CN106574632B - 入口导向导叶系统 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置的实施例。在一些实施例中，用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置的气室可包括：穿过气室布置的通孔；和布置在通孔的外围边缘附近的多个入口导向导叶，该多个入口导向导叶包括具有弧形轮廓的第一组入口导向导叶和布置在第一组入口导向导叶的径向内侧的第二组入口导向导叶，其中第一组入口导向导叶相对于气室处于固定位置，且第二组入口导向导叶相对于气室可移动。

Description

入口导向导叶系统
背景
本文公开的主题大体涉及用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置，且更特别地涉及涡轮机，例如离心式压缩机。
常规涡轮机(例如离心式压缩机)大体上包括气室，气室构造成将工作气体(例如，空气、天然气、碳氢化合物、二氧化碳等)从入口引导至一个或多个叶轮以便于从叶轮向工作气体传输能量。为了使工作气体流在期望的流路中穿过气室且向叶轮引导，多个入口导向导叶对称地布置在气室内。在一些变型中，为了修正由质量流的变化引起的至压缩机的入口涡流，每个入口导向导叶可围绕其轴线旋转，从而改善操作。然而，发明人注意到入口导向导叶的这种构造会引入损耗到气室中，从而负面地影响压缩机性能且降低压缩机的效率。
因此，发明人提供了一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的改进装置。
概要
本文提供了一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置的实施例。
在一些实施例中，一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置的气室可包括：穿过气室布置的通孔；和布置在通孔的外围边缘附近的多个入口导向导叶，该多个入口导向导叶包括具有弧形轮廓的第一组入口导向导叶和布置在第一组入口导向导叶的径向内侧的第二组入口导向导叶，其中第一组入口导向导叶相对于气室处于固定位置，且第二组入口导向导叶相对于气室可移动。
在一些实施例中，一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置可包括：壳体，其具有入口以允许流体流到壳体中；气室，其限定流体地联接至入口的流路，气室具有穿过气室布置的通孔；布置在通孔的外围边缘附近的多个入口导向导叶，该多个入口导向导叶包括具有弧形轮廓的第一组入口导向导叶和布置在第一组入口导向导叶的径向内侧的第二组入口导向导叶，其中第一组入口导向导叶相对于气室处于固定位置，且第二组入口导向导叶相对于气室可移动。
本发明的实施例的前述和其它特征参照附图和详细描述将被进一步理解。
附图的描述
上文简要概括和下文更加详细论述的本发明的实施例可参照附图中绘出的本发明的示范性实施例来理解。然而，将注意的是，附图仅示出本发明的典型实施例而因此不认为是限制其范围，因为本发明可容许其它同样有效的实施例。
图1是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输能量的示例性装置的一部分的局部截面视图。
图2绘出了根据本发明的一些实施例的相对于图1的线2-2的图1的装置的一部分。
图3绘出了根据本发明的一些实施例的相对于图1的线2-2的图1的装置的一部分。
图4是根据本发明的一些实施例的示例性入口导向导叶的侧视图。
图5是根据本发明的一些实施例的图4中所示的示例性入口导向导叶的顶视图。
图6是根据本发明的一些实施例的示例性入口导向导叶的侧视图。
图7是根据本发明的一些实施例的图6中所示的示例性入口导向导叶的顶视图。
为了便于理解，在可能之处使用相同的参照标号来表示对于附图共有的相同的元件。附图不是按比例绘制的且为了清楚表达可能简化。可构想的是，一个实施例中的元件和特征可有利地结合在其它实施例中而不进一步声明。
详细描述
本文提供了一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置的实施例。创造性的装置有利地包括气室，气室具有多个入口导向导叶，入口导向导叶减少或消除另外由常规构造的入口导向导叶引起的气室中的损耗，从而提高了装置的效率。虽然不意在限制，但发明人注意到该创造性的装置在包括压缩机(例如，诸如离心式压缩机)的应用中可尤其有利。
图1是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输能量的示例性装置100的一部分的局部截面视图。装置100可为便于在旋转元件和流体之间传输能量的任何合适的装置，例如，诸如离心式压缩机的涡轮机等。
装置(压缩机)100大体包括限定内腔102的本体128、多个流路104以及入口108和出口110，其中入口108和出口110流体地联接至多个流路104。具有联接至其的多个叶轮106的可旋转轴114至少部分地布置在内腔102内。在一些实施例中，壳体(部分示出)112围绕本体128布置。
在一些实施例中，可旋转轴114可经由马达120在内腔102内旋转。马达120可为适合于将可旋转轴114以期望的速度旋转的任何类型的马达，例如，电动马达、液压马达、内燃机等。
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)经由气室118向叶轮106引导。气室118大体上包括流体地联接至本体128的入口108的入口126、流体地联接至入口126的通孔124以及构造成将工作气体从入口126向通孔124引导的弯曲的内表面130。在一些实施例中，气室118可至少部分地由本体128形成，例如，诸如图1中所示。在一些实施例中，具有通孔122的环116可布置在气室118内以进一步便于工作气体在期望的流路中从入口108流至叶轮106，通孔122与气室118的通孔124同心。
在压缩机100的示例性操作中，轴114和叶轮106可经由马达120在内腔102内旋转。工作气体经由叶轮106的旋转引起的吸力吸入本体128的入口108，且经由气室118引导至叶轮106。工作气体经由通过叶轮106和流路104的工作气体流加压，且然后经由出口110从本体128排出。
发明人注意到常规压缩机通常包括布置在气室(例如，上文描述的气室118)内的多个对称的入口导向导叶，以使工作流体流在期望的流路中穿过气室且向多个叶轮(例如，上文描述的叶轮106)引导。在一些变型中，为了修正由质量流的变化引起的至压缩机的入口涡流，每个入口导向导叶可围绕入口导向导叶的中心轴线旋转，从而潜在地改善操作。然而，发明人注意到入口导向导叶的这种构造会引入损耗到气室中，从而负面地影响压缩机性能且降低压缩机的效率。
因此，参照图2，在一些实施例中，气室118包括布置在通孔124的外围边缘204附近的多个入口导向导叶202。在一些实施例中，该多个入口导向导叶202大体上包括具有弧形轮廓的第一组208入口导向导叶和布置在第一组208入口导向导叶的径向内侧的第二组206入口导向导叶。在这些实施例中，第一组208入口导向导叶相对于气室118处于固定位置，且第二组206入口导向导叶相对于气室118可移动。发明人注意到，通过如本文提供的那样构造多个入口导向导叶202，可减少或消除另外由常规构造的入口导向导叶(例如，如上文描述)引起的气室118中的损耗，从而提高压缩机的效率。
多个入口导向导叶202可相对于彼此且相对于通孔124的外围边缘204围绕气室118以适合于最大限度增加工作气体流且减少气室中的损耗的任何方式布置。在一些实施例中，多个入口导向导叶202的布置和定向可取决于工作流体流在围绕气室118的各种位置处进入气室118的角度。例如，在一些实施例中，多个入口导向导叶202中的每一个可围绕气室118彼此大致等距地布置，诸如图2中所示的那样。
第一组208入口导向导叶202和第二组206入口导向导叶202可围绕气室118以适合于最大限度增加工作气体流且减少气室中的损耗的任何方式布置。例如，在一些实施例中，第一组208和第二组206中的一个或多个入口导向导叶可布置在气室118的第一侧228上，且第一组208和第二组206中的一个或多个入口导向导叶可布置在与第一侧228相对的气室118的第二侧230上，例如，诸如图2中所示的那样。
第一组208中的每一个入口导向导叶可包括适合于最大限度增加工作气体流且减少气室118中的损耗的任何大小和形状。例如，在一些实施例中，第一组208中的每一个入口导向导叶可包括弧形轮廓，例如，诸如图2和图3中所示以及下文相对于图6和图7描述的那样。第一组208中的入口导向导叶可具有相同的大小和形状，或备选地，在一些实施例中，第一组208中的入口导向导叶的大小和形状可变化。
第一组208入口导向导叶可相对于通孔124的外围边缘204布置在适合于最大限度增加工作气体流且减少气室118中的损耗的任何位置。例如，在一些实施例中，第一组208中的每一个入口导向导叶可布置成使得入口导向导叶的至少一部分布置在环116上且沿径向向外延伸超过通孔124的外围边缘204，诸如图2和图3中所示的那样。
第二组206中的每一个入口导向导叶可包括适合于最大限度增加工作气体流且减少气室118中的损耗的任何大小和形状。例如，在一些实施例中，第二组206中的每一个入口导向导叶可包括对称轮廓，例如，诸如图2和图3中所示以及下文相对于图6和图7描述的那样。第二组206中的入口导向导叶可具有相同的大小和形状，或备选地，在一些实施例中可变化。
在一些实施例中，第二组206入口导向导叶中的每一个可围绕旋转轴线(枢轴点)(附图中所示的单个入口导向导叶242的旋转轴线240)旋转。虽然仅示出一条旋转轴线240，但将理解的是，第二组206入口导向导叶中的每一个具有如本文所描述的旋转轴线。第二组206入口导向导叶可经由适合于以期望的精确程度旋转导向导叶的任何机构(例如，诸如通常的促动器环等)旋转。
旋转轴线240可布置在跨过入口导向导叶242的适合于提供入口导向导叶242的期望的旋转的任何位置处。例如在一些实施例中，旋转轴线240可布置在入口导向导叶242的弦线244上或其附近，且进一步在入口导向导叶242的前缘254附近。在一些实施例中，第二组206入口导向导叶中的每一个入口导向导叶的旋转轴线240可相对于气室118布置在相同的半径处，以便于第二组206入口导向导叶经由通用机构的移动。
第二组206入口导向导叶可以适合于适应质量流的变化的任何旋转角度旋转，从而便于气室118的有效操作，且因此提高压缩机的效率。如本文所限定的那样，旋转角度可由入口导向导叶242的弦线244和气室118的轴线246之间的角度限定，气室118的轴线246将气室118的中心210连接至入口导向导叶242的旋转轴线240。在一些实施例中，旋转角度可为约-30度至约70度。如本文所使用，正角度表示入口导向导叶242远离轴线246的第一侧248旋转，且负角度表示远离轴线246的第二侧250旋转。例如，在图2中，入口导向导叶242的弦线244和连接气室118的中心210的气室118的轴线246对准，因此具有约0度的旋转角度。在另一个示例中，在图3中，入口导向导叶242远离轴线246的第二侧250旋转，因此旋转角度252在约0度和约-30度之间。在上述任何实施例中，第二组206入口导向导叶的所有入口导向导叶可同时以相同的旋转角度252旋转，或备选地可具有变化的旋转角度。
在一些实施例中，第二组206入口导向导叶例如可经由促动器220移动。当存在促动器时，促动器220可为适合于便于第二组206入口导向导叶的移动的任何类型的促动器，例如，液压促动器、气动促动器、电动促动器、机械促动器等。在一些实施例中，促动器可与通用机构结合使用，例如促动器环，促动器环联接至第二组206入口导向导叶中的每一个以便于第二组206入口导向导叶以期望的精确程度同时移动。备选地，在一些实施例中，第二组206入口导向导叶中的每一个可单独移动。
在一些实施例中，多个入口导向导叶202还可包括第三组212入口导向导叶，例如，诸如图1中所示。第三组212入口导向导叶可围绕气室118以适合于最大限度增加工作气体流且减少气室118中的损耗的任何方式布置。例如，在一些实施例中，在一些实施例中第三组212入口导向导叶中的一个或多个入口导向导叶(例如，诸如附图中所示的一个入口导向导叶)可布置在气室118的顶部224附近且第三组212入口导向导叶中的一个或多个入口导向导叶(例如，诸如附图中所示的五个入口导向导叶)可布置在气室118的底部222附近。
第三组212入口导向导叶可具有适合于最大限度增加工作气体流且减少气室118中的损耗的任何形状。例如，在一些实施例中，第三组212入口导向导叶中的每一个入口导向导叶可具有对称轮廓，诸如图2和图3中所示以及下文相对于图4和图5描述的那样。
第三组212入口导向导叶可相对于通孔124的外围边缘204布置在适合于最大限度增加工作气体流且减少气室118中的损耗的任何位置。例如，在一些实施例中，第三组212入口导向导叶可布置在环116上，例如，诸如图1中所示的那样。
在一些实施例中，第三组212入口导向导叶中的每一个可围绕旋转轴线(枢轴点)(附图中所示的单个入口导向导叶232的旋转轴线234)旋转。虽然仅示出一条旋转轴线234，但将理解的是，第三组212入口导向导叶中的每一个具有如本文描述的旋转轴线。第三组212入口导向导叶可经由适合于以期望的精确程度旋转导向导叶的任何机构(例如，诸如通用促动器环等)旋转。
旋转轴线234可布置在跨过入口导向导叶232的适合于提供入口导向导叶232的期望的旋转的任何位置处。例如在一些实施例中，旋转轴线234可布置在入口导向导叶232的弦线236上或其附近，且进一步在入口导向导叶232的几何中心上或其附近。在一些实施例中，第三组212入口导向导叶中的每一个入口导向导叶的旋转轴线234可相对于气室118布置在相同的半径处，以便于第三组212入口导向导叶经由通用机构的移动。
第三组212入口导向导叶可以适合于适应质量流的变化的任何旋转角度旋转，从而便于气室118的有效操作，且因此提高压缩机的效率。如本文所限定的那样，旋转角度可由入口导向导叶232的弦线236和气室118的轴线238之间的角度限定，气室118的轴线238将气室118的中心210连接至入口导向导叶232的旋转轴线234。在一些实施例中，旋转角度可为约-30度至约70度。如本文所使用，负角度表示入口导向导叶232远离轴线238的第一侧214旋转，且正角度表示远离轴线238的第二侧216旋转。例如，在图2中，入口导向导叶232的弦线236和连接气室118的中心210的气室118的轴线238对准，因此具有约0度的旋转角度。在另一个实施例中，在图3中，入口导向导叶232远离轴线238的第一侧214旋转，因此旋转角度302在约0度和约-30度之间。在上述任何实施例中，第三组212入口导向导叶的所有入口导向导叶可以相同的旋转角度302同时旋转，或备选地可具有变化的旋转角度。
参照图4，第三组212入口导向导叶中的每一个入口导向导叶可具有适合于最大限度增加工作气体流且减少气室中的损耗的任何尺寸，同时保持对称轮廓。在一些实施例中，该尺寸可由气室的大小和形状支配。例如，在一些实施例中，第三组212中的每一个入口导向导叶可具有适合于允许入口导向导叶在不延伸超过气室环(例如，上文所述的环116)的外缘的情况下旋转的长度408和宽度(跨度)502(在图5中示出)。在一些实施例中，第三组212入口导向导叶可具有为长度408的约19％至约25％的最大厚度406，其中最大厚度406位于离前缘410为长度408的约30％的距离404处。在一些实施例中，第三组212入口导向导叶中的每一个入口导向导叶可具有相同的尺寸(例如，宽度502、长度408、最大厚度406等)。
参照图6，如上文所论述，第二组208入口导向导叶中的每一个入口导向导叶可围绕旋转轴线240(入口导向导叶242的移动在612处表示)旋转。在一些实施例中，第一组206中的每一个入口导向导叶可与第二组208中的相应入口导向导叶间隔开，从而在第一组206和第二组208中的各个入口导向导叶之间形成间隙602。间隙602可为适合于将熵产生最小化且能够在可旋转入口导向导叶(例如，入口导向导叶242)的吸力侧上实现射流效应以抑制或延迟大角度设置下的分离的任何大小和形状。在一些实施例中，间隙602的大小和形状可由第二组208入口导向导叶的前缘254和第一组206入口导向导叶的后缘614中的每一个的大小和形状确定。
第一组206和第二组208中的每一个入口导向导叶可具有适合于最大限度增加工作气体流且减少气室中的损耗的任何尺寸。在一些实施例中，该尺寸可由气室的大小和形状支配。例如，在一些实施例中，第二组208中的每一个入口导向导叶可具有适合于允许入口导向导叶在不延伸超过气室环(例如，上文描述的环116)的外缘的情况下围绕旋转轴线240移动的长度610和宽度(跨度)702(在图7中示出)。在另一个示例中，在一些实施例中，第二组208中的每一个入口导向导叶可具有为气室118的环116(上文所描述)的宽度的约一半的长度610。在一些实施例中，第二组208中的每一个入口导向导叶可具有对称轮廓(例如，诸如图6中所示)，或备选地可具有弧形轮廓。
第一组206中的每一个入口导向导叶可具有适合于最大限度增加工作气体流且可根据第一组206中的每一个入口导向导叶的布置而变化的任何弧形轮廓。例如，在一些实施例中，前缘角度604(弧形中线的切向分量606和入口导向导叶的弦线608之间的角度)可由输入流确定，且在围绕气室118的各个位置处可变化。在此实施例中，前缘角度604可为约30度至约80度。
参照图7，在一些实施例中，第一组中的每一个入口导向导叶可具有适合于允许入口导向导叶的前缘716延伸超过气室环(例如，诸如图2和图3中所示)的边缘同时在入口导向导叶之间维持期望的间隙602的任何长度714。此外，在一些实施例中，第一组206中的每一个入口导向导叶可具有适合于允许每个入口导向导叶符合气室的表面(例如，上文描述的气室118的表面130)同时向气室上游流动方向延伸的宽度(跨度)704。在一些实施例中，第一组206中的一个或多个入口导向导叶可具有一个或多个外扩部分(示出两个锥形部分710和712)来增加入口导向导叶的宽度(跨度)704以匹配气室118的各种位置处的一个或多个侧壁(增加的宽度在706和708处以假想线示出)。
因此，本文提供了一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置的实施例。在至少一个实施例中，创造性的装置有利地减少或消除了另外由常规构造的入口导向导叶引起的装置的气室中的损耗，从而提高了装置的效率。
本文公开的范围是包括在内和可组合的(例如，“约30度至约80度”的范围包括“约30度至约80度”的范围的端点和所有中间值等)。“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物等。此外，用语“第一”、“第二”等在本文中不代表任何次序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开，且用语“一个”和“一种”在本文中不代表数量的限制，而是代表至少一个提及的项目的存在。与数量一起使用的修饰词“约”包括状态值且具有由上下文支配的含义(例如，包括与测量特定数量相关联的误差的程度)。如本文所使用的后缀“(s)”意在包括其修饰的用语的单数和复数两者，从而包括一个或多个该用语(例如，着色剂包括一种或多种着色剂)。贯穿说明书对“一个实施例”、“一些实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等的参照意思是结合实施例描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特点)包括在本文描述的至少一个实施例中，且在其他实施例中可能存在或可能不存在。此外，将理解的是，描述的元件可在各种实施例中以任何合适的方式结合。
虽然本发明已参照示例性实施例加以描述，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种变化且等同物可替代其元件。此外，在不脱离其基本范围的情况下，可作出许多修改以适应对于本发明的教导的特定情况或材料。因此，意在使本发明不限于作为构想成用于实现此发明的最佳模式而公开的特定实施例，相反，本发明将包括落入所附权利要求的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输能量的装置的气室，所述气室包括：
穿过所述气室布置的通孔；和
布置在所述通孔的外围边缘附近的多个入口导向导叶，所述多个入口导向导叶包括具有弧形轮廓的第一组入口导向导叶和布置在所述第一组入口导向导叶的径向内侧的第二组入口导向导叶，其中所述第一组入口导向导叶相对于所述气室处于固定位置，且所述第二组入口导向导叶相对于所述气室可移动；
所述气室还包括至少部分地布置在所述通孔内的环，其中所述多个入口导向导叶联接至所述环，所述第一组入口导向导叶沿径向向外延伸超过所述环的外缘。
2.根据权利要求1所述的气室，其特征在于，所述多个入口导向导叶还包括具有对称轮廓的第三组入口导向导叶。
3.根据权利要求2所述的气室，其特征在于，所述第三组入口导向导叶布置在所述通孔的顶部和底部附近。
4.根据权利要求1所述的气室，其特征在于，所述第二组入口导向导叶具有对称轮廓。
5.根据权利要求1所述的气室，其特征在于，所述第一组入口导向导叶中的至少一个包括与所述第一组入口导向导叶中的另一个不同的长度。
6.根据权利要求1所述的气室，其特征在于，所述第二组入口导向导叶可移动地联接至所述第一组入口导向导叶。
7.根据权利要求1所述的气室，其特征在于，所述多个入口导向导叶围绕所述通孔的外围边缘对称地布置。
8.根据权利要求1所述的气室，其特征在于，所述装置是离心式压缩机。
9.一种用于在旋转元件和流体之间传输能量的装置，包括：
壳体，其具有入口以允许流体流到所述壳体中；
气室，其限定流体地联接至所述入口的流路，所述气室具有穿过所述气室布置的通孔；
布置在所述通孔的外围边缘附近的多个入口导向导叶，所述多个入口导向导叶包括具有弧形轮廓的第一组入口导向导叶和布置在所述第一组入口导向导叶的径向内侧的第二组入口导向导叶，其中所述第一组入口导向导叶相对于所述气室处于固定位置，且所述第二组入口导向导叶相对于所述气室可移动；
所述气室还包括至少部分地布置在所述通孔内的环，其中所述多个入口导向导叶联接至所述环；
所述第一组入口导向导叶沿径向向外延伸超过所述环的外缘。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个入口导向导叶还包括具有对称轮廓的第三组入口导向导叶。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第三组入口导向导叶布置在所述通孔的顶部和底部附近。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二组入口导向导叶具有对称轮廓。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一组入口导向导叶中的至少一个包括与所述第一组入口导向导叶中的另一个不同的长度。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二组入口导向导叶可移动地联接至所述第一组入口导向导叶。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个入口导向导叶围绕所述通孔的外围边缘对称地布置。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置是离心式压缩机。
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