CN110418896B - 回引级和径流式涡轮流体能量机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径流式涡轮流体能量机械的回引级，用于将从转子叶片离开的工艺流体的流动方向从径向外部朝向径向内部偏转，回引级包括回引通道，回引通道具有四个相邻的部段，第一部段构成用于朝向径向外部引导工艺流体，其中第二部段构成用于将工艺流体从径向外部朝向径向内部偏转，其中第三部段构成用于朝向径向内部引导工艺流体，其中第四部段构成用于将工艺流体沿轴向方向转向，其中第三部段具有第一导向叶片，第一导向叶片沿环周方向彼此限定回引通道的流动通道，回引级在第一导向叶片下游具有第二导向叶片，第二导向叶片沿环周方向彼此限定回引通道的流动通道。提出第一导向叶片仅设置在第三部段中，第二导向叶片仅设置在第三部段中。

Description

回引级和径流式涡轮流体能量机械

技术领域

本发明涉及一种径流式涡轮流体能量机械的、尤其径流式涡轮压缩机的回引级，用于将从围绕轴线旋转的转子叶片离开的工艺流体的流动方向从径向外部朝向径向内部偏转，所述回引级包括环形地围绕轴线延伸的回引通道，所述回引通道具有四个沿流动方向相邻的部段，其中第一部段构成用于将工艺流体朝向径向外部引导，其中第二部段构成用于将工艺流体从径向外部朝向径向内部偏转，其中第三部段构成用于将工艺流体朝向径向内部引导，其中第四部段构成用于将工艺流体沿轴向方向转向，其中第三部段具有第一导向叶片，所述第一导向叶片沿环周方向彼此限定回引通道的流通通道，其中回引级在第一导向叶片下游具有第二导向叶片，所述第二导向叶片沿环周方向彼此限定回引通道的流动通道，其中所述第一导向叶片和所述第二导向叶片固定地并且不可运动与定子连接。

背景技术

在径流式压缩机(参见图1)中，要压缩的流体沿径向方向以沿环周方向显著的速度分量(涡旋)离开围绕轴线旋转的叶轮。沿流动方向跟随的静态的空气动力学地作用的部件具有如下任务：将在叶轮中输送的动能转换成压力。在多级的单轴压缩机中，如例如从JP000244516中已知的那样，流体此外必须引导至随后的叶轮。此外，应使流动避免涡旋，使得随后的叶轮被尽可能无涡旋地迎流。所述目的通过所谓的回引级来实现，所述回引级包括：第一部段，所述第一部段将工艺流体径向向外引导；第二部段，所述第二部段基本上对应于180°弧；和第三部段，所述第三部段用于将工艺流体朝向径向内部引导，以进入到下游随后的叶轮中。第四部段限定工艺流体从径向内部定向的流动沿轴向方向朝向下游的叶轮的叶轮入流部的偏转。

至少部分这种类型的回引叶片组已经从JP 11173299-A中已知。

这种回引级的相邻的导向叶片的不同的径流式导向叶片延伸部或弦长已经从DE723824中已知。

出版物JP 2009 264305 A和US 2 300 766 A示出这种类型的具有两级的导向叶片组的回引级，其中那里的第二导向叶片排分别耗费地可转动调整地构成。

WO 2015/072231 A1示出回引级中的两个导向叶片排的设置，其中导向叶片具有三维的非柱形的设计。

JP 2001 200797 A示出回引级中的两个导向叶片排的设置。

从现有技术中已知的装置是不那么紧凑的——即是相对占用空间的——并且穿流分别是相对有损耗的。现有技术的回引级此外在生产和安装中是耗费的。

发明内容

从现有技术的问题和缺点出发，本发明的目的是，改进开始限定类型的回引级，使得更少占用空间的回引级产生更少损耗的流动，所述流动尤其是无涡旋的且无涡流的。

为了实现根据本发明的目的，提出根据本发明的回引级。此外，本发明提出一种具有这种回引级的径流式涡轮流体能量机械。

在技术术语中也常见的是，仅由第二部段与第三部段构成的组合称作为回引级并且将第一部段限定为沿流动方向位于其上游的扩散器。第四部段在此也始终不算作回引级。所述文献的专业术语将四个沿流动方向依次设置的部段(S1，S2，S3；S4，参考附图)称作为回引级。在此要注意的是，第一部段在本发明的范围中可以自由地构成，使得第一部段可以构成为具有或不具有叶片，在子午线部段中沿流动方向例如扩宽，恒定或缩窄地构成。

在本发明的范围中，几何表达方式，如轴向地、切向地、径向地或环周方向始终涉及径流式涡轮流体能量机械的转子叶片的旋转轴线，如果在直接的上下文中没有另作说明。根据本发明的回引级具有与这种转子叶片的一对一的关联，因为回引级在转子叶片出流部的下游在径流式涡轮压缩机中沿环周方向围绕转子叶片延伸。通常，回引级至少关于本发明的环形空间的边界的空气动力学重要的方面相对于轴线旋转对称地构成。

根据本发明的回引级由于沿流动方向依次设置的第一导向叶片和第二导向叶片与不依次具有两个导向叶片的回引级相比占据更小空间。到下游随后的转子叶片的入口上的流动的定向借助于分级的导向叶片构成方案在空气动力学方面是更有效的。

本发明在空气动力学方面能够实现在两个导向叶片排、即第一导向叶片和第二导向叶片之间的任务分配，所述任务分配是尤其有效的。第一导向叶片将流动基本上偏转并且第二导向叶片基本上粉碎在第一导向叶片中形成的涡流。这引起更均匀地入流至随后的转子叶片并且引起平均无涡旋地入流至下一转子叶片。

第一导向叶片和第二导向叶片仅在回引级的第三部段中的设置在空气动力学方面有利地将工艺流体在90°偏转之后给置于下游的转子叶片的准备进行组合。已经表明的是，在第三部段中分成两个导向级的流动引导在工艺流体的无涡旋的定向中尤其有效地做功。此外，导向叶片组仅在第三部段中的设置是尤其生产和安装友好的。在第三部段中的设置有利地实现中间底部在叶片底部处的牢固的固定，并且此外由于在第三部段的区域中的径向回引部的相对简单的几何形状，尤其好地适用于安装和生产两个导向叶片排。本发明的知识尤其在于，导向叶片在相邻的区域中的设置由于继续偏转工艺流体的复杂性强化了不期望的次级流动的趋势。根据本发明的在多次径向偏转(180°，90°弧)之间的多次任务分配，涡旋消除(第一导向叶片)和粉碎在第一导向叶片中形成的涡流(借助于第二导向叶片)在空气动力学方面是尤其有效的。通过第二导向叶片仅设置在回引级的第三部段中的方式，可能的涡流有效地被粉碎并且几乎没有或没有新的涡流产生。以所述方式，尽可能无涡旋的且无涡流的流动到达回引级的第四部段中并且在该处可以不受其他空气动力学的措施影响地沿轴向方向偏转以进入到处于下游的转子叶片中。

本发明的一个有利的改进方案提出，第一导向叶片的出流棱边直径与第一导向叶片的入流棱边直径的比例在0.5*D2＜D3＜0.68*D2之间，其中：

D2：第一导向叶片的入流棱边直径

D3：第一导向叶片的出流棱边直径。

所述设置证实为对于在回引级的出流部处实现无涡旋且无涡流是尤其有益的。用于消除涡流和涡旋的另一有利的改进方案提出，第一导向叶片具有相对于径向方向的金属出流角，其中：

-5℃＜L1EA＜5℃，其中

L1EA：第一导向叶片(L1)相对于径向方向的金属出流角。

第二导向叶片也可以根据另一有利的改进方案设置成，使得第二导向叶片的入流棱边直径与第一导向叶片的出流棱边直径的比例在0.9*D3＜D4＜D3之间，其中：

D3：第一导向叶片的出流棱边直径

D4：第二导向叶片的入流棱边直径

本发明的另一有利的改进方案提出，导向叶片的叶片重叠沿彼此相邻的叶片的环周方向相应地限定成平均弦长和平均弧长间距的商，其中对于第二导向叶片而言重叠为：

0.8＜RAS/CDT<1.2，其中

RAS：弦长

CDT：弧长间距。

在该上下文中，尤其有意义的是，回引级具有同样多的第一导向叶片和第二导向叶片。

为了第二导向叶片根据本发明的一个有利的改进方案作为涡流粉碎器尤其有效地工作，适当的是，第二导向叶片具有在平均金属入流角和平均金属出流角之间的差值，对于所述差值适用的是：

-5°＜DL2A＜5°，其中：

DL2A：在平均金属入流角和平均金属出流角之间的差值。

尤其优选的是，在平均金属入流角和平均金属出流角之间的差值为零。此外也有利的是，第一导向叶片和/或第二导向叶片柱形地构成。

本发明的另一有利的改进方案提出，刚好一个第二导向叶片在下游沿环周方向设置在两个随后的第一导向叶片之间。

沿环周方向错开的第二导向叶片级或第二导向叶片沿环周方向相对于第一导向叶片的出流棱边的不对称的设置引起工艺流体在穿流回引级时的空气动力学的损耗的减少。

工艺流体在转子叶片的出流部下游朝向在下游随后的转子叶片的入流部的重新定向和偏转根据本发明尤其是低损耗的并且占据更少空间。沿环周方向表征在相邻的第一导向叶片的两个出流棱边之间的间距的弧长由径向射流分成压力侧的部段和吸力侧的部段，其中径向射流穿过沿环周方向在两个第一叶片之间设置的第二导向叶片的入流棱边。

本发明的一个尤其有利的改进方案提出，第二导向叶片构成为并且设置成，使得在下游在两个第一导向叶片之间设置的第二导向叶片与在另一相邻的第一导向叶片的压力侧处相比沿环周方向更靠近相邻的第一导向叶片的吸力侧设置。

已经证实的是，沿环周方向表征在相邻的第一导向叶片的两个出流棱边之间的间距的弧长的分配在如下情况下是尤其有利的：吸力侧的部段与整个弧长的比例在0.4-0.6之间(0.4＜SSD/BLD＜0.6)。朝向沿环周方向限定流动通道的第一导向叶片的吸力侧的所述表征性的错开引起无紊流的且更少分离的穿流，所述穿流是尤其低损耗的。

附图说明

下面本发明根据一个特定的实施例参照附图详细描述。附图示出：

图1示出贯穿以单轴压缩机为例的径流式涡轮流体能量机械的流动通道的示意图的纵剖面，

图2示出图1的细节，所述细节在图1中用II表明，

图3示出根据在图2中用III-III表明的剖面的、在第三部段的轴向位置处的在径向平面中的回引级的第三部段的剖面。

具体实施方式

图1示出径流式涡轮流体能量机械RTFEM在用于工艺流体PF的流动通道的局部中的纵剖面的示意绘图。所述局部示出五个转子叶片IMP，所述转子叶片作为转子R的组成部分在运行中围绕轴线X旋转。

本说明书的所有说明、如轴向地、径向地、切向地或环周方向涉及所述轴线X。转子叶片IMP分别基本上轴向地抽吸工艺流体PF并且将其加速地径向向外地输送。在从转子叶片IMP离开之后，工艺流体PF到达包括回引通道BFC的回引级BFS中。

图2详细地示出回引级BFS或回引通道BFC。工艺流体PF从转子叶片IMP到达回引通道的第一部段S1中，所述第一部段构成用于将工艺流体PF朝向径向外部引导。在处于下游的第二部段S2中，将工艺流体PF从径向向外的流动方向偏转到朝向径向内部的流动方向FD中。在跟随于此的部段S3中，将工艺流体PF径向向内引导并且随后轴向地引向随后的转子叶片IMP。工艺流体PF在第二部段S2中的偏转基本上以180°弧的形式发生。从指向径向内部的流动方向FD在第三部段S3中朝向轴向的流动方向FD的偏转基本上在90°弧中进行，所述孤示出第四部段S4。

仅在第三部段S3中设置有第一导向叶片L1和第二导向叶片L2。第一导向叶片具有入流棱边L1LE和出流棱边L1TE。第二导向叶片L2具有入流棱边L2LE和出流棱边L2TE。在该优选的实施例中，第二导向叶片L2的入流棱边L2LE位于下游的径向部段RAD中，并且处于比第一导向叶片L1的出流棱边L1TE更小的半径上，所述布置根据本发明是有利的。同样属于本发明的范围的是如下实施方式，在所述实施方式中所述径向部段RAD是零或者入流棱边L2LE处于第一导向叶片L1的径向区域中。

导向叶片L1、L2、沿环周方向处于两个第一导向叶片L1之间的流动通道FC分别通过第一导向叶片L1的压力侧PSL1和另一第一导向叶片L1的吸力侧SSL1限定。在径向延伸的平面中(图3的绘图平面)在第三部段S3的轴向延伸的区域中，通过相邻的第一导向叶片L1的两个出流棱边L1TE始终可以给出连接线CLTE。所述连接线CLTE以如下曲率半径延伸，所述曲率半径对应于距轴线X的间距半径。在相邻的第一导向叶片L1的两个出流棱边L1TE之间的所述连接线CLTE的弧长BLD由径向射流RS不居中地划分，所述径向射流通过沿环周方向在两个第一导向叶片L1之间设置的第二导向叶片的入流棱边L2LE。所述连接线CLTE的第一子部段处于第二导向叶片L2的入流棱边L2LE和第一导向叶片L1的出流棱边L1TE之间，所述第一导向叶片借助其吸力侧SSB1限界相关的流动通道FC。所述吸力侧的部段SSD小于相应的相邻的压力侧的部段PSD。吸力侧的部段SSD与在第一导向叶片L1的两个出流棱边L1TE之间的连接线CLTE的整个弧长BLD的比例在0.4-0.6之间(0.4＜SSD/BLD＜0.6)。流动通道FC在两个第一导向叶片L1之间借助于随后的导向叶片L2的这种不均匀的划分引起第三部段S3的尤其有利的低损耗的穿流。

图2和3对于回引级BFS的不同位置具有不同直径。第一部段S1延伸至直径D0。第二部段S2沿流动方向延伸至直径D1。这两个直径在该实施例中几乎相等。第一导向叶片L1的入流棱边L1LE处于直径D2上。第一导向叶片L1的出流棱边L1TE处于直径D3上。第三部段S3从直径D1延伸至直径D6。第二导向叶片L2的入流棱边L2LE分别处于直径D4上。第二导向叶片L2的出流棱边L2TE分别处于直径D5上。连接于第三部段S3之后的第四部段S4在直径D6处开始。

Claims (11)

1.一种径流式涡轮流体能量机械(RTFEM)的回引级(BFS)，用于将从围绕轴线(X)旋转的转子叶片(IMP)离开的工艺流体(PF)的流动方向(FD)从径向外部朝向径向内部偏转，

所述回引级包括环形地围绕轴线(X)延伸的回引通道(BFC)，

所述回引通道具有四个沿流动方向能由所述工艺流体(PF)穿流的相邻的部段(S1，S2，S3，S4)，

其中第一部段(S1)构成用于朝向径向外部引导所述工艺流体(PF)，

其中第二部段(S2)构成用于将所述工艺流体(PF)从径向外部朝向径向内部偏转，

其中第三部段(S3)构成用于朝向径向内部引导所述工艺流体(PF)，

其中第四部段(S3)构成用于将所述工艺流体(PF)沿轴向方向转向，

其中所述第三部段(S3)具有第一导向叶片(L1)，所述第一导向叶片沿环周方向彼此限定所述回引通道(BFC)的流动通道(FC)，

其中所述回引级(BFS)在所述第一导向叶片(L1)下游具有第二导向叶片(L2)，所述第二导向叶片沿环周方向彼此限定所述回引通道(BFC)的流动通道(FC)，

其中所述第一导向叶片(L1)仅设置在所述第三部段(S3)中，

其中所述第二导向叶片(L2)仅设置在所述第三部段(S4)中，

其中所述第一导向叶片(L1)和所述第二导向叶片(L2)固定地并且不能运动地与定子(STAT)连接，

其特征在于，

所述第一导向叶片(L1)的出流棱边直径(D3)与所述第一导向叶片(L1)的入流棱边直径(D2)的比例在0.5*D2＜D3＜0.68*D2之间，其中：

D2：所述第一导向叶片(L1)的入流棱边直径

D3：所述第一导向叶片(L1)的出流棱边直径。

2.根据权利要求1所述的回引级(BFS)，

其中所述第一导向叶片(L1)具有相对于径向方向(RAD)的金属出流角(L1 EA)，其中：

-5℃＜L1EA＜5℃，其中

L1EA：所述第一导向叶片(L1)相对于所述径向方向(RAD)的金属出流角。

3.根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)，

其中所述第二导向叶片(L2)的入流棱边直径(D4)与所述第一导向叶片(L1)的出流棱边直径(D3)的比例在0.9*D3＜D4＜D3之间，其中：

D3：所述第一导向叶片(L1)的出流棱边直径

D4：所述第二导向叶片(L2)的入流棱边直径。

4.根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)

其中导向叶片(L1，L2)的叶片重叠(QST)沿彼此相邻的叶片的环周方向(CD)相应地限定成平均弦长(RAS)和平均弧长间距(CDT)的商，其中对于所述第二导向叶片(L2)，重叠为：

0.8＜RAS/CDT<1.2，其中

RAS：弦长

CDT：弧长间距。

5.根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)，

其中所述第二导向叶片(L2)具有在平均金属入流角(L2IA)和平均金属出流角(L2EA)之间的差值(DL2A)，对于所述差值适用的是：

-5°＜DL2A＜5°，其中：

DL2A：在平均金属入流角(L2IA)和平均金属出流角(L2EA)之间的差值。

6.根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)，

其中所述回引级(BFS)具有同样多的第一导向叶片(L1)和第二导向叶片(L2)。

7.根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)，

其中刚好一个第二导向叶片(L2)在下游沿环周方向(CD)设置在两个第一导向叶片(L1)之间。

8.根据权利要求7所述的回引级(BFS)，

其中所述第一导向叶片(L1)分别具有凹状的压力侧(PSL1)和凸状的吸力侧(SSL1)，并且每个流动通道(FC)在所述第一导向叶片(L1)的区域中由第一导向叶片(L1)的压力侧(PSL1)和另一相邻的第一导向叶片(L1)的吸力侧(SSL1)限定，其中在下游在这两个第一导向叶片(L1)之间设置的第二导向叶片(L2)沿环周方向(CD)更靠近另一相邻的第一导向叶片(L1)的吸力侧(SSL1)设置。

9.根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)，

其中在相邻的第一导向叶片(L1)的两个出流棱边(L1TE)之间的间距(BLD)的沿环周方向的弧长由径向射流(RS)分成压力侧的部段(PSD)和吸力侧的部段(SSD)，其中径向射流穿过沿环周方向在这两个第一导向叶片(L1)之间设置的第二导向叶片(L2)的入流棱边(L1LE)，其中适用的是：

0.4＜SSD/BLD＜0.6，其中

SSD：部段

BLD：间距。

10.根据上述权利要求1或2所述的回引级(BFS)，

其中所述径流式涡轮流体能量机械(RTFEM)是径流式涡轮压缩机(RTC)。

11.一种径流式涡轮流体能量机械(RTFEM)，具有根据权利要求1或2所述的回引级(BFS)。

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