-12-08 НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. Stator vane for a centrifugal compressor

Also Published As

Publication number Publication date
CN103154526A (en) 2013-06-12
EP2603703A1 (en) 2013-06-19
KR20140005145A (en) 2014-01-14
CA2811348A1 (en) 2012-02-16
WO2012019650A1 (en) 2012-02-16
US20130224004A1 (en) 2013-08-29
AU2010358891A1 (en) 2013-03-21
RU2013110571A (en) 2014-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2581686C2 (en) Radial diffuser blade for centrifugal compressors
US10634157B2 (en) Centrifugal compressor impeller with non-linear leading edge and associated design method
EP2138724A2 (en) Centrifugal compressor having vaneless diffuser and vanelees diffuser thereof
US20160281732A1 (en) Impeller with offset splitter blades
EP2734735B1 (en) Multistage centrifugal turbomachine
US20160281727A1 (en) Apparatus, system, and method for compressing a process fluid
EP3063414B1 (en) Centrifugal compressor impeller with blades having an s-shaped trailing edge
EP3196477A1 (en) Centrifugal impeller and centrifugal compressor
RU2667855C2 (en) Compressor impeller
US11047393B1 (en) Multi-stage centrifugal compressor, casing, and return vane
US11788557B1 (en) Centrifugal acceleration stabilizer
EP4112944A1 (en) Impeller and centrifugal compressor
RU2294462C1 (en) Device forming passage area of intervane channel of centrifugal compressor radial diffuser
Bygrave et al. Upgrading the performance of a centrifugal barrel compressor family
JP2017172569A (en) Axial flow compressor