CN106460537B - 具有不同形状翼片的用于不对称流的涡轮机入口喷嘴 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备的仓室可包括：设置成穿过仓室的通孔；设置成紧接通孔的周边边缘的多个入口导向翼片，该多个入口导向翼片包括具有对称轮廓的第一组入口导向翼片、第二组入口导向翼片，以及第三组入口导向翼片，其中，第二组和第三组中的每个入口导向翼片均具有弧形轮廓，并且其中，第三组中的每个入口导向翼片均具有与第三组中的每个其它入口导向翼片不同的弧形轮廓。

Description

具有不同形状翼片的用于不对称流的涡轮机入口喷嘴
技术领域
文中所公开的主题主要涉及用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备，并且更具体地涉及涡轮机械，例如离心压缩机。
背景技术
常规的涡轮机械，例如离心压缩机，通常包括仓室，其构造成将来自入口的工作气体（例如，空气、天然气、碳氢化合物、二氧化碳等）引导至一个或更多个叶轮以促进将能量从叶轮传递至工作气体。为了在期望的流动路径中引导工作气体流穿过仓室并通往叶轮，许多入口导向翼片对称地设置在仓室内。在一些变型中，为了校正因质量流方面的变动而引起的通向压缩机的入口旋涡，每个入口导向翼片均可围绕其轴线旋转，从而改善操作。然而，发明人注意到，入口导向翼片的此类构造引起进入仓室中的损失，从而不利地影响压缩机性能和降低压缩机的效率。
因此，发明人提供一种用于在旋转元件和流体之间传递能量的改进设备。
发明内容
文中提供了用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备的实施例。
在一些实施例中，用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备的仓室可包括：设置成穿过仓室的通孔；设置成紧接（或邻近）通孔的周边边缘的多个入口导向翼片，该多个入口导向翼片包括具有对称轮廓的第一组入口导向翼片、第二组入口导向翼片，以及第三组入口导向翼片，其中，第二组和第三组中的每个入口导向翼片均具有弧形轮廓，并且其中，第三组中的每个入口导向翼片均具有与第三组中的每个其它入口导向翼片不同的弧形轮廓。
在一些实施例中，用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备可包括：壳体，其具有入口以容许流体流进入壳体中；仓室，其限定流体地联接至入口的流动路径，该仓室具有设置成穿过仓室的通孔；设置成紧接通孔的周边边缘的多个入口导向翼片，该多个入口导向翼片包括具有对称轮廓的第一组入口导向翼片、第二组入口导向翼片，以及第三组入口导向翼片，其中，第二组和第三组中的每个入口导向翼片均具有弧形轮廓，并且其中，第三组中的每个入口导向翼片均具有与第三组中的每个其它入口导向翼片不同的弧形轮廓。
参看附图和详细描述，将进一步地理解本发明的实施例的前述和其它特征。
附图说明
在上文简要概述并在下文更为详细讨论的本发明的实施例可通过参考附图中所绘本发明的例示性实施例来理解。然而，注意的是，附图仅是例示本发明的典型实施例并且因此不应认为是在范围方面的限制，因为本发明可允许其它同等有效的实施例。
图1为根据本发明的一些实施例的用于在旋转元件和流体之间传递能量的示例性设备的一部分的局部截面视图。
图2描绘根据本发明的一些实施例的图1的设备关于图1的线2-2的部分。
图3描绘根据本发明的一些实施例的图1的设备关于图1的线2-2的部分。
图4描绘根据本发明的一些实施例的图1的设备关于图1的线2-2的部分。
图5为根据本发明的一些实施例的适于结合图1的设备使用的入口导向翼片的侧视图。
图6为根据本发明的一些实施例的适于结合图1的设备使用的入口导向翼片的顶视图。
图7为根据本发明的一些实施例的适于结合图1的设备使用的入口导向翼片的侧视图。
图8为根据本发明的一些实施例的适于结合图1的设备使用的入口导向翼片的顶视图。
为了帮助理解，在尽可能的情况下，相同的参考标号用来标明对于附图共同的相同元件。附图未按比例绘制并且可为清楚起见而简化。设想的是，一个实施例的元件和特征可有益地结合到其它实施例中而无需另外叙述。
具体实施方式
文中提供了用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备的实施例。本发明的设备有利地提供一种具有多个入口导向翼片的仓室，这些入口导向翼片构造成降低或消除在仓室中否则将由常规构造的入口导向翼片引起的损失，从而提高设备的效率。尽管并非意图限制，但发明人注意到，本发明的设备可在包括压缩机（举例而言，例如离心压缩机）的应用中是特别有利的。
图1为根据本发明的一些实施例的用于在旋转元件和流体之间传递能量的示例性设备100的一部分的局部截面视图。设备100可为适用于帮助在旋转元件和流体之间传递能量的任何设备，举例而言，例如离心压缩机的涡轮机等。
设备（压缩机）100通常包括限定内部腔体102的本体128、多个流动路径104，以及入口108和出口110，其中，入口108和出口110流体地联接至该多个流动路径104。具有联接至其上的多个叶轮106的可旋转轴114至少部分地设置在内部腔体102内。在一些实施例中，壳体（部分地示出）112可设置成围绕本体128。
在一些实施例中，可旋转轴114可经由马达120在内部腔体102内旋转。马达120可为适用于以期望速度旋转可旋转轴114的任何类型的马达，例如电动马达、液压马达、燃烧发动机等。
在一些实施例中，工作气体（例如，空气、天然气、碳氢化合物、二氧化碳等）经由仓室118朝向叶轮106引导。仓室118通常包括流体地联接至本体128的入口108上的入口126、流体地联接至入口126的通孔124以及构造成从入口126引导工作气体通往通孔124的弯曲内表面130。在一些实施例中，仓室118可至少部分地由本体128形成，例如，如图1中所示。在一些实施例中，具有与仓室118的通孔124同心的通孔122的环116可设置在仓室118内以进一步地促进工作气体在期望的流动路径中从入口108流动至叶轮106。
在压缩机100的示例性操作中，轴114和叶轮106可经由马达120在内部腔体102内旋转。工作气体经由通过叶轮106的旋转引起的吸取力汲取到本体128的入口108中并且经由仓室118引导至叶轮106。工作气体经由工作气体流经叶轮106和流动路径104来加压并且然后经由出口110从本体128排出。
发明人注意到，常规的压缩机典型地包括许多对称的入口导向翼片，其设置在仓室（例如，上文所述的仓室118）内以在期望的流动路径中引导工作气体流经仓室并通往多个叶轮（例如，上文所述的叶轮106）。在一些变型中，为了校正因质量流方面的变动而引起的通向压缩机的入口旋涡，每个入口导向翼片均可围绕入口导向翼片的中心轴线旋转，从而潜在地改善操作。然而，发明人注意到，入口导向翼片的此类构造引起进入仓室中的损失，从而不利地影响压缩机性能和降低压缩机的效率。
因此，参看图2，在一些实施例中，仓室118包括多个入口导向翼片206，其设置成紧接（或邻近）通孔124的周边边缘208。该多个入口导向翼片206通常包括第一组212的入口导向翼片、第二组204的入口导向翼片，以及第三组214的入口导向翼片。在一些实施例中，第一组212中的每个入口导向翼片均具有对称轮廓（举例而言，例如在下文参照图5所述）以及第二组204和第三组214中的每个入口导向翼片均具有弧形轮廓（举例而言，例如在下文参照图7所述）。在一些实施例中，第二组204中的每个入口导向翼片均具有相同的弧形轮廓以及第三组214中的每个入口导向翼片均具有与第三组214内的每个其它入口导向翼片不同的轮廓。此外，在一些实施例中，第三组214中的每个入口导向翼片均可具有不同的长度（举例而言，例如在下文参照图7所述）。发明人注意到，通过提供如文中所述的第一组212、第二组204、第三组214的入口导向翼片，可降低或消除在仓室118中否则将由常规构造的入口导向翼片引起的损失，从而提高压缩机的效率。
该多个入口导向翼片206可采用适用于最大化工作气体流的任何方式相对于彼此和相对于通孔124的周边边缘208围绕仓室118设置并且降低在仓室中的损失。在一些实施例中，该多个入口导向翼片206的安置和定向可取决于在围绕仓室118的各种位置进入仓室118的工作气体流的角度。例如，在一些实施例中，该多个入口导向翼片206中的每个均可设置成围绕仓室118基本上彼此等距，例如图2中所示。又例如，在一些实施例中，该多个入口导向翼片206中的每个均可设置在环116上，同样如图2中所示。
第一组212的入口导向翼片可在适用于最大化工作气体流的任何位置围绕仓室118设置并且降低在仓室118中的损失，从而提高压缩机效率。例如，在一些实施例中，第一组212的入口导向翼片中的一个或更多个入口导向翼片可设置成紧接（或邻近）仓室118的顶部216以及第一组212的入口导向翼片中的一个或更多个入口导向翼片可设置成紧接仓室118的底部218，与仓室118的顶部216相对。又例如，在一些实施例中，第一组212的入口导向翼片中的两个入口导向翼片可设置成紧接仓室118的顶部216以及第一组212的入口导向翼片中的五个入口导向翼片可设置成紧接仓室118的底部218，例如图2中所示。
第二组204的入口导向翼片可在适用于最大化工作气体流的任何位置围绕仓室118设置并且降低在仓室中的损失。例如，在一些实施例中，第二组204的入口导向翼片中的一个或更多个入口导向翼片可设置成紧接仓室118的第一侧面222，例如图2中所示。备选地，在一些实施例中，第二组204的入口导向翼片可设置成紧接仓室118的与第一侧面222相对的第二侧面224，例如图3中所示。
第三组214的入口导向翼片可在适用于最大化工作气体流的任何位置围绕仓室118设置并且降低在仓室118中的损失。例如，在一些实施例中，第三组214的入口导向翼片中的一个或更多个入口导向翼片可设置成紧接仓室118的第二侧面224，例如图2中所示。备选地，在一些实施例中，第三组214的入口导向翼片可设置成紧接仓室118的第一侧面222，例如图3中所示。
发明人注意到，该多个入口导向翼片206中的第一组212、第二组204、第三组214如上文所述那样的选择性安置可用来适应工作气体流相对于仓室118的角度，从而最大化工作气体流和降低在仓室118中的损失。此外，第一组212、第二组204、第三组214中每个的安置可规定（或确定）该多个入口导向翼片206中的每个的轮廓或弧面（camber）。
例如，设置在仓室118的顶部216和底部218处的第一组212的入口导向翼片可具有对称轮廓以适应由于在仓室118的顶部216和底部218处的流动方向而引起的引入工作气体流减弱的影响。第二组204的入口导向翼片（例如，仓室118的第一侧面222，如图2中所示或者仓室118的第二侧面224，如图3中所示）可具有弱的弧形轮廓（如下文关于图7所述），或者相比于第三组214比较弱的弧形轮廓以适应工作气体流相对于仓室118的小角度（lowangle）。第三组214的入口导向翼片（例如，仓室118的第一侧面222，如图3中所示或者仓室118的第二侧面224，如图2中所示）可具有强的弧形轮廓（如下文关于图7所述），或者相比于第三组214比较强的弧形轮廓，以适应工作气体流相对于仓室118的小角度。
参看图4，该多个入口导向翼片206可采用任何定向相对于仓室118的中心轴线202来定向。此外，在一些实施例中，该多个入口导向翼片206中的每个均可围绕旋转轴线（枢转点）（图中所示的单个入口导向翼片410的旋转轴线404）旋转。尽管示出仅一个旋转轴线404，但应当理解，该多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片均具有文中所述的旋转轴线404。该多个入口导向翼片206可经由适用于以期望的准确度旋转该多个入口导向翼片206的任何机构来旋转，举例而言，例如公共的促动器环等。
旋转轴线404可设置在横跨入口导向翼片410的适用于提供入口导向翼片410的期望旋转的任何位置。例如在一些实施例中，旋转轴线404可设置在入口导向翼片410的弦线402上或与其紧接，并且另外设置在入口导向翼片410的几何中心上或与其紧接。在一些实施例中，该多个入口导向翼片206的每个入口导向翼片的旋转轴线404均可设置在相对于仓室118的相同半径处以经由公共机构促进该多个入口导向翼片206的运动。
该多个入口导向翼片206可采用适用于适应在质量流方面的变动的任何旋转角度406来旋转，从而促进仓室118的有效操作且因此提高压缩机的效率。如文中所限定，旋转角度406可由在入口导向翼片410的弦线402和将仓室118的中心202连接至入口导向翼片410的旋转轴线404的仓室118的轴线408之间的角度来限定。
例如，旋转角度406可为大约-30度至大约70度。如文中所用，负角度表示入口导向翼片410远离轴线408的第一侧412旋转（例如，如图中所示）以及正角度表示远离轴线408的第二侧414旋转。在上文所述的任一实施例中，第二组204中的所有入口导向翼片都可采用相同的旋转角度406同时地旋转，或者备选地可具有不同的旋转角度406。
参看图5，第一组212的入口导向翼片可具有适用于最大化工作气体流和降低在仓室中的损失并且同时保持对称轮廓的任何尺寸。在一些实施例中，尺寸可由仓室的大小和形状来确定。例如，在一些实施例中，第一组212的每个入口导向翼片均可具有长度508和宽度（跨度）602（图6中所示），其适用于容许入口导向翼片旋转而不延伸超出仓室环（例如，上文所述的环116）的外边缘。在一些实施例中，第一组212的入口导向翼片可具有为长度508的大约19%至大约25%的最大厚度506，其中，最大厚度506定位成距前缘510为长度508的大约30%的距离504。
参看图7，第二组204的入口导向翼片和第三组214的入口导向翼片可具有适用于最大化工作气体流和降低在仓室中的损失的任何尺寸。在一些实施例中，第二组204和第三组214的尺寸可由引入的工作气体流的角度和/或入口导向翼片相对于仓室的安置来确定。例如，在一些实施例中，入口导向翼片的前缘角度708（在弧面平均线704的切向分量712和弦线706之间的角度）和/或后缘角度714（在弧面平均线704的切向分量716和弦线706之间的角度）可基本上类似于引入流角度。在此类实施例中，前缘角度708可为大约20度至大约80度以及后缘角度714可为大约0度至大约-15度。
在一些实施例中，第二组204和第三组214的入口导向翼片中的每个入口导向翼片的长度710和宽度802（图8中所示）均可具有适用于容许入口导向翼片旋转而不延伸超出仓室环（例如，上文所述的环116）的外边缘的任何量级。在此类实施例中，每个入口导向翼片的长度710均可根据前缘角度708和后缘角度714而变化（例如，在其中每个入口导向翼片均具有不同轮廓的第三组214中）。在一些实施例中，入口导向翼片的厚度722可沿着入口导向翼片的长度710而变化。例如，该厚度可从前缘718增大至在弦线706的长度的大约30%至大约40%处的最大值，然后随着其接近后缘720而减小。
此外，第二组204的入口导向翼片和第三组214的入口导向翼片可具有外或内弧面（内弧面以702示出）。如文中所限定，具有较高量级（增大弯曲）的内弧面的入口导向翼片相比于具有较低量级的内弧面（例如，“较弱”弧面）的入口导向翼片认为是具有“较强”弧面。弧面可为本领域中已知的任何类型的弧面，例如，线性弧面、s形弧面，它们的组合等。
因此，文中提供了用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备的实施例。在至少一个实施例中，本发明的设备有利地降低或消除在设备的仓室中否则将由常规构造的入口导向翼片引起的损失，从而提高设备的效率。
文中所公开的范围是包含性的并且可组合的（例如，范围“大约0度至大约-15度”包括端值以及该范围“大约0度至大约-15度”的所有中间值等）。“组合”包括混和物、混合物、合金、反应产物等。此外，用语“第一”、“第二”等在文中并不代表任何次序、数量或重要性，而是用于区分一个元件与另一元件，以及用语“一”和“一个”在文中并不代表对数量的限制，而是表示存在所提及物件中的至少一个。结合数量使用的修饰语“大约”包括所声称值并且具有由上下文所确定的含义（例如，包括与具体数量的测量相关联的误差度）。文中所用的后缀“（多个）”旨在包括其所修饰的用语的单数和复数，从而包括该用语的一个或更多个（例如，着色剂（多个）包括一个或更多个着色剂）。贯穿说明书对“一个实施例”、“一些实施例”、“另一实施例”、“一实施例”等的提及意指结合该实施例所述的具体元件（例如，特征、结构和/或特性）包括在文中所述的至少一个实施例中，并且可存在或可不存在于其它实施例中。此外，应当理解，所述的元件可采用任何适合的方式结合在各种实施例中。
尽管本发明已参照示例性实施例进行了描述，但本领域技术人员将应理解，在不脱离本发明范围的情况下可作出各种改变以及可用等同物来替代其元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下可作出许多修正以使具体情势或材料适应本发明的教导内容。因此，本发明并不意图限于作为构思成用于实施本发明的最佳方式所公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (16)

1.一种用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备的仓室，所述仓室包括：
设置成穿过所述仓室的通孔；
设置成紧接所述通孔的周边边缘的多个入口导向翼片，所述多个入口导向翼片包括具有第一组的入口导向翼片、第二组的入口导向翼片，以及第三组的入口导向翼片，其中，所述第一组中的每个入口导向翼片均具有对称轮廓，所述第二组和所述第三组中的每个入口导向翼片均具有弧形轮廓，并且其中，所述第三组中的每个入口导向翼片均具有与所述第三组中的每个其它入口导向翼片不同的弧形轮廓，
所述仓室还包括至少部分地设置在所述通孔内的一个环，其中，所述多个入口导向翼片联接至所述环；
其中所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片均能够旋转地联接至所述环，并且其中，所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片围绕所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片的旋转轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的仓室，其特征在于，所述多个入口导向翼片围绕所述通孔的周边边缘对称地设置。
3.根据权利要求1所述的仓室，其特征在于，所述第一组的入口导向翼片设置成紧接所述通孔的顶部和底部。
4.根据权利要求3所述的仓室，其特征在于，所述第一组的入口导向翼片设置成使得紧接所述通孔的顶部设置的入口导向翼片相对于所述仓室的竖直轴线与紧接所述通孔的底部设置的入口导向翼片对称。
5.根据权利要求1所述的仓室，其特征在于，所述第二组的入口导向翼片设置成紧接所述通孔的第一侧面以及所述第三组的入口导向翼片设置成紧接所述通孔的、与所述第一侧面相反的第二侧面。
6.根据权利要求1所述的仓室，其特征在于，所述多个入口导向翼片中的至少一个入口导向翼片包括与所述多个入口导向翼片中的另一入口导向翼片不同的长度。
7.根据权利要求1所述的仓室，其特征在于，所述设备为离心压缩机。
8.根据权利要求1所述的仓室，其特征在于，所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片的弦线与将仓室的中心连接至所述入口导向翼片的旋转轴线的轴线呈-30度至70度的角度。
9.一种用于在旋转元件和流体之间传递能量的设备，所述设备包括：
壳体，所述壳体具有入口以容许流体流进入所述壳体中；
仓室，所述仓室限定流体地联接至所述入口的流动路径，所述仓室具有设置成穿过所述仓室的通孔；
设置成紧接所述通孔的周边边缘的多个入口导向翼片，所述多个入口导向翼片包括第一组的入口导向翼片、第二组的入口导向翼片，以及第三组的入口导向翼片，其中，所述第一组中的每个入口导向翼片均具有对称轮廓，所述第二组和第三组中的每个入口导向翼片均具有弧形轮廓，并且其中，所述第三组中的每个入口导向翼片均具有与所述第三组中的每个其它入口导向翼片不同的弧形轮廓，
所述设备还包括至少部分地设置在所述通孔内的一个环，其中，所述多个入口导向翼片联接至所述环；
其中所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片均能够旋转地联接至所述环，并且其中，所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片围绕所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片的旋转轴线旋转。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多个入口导向翼片围绕所述通孔的周边边缘对称地设置。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一组的入口导向翼片设置成紧接所述通孔的顶部和底部。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述第一组的入口导向翼片设置成使得紧接所述通孔的顶部设置的入口导向翼片相对于所述仓室的竖直轴线与紧接所述通孔的底部设置的入口导向翼片对称。
13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二组的入口导向翼片设置成紧接所述通孔的第一侧面以及所述第三组的入口导向翼片设置成紧接所述通孔的、与所述第一侧面相反的第二侧面。
14.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多个入口导向翼片中的至少一个入口导向翼片包括与所述多个入口导向翼片中的另一入口导向翼片不同的长度。
15.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备为离心压缩机。
16.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多个入口导向翼片中的每个入口导向翼片的弦线与将仓室的中心连接至所述入口导向翼片的旋转轴线的轴线呈-30度至70度的角度。
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