EA014401B1

EA014401B1 - Контроллеры перемещения среды, имеющие роторный агрегат с множеством наборов лопаток ротора, расположенных вблизи и вокруг одного ступичного компонента, и также включающие барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для направления среды через множество наборов лопаток ротора

Info

Publication number: EA014401B1
Application number: EA200801434A
Authority: EA
Inventors: А.Абдаллах Шаабан
Original assignee: Макро-Микро Девисес, Инк.
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2010-10-29
Also published as: WO2007100405A2; US20070154304A1; WO2007100405A3; EP1966492A2; EA200801434A1; TW200730715A; US7600961B2

Abstract

Предложены контроллеры перемещения среды (FTCs), имеющие роторный агрегат со множеством наборов лопаток ротора, соединенных со ступичным компонентом роторного агрегата, а также барьерные компоненты, образующие проходы для направления среды через множество наборов лопаток ротора. Конкретнее, FTCs включают проходы, которые позволяют направлять среду вдоль одной стороны разделяющей структуры, к которой прикреплен первый набор лопаток ротора, а затем вдоль противоположной стороны разделяющей структуры, к которой прикреплен второй набор лопаток ротора. Разделяющая структура может быть ступичным компонентом роторного агрегата или разделителем, отделяющим различные уровни лопаток ротора в роторном агрегате. В некоторых случаях FTCs могут быть выполнены с возможностью направления среды от первого набора лопаток ротора к устройству преобразования тепловой энергии и дальше от устройства преобразования тепловой энергии ко второму набору лопаток ротора.

Description

Предпосылки изобретения

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к оборудованию с потоком среды, в частности к оборудованию, управляющему перемещением среды, такому как компрессоры, насосы, нагнетатели и генераторы энергии (например, турбокомпрессоры и газотурбинные двигатели).

2. Описание уровня техники

Приведенные ниже описание и примеры не рассматриваются как предшествующий уровень техники в силу их включения в данный раздел.

Контроллеры перемещения среды используются для множества функций, включая, но не обязательно ограничиваясь перечисленным, сжатие и перекачку сред, а также преобразование энергии текущих сред в генераторах энергии. Примеры применения контроллеров перемещения среды с одной или несколькими такими функциями включают реактивные двигатели самолетов, промышленные газовые компрессоры, трубопроводный транспорт, системы охлаждения, а также ряд других. В целом, оборудование, управляющее перемещением сред (далее контроллеры перемещения среды или контроллеры потока среды), может относиться к устройствам, которые направляют, управляют и/или влияют на траекторию жидкостей, газов, газожидких сред и/или сочетаний твердых тел с жидкостями и/или газами. Некоторые контроллеры перемещения среды имеют сходные по конструкции компоненты. Например, общим компонентом некоторых контроллеров перемещения среды является центробежный ротор. В целом, центробежный ротор включает лопасти, проходящие радиально наружу от центрального компонента, причем промежутки между лопастями определяют путь потока среды через ротор. В процессе работы среда обычно поступает в центробежный ротор вблизи центрального компонента в направлении, по существу, параллельном оси вращения, перемещается через промежутки между лопастями под действием центробежной силы и выходит из ротора в направлении, по существу, перпендикулярном оси вращения ротора. Затем среда обычно направляется в коллектор (например, спираль), после чего - через выход контроллера перемещения среды.

При соответствующем вращении ротора его лопасти могут ускорять среду, позволяя ей выходить из роторного агрегата с увеличенной скоростью и, возможно, повышенным давлением. Степень ускорения потока среды в центробежном роторном агрегате в значительной степени зависит от размера и скорости вращения ротора, а также ориентации лопастей на роторе. К сожалению, возможности эффективного изменения ориентации, размера и скорости вращения лопаток ротора для ускорения потока среды весьма ограничены. В попытке обойти эту проблему многие проектировщики систем перемещения сред располагали множество контроллеров перемещения среды последовательно, чтобы получить большую скорость потока и/или повышение давления по сравнению с показателями, получаемыми при использовании одного контроллера перемещения среды с тем же типом ротора (т.е. ротора того же размера с аналогичной конфигурацией лопастей). В частности, проектировщики часто объединяют трубопроводы между выходами и входами отдельных контроллеров перемещения среды таким образом, что среда может последовательно направляться через каждый из них без прерывания.

Тем не менее, системы транспортировки сред, использующие последовательно расположенные контроллеры перемещения среды для повышения скорости и/или давления потока среды, не лишены недостатков. В частности, транспортировка среды между контроллерами без значительного уменьшения ее скорости или давления - очень сложная задача. Таким образом, эффективность расположенных последовательно контроллеров перемещения среды часто оказывается меньше эффективности одного контроллера перемещения среды с таким же типом ротора. Кроме того, расположенные последовательно контроллеры перемещения среды имеют существенно большие размеры, чем единственный контроллер перемещения среды с таким же типом ротора. Поэтому размер системы транспортировки жидкости увеличивается. В некоторых применениях необходимы малые системы транспортировки сред из-за ограниченного пространства. Поэтому применение системы транспортировки среды с последовательно установленными контроллерами перемещения среды может оказаться невозможным в некоторых случаях. Кроме того, шум от систем транспортировки среды с последовательно установленными контроллерами перемещения среды является суммарным шумом от всех используемых контроллеров перемещения среды. Ограничение шума является предпочтительным во многих применениях, особенно при использовании в местах, где находятся люди.

Кроме того, начальные затраты изготовления, а также стоимость и время, необходимые на техническое обслуживание последовательно установленных контроллеров перемещения среды, обычно пропорциональны числу используемых контроллеров перемещения среды. В некоторых случаях затраты и время простоя при техническом обслуживании и ремонте дополнительно возрастают, если один вращающийся вал используется несколькими последовательно расположенными контроллерами перемещения среды. В частности, вал, обеспечивающий вращательное движение для роторов нескольких последовательно расположенных контроллеров перемещения среды, должен быть значительно длиннее, чем в случае одного контроллера перемещения среды. Более длинные валы обычно должны иметь более точные размеры, и их техническое обслуживание обычно более сложное, чем в случае коротких валов. Как следствие, применение длинного вала может существенно увеличить затраты и время простоя при техниче

- 1 014401 ском обслуживании и ремонте для систем с последовательно расположенными контроллерами перемещения среды.

Соответственно, было бы желательно разработать компактный контроллер перемещения среды, обеспечивающий более широкий диапазон ускорения потока среды по сравнению с обычными конструкциями. Кроме того, предпочтительным будет то, если такой контроллер перемещения среды будет издавать меньше шума.

Краткое описание изобретения

Перечисленные выше проблемы может в значительной степени решить оборудование, управляющее перемещением среды, имеющее роторный агрегат с множеством лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом, и барьерными компонентами, выполненными с образованием проходов для направления потока среды через множество лопаток ротора. Ниже приведены примеры вариантов осуществления контроллеров перемещения среды, систем, содержащих один или несколько контроллеров перемещения среды, роторного агрегата и способа транспортировки среды через контроллер перемещения среды. Эти примеры не должны рассматриваться как ограничивающие объем пунктов формулы изобретения.

Один вариант осуществления роторного агрегата включает ступичный компонент, первый набор лопаток ротора, соединенных со ступичным компонентом, первое разделение, соединенное с краями первого набора лопаток ротора напротив ступичного компонента, и второй набор лопаток ротора, соединенных со стороной первого разделения напротив первого набора лопаток ротора.

Один вариант осуществления контроллера перемещения среды включает роторный агрегат, имеющий ступичный компонент и множество уровней лопаток ротора, соединенных одним или несколькими промежуточными разделениями, причем множество уровней лопаток ротора и одно или несколько промежуточных разделений последовательно расположены в штабеле на ступичном компоненте. Контроллер перемещения среды также включает барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для направления среды среди различных уровней лопаток ротора множества уровней лопаток ротора.

Другой вариант осуществления контроллера перемещения среды включает роторный агрегат, включающий множество наборов лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом, и барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов между множеством наборов лопаток ротора. Барьерные компоненты выполняют таким образом, что множество наборов лопаток ротора и проходов вместе формируют спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы, расположенный вокруг оси вращения общего ступичного компонента.

Еще один вариант осуществления контроллера перемещения среды включает роторный агрегат с первым набором лопаток ротора и вторым набором лопаток ротора, соответственно соединенных с противоположными сторонами разделяющей структуры. Контроллер перемещения среды также включает барьерные компоненты, выполненные с образованием прохода для среды, протекающей вдоль стороны разделяющей структуры, включающей первый набор лопаток ротора, и далее вдоль противоположной стороны разделяющей структуры, включающей второй набор лопаток ротора.

Вариант осуществления газотурбинного двигателя включает роторный агрегат со ступичным компонентом, соединенным с вращающимся валом, и множество наборов лопаток ротора, соединенных по меньшей мере с одной стороной ступичного компонента. По меньшей мере, первый набор лопаток ротора из множества наборов лопаток ротора формируется таким образом, чтобы сжимать среду, и, по меньшей мере, второй набор лопаток ротора из множества наборов лопаток ротора формируется таким образом, чтобы преобразовывать тепловую энергию среды в механическую энергию. Газотурбинный двигатель также включает устройство преобразования тепловой энергии, выполненное с целью изменения тепловой энергии среды, и первый проход, выполненный с возможностью направления среды, по меньшей мере, от первого набора лопаток ротора в устройство преобразования тепловой энергии. Кроме того, газотурбинный двигатель включает второй проход, обеспечивающий направление среды от устройства преобразования тепловой энергии, по меньшей мере, во второй набор лопаток ротора.

Вариант осуществления способа транспортировки среды через контроллер перемещения среды включает затягивание среды в осевом направлении во входное отверстие контроллера перемещения среды и перемещение втянутой среды в радиальном направлении через первый набор лопаток ротора роторного агрегата контроллера перемещения среды. Кроме того, способ включает направление среды вдоль первого набора проходов, идущих по спирали вдоль роторного агрегата и соединяющих первый набор лопаток ротора со вторым набором лопаток ротора роторного агрегата. Кроме того, способ включает перемещение среды в радиальном направлении через второй набор лопастей и подачу среды через выход контроллера перемещения среды после перемещения среды в радиальном направлении через второй набор лопастей.

Краткое описание чертежей

Другие предметы и преимущества изобретения станут очевидными после прочтения приведенного ниже подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение приведенного в качестве примера контроллера перемещения среды, имеющего роторный агрегат со множеством уровней лопаток ротора, соединенных с об

- 2 014401 щим ступичным компонентом и заключенных в корпусе;

на фиг. 2 - поперечное сечение контроллера перемещения среды по линии 18 на фиг. 1;

на фиг. 3 - вид в перспективе приведенного в качестве примера роторного агрегата, содержащегося в контроллере перемещения среды, показанном на фиг. 1;

на фиг. 4 - поперечное сечение другого контроллера перемещения среды, имеющего роторный агрегат со множеством уровней лопаток ротора;

на фиг. 5 - поперечное сечение контроллера перемещения среды, изображенного на фиг. 1, с заслонками, расположенными вдоль барьерных компонентов, и входным каналом для среды;

на фиг. 6а - поперечное сечение приведенного в качестве примера контроллера перемещения среды, имеющего роторный агрегат с различными наборами лопаток ротора, соответственно соединенными с противоположными сторонами общего ступичного компонента;

на фиг. 6Ь - поперечное сечение контроллера перемещения среды, имеющего конфигурацию, аналогичную фиг. 6а, за исключением внешнего барьерного компонента, имеющего выемку напротив входа для среды;

на фиг. 7а - поперечное сечение приведенного в качестве примера контроллера перемещения среды, имеющего роторный агрегат со множеством уровней лопаток ротора, соединенных с одной стороной ступичного компонента, и другой набор лопаток ротора, соединенных с противоположной стороной ступичного компонента;

на фиг. 7Ь - поперечное сечение контроллера перемещения среды, имеющего конфигурацию, аналогичную фиг. 7а, за исключением внешнего барьерного компонента, имеющего выемку напротив входа для среды;

на фиг. 8 - поперечное сечение приведенного в качестве примера контроллера перемещения среды, имеющего роторный агрегат со множеством уровней лопаток ротора, соединенных с противоположными сторонами общего ступичного компонента;

на фиг. 9 - схема системы, имеющей множество контроллеров перемещения среды, устроенных последовательно, по меньшей мере один из которых включает конфигурацию, выбранную из показанных на фиг. 1, 2 и 4-8;

на фиг. 10 - поперечное сечение приведенной в качестве примера системы газотурбинного двигателя, включающей контроллер перемещения среды, выполненный для соединения с устройством преобразования тепловой энергии;

на фиг. 11 - поперечное сечение приведенной в качестве примера системы газотурбинного двигателя, имеющей иную конфигурацию контроллера перемещения среды, выполненного для соединения с устройством преобразования тепловой энергии;

на фиг. 12 - поперечное сечение приведенной в качестве примера системы газотурбинного двигателя, имеющей еще одну конфигурацию контроллера перемещения среды, выполненного для соединения с устройством преобразования тепловой энергии;

на фиг. 13 - сечение приведенной в качестве примера системы газотурбинного двигателя, имеющей контроллер перемещения среды с включенным в состав конструкции устройством преобразования тепловой энергии; и на фиг. 14 - поперечное сечение другой приведенной в качестве примера системы газотурбинного двигателя, имеющей контроллер перемещения среды с включенным в состав конструкции устройством преобразования тепловой энергии.

В то время как в изобретение могут быть внесены различные модификации или использованы альтернативные формы в соответствии с ним, на чертежах в качестве примера изображены конкретные варианты осуществления изобретения, которые будут подробно описаны ниже. Однако следует понимать, что чертежи и подробное описание не ограничивают данное изобретение конкретными формами, описанными здесь, а наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие его сущности и объему, определенным в прилагаемой формуле изобретения.

Подробное описание изобретения

Рассмотрим чертежи. Примерные конфигурации контроллеров перемещения среды, имеющих роторные агрегаты с множеством наборов лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом, представлены на фиг. 1-14. В частности, контроллеры перемещения среды, имеющие роторные агрегаты со множеством уровней лопаток ротора, отделенных разделителями и последовательно расположенных в штабеле на общем ступичном компоненте, показаны на фиг. 1, 2, 4, 5, 7а, 7Ь, 8, 10, 11, 13 и 14. Кроме того, контроллеры перемещения среды, имеющие роторные агрегаты с лопатками ротора, соединенными с противоположных сторон с общим ступичным компонентом, показаны на фиг. 6а-8 и 12-14. На фиг. 9 изображена система, имеющая множество расположенных последовательно контроллеров перемещения среды, по меньшей мере один из которых включает конфигурацию, описанную со ссылкой на фиг. 1-8, и этот чертеж показывает по меньшей мере один контроллер перемещения среды со множеством наборов лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом. На фиг. 3 приведен вид в перспективе роторного агрегата, изображенного на фиг. 1. Более подробное описание расположения и конфигурации лопаток ротора в контроллерах перемещения среды, изображенных на фиг. 1-14, приведено ниже со

- 3 014401 ссылкой на соответствующие чертежи.

Как будет более подробно изложено ниже, описанные здесь контроллеры перемещения среды включают барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для направления среды через множество наборов лопаток ротора в компактной конструкции. Конкретнее, контроллеры перемещения среды включают барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов, которые позволяют направлять среду вдоль одной стороны разделяющей структуры, к которой прикреплен первый набор лопаток ротора, а затем - вдоль противоположной стороны разделяющей структуры, к которой прикреплен второй набор лопаток ротора. В некоторых случаях, разделяющая структура может быть ступичным компонентом роторного агрегата. Однако в других случаях разделяющая структура может быть разделителем, отделяющим различные уровни лопаток ротора в роторном агрегате. В любом случае множество наборов лопаток ротора и соединительных проходов в некоторых вариантах осуществления могут формироваться вместе с образованием спирального маршрута потока среды вокруг кольцевой базы, расположенной вокруг оси вращения ступичного компонента роторного агрегата. Примеры конфигураций контроллеров перемещения среды со спиральным маршрутом потока среды приведены на фиг. 1, 4, 6а-8, 11, 13 и 14 и более подробно описаны ниже. В других случаях описанные здесь контроллеры перемещения среды могут дополнительно или альтернативно формироваться с возможностью обеспечения маршрута потока среды не по спирали, например, как показано на фиг. 5, 10 и 12 и описано со ссылкой на эти чертежи. Как и в случае описания конфигураций лопаток ротора, более подробное описание расположения и конфигурации барьерных компонентов в контроллерах перемещения среды, изображенных на фиг. 1-14, приведено ниже со ссылкой на соответствующие чертежи.

Помимо различий в конфигурациях лопаток ротора и барьерных компонентов, другие отличия между контроллерами перемещения среды и системами, описанными со ссылкой на фиг. 1-14, представляют собой их проектные функции. В частности, конфигурации контроллеров перемещения среды, изображенные на фиг. 1-9, обеспечивают повышение скорости и/или давления потока и, таким образом, могут работать в качестве компрессора, насоса, нагнетателя или турбокомпрессора. Напротив, контроллеры перемещения среды, описанные со ссылкой на фиг. 10-14, могут в целом иметь конфигурацию, позволяющую работать в качестве газотурбинных двигателей, имеющих компрессор и турбину, каждая конструкция характеризуется наличием одного или нескольких наборов лопаток ротора и возможностью соединения с устройством преобразования тепловой энергии. Упоминаемые здесь компрессоры могут в целом означать контроллеры перемещения среды, выполненные с возможностью повышения давления сред. Насосы могут в целом означать контроллеры перемещения среды, выполненные с возможностью перемещения сред, часто посредством давления и/или всасывания. Кроме того, нагнетатели могут означать контроллеры перемещения среды, выполненные с возможностью создания потока воздуха или газа. Без исключительного отнесения к той или иной категории компрессоров, насосов и/или нагнетателей, турбокомпрессоры могут относится к более конкретному классу контроллеров перемещения среды. В частности, турбокомпрессоры могут относиться к контроллерам перемещения среды, имеющим центробежные нагнетатели, приводимые в движение турбинами выхлопных газов, используемые для создания наддува в двигателе.

На фиг. 1 показано поперечное сечение контроллера перемещения среды 10 с роторным агрегатом 24, имеющим наборы лопаток ротора 40а и 40Ь, отделенные разделителем 36 и последовательно соединенные со ступичным компонентом 31. Кроме того, контроллер перемещения среды 10 включает барьерные компоненты, окружающие роторный агрегат 24, выполненные с образованием проходов 44 таким образом, что среда может быть направлена между наборами лопаток ротора 40а и 40Ь, как более подробно описано ниже. На фиг. 2 приведено иное поперечное сечение контроллера перемещения среды 10, выполненное с точки зрения линии 18 на фиг. 1 (т.е. фиг. 2 иллюстрирует другое поперечное сечение контроллера перемещения среды 10 в целом, а не поперечное сечение сечения, показанного на фиг. 1). В целом, фиг. 2 иллюстрирует маршрут среды в области коллектора контроллера перемещения среды 10 после прохождения через наборы лопаток ротора 40а и 40Ь. Фиг. 2 также иллюстрирует контроллер перемещения среды 10, включающий выход 34 для вывода среды.

Как будет более подробно описано ниже, компоненты, отличные или дополняющие изображенные на фиг. 1 и 2, такие как (без ограничения) дополнительные или альтернативные барьерные и/или соединительные компоненты, могут быть включены в контроллер перемещения среды 10 в зависимости от технических характеристик проектируемого устройства. Следовательно, контроллер перемещения среды 10 не обязательно ограничен набором компонентов, показанных на фиг. 1 и 2, формой получаемого контроллера перемещения среды, изображенного на фиг. 2, или маршрутом потока среды, показанным на фиг. 1. Например, фиг. 5 иллюстрирует пример варианта осуществления, в котором контроллер перемещения среды 10 включает заслонки, которые могут использоваться для селективного обхода набора лопаток ротора 40Ь или разделения поступающего потока среды между наборами лопаток ротора 40а и 40Ь, с изменением маршрута потока среды по сравнению с изображенным на фиг. 1. Кроме того, фиг. 4 изображает альтернативный вариант осуществления контроллера перемещения среды 10, в котором роторный агрегат 24 включает три набора лопаток ротора, а не два набора, как изображено на фиг. 1. В отношении такой альтернативной конфигурации следует отметить, что контроллер перемещения среды 10

- 4 014401 может включать любое множество наборов лопаток ротора и поэтому не обязательно ограничен роторным агрегатом, показанным на фиг. 1 или 4. Кроме того, хотя внешняя периферия контроллера перемещения среды 10 изображена на фиг. 2, как круглая, контроллер перемещения среды 10 не обязательно ограничен такой конфигурацией и может иметь любую форму.

Увеличенный вид в перспективе приведенной в качестве примера конфигурации роторного агрегата 24 показан на фиг. 3. Как показано на фиг. 3, лопатки ротора 40а соединены со ступичным компонентом 31, и разделитель 36 соединен с краями лопаток ротора 40а напротив ступичного компонента 31. Другими словами, разделитель 36 подвешен отдельно от ступичного компонента 31 лопатками ротора 40а. В результате ширина лопаток ротора 40а определяет интервал между ступичным компонентом 31 и разделителем 36, через который будет направляться среда. Роторный агрегат 24 также включает лопатки ротора 40Ь, соединенные со стороной разделителя 36 напротив лопаток ротора 40а. Также роторный агрегат 24 может быть в целом описан как имеющий различные наборы лопаток ротора, соответственно расположенные вдоль противоположных сторон разделяющей структуры, а разделитель 36 является разделяющей структурой в конфигурации роторного агрегата 24. Кроме того, роторный агрегат 24 может быть описан как имеющий множество наборов лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом. Конкретнее, роторный агрегат 24 может быть описан как имеющий множество уровней лопаток ротора, соединенных одним или несколькими промежуточными разделителями, которые последовательно расположены в штабеле на ступичном компоненте роторного агрегата. Употребляемый здесь термин множество наборов лопаток ротора может в широком смысле означать группы лопаток ротора, разделенные некоторой разделяющей структурой, такой как разделительная стенка или ступичный компонент роторного агрегата. Однако термин множество уровней лопаток ротора является более конкретным и означает множество групп лопаток ротора, которые отделены разделительными стенками и последовательно установлены на ступичном компоненте роторного агрегата.

Как показано на фиг. 1-3, края лопаток ротора 40Ь напротив разделителя 36 могут не быть соединенными с другим компонентом. Такая конфигурация может рассматриваться как небандажированный роторный агрегат, поскольку области между смежными лопастями лопаток ротора 40Ь не связаны пластиной, проходящей между ними. В альтернативных вариантах осуществления роторный агрегат 24 может включать пластину, соединенную с краями лопаток ротора 40Ь напротив разделителя 36, и поэтому может быть выполнен в некоторых случаях как бандажированный роторный агрегат. В любом случае, ступичный компонент 31, разделитель 36 и любая пластина, бандажирующая лопатки ротора 40Ь (если используется), в некоторых вариантах осуществления может иметь аналогичные внешние диаметры. В других вариантах осуществления один или все - ступичный компонент 31, разделитель 36 и любая пластина, бандажирующая лопатки ротора 40Ь (если используется), могут иметь различные внешние диаметры. Аналогично, область, в которую радиально простираются лопатки ротора 40а и 40Ь, может иметь одинаковые или различные диаметры ступичного компонента 31, разделителя 36 и/или любой пластины, бандажирующей лопатки ротора 40Ь (если используется). Кроме того, длины, на которые радиально простираются лопатки ротора 40а и 40Ь, могут быть одинаковыми или различными. В результате расстояние, которое проходит среда через каждый из наборов лопаток ротора 40а и 40Ь (также называемое здесь рабочей областью отдельных наборов лопаток ротора), может быть различным или одинаковым. В целом, рабочая область набора лопаток ротора влияет на степень повышения скорости и/или давления среды. Следовательно, степень повышения скорости и/или давления потока, достигаемая роторным агрегатом 24, может быть оптимизирована путем изменения длины, на которую радиально простираются лопатки ротора 40а и 40Ь.

Следует отметить, что хотя внешняя периферия роторного агрегата 24 изображена на фиг. 2 и 3 как круглая, роторный агрегат 24 не обязательно ограничен такой формой. Внешняя периферия роторного агрегата 24 (т.е. периферия разделителя 36 и ступичного компонента 31, а также граница, до которой простираются лопатки ротора 40а и 40Ь) может иметь любую форму. В целом, величины ширины роторного агрегата 24 (т. е. расстояния, на которые радиально простираются лопатки ротора 40а и 40Ь и периферийные измерения разделителя 36 и ступичного компонента 31) могут изменяться в широких пределах в различных вариантах устройства. Кроме того, компоненты роторного агрегата 24 (включая вал 13 и/или подшипник 14, как описано ниже) могут быть соединены вместе различными способами. Например, любой один или несколько компонентов роторного агрегата 24 могут быть отлиты вместе как единое целое. Кроме того или альтернативно, любой один или несколько компонентов могут быть прикреплены с возможностью отсоединения.

В некоторых случаях роторный агрегат 24 может включать более двух наборов лопаток ротора. В частности, роторный агрегат 24 в некоторых вариантах осуществления может включать один или несколько дополнительных наборов лопаток ротора, последовательно расположенных рядом с лопатками ротора 40Ь и отделенных от них одним или несколькими разделителями. Пример конфигурации роторного агрегата, имеющего более двух роторов, показан и описан со ссылкой на альтернативный вариант осуществления контроллера перемещения среды 10, описанный со ссылкой на фиг. 4. Кроме того или альтернативно, роторный агрегат 24 может включать один или несколько наборов лопаток ротора, установленных на стороне ступичного компонента 31, противоположной лопаткам ротора 40а и 40Ь. Приме

- 5 014401 ры конфигураций роторных агрегатов с такой конфигурацией показаны на фиг. 6а-8 и описаны более подробно ниже.

В любом случае, как отмечено выше, степень ускорения потока среды в центробежном роторном агрегате в значительной степени зависит от конфигурации лопаток на роторе, в т.ч. длины лопаток ротора (см. выше), а также формы, ширины, числа, ориентации и расположения лопаток ротора. В частности, ориентируя лопатки определенным образом и придавая лопаткам ротора определенную форму (например, поворачивая или наклоняя лопатки), вводимую в роторный агрегат среду можно направлять ротором определенным образом и достигать требуемого ускорения среды. В некоторых случаях наборы лопаток ротора 40а и/или 40Ь могут иметь конфигурацию, изменяющую состояние среды путем ее ускорения. В частности, наборы лопаток ротора 40а и/или 40Ь могут иметь конфигурацию, изменяющую физический параметр среды, такой как давление и скорость потока (как отмечено выше), а также температуру и/или турбулентность. Кроме того или альтернативно, наборы лопаток ротора 40а и/или 40Ь могут иметь конфигурацию, изменяющую физическое состояние среды, например, переход из газообразного в жидкое состояние или наоборот. В некоторых случаях лопатки ротора 40а и 40Ь могут иметь размеры, позволяющие работать при определенным числе Маха, чтобы получить такие изменения в физических состояниях среды и/или оптимизировать работу контроллера перемещения среды 10. Как отмечалось выше, упоминаемая здесь среда может включать газ, жидкость, любое сочетание газа и жидкости или любое сочетание твердого тела с жидкостью или газом. Другими словами, среда может быть любым текущим веществом. Примеры конфигураций лопаток ротора, которые могут быть особенно применимыми для газово-жидких смесей, описаны в патенте США № 6589013, выданном 8 июля 2003 г. и включенном сюда во всей своей полноте путем ссылки.

В целом, конфигурации лопаток ротора 40а и 40Ь могут изменяться в широких пределах, в зависимости от технических характеристик конструкции контроллера перемещения среды 10. Также конфигурация лопаток ротора 40а и 40Ь не обязательно ограничена изображенной на чертежах. В частности, лопатки ротора 40а и 40Ь могут быть ориентированы радиально вперед (поток идет в направлении вращения) или радиально назад (поток идет противоположно направлению вращения). Кроме того, форма, размер, число и размещение лопаток ротора 40а и 40Ь могут включать любую конфигурацию, известную в области контроллеров перемещения среды. В некоторых случаях форма, размер, число и расположение наборов лопаток ротора 40а и 40Ь могут быть такими же. В других вариантах осуществления один или несколько параметров лопаток ротора 40а и 40Ь могут быть различными. Кроме того, лопатки ротора 40а и 40Ь не обязательно должны быть расположены ровно друг относительно друга, как показано на фиг. 2 и 3. В некоторых вариантах осуществления форма, длина и расположение лопаток в одном наборе лопаток ротора могут отличаться. Например, длины лопаток в одном или обоих наборах лопаток ротора 40а и 40Ь в некоторых вариантах осуществления могут быть разделены. В частности, длины одной или нескольких лопаток в одном или обоих наборах лопаток ротора 40а и 40Ь могут различаться. Такая конфигурация лопаток в области роторных агрегатов называется разделителем. Следует отметить, что возможность применения различных конфигураций наборов лопаток ротора 40а и 40Ь аналогично относится к дополнительным наборам лопаток ротора, которые могут быть включены в роторный агрегат 24, а также наборам лопаток ротора в других описанных здесь конфигурациях роторных агрегатов.

Аналогично наборам лопаток ротора 40а и 40Ь, которые могут адаптироваться к различным конфигурациям, ступичный компонент 31 в некоторых вариантах осуществления может иметь форму, отличную от изображенной на фиг. 1 и 3. В частности, ступичный компонент 31 не ограничен конической формой, изображенной на фиг. 1 и 3. Ступичный компонент 31 может, например, иметь форму пластины или цилиндра. В конфигурациях пластины поверхность ступичного компонента 31, к которой прикрепляются лопатки ротора 40а и 40Ь, может быть выполнена, по существу, перпендикулярной направлению потока среды через входной канал 30, который описан более подробно ниже. Альтернативно, в вариантах осуществления, в которых ступичный компонент 31 является цилиндром, лопатки ротора 40а и 40Ь могут быть соединены с внешней периферией цилиндра, который может быть расположен, по существу, параллельно потоку среды через входной канал 30. В других вариантах осуществления угол ступичного компонента конической формы может быть выполнен таким образом, чтобы получить желаемое расположение наборов лопаток ротора относительно направления потока среды через входной канал 30. Кроме того, ширина части вершины ступичного компонента конической формы и длина, на которую он простирается, могут быть различными, определяя доступное пространство для размещения лопаток ротора.

Независимо от конфигураций ступичного компонента 31 и наборов лопаток ротора 40а и 40Ь, роторный агрегат 24 может включать вращающийся вал или может быть выполнен с возможностью установки в него вращающегося вала, чтобы обеспечить ось, относительно которой будет вращаться роторный агрегат 24. Такой вращающийся вал может быть соединен со ступичным компонентом 31, как изображено на фиг. 1, в виде вала 13. Хотя вал 13, изображенный на фиг. 1, соединен со стороной ступичного компонента 31, противоположной наборам лопаток ротора 40а и 40Ь, положение вала 13 необязательно ограничивается указанным. В частности, вал 13 может быть альтернативно соединен со стороной ступичного компонента, включающей наборы лопаток ротора 40а и 40Ь. Например, вал 13 может быть соединен с вершиной ступичного компонента конической формы 31 и может проходить через входной ка

- 6 014401 нал для среды 30 при сборке контроллера перемещения среды 10. Пример конфигурации контроллера перемещения среды, имеющего вал в таком положении, приведен и описан со ссылкой на фиг. 7а. С целью уменьшения длины вала 13 в конфигурации контроллера перемещения среды 10 на фиг. 1 вал 13 может быть предпочтительно размещен вдоль стороны ступичного компонента 31 напротив лопаток ротора 40а и 40Ь, как показано на фиг. 1.

В любом случае, как и для роторного агрегата 24, внешняя периферия ступичного компонента 31 и вала 13 не ограничена круглой формой, а может иметь любую форму. Кроме того, как отмечалось выше, ступичный компонент 31 может быть выполнен в некоторых случаях в виде цилиндрического тела. В таких вариантах осуществления ступичный компонент 31 и вал 13 могут в некоторых случаях иметь одинаковые значения ширины и, следовательно, ступичный компонент 31 можно считать частью вала 13, а не отдельным элементом. В любом случае, вал 13 может быть соединен с подшипником 14, как показано на фиг. 1, и с приводом, обеспечивающим вращательное движение роторного агрегата 24.

Как отмечено выше, в дополнение к роторному агрегату 24, контроллер перемещения среды 10 включает барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для направления среды через множество наборов лопаток ротора в роторном агрегате 24. Барьерные компоненты могут включать (без ограничения) входной канал для среды 30, внешний барьерный компонент 20 и внутренний барьерный компонент 26, функции и размещения которых описаны в общих чертах ниже. Как показано на фиг. 1, входной канал для среды 30 выполнен, по существу, на одном уровне и рядом с разделителем 36 роторного агрегата 24. В частности, входной канал для среды 30 расположен достаточно близко таким образом, что большая часть или в некоторых вариантах осуществления, по существу, вся среда, вовлекаемая во входной канал для среды 30, направляется через лопатки ротора 40а, как обозначено стрелками потока среды 42 на фиг. 1. Кроме того, зазор между входным каналом для среды 30 и внутренним диаметром разделителя 36 достаточен для свободного вращения роторного агрегата 24. Зазор может различаться в различных применениях. Как показано на фиг. 1, входной канал для среды 30 в некоторых вариантах осуществления может выступать над внешней поверхностью внешнего барьерного компонента 20. В других случаях входной канал для среды 30 может быть выполнен заподлицо с внешней поверхностью внешнего барьерного компонента 20.

Под действием центробежной силы при вращении роторного агрегата 24 поток среды, поступающий на лопатки ротора 40а из входного канала 30, может проходить к вершинам (т.е. внешней периферии) лопаток ротора 40а. Как показано на фиг. 1, внешний барьерный компонент 20 окружает роторный агрегат 24 и вместе с внутренним барьерным компонентом 26 образует проходы 44, проходящие от периферии лопаток ротора 40а до входного канала 46, ведущего к лопаткам ротора 40Ь. Конкретнее, внешний барьерный компонент 20 образует внешний корпус контроллера перемещения среды 10. Кроме того, внутренний барьерный компонент 26 образует кольцевой барьер, расположенный во внешнем компоненте корпуса 20 рядом с разделителем 36 роторного агрегата 24 таким образом, что среда направляется от периферии лопаток ротора 40а в область, пространственно отделенную от краев лопаток ротора 40Ь. Как показано на фиг. 1, внутренний барьерный компонент 26 и входной канал для среды 30 образуют входной канал 46 для протекания среды из прохода 44 к лопаткам ротора 40Ь. Центробежная сила вращающегося роторного агрегата 24 заставляет среду течь из входного канала 46 к вершинам (т. е. внешней периферии) лопаток ротора 40Ь. На этом этапе части внутреннего барьерного компонента 26, окружающие периферию лопаток ротора 40Ь, формируют коллектор (например, спираль), направляющий среду к выходу 34, как показано на фиг. 2. Следует отметить, что периферия роторного агрегата 24 может быть выполнена с возможностью подачи среды к периферии наборов лопаток ротора 40а и 40Ь в виде основного радиального потока среды или потока среды, имеющего смешанный поток (т.е. с радиальными и осевыми тенденциями).

Как и в случае входного канала для среды 30, внутренний барьерный компонент 26 может быть расположен достаточно близко к разделителю 36, чтобы большая часть среды, вытекающей из лопаток ротора 40а, направлялась вдоль прохода 44, а не непосредственно в область коллектора, расположенную на периферии лопаток ротора 40Ь (если только заслонка не открыта вдоль внутреннего барьерного компонента 26 для того, чтобы позволить среде течь в область коллектора, как описано ниже со ссылкой на фиг. 5). Кроме того, зазор между внутренним барьерным компонентом 26 и разделителем 36, а также зазор между внутренним барьерным компонентом 26 и лопатками ротора 40Ь может быть достаточным, чтобы позволить роторному агрегату 24 вращаться. Аналогично, зазор между внешним барьерным компонентом 20 и ступичным компонентом 31 может быть достаточным, чтобы позволить роторному агрегату 24 вращаться. В целом, зазоры между соответствующими частями внутреннего барьерного компонента 26, разделителя 36 и лопатками ротора 40Ь, а также зазор между внешним барьерным компонентом 20 и ступичным компонентом 31 могут быть различными в различных вариантах конструкции устройства.

Как показано на фиг. 1, внутренний барьерный компонент 26 окружает по меньшей мере часть роторного агрегата 24 и в некоторых случаях части входного канала для среды 30. Следует отметить, что ширина внутреннего барьерного компонента 26 может быть уменьшена или увеличена по сравнению с указанной на фиг. 1, особенно около основания разделителя 36 или далее вдоль входного канала для среды 30. В соответствии с этим, внешний барьерный компонент 20 может также в некоторых вариантах

- 7 014401 осуществления быть уменьшен или увеличен для обеспечения прохода 44 с желательным значением ширины. В любом случае, внутренний барьерный компонент 26 в некоторых вариантах осуществления может иметь внутреннюю полую часть, как показано на фиг. 1. Такая конфигурация может быть предпочтительной для минимизации массы контроллера перемещения среды 10. В других вариантах осуществления внутренний барьерный компонент 26 может иметь полую центральную область. В частности, центральная область, вокруг которой расположен внутренний барьерный компонент 26, может альтернативно содержать материал с малой массой, что позволит снизить массу контроллера перемещения среды 10. В других вариантах осуществления центральная область, вокруг которой расположен внутренний барьерный компонент 26, может включать относительно тяжелый материал, который может обеспечить более высокую степень надежности, особенно в случае высоких скоростей потока среды. В любом случае, центральная область, вокруг которой расположен внутренний барьерный компонент 26, может быть выполнена с возможностью поглощения шума, создаваемого при вращении роторного агрегата 24. В частности, центральная область может иметь сотовую внутреннюю структуру и/или содержать любой шумопоглощающий материал, такой как, например, пена.

Как показано на фиг. 1, контроллер перемещения среды 10 в некоторых вариантах осуществления может включать лопасти 84, расположенные в проходе 44. В целом, лопасти 84 могут использоваться для направления среды по проходу 44. Конкретнее, лопасти 84 могут использоваться для уменьшения вихревого движения среды, выходящей из роторного агрегата 24. В некоторых вариантах осуществления лопасти 84 могут также использоваться для соединения барьерных компонентов 20 и 26 между собой. Однако лопасти 84 не обязательно ограничены лопастями, проходящими между поверхностями барьерных компонентов, как показано на фиг. 1. Следует отметить, что внутренний барьерный компонент 26 может быть дополнительно или альтернативно соединен с внешним барьерным компонентом 20 распорными деталями, помещенными вдоль частей прохода 44. В частности, распорные детали могут использоваться для того, чтобы закрепить внутренний барьерный компонент 26 в контроллере перемещения среды 10, позволяя роторному агрегату 24 вращаться рядом с ним.

В некоторых случаях контроллер перемещения среды 10 может дополнительно или альтернативно включать лопасти в проходах, отличных от прохода 44. Например, контроллер перемещения среды 10 может включать лопасти в проходах, сформированных промежуточными барьерными компонентами, вставленными между барьерными компонентами 20 или 26 (как описано ниже со ссылкой на фиг. 4). Кроме того или альтернативно, лопасти могут находиться во входном канале для среды 30, канале 46 и/или области сбора, образованной внутренним барьерным компонентом 26 в периферийной части лопаток ротора 40Ь. В целом, контроллер перемещения среды 10 может включать любое число лопастей и, в случаях, когда контроллер включает множество лопастей, эти лопасти могут быть размещены равномерно или неравномерно. В других вариантах осуществления лопасти могут отсутствовать в контроллере перемещения среды 10. Следовательно, некоторые конфигурации описанных здесь контроллеров перемещения среды могут не содержать лопасти, как, например, изображенные на фиг. 5 и 12. Следует отметить, что отсутствие лопастей в конфигурациях контроллеров перемещения среды, изображенных на фиг. 5 и 12, не является исключительным только для приведенных конфигураций, а наличие лопастей в других описанных здесь конфигурациях контроллера перемещения сред не является исключительным только для этих конфигураций. Наоборот, фиг. 5 и 12 просто иллюстрируют тот факт, что отсутствие лопастей также является вариантом для любого из описанных здесь контроллеров перемещения среды. В некоторых вариантах осуществления конфигурации, изображенные на фиг. 5 и 12, могут включать лопасти.

В любом случае, как показано стрелками потока среды 42 на фиг. 1, общая конфигурация роторного агрегата 24, барьерных компонентов 20 и 26 и входного канала для среды 30 образует спиральный путь потока среды, проходящий к оси вращения роторного агрегата 24 и от нее. Конкретнее, конфигурация компонентов в контроллере перемещения среды 10 позволяет вводить среду в осевом направлении во входной канал для среды 30, направлять радиально через лопатки ротора 40а, направлять вдоль пути, идущего по спирали вокруг внутреннего барьерного компонента 26 вдоль роторного агрегата 24, направлять радиально через лопатки ротора 40Ь и собирать ее в периферийной части лопаток ротора 40Ь. Проход, идущий по спирали вокруг внутреннего барьерного компонента 26 вдоль роторного агрегата 24, специально формируется таким образом, чтобы вначале направить среду в направлении, противоположном оси вращения роторного агрегата 24, а затем в направлении, противоположном осевому потоку среды во входном канале 30, как показано на фиг. 1 стрелками потока среды 42. Затем проход формируется таким образом, чтобы направить среду в направлении ко входному каналу для среды 30, а затем в направлении, параллельном потоку среды во входном канале для среды 30, ведущем к лопаткам ротора 40Ь.

В результате среда направляется по спирали вокруг кольцевой базы 48, приблизительное положение которой обозначено х на фиг. 1. Следует отметить, что х и пунктирные линии на фиг. 1 используются для обозначения приблизительного положения кольцевой базы 48 и поэтому не должны рассматриваться как структурные компоненты контроллера перемещения среды 10. Как показано на фиг. 1, кольцевая база 48 расположена вокруг входного канала для среды 30 или, другими словами, на той же сторо

- 8 014401 не разделителя 36, что и входной канал для среды 30. Спиральная форма потока среды вокруг кольцевой базы в указанном месте расположения относительно входа для среды называется здесь обратным спиральным маршрутом потока среды. Альтернативно, форма маршрута потока среды, обеспечиваемая конфигурацией контроллера перемещения среды 10, может быть описана как эвольвента, центрально расположенная вокруг кольцевой базы 48. При любом из описанных вариантов маршрута потока среды через контроллер перемещения среды 10 конфигурация роторного агрегата 24 и барьерные компоненты 20 и 26 позволяют направлять среду через два набора лопаток ротора, а именно, лопатки ротора 40а и 40Ь без сбора и вывода через выходное отверстие между ними. Как следствие, увеличение скорости и/или давления потока, обеспечиваемое контроллером перемещения среды с такой конфигурацией, может быть большим, чем в случае использования одного ротора того же самого размера и аналогичной конфигурации лопаток, но только с одним уровнем лопаток ротора.

Помимо повышения скорости и/или давления потока по сравнению с контроллерами перемещения среды, имеющими ротор только с одним уровнем лопаток ротора, контроллер перемещения среды со спиральным (или эвольвентным) маршрутом потока среды и, конкретнее, конфигурации контроллера перемещения среды, описанные здесь, могут быть предпочтительными по сравнению с обычными системами транспортировки среды, использующими последовательно установленные контроллеры перемещения среды. В частности, контроллер перемещения среды со спиральным маршрутом потока среды может быть более эффективным и иметь меньшие размеры по сравнению с системой, в которой обычные контроллеры перемещения среды расположены последовательно. Кроме того, затраты, связанные с изготовлением и техническим обслуживанием контроллера перемещения среды со спиральным маршрутом потока среды могут быть меньше, чем в случае системы, имеющей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно. Экономия затрат достигается, в частности, за счет использования относительно короткого вращающегося вала в контроллере перемещения среды со спиральным маршрутом потока среды по сравнению с системой, включающей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно и использующие один и тот же вращающийся вал.

Дополнительное преимущество контроллера перемещения среды со спиральным маршрутом потока среды по сравнению с системой, включающей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно, состоит в меньшем уровне создаваемого шума. В частности, в дополнение к обеспечению барьеров для направления среды в роторный агрегат 24 и вокруг него, расположение барьерных компонентов 20 и 26 и входного канала для среды 30 может также снизить шум, создаваемый при вращении роторного агрегата 24 и прохождении среды через роторный агрегат 24. Хотя это не является необходимым, но любые из барьерных компонентов 20 и 26 или все они и входной канал для среды 30 могут включать сотовую внутреннюю конфигурацию и/или любой шумопоглощающий материал, что позволяет еще в большей степени снизить шум.

Как будет более подробно описано ниже, спиральный (или эвольвентный) маршрут потока среды может быть разработан в других конфигурациях контроллера перемещения среды и поэтому он не обязательно ограничен конфигурацией контроллера перемещения среды 10. В частности, как отмечено ниже, могут использоваться альтернативные конфигурации конструкции роторного агрегата 24 и/или барьерных компонентов 20 и/или 26, такие как (без ограничения) описанные со ссылкой на фиг. 4, 6а-8, 11, 13 и 14. Кроме того, направление, в котором можно направлять среду по спирали относительно входа для среды контроллера перемещения среды, может быть изменено по сравнению с показанным на фиг. 1. Примеры контроллеров перемещения среды с такой модификацией описаны со ссылкой на фиг. 6а-7Ь, 13 и 14. Кроме того, конфигурация спирального (или эвольвентного) маршрута потока среды является не обязательно жестко определенной для контроллеров перемещения среды, предназначенных для выполнения определенной функции. В частности, хотя контроллер перемещения среды 10 описан выше как сконструированный для выполнения функций компрессора, насоса, нагнетателя или турбокомпрессора, спиральный (или эвольвентный) маршрут потока среды может дополнительно или альтернативно использоваться в турбодвигателе, описанном со ссылкой на фиг. 11, 13 и 14.

Хотя спиральный маршрут потока среды в контроллере перемещения среды 10 конкретно описан выше на примере роторного агрегата 24 с двумя наборами лопаток ротора 40а и 40Ь для последовательного прохождения среды, контроллер перемещения среды 10 не обязательно ограничен такой конструкцией. В частности, контроллер перемещения среды 10 может включать любое множество наборов лопаток ротора для прохождения через них среды. На фиг. 4 показана альтернативная конфигурация контроллера перемещения среды 10 в варианте осуществления, в котором роторный агрегат 24 включает три набора лопаток ротора. В частности, на фиг. 4 показан роторный агрегат 24, имеющий набор лопаток ротора 40с в дополнение к наборам лопаток ротора 40а и 40Ь. Как показано на фиг. 4, набор лопаток ротора 40с может быть расположен рядом и отделяться от набора лопаток ротора 40Ь разделителем 50. Хотя на фиг. 4 это не показано, в некоторых вариантах осуществления дополнительные наборы лопаток ротора и один или несколько промежуточных разделителей могут присутствовать в контроллере перемещения среды 10. В таких случаях дополнительные наборы лопаток ротора и отделяющие разделители могут быть последовательно расположены в роторном агрегате 24 рядом с набором лопаток ротора 40с аналогично расположению набора лопаток ротора 40с и разделителя 50 относительно набора лопаток

- 9 014401 ротора 40Ь.

Как и в конфигурации, изображенной на фиг. 1, контроллер перемещения среды 10 на фиг. 4 включает входной канал для среды 30, по существу, расположенный на уровне и рядом с разделителем 36 таким образом, что среда может быть направлена через набор лопаток ротора 40а. Кроме того, контроллер перемещения среды 10 включает барьерные компоненты 20 и 26, имеющие аналогичную фиг. 1 конструкцию, за исключением того, что внешний барьерный компонент 20 может быть большим и/или внутренний барьерный компонент 26 может быть меньше из-за включения промежуточного барьерного компонента 56 между ними, как описано более подробно. Кроме того, из-за включения набора лопаток ротора 40с в роторный агрегат 24 относительное размещение внутреннего барьерного компонента 26 немного отличается от его размещения, показанного на фиг. 1. В частности, внутренний барьерный компонент 26 расположен рядом с краями лопаток ротора 40с и рядом с разделителем 50 в периферийной части роторного агрегата 24, как показано на фиг. 4.

Помимо измененного размещения внутреннего барьерного компонента 26, конфигурация контроллера перемещения среды, изображенного на фиг. 4, включает промежуточный барьерный компонент 56, расположенный между барьерными компонентами 20 и 26 таким образом, что образуются отдельные проходы для направления среды между наборами лопаток ротора 40а и 40Ь и между наборами лопаток ротора 40Ь и 40с, соответственно. В частности, промежуточный барьерный компонент 56 вместе с внешним барьерным компонентом 20 образует проходы 54, простирающиеся от периферийной части набора лопаток ротора 40а до входного канала 46, приводя к набору лопаток ротора 40Ь. Кроме того, промежуточный барьерный компонент 56 и внутренний барьерный компонент 26 вместе образуют проход 58, проходящий от периферийной части набора лопаток ротора 40Ь к входному каналу 57, ведущему к набору лопаток ротора 40с. Таким образом, барьерные компоненты 20, 26 и 56 образуют проходы для последовательного направления среды между соседними уровнями наборов лопаток ротора. Можно рассмотреть и другие конфигурации барьерных компонентов для направления среды между несоседними уровнями наборов лопаток ротора.

Под действием центробежной силы роторного агрегата 24 и благодаря образованию проходов 54 и 58, среда направляется по спирали, проходящей от оси вращения роторного агрегата 24 и к ней, как показано стрелками потока среды 52 на фиг. 4. Конкретнее, среда направляется по спирали вокруг кольцевой базы 59, расположенной вокруг входного канала для среды 30 или, другими словами, на той же самой стороне разделителя 36, что и входной канал для среды 30. В периферийной части лопаток ротора 40с части внутреннего барьерного компонента 26 образуют коллектор для направления среды к выходу, аналогично конфигурации внутреннего барьерного компонента 26, изображенной на фиг. 2. Как отмечено выше, контроллер перемещения среды 10 может включать любое число наборов лопаток ротора. Чтобы установить дополнительные наборы лопаток ротора, контроллер перемещения среды 10 может включать дополнительные барьерные компоненты, аналогичные конфигурации промежуточного барьерного компонента 56, чтобы сформировать дополнительные проходы для направления среды в дополнительные наборы лопаток ротора и в некоторых случаях по обратному спиральному маршруту потока среды.

Независимо от числа наборов лопаток ротора контроллер перемещения среды 10 в некоторых вариантах осуществления может иметь конфигурацию, позволяющую при необходимости обходить один или несколько наборов лопаток ротора и, возможно, имеющую части проходов, соединяющих наборы лопаток ротора. Например, как в контроллере перемещения среды 10 с двумя наборами лопаток ротора 40а и 40Ь на фиг. 1, барьерный компонент 26 может включать один или несколько заслонок таким образом, что поток среды от лопаток ротора 40а может быть направлен непосредственно в область коллектора в периферийной части лопаток ротора 40Ь. Кроме того или альтернативно, любые промежуточные барьерные компоненты контроллера перемещения среды, имеющего больше чем два уровня лопаток ротора, такие как промежуточный барьерный компонент 56, изображенный на фиг. 4, например, могут включать одну или несколько заслонок для направления среды между соседними каналами вокруг роторного агрегата. Кроме того, входной канал для среды 30 может дополнительно или альтернативно включать один или несколько заслонок для частичного или полного обхода набора лопаток ротора 40а.

На фиг. 5 изображена альтернативная конфигурация контроллера потока среды 10, показанного на фиг. 1, в которой внутренний барьерный компонент 26 включает заслонки 68, и входной канал для среды 30 включает заслонки 66. На фиг. 5 также показаны получающиеся пути потока среды 43 и 47, когда заслонки 66 и 68, соответственно, открыты. В частности, на фиг. 5 изображен путь потока среды 43, идущий от входного потока среды 42 через заслонки 66 таким образом, что среда обходит набор лопаток ротора 40а и проход 44 и направляется непосредственно к лопаткам ротора 40Ь. Как будет более подробно описано ниже, контроллер перемещения среды 10 может быть выполнен таким образом, что поток будет направляться полностью к лопаткам ротора 40Ь, когда заслонки 66 открыты, или разделяться на потоки, направленные к лопаткам ротора 40а и 40Ь, когда заслонки 66 открыты. В частности, контроллер перемещения среды 10 может включать блокирующую заслонку на входе набора лопаток ротора 40а, которой можно управлять вместе с заслонками 66 для блокирования потока среды через набор лопаток ротора 40а, В других случаях блокирующая заслонка может не использоваться, когда заслонки 66 открыты, или может полностью отсутствовать в контроллере перемещения среды 10. Следовательно, в таких

- 10 014401 вариантах осуществления поток среды может быть разделен между лопатками ротора 40а и 40Ь. В любом случае, на фиг. 5 также изображен путь потока среды 47, идущий от входного потока 42 к потокам 45, проходящим через лопатки ротора 40а и через заслонки 68 в область коллектора, образованную внутренним барьерным компонентом 26, расположенным рядом с периферийной частью лопаток ротора 40Ь. В действительности, заслонки 68 позволяют обходить проход 44 и набор лопаток ротора 40Ь.

Как описано более подробно ниже, открытие и закрытие заслонок 66 и 68 может зависеть от работы контроллера перемещения среды 10 и поэтому заслонки не обязательно должны открываться одновременно, как показано на фиг. 5. Кроме того, включение заслонок 66 и 68 в контроллер перемещения среды 10 не обязательно является взаимно исключающим. В частности, контроллер перемещения среды 10 может альтернативно включать одну, а не обе заслонки 66 и 68. Кроме того, размещение заслонок 66 и 68 вдоль входного канала для среды 30 и внутреннего барьерного компонента 26 не ограничено фиг. 5. Например, заслонки 68 могут быть размещены вдоль любой части облицовки внутреннего компонента корпуса 26 в области коллектора. Кроме того, место расположения заслонок 66 вдоль входного канала для среды 31 может быть ближе или дальше от роторного агрегата 24. Кроме того, длины заслонок 66 и 68 могут меняться в зависимости от технических требований к конструкции контроллера перемещения среды 10. В некоторых случаях заслонки 66 и 68 могут иметь конфигурацию, в которой они в открытом состоянии расположены очень близко к барьерным компонентам 26 и 20 или касаются их.

В любом случае, входной канал для среды 30 и внутренний барьерный компонент 26 могут включать любое число заслонок, включая одну заслонку или любое множество заслонок. В некоторых случаях заслонки 66 и/или 68 могут образовывать единую заслонку, расположенную вдоль периферийных частей входного канала для среды 30 и внутреннего барьерного компонента 26 соответственно. В других вариантах осуществления заслонки 66 и/или 68 могут быть отдельными заслонками вдоль входного канала для среды 30 и/или внутреннего барьерного компонента 26. В таких случаях расположение множества заслонок в соответствующем компоненте может быть равномерным или неравномерным. Следует отметить, что число и размещение заслонок 66 и 68, а также их конфигурация в открытом состоянии на фиг. 5 лишь иллюстрируют возможное включение одного или обоих наборов заслонок, а также их соответствующее влияние на поток среды через контроллер перемещения среды 10. Кроме того, изображение заслонок на одном чертеже описанного здесь контроллера перемещения среды приведено ради краткости и, таким образом, заслонки могут быть включены в контроллеры перемещения среды, описанные со ссылкой на фиг. 1, 2, 4 и 6а-14. Кроме того, включение заслонок в описанные здесь контроллеры перемещения среды не ограничивается изображенным на фиг. 5.

Как показано на фиг. 5, спиральная форма потока среды, описанная со ссылкой на фиг. 1, может быть частично или полностью исчезать при открытии заслонок 66 и/или 68. В частности, степень открытия заслонок 66 и 68 может быть различной и, таким образом, в некоторых вариантах осуществления количество среды, текущей через заслонки 66 и 68, может изменяться. Кроме того, в вариантах осуществления, в которых заслонки 66 и/или 68 включают множество заслонок, число открытых заслонок в каждом из наборов заслонок 66 и 68 может отличаться, в результате чего количество среды, обходящей части прохода 44 и лопатки ротора 40а или 40Ь, будет различным. В некоторых вариантах осуществления, по существу, вся среда может быть направлена по пути потока среды 43. В таких случаях входной канал для среды 30 может произвольно включать дополнительную блокирующую заслонку для закрытия отверстия канала на уровне и вблизи разделителя 36 таким образом, что среда не может быть направлена к лопаткам ротора 40а, когда заслонки 66 открыты. В таких случаях дополнительная блокирующая заслонка и заслонки 66 могут быть запрограммированы для совместной работы. В других случаях, по существу, вся среда может быть направлена по путям потока среды 45 и 47. Альтернативно, среда может быть разделена между любым количеством путей потока среды 42, 43, 45 и 47 (путь потока среды 42 изображен фиг. 1). В других вариантах осуществления заслонки 66 и 68 могут быть закрыты и, таким образом, среда может идти по пути потока среды 42, как описано со ссылкой на фиг. 1. Такие возможности изменений пути потока среды обеспечивает изменение степени повышения скорости и/или давления потока в контроллере перемещения среды 10 при определенной частоте вращения роторного агрегата 24. Как следствие, роторный агрегат 24 может эксплуатироваться с меньшим изменением частоты вращения, что означает меньшую нагрузку на контроллер перемещения среды 10. При этом обеспечивается необходимый диапазон эксплуатационных характеристик контроллера перемещения среды.

В любом случае, открытие и закрытие заслонок 66 и 68 в некоторых вариантах осуществления могут зависеть от набора рабочих критериев, установленных для контроллера перемещения среды 10, таких как (без ограничения) уровень потребления энергии, пределы перегрева и/или заданные временные последовательности. Также заслонки 66 и 68 могут быть выполнены с возможностью открытия и/или закрытия до включения контроллера перемещения рабочей среды 10 и/или в процессе работы контроллера перемещения среды 10. Кроме того, время и степень открытия и/или закрытия заслонок 66 и 68 могут быть одинаковыми или различными. В некоторых вариантах осуществления открытие и закрытие заслонок 66 и/или 68 может осуществляться вручную (т.е. оператор контроллера перемещения среды 10 может решить, когда и/или в какой степени открыть и/или закрыть заслонки 66 и/или 68). В таких случаях физический акт открытия и закрытия заслонок 66 и/или 68 может быть ручным или автоматическим (т.е.

- 11 014401 управляемым посредством команд программы, исполняемой процессором компьютера). В других вариантах осуществления выбор времени и/или степени открытия и закрытия заслонок 66 и/или 68 может управляться компьютером, и работа заслонок 66 и/или 68 не будет требовать вмешательства человека. В некоторых вариантах осуществления выбор времени и/или степени открытия и закрытия заслонок 66 и/или 68 может осуществляться человеком и по командам компьютерной программы. В частности контроллер перемещения среды 10 и/или система, включающая контроллер перемещения среды 10, может включать конфигурации, определяющие способ управления заслонками.

В любом случае, контроллер перемещения среды 10 в некоторых вариантах осуществления может включать или может быть выполнен с возможностью доступа к носителю данных 64, на котором записаны команды программы, как показано на фиг. 5. В целом, употребляемый здесь термин носитель данных может означать любую электронную среду, выполненную с возможностью хранения одного или нескольких наборов команд программы, такую как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, магнитный или оптический диск или магнитная лента. Термин команды программы может в целом означать команды в программе для выполнения определенной функции, такой как, например, открытие и закрытие заслонок 66 и/или 68. В целом, носитель данных 64 может быть соединен с управляющими компонентами контроллера перемещения среды 10 (например, заслонками 66 и/или 68). Для упрощения чертежа эти соединения с компонентами не показаны на фиг. 5. Вместо этого, носитель данных 64 изображен соединенным с контроллером перемещения среды 10 пунктиром, чтобы показать общую связь с компонентами в составе контроллера перемещения среды.

Хотя применительно к управлению заслонками контроллера перемещения среды 10 указывается именно носитель данных 64, система не ограничена данным вариантом. В частности, носитель данных 64 может включать команды программы для управления другими компонентами контроллера перемещения среды 10, например (без ограничения), вращением роторного агрегата 24. Кроме того, включение носителя данных 64 не обязательно является исключительным для вариантов воплощения, в которых контроллер перемещения среды 10 включает заслонки. Следовательно, хотя изображение контроллера перемещения среды 10 на фиг. 1 и 4, а также описания других контроллеров перемещения среды на других чертежах не включают носитель данных, соединенный с ними, контроллеры не обязательно лишены такого компонента.

Альтернативная конфигурация контроллера перемещения среды изображена на фиг. 6а. В частности, на фиг. 6а изображен контроллер перемещения среды 110, имеющий роторный агрегат 124 с наборами лопаток ротора 140а и 140Ь, соединенных с противоположными сторонами ступичного компонента 135. Ступичный компонент 135 выполняет роль разделяющей структуры между различными наборами лопаток ротора. Как и в случае лопаток ротора 40а и 40Ь, описанных со ссылкой на контроллер перемещения среды 10, форма, размер, число, размещение и направление лопаток ротора 140а и 140Ь могут включать любую конфигурацию, известную в области контроллеров перемещения среды. Кроме того, конфигурация лопаток ротора 140а и 140Ь не обязательно должна быть сходной. Как будет более подробно описано ниже со ссылкой на фиг. 7а, альтернативная конфигурация роторного агрегата 124 может включать множество уровней наборов лопаток ротора в некоторых вариантах осуществления.

Как показано на фиг. 6а, контроллер перемещения среды 110 также включает внешний барьерный компонент 120 и внутренний барьерный компонент 126, выполненные с образованием прохода 144 для последовательного направления среды через наборы лопаток ротора 140а и 140Ь. В некоторых случаях, контроллер перемещения среды 110 может включать лопасти 184 в проходе 144, как показано на фиг. 6а, для направления потока среды через него. В других вариантах осуществления лопасти 184 могут отсутствовать в контроллере перемещения среды 110. В любом случае внешний барьерный компонент 120 может образовывать вход для среды 130 вдоль стороны ступичного компонента 135, включающего наборы лопаток ротора 140а. Как показано на фиг. 6а, вход для среды 130 может быть обычным отверстием во внешнем барьерном компоненте 120 и поэтому может не включать канал, как описано применительно к контроллеру перемещения среды 10 на фиг. 1-5. В других вариантах осуществления вход для среды 130 может включать входной канал для среды. В любом из случаев вход для среды 130 может выступать из боковых стенок внешнего барьерного компонента 120, как показано на фиг. 6а, или может быть выполнен заподлицо с боковыми стенками внешнего барьерного компонента 120 рядом с частью внутреннего барьерного компонента 126 в периферийной части лопаток ротора 140а.

Как показано стрелками потока среды 142 на фиг. 6а, среда может втягиваться в осевом направлении через вход для среды 130, проходить радиально через лопатки ротора 140а, через проход 144 между барьерными компонентами 120 и 126 во входной канал 146 и проходить радиально через лопатки ротора 140Ь в коллектор и, в конечном счете, на выход контроллера перемещения среды 110. Проход 144 специально выполняется таким образом, чтобы вначале направить среду в направлении, противоположном роторному агрегату 124, а затем в направлении, совпадающем с направлением осевого потока среды, поступающего во вход для среды 130. После этого проход 144 направляет среду в направлении к оси вращения роторного агрегата 124, а затем в направлении, противоположном направлению потока во входе для среды 130. В результате этого контроллер перемещения среды 110 направляет среду по спирали вокруг кольцевой базы 148, приблизительное положение которой обозначено х на стороне ступичного

- 12 014401 компонента 135 напротив входа для среды 130 на фиг. 6а. Спиральная форма потока среды вокруг кольцевой базы в указанном месте расположения относительно входа для среды называется здесь прямым спиральным маршрутом потока среды, в отличие от изображенного на фиг. 1 и 5 обратного спирального маршрута потока среды.

Для обеспечения прямого спирального маршрута потока среды внутренний барьерный компонент 126 расположен как зеркальное отображение расположения внутреннего компонента корпуса 26 на фиг. 1. В частности, внутренний барьерный компонент 126 выровнен со ступичным компонентом 135 и проходит назад к стороне внешнего барьерного компонента 120 напротив входа для среды 130, см. фиг. 6а. В целом, зазор между внутренним барьерным компонентом 126 и ступичным компонентом 135 и зазор между внутренним барьерным компонентом 126 и лопатками ротора 140Ь могут быть достаточными, чтобы позволить роторному агрегату 124 вращаться. Аналогично, зазор между лопатками ротора 140Ь и внешним барьерным компонентом 120 может быть достаточным, чтобы позволить роторному агрегату 124 вращаться. Кроме того, зазор между внутренним барьерным компонентом 126 и ступичным компонентом 135 может быть достаточно малым, чтобы вначале направить среду к проходу 144, а не в область коллектора внутреннего барьерного компонента 126 (что может наблюдаться в случаях, когда барьерный компонент 126 включает открытую заслонку, описанную более подробно ниже). В целом, соответствующие зазоры между внутренним барьерным компонентом 126 и ступичным компонентом 135 и лопатками ротора 140Ь, а также зазор между внешним барьерным компонентом 120 и лопатками ротора 140а могут изменяться в зависимости от конкретного применения.

Следует отметить, что конфигурация контроллера перемещения среды 110, обеспечивающая прямой спиральный маршрут потока среды предлагает преимущества, аналогичные конструкциям с обратным спиральным маршрутом потока среды, описанным со ссылкой на фиг. 1 и 5. В частности, контроллер перемещения среды с прямым спиральным маршрутом потока среды в общем случае обеспечивает повышение скорости и/или давления потока по сравнению с обычными контроллерами перемещения среды того же самого размера и конфигурации лопатки, но только с одним набором лопаток ротора. Кроме того, контроллер перемещения среды с прямым спиральным маршрутом потока среды, может быть более эффективным и иметь меньшие размеры по сравнению с системой, в которой обычные контроллеры перемещения среды расположены последовательно. Кроме того, затраты, связанные с изготовлением и техническим обслуживанием контроллера перемещения среды с прямым спиральным маршрутом потока среды могут быть меньше, чем в случае системы, имеющей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно. Дополнительное преимущество контроллера перемещения среды с прямым спиральным маршрутом потока среды по сравнению с системой, включающей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно, состоит в меньшем уровне создаваемого шума. В частности, в дополнение к обеспечению барьеров для направления среды в роторный агрегат 124 и вокруг него, компоненты корпуса 120 и 126 могут также снижать шум, создаваемый при вращении роторов и прохождении среды через роторный агрегат 124. Хотя это не является необходимым, но любые из компонентов корпуса или все они могут включать сотовую внутреннюю конфигурацию и/или любой шумопоглощающий материал, что позволяет еще в большей степени снизить шум.

Одно из преимуществ конфигураций контроллера перемещения среды 110 (т.е. одно из преимуществ контроллера перемещения среды с прямым спиральным маршрутом потока среды) состоит в том, что при том же размере контроллера перемещения среды ширина входа для среды 130 может быть больше, чем у контроллера перемещения среды 10, описанного со ссылкой на фиг. 1. В частности, поскольку отсутствует необходимость в совмещении входа для среды 130 с разделителем, разделяющим различные уровни лопаток ротора, как в конфигурации контроллера перемещения среды 10, ширина входа для среды 130 может быть относительно больше, чем ширина входного канала для среды 30 в контроллере перемещения среды 10. Большая ширина входа для среды может обеспечить большую мощность контроллера перемещения среды того же размера, работающего при такой же скорости вращения. Кроме того, точка запирания контроллера перемещения среды может быть отодвинута благодаря увеличению ширины входа для среды. В целом, точка запирания контроллера перемещения среды означает условия, при которых невозможно дальнейшее увеличение объема среды, пропускаемой через контроллер, путем лишь изменения положения регулировок.

В некоторых случаях преимущества наличия относительно широкого входа для среды контроллеров перемещения среды с передним спиральным маршрутом потока среды по сравнению с контроллерами с обратным спиральным маршрутом потока среды могут быть особенно заметными при сравнении контроллеров перемещения среды с лопатками ротора, ортогональными ко входу для среды. Как отмечено выше, контроллеры перемещения среды, описанные здесь, не ограничены коническими ступичными компонентами и поэтому не ограничены установкой лопаток ротора с наклоном относительно входов для сред контроллеров. В частности, описанные здесь контроллеры потока среды могут альтернативно иметь наборы лопаток ротора, расположенные параллельно входу для среды или ортогонально ко входу для среды. В конфигурациях, в которых лопатки ротора расположены ортогонально ко входу для среды, контроллер перемещения среды с обратным спиральным маршрутом потока среды (такой как описан со ссылкой на контроллер перемещения среды 10) имеет входной канал, в целом совмещенный в окрестно

- 13 014401 сти отверстия в разделителе роторного агрегата. Наборы лопаток ротора расположены на противоположных сторонах разделителя и, следовательно, длина наборов лопаток ротора, расположенных на стороне, смежной с и ортогонально ко входному каналу для среды, ограничена. Также для данного контроллера перемещения среды данного размера существует компромисс между шириной входного канала для среды и расстоянием, которое проходит среда через лопатки ротора роторного агрегата (т.е. рабочая область лопаток ротора) в конструкции контроллера перемещения среды с обратным спиральным маршрутом потока среды и лопатками ротора, расположенными ортогонально ко входному каналу для среды.

Однако в конфигурации контроллера перемещения среды с прямым спиральным маршрутом потока среды размер входного канала для среды может быть независимым от рабочей области роторов на противоположной стороне ступичного компонента роторного агрегата, так как их длины не прерываются включением входного канала для среды поблизости от них. В некоторых случаях длина лопаток ротора на стороне ступичного компонента, обращенной ко входному каналу для среды, в такой конфигурации может быть уменьшена, чтобы обеспечить большую ширину входа для среды. Хотя рабочая область лопаток ротора может быть уменьшена вследствие такой конфигурации, направление среды через множество наборов лопаток ротора, у которых нет ограничения рабочих областей благодаря переднему спиральному маршруту потока среды, может компенсировать такое сокращение. В действительности, контроллер перемещения среды, имеющий передний спиральный маршрут потока среды, может быть выполнен с возможностью обеспечения желательного увеличения скорости и/или давления потока, в те же время максимизируя ширину входа для среды и, таким образом, максимизируя мощность, которая может быть развита контроллером перемещения среды.

В некоторых случаях внутренний барьерный компонент 126 может включать одну или несколько заслонок, аналогичных заслонкам 68, описанным со ссылкой на фиг. 5. Включение заслонок во внутренний барьерный компонент 126 может позволить направлять среду непосредственно в область сбора в периферийной части лопаток ротора 140Ь без прохождения через лопатки ротора 140Ь. Как и в случае заслонок 68, время и/или степень открытия и/или закрытия заслонок вдоль внутреннего барьерного компонента 126 может задаваться вручную или программироваться. Кроме того, степень открытия заслонок может быть различной. Также, поток среды может быть разделен на часть, направляемую непосредственно в область сбора в периферийной части лопаток ротора 140Ь, и часть, направляемую через лопатки ротора 140Ь. Альтернативно, заслонки могут быть выполнены с возможностью направления, по существу, всей среды непосредственно в область сбора в периферийной части лопаток ротора 140Ь. В других вариантах осуществления заслонки могут быть закрытыми. В любом случае заслонки могут выгодным образом обеспечить изменение степени, с которой увеличивается скорость и/или давление потока в контроллере перемещения среды 110 для данной частоты вращения роторного агрегата 124. Как следствие, роторный агрегат 124 может работать с меньшими изменениями в частоте вращения, а значит и с меньшей нагрузкой на контроллер перемещения среды 110.

Как и в случае контроллера перемещения среды 10, описанного со ссылкой на фиг. 1-5, контроллер перемещения среды 110 может включать любое число наборов лопаток ротора. Пример конфигурации контроллера перемещения среды 110 с дополнительным набором лопаток ротора по сравнению с конфигурацией, показанной на фиг. 6а, изображен на фиг. 7а. В частности, на фиг. 7а показан контроллер перемещения среды 110 с лопатками ротора 140с, расположенными рядом с лопатками ротора 140Ь с разделением разделителем 150, и поэтому иллюстрируют вариант осуществления, в котором контроллер перемещения среды 110 включает множество уровней наборов лопаток ротора. В таком варианте осуществления контроллер перемещения среды 110 также включает промежуточный барьерный компонент 156 в дополнение к барьерными компонентами 120 и 126, чтобы обеспечить проходы для направления среды от набора лопаток ротора 140а к набору лопаток ротора 140Ь и от набора лопаток ротора 140Ь к набору лопаток ротора 140с соответственно. В частности, промежуточный барьерный компонент 156 вместе с внешним барьерным компонентом 120 образуют проход 154, проходящий от периферийной части набора лопаток ротора 140а ко входному каналу 146 и к набору лопаток ротора 140Ь. Кроме того, промежуточный барьерный компонент 156 и внутренний барьерный компонент 126 вместе образуют проход 158, проходящий от периферийной части набора лопаток ротора 140Ь к входному каналу 157, ведущему к набору лопаток ротора 140с.

Как показано на фиг. 7а, барьерный компонент 156 расположен между внутренним барьерным компонентом 126 и внешним барьерным компонентом 120 и совмещен с периферийной частью ступичного компонента 135 и частью разделителя 150, смежной с входными каналами 146 и 157. Внутренний барьерный компонент 126 на фиг. 7а немного отличается от его положения на фиг. 6а, в котором он совмещен с разделением 150, а не ступичным компонентом 135. Под действием центробежной силы роторного агрегата 124 и благодаря образованию проходов 154 и 158, среда направляется по спирали, проходящей от оси вращения роторного агрегата 124 и к ней, как показано стрелками потока среды 152 на фиг. 7а. Конкретнее, среда направляется в спиральный маршрут вокруг кольцевой базы 149, приблизительное положение которой обозначено х на стороне ступичного компонента 135 напротив входов для среды 130 на фиг. 7а.

Хотя кольцевая база 149 показана с аналогичным размером кольцевой базы 148 на фиг. 6а, она не

- 14 014401 ограничена им. В частности, лопатки ротора 140Ь и 140с могут иметь такие размеры, что кольцевая база 149 будет сравнительно меньше или больше, чем кольцевая база 148. Дополнительные наборы лопаток ротора могут также быть расположены в контроллере перемещения среды 110. В частности, дополнительные наборы лопаток ротора могут быть расположены рядом с лопатками ротора 140с, отделенными дополнительными разделителями. В таких случаях дополнительные промежуточные барьерные компоненты могут быть включены в контроллер перемещения среды 110 таким образом, что среда может быть последовательно направлена через каждый из дополнительных наборов лопаток ротора. В любом случае любой или все промежуточные барьерные компоненты, включенные в описанные здесь контроллеры перемещения среды, могут включать одну или несколько заслонок для обхода наборов лопаток ротора соседнего роторного агрегата.

Другое различие между конфигурациями контроллера перемещения среды 110, соответственно изображенными на фиг. 6а и 7а, состоит в том, что вращающийся вал 113 расположен во входе для среды 130 на фиг. 7а и наоборот расположен на противоположной стороне ступичного компонента 135 на фиг. 6а. Следует отметить, однако, что соответствующие положения вращательного вала 113 не ограничены изображенными конфигурациями. Скорее различные положения вращательного вала изображены на двух чертежах, чтобы показать альтернативные расположения вращательного вала 113 для обеих конфигураций. Также вращающийся вал 113 может альтернативно располагаться во входе для среды 130 в конфигурации, изображенной на фиг. 6а. Кроме того, вращающийся вал 113 может альтернативно располагаться на противоположной стороне ступичного компонента 135 в конфигурации фиг. 7а. Кроме того, вращающийся вал 13 контроллеров перемещения среды 10, изображенных на фиг. 1, 4, и 5, может альтернативно располагаться во входном канале для среды 30. Также, хотя преимущества обоих положений описаны ниже со ссылкой на контроллер перемещения среды 110, относительные положения источника движения не обязательно ограничены такими конфигурациями.

Как показано путем сравнения фиг. 6а и 7а, размещение вращающегося вала 113 во входе для среды 130 может выгодно обеспечить возможность применения короткого вращательного вала, особенно по сравнению с альтернативной позицией на противоположной стороне ступичного компонента 135. Конкретнее, расположение вращательного вала 113 во входе для среды 130 позволяет расположить подшипник ротора 114 ближе к роторному агрегату 124, чем в положении на противоположной стороне ступичного компонента 135, а значит и воспользоваться более коротким вращающимся валом 113. Напротив, более длинный вал необходим в конфигурации, изображенной на фиг. 6а, так как вращающийся вал 113 простирается через входной канал 146 между барьерными компонентами 126 и 120 для прикрепления к роторному агрегату 124. Такое изменение длины вала может быть более очевидным в контроллерах перемещения среды, имеющих множество уровней лопаток ротора напротив входа для среды, как показано на фиг. 7а. В частности, вращающийся вал 113 может быть еще длиннее в таких вариантах осуществления и поэтому может быть особенно выгодным поместить вращающийся вал 113 во входе для среды 130 в таких случаях.

Как отмечено выше, с длинными валами связаны значительные затраты и проблемы техобслуживания, поэтому может быть выгодным в некоторых вариантах осуществления поместить вращающийся вал 113 во входе для среды 130. Кроме того, расположение вращательного вала 113 во входе для среды 130 может предложить способ охлаждения источника привода, соединенного с ротором 114, поступающей средой. Кроме того, вращательный вал 113 может смазываться средой, втягиваемой во вход для среды 130. В других вариантах осуществления размещение вращающегося вала 113 на стороне ступичного компонента 135 напротив входов для среды 130 может быть полезным. В частности, размер привода для вращения вала 113 может быть ограничен размером входа для среды 130 в случаях, когда источник движения помещен там. Поэтому размещение вращающегося вала 113 на стороне ступичного компонента 135 напротив входа для среды 130 может полезно позволить использование большего источника движения, расширяя диапазон скоростей вращения, на которых может работать контроллер перемещения среды 110. Кроме того, расположение вращательного вала 113 во входе для среды 130 затрудняет часть входа для среды, уменьшая объем среды, которая может засасываться в контроллер перемещения среды 110. Также может быть выгодным поместить вращающийся вал 113 на сторону ступичного компонента 135, противоположную входу для среды 130, чтобы максимизировать точку запирания контроллера перемещения среды 110.

Как отмечено выше, один или несколько компонентов описанных здесь контроллеров перемещения среды могут быть изменены по сравнению с изображенными на чертежах. Пример альтернативной конфигурации внешнего барьерного компонента для контроллера перемещения среды 110 показан и описан со ссылкой на фиг. 6Ь и 7Ь. В частности, фиг. 6Ь и 7Ь иллюстрируют контроллер перемещения среды 110 с аналогичным набором и конфигурацией компонентов, как описано со ссылкой на фиг. 6а и 7а соответственно, за исключением внешнего барьерного компонента 122. Как показано на фиг. 6Ь и 7Ь, внешний барьерный компонент 122 отличается от внешнего барьерного компонента 120, показанного на фиг. 6а и 7а, включением выемки рядом со ступичным компонентом 135, в частности, вдоль стороны ступичного компонента 135 напротив входа для среды 130. Выемка может быть полезной для содействия направлению среды в канал 146, а затем через лопатки ротора 140Ь. В частности, выемка может облегчить изме

- 15 014401 нение направления среды, которая поступает в осевом направлении в лопатки ротора 140Ь, как соответственно показано на фиг. 6Ь и 7Ь. Кроме того, выемка может позволить использовать более короткий вращательный вал, когда вал соединен на стороне ступичного компонента 135 напротив входа для среды 130. В частности, как показано путем сравнения фиг. 6Ь и фиг. 6а, подшипник ротора 114 может быть расположен ближе к роторному агрегату 124, чем в конфигурации, изображенной на фиг. 6а, а значит можно использовать более короткий вращающийся вал 113.

Другая конфигурация контроллера перемещения среды изображена на фиг. 8. В частности, на фиг. 8 показано поперечное сечение контроллера перемещения среды 200, имеющего роторный агрегат 224 с наборами лопаток ротора 240а и 240Ь, соединенными с противоположных сторон разделителя 236 и последовательно расположенными в штабеле с одной стороны ступичного компонента 235. Кроме того, роторный агрегат 224 включает наборы лопаток ротора 242а и 242Ь, соединенных с противоположных сторон разделителя 238 и последовательно установленных на противоположной стороне ступичного компонента 235. Также контроллер перемещения среды 200 включает роторный агрегат, имеющий множество уровней лопаток ротора на противоположных сторонах ступичного компонента 235. Контроллер перемещения среды 200 также включает внешний барьерный компонент 220 и внутренний барьерный компонент 226, выполненные с образованием прохода 244 для направления среды последовательно через наборы лопаток ротора 240а и 240Ь. Кроме того, контроллер перемещения среды 200 включает внутренний барьерный компонент 227, выполненный с внешним барьерным компонентом 220 для образования прохода 245 для направления среды последовательно через наборы лопаток ротора 242а и 242Ь. Кроме того, контроллер перемещения среды 200 включает два отдельных входа для среды 230 и 231, расположенные в линию и рядом с разделителями 236 и 238 соответственно. Следовательно, среда может быть, соответственно, направлена в наборы лопаток ротора 240а и 242а, направлена через проходы 244 и 245, пропущена через наборы лопаток ротора 240Ь и 242Ь, собрана в соответствующих областях, сформированных внутренними барьерными компонентами 226 и 227 в периферийной части лопаток ротора 240Ь и 242Ь и впоследствии выведена через выходы контроллера перемещения среды 200.

В некоторых вариантах осуществления контроллер перемещения среды 200 может включать отдельные выходы, соединенные в области сбора, сформированные внутренними барьерными компонентами 226 и 227. В других вариантах осуществления контроллер перемещения среды 200 может включать единственный выход, который сливает потоки среды из областей сбора, сформированных внутренними барьерными компонентами 226 и 227, такой, как изображен в виде выхода 250 на фиг. 8. Следует отметить, что размещение выхода 250 не обязательно ограничено положением, показанным на фиг. 8. В частности, выход 250 может альтернативно располагаться на противоположной стороне контроллера перемещения среды 200. В других случаях выход 250 может располагаться вдоль любой из сторон внешнего барьерного компонента 220 рядом с входным каналом для среды 230 или 231. Такие альтернативные позиции могут относиться к вариантам осуществления, в которых контроллер перемещения среды 200 включает несколько выходов, а также к другим контроллерам перемещения среды, таким как описаны выше со ссылкой на фиг. 1-7. Выходы не показаны в конфигурациях, приведенных на фиг. 1-7, чтобы упростить чертежи, и предполагается, что они расположены вдоль части контроллеров перемещения среды, не изображенных на выбранных поперечных сечениях.

В любом случае, результирующий поток среды через контроллер перемещения среды 200 представляет собой два отдельных спиральных маршрута потока среды, проходящих от оси вращения роторного агрегата 224 и к ней, как показано стрелками потока среды 218 и 219 на фиг. 8. Конкретнее, контроллер перемещения среды 200 создает два отдельных обратных спиральных маршрута потока среды, соответственно расположенных вокруг кольцевых баз 248 и 249. Как показано на фиг. 8, приблизительные положения кольцевых баз 248 и 249 обозначены х и соответственно расположены вокруг входных каналов для среды 230 и 231. На основании таких зеркальных отображений потока и конфигурации его компонентов контроллер перемещения потока среды 200 может быть описан как два противовключенных контроллера перемещения среды, имеющих конфигурации, подобные описанной со ссылкой на фиг. 1. Также контроллер перемещения среды 200 может обеспечить компактный вариант обработки отдельных потоков среды.

В целом, контроллер перемещения среды 200 может предоставлять преимущества, аналогичные контроллерам перемещения среды 10 и 110, описанным со ссылкой на фиг. 1-7. В частности, контроллер перемещения среды 200 может предоставлять преимущества повышения скорости и/или давления потока по сравнению с обычными контроллерами перемещения среды того же самого размера и конфигурации лопатки, но только с одним набором лопаток ротора. Кроме того, контроллер перемещения среды 200 может быть более эффективным и меньшим, чем система с последовательно расположенными обычными контроллерами перемещения среды. Кроме того, затраты, связанные с изготовлением и техническим обслуживанием контроллера перемещения среды 200, могут быть меньше, чем в случае системы, имеющей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно. Дополнительное преимущество контроллера перемещения среды 200 по сравнению с системой, включающей обычные контроллеры перемещения среды, расположенные последовательно, состоит в меньшем уровне создаваемого шума. В частности, в дополнение к обеспечению барьеров для направления среды в роторный агрегат

- 16 014401

224 и вокруг него, компоненты корпуса 220 и 226 могут также снижать шум, создаваемый при вращении роторов и прохождении среды через роторный агрегат 224. Хотя это не является необходимым, но любые из компонентов корпуса или все они могут включать сотовую внутреннюю конфигурацию и/или любой шумопоглощающий материал, что позволяет еще в большей степени снизить шум.

Как и в случае контроллеров перемещения среды 10 и 110, контроллер перемещения среды 200 может включать любое множество наборов лопаток ротора, чтобы последовательно направлять через них среду. В частности, контроллер перемещения среды 200 может включать любое число наборов лопаток ротора и промежуточных разделителей с обеих сторон ступичного компонента 235. В некоторых вариантах осуществления контроллер перемещения среды 200 может включать то же самое число наборов лопаток ротора на противоположных сторонах ступичного компонента 235. В некоторых вариантах осуществления контроллер перемещения среды 200 может включать другое количество наборов лопаток ротора на противоположных сторонах ступичного компонента 235. Кроме того, хотя контроллер перемещения среды 200 изображен конкретно, со множеством уровней с обеих сторон ступичного компонента 235, контроллер перемещения среды 200 может альтернативно включать единственный набор лопаток ротора на одной стороне ступичного компонента 235. В любом случае, в соответствии с числом наборов лопаток ротора контроллер перемещения среды 200 может включать дополнительные барьерные компоненты, чтобы выделять среду, текущую последовательно между наборами лопаток ротора.

В целом, форма, размер, число, расположение и направление лопаток ротора 240а, 240Ь, 242а и 242Ь могут включать любую конфигурацию, известную в области контроллеров перемещения среды. Кроме того, конфигурация лопаток ротора 240а, 240Ь, 242а и 242Ь не обязательно должна быть сходной. В любом случае, роторный агрегат 224 может включать вращающийся вал 213 и соединенный с ним подшипник ротора (подшипники ротора не показаны на фиг. 8, чтобы упростить чертеж). Кроме того, входы для среды 230 и 231 могут выступать из боковых стенок внешнего барьерного компонента 220, как оказано на фиг. 8, или могут быть выполнены заподлицо с боковыми стенками внешнего барьерного компонента 220. В некоторых случаях, контроллер перемещения среды 220 может включать лопасти 254 в проходах 244 и/или 245 для направления потока среды через него. В других вариантах осуществления лопасти 254 могут отсутствовать в одном или обоих проходах 244 и/или 245. В любом случае, внешний барьерный компонент 220 в некоторых вариантах осуществления может включать выемки вблизи входных каналов для среды 230 и/или 231, аналогичные показанным на фиг. 6Ь и 7Ь для внешнего барьерного компонента 122, чтобы облегчить изменение направления среды, которая поступает в осевом направлении в лопатки ротора 240Ь и/или 242Ь соответственно.

Зазор между роторным агрегатом 224 и входными каналами для среды 230 и 231, а также внутренними барьерными компонентами 226 и 227 может быть достаточным, чтобы позволить роторному агрегату 224 свободно вращаться. Кроме того, контроллер перемещения среды 200 может включать одну или несколько заслонок для обхода набора лопаток ротора. В частности, любой из внутренних барьерных компонентов 226 и 227 и/или входные каналы для среды 230 и 231 могут включать заслонки, подобные заслонкам, описанным для подобных компонентов со ссылкой на контроллеры перемещения среды 10. Как отмечено выше, заслонки позволяют изменять маршруты потока среды, обеспечивая изменение степени повышения скорости и/или давления потока для данной частоты вращения роторного агрегата. Как следствие, роторный агрегат может эксплуатироваться с меньшим изменением частоты вращения, что означает меньшую нагрузку на контроллер перемещения среды. При этом обеспечивается необходимый диапазон эксплуатационных характеристик контроллера перемещения среды.

На фиг. 9 показан пример схемы системы, включающей множество контроллеров перемещения среды, расположенных последовательно. Конкретнее, фиг. 9 иллюстрирует систему 261, имеющую контроллеры перемещения среды 260а-260б, последовательно соединенными промежуточными каналами. Как показано между контроллерами перемещения среды 260а и 260Ь, канал 266 может соединить выход 264 одного контроллера перемещения среды со входом 262 из другого контроллера перемещения среды. Аналогичное соединение выполнено между контроллерами перемещения среды 260Ь и 260с, а также между контроллерами перемещения среды 260с и 2606. Хотя соединение соседних контроллеров перемещения среды, как показано на фиг. 9, может быть выгодным для минимизации сложности каналов 266, система 261 не обязательно ограничена такой конфигурацией. В частности, каналы 266 могут использоваться для соединения выходов и входов любого из контроллеров перемещения среды 260а-260б. Кроме того, хотя система 261 изображена как включающая четыре контроллера перемещения среды, система не обязательно ограничена данной конфигурацией. В частности, система 261 может включать любое множество контроллеров перемещения среды.

В целом, по меньшей мере один из контроллеров перемещения среды 260а-260б включает конфигурацию, описанную со ссылкой на фиг. 1, 2 и 4-8. В частности, по меньшей мере один из контроллеров перемещения среды 260а-260б включает роторный агрегат, имеющий множество наборов лопаток ротора, соединенных с противоположных сторон разделяющей структуры, которая является или разделителем, или ступичным компонентом роторного агрегата. Кроме того, по меньшей мере один контроллер перемещения среды включает барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов, которые позволяют направлять среду через первый набор лопаток ротора, а затем через второй набор лопаток

- 17 014401 ротора. Конкретнее, по меньшей мере один контроллер перемещения среды включает барьерные компоненты, выполненные с образованием спирального прохода потока среды для направления среды последовательно через наборы лопаток ротора.

В случаях, в которых множество контроллеров перемещения среды 260а-260б включают роторный агрегат и барьерные компоненты таких конфигураций, контроллеры могут включать такие же или иные структуры. Иными словами, расположение наборов лопаток ротора и барьерных компонентов среди множества контроллеров перемещения среды 260а-260б может быть одинаковым или различным применительно к конфигурациям, описанным со ссылкой на фиг. 1, 2 и 4-8. В некоторых вариантах осуществления все контроллеры перемещения среды 260а-260б могут включать конфигурацию, описанную со ссылкой на фиг. 1, 2 и 4-8. Однако в других случаях не все контроллеры перемещения среды 260а-260б могут включать конфигурацию, описанную со ссылкой на фиг. 1, 2 и 4-8. Сама по себе система 261 не исключает возможность использования в ней контроллеров перемещения среды обычных конфигураций (например, только с одним набором лопаток ротора, соединенным со ступичным компонентом роторного агрегата).

Как отмечено выше, контроллеры перемещения среды, описанные со ссылкой на фиг. 1-8, могут в целом использоваться в качестве компрессоров, насосов, нагнетателей или турбокомпрессоров. Однако концепция использования множества наборов роторов и барьерных компонентов для направления среды последовательно через них не обязательно ограничена такими применениями. В частности, эти концепции могут быть применены к другим типам контроллеров перемещения среды, таким как, например, газотурбинные двигатели. Как отмечено выше, газотурбинный двигатель означает контроллер перемещения среды, имеющий компрессор и турбину, каждый характеризуется одним или несколько наборами лопаток ротора и конфигурируется для соединения с устройством преобразования тепловой энергии. Примеры конфигураций газотурбинных двигателей, имеющих роторные агрегаты и барьерные компоненты, аналогичные конфигурациям, описанным со ссылкой на фиг. 1-8, показаны на фиг. 10-14.

В частности, на фиг. 10 показан пример поперечного сечения контроллера перемещения среды 270, выполненного для выполнения функции газотурбинного двигателя, содержащего в своем составе компрессор и турбину. Как показано на фиг. 10, контроллер перемещения среды 270 включает выход для среды 274 внутри входа для среды 272. Как будет более подробно описано ниже, такая конфигурация соответствует направлению потока среды через контроллер перемещения среды 270, обозначенному стрелками 280. Однако в некоторых вариантах осуществления среда может быть направлена в противоположном направлении через контроллер перемещения потока среды 270 и, следовательно, компоненты 272 и 274 могут служить выходом и входом, соответственно. Кроме того, отмечено, что вход для среды 272 и выход для среды 274 могут быть ориентированы иным образом, чем показано на фиг. 10. В частности, конец входа для среды 272 может быть сформирован в виде раструба от выхода для среды 274. Таким образом, выход из контроллера перемещения среды 270 может быть более явно отдельным от входного потока контроллера. В других вариантах осуществления может быть предпочтительным ввести небольшое количество выхлопа во входной поток, и, поэтому, барьерный компонент выхода для среды 274, в некоторых вариантах осуществления, может включать один или несколько заслонок, подобных заслонкам 66, описанным со ссылкой на фиг. 5.

В любом случае контроллер перемещения среды 270 включает роторный агрегат, имеющий множество уровней лопаток ротора, соединенных со ступичным компонентом и, в некоторых вариантах осуществления, роторный агрегат, имеющий конфигурацию, подобную роторному агрегату 24, описанному со ссылкой на фиг. 1. Конкретнее, контроллер перемещения среды 270 включает роторный агрегат 285 с набором лопаток ротора 284а, разделитель 283 и набор лопаток ротора 284Ь, последовательно расположенных в штабеле на ступичном компоненте 281. Кроме того, роторный агрегат 287 включает вращающийся вал 213 и подшипник 214, соединенный со ступичным компонентом 281. В дополнение к роторному агрегату 285, контроллер перемещения среды 270 включает барьерные компоненты 276, 277 и 278, выполненные с образованием набора проходов, разделенных общей стеной и соответственно приспособленных для того, чтобы направлять среду от набора лопаток ротора 284Ь в устройство преобразования тепловой энергии 286, а далее - от устройства преобразования тепловой энергии 286 к набору лопаток ротора 284а. В частности, барьерный компонент 277 может быть расположен рядом с периферийной частью разделителя 283 и между барьерными компонентами 276 и 278 с образованием общей стенки между проходами 282 и 273, которые, соответственно, ведут к устройству преобразования тепловой энергии 286 и от него.

Как показано на фиг. 10, точки продолжения простираются от барьерных компонентов 276, 277 и 278, обозначая их приспособление к соединению с устройством преобразования тепловой энергии 286. Также контроллер перемещения среды 270 может быть выполнен для соединения с устройством преобразования тепловой энергии 286. В некоторых случаях контроллер перемещения среды 270 может быть представителем устройств, имеющих присоединенное к ним устройство преобразования тепловой энергии 286, причем это соединение может быть постоянным или разъемным. В других вариантах осуществления контроллер перемещения среды 270 может быть представителем устройств, не включающих устройство преобразования тепловой энергии 286, а может быть сконфигурированным для последующего

- 18 014401 подсоединения. В любом случае устройство преобразования тепловой энергии 286 может в целом означать любое устройство, выполненное с возможностью преобразования тепловой энергии среды. В некоторых вариантах осуществления устройство преобразования тепловой энергии 286 может быть специально выполнено таким образом, чтобы увеличивать тепловую энергию среды, и потому может альтернативно именоваться устройством повышения тепловой энергии. Примеры устройств преобразования тепловой энергии 286 могут включать (без ограничения) камеру сгорания, бойлер, теплообменник или атомный реактор. В вариантах осуществления, в которых устройством преобразования тепловой энергии 286 является камера сгорания, контроллер перемещения среды 270 может быть выполнен с возможностью соединения с кольцевой камерой сгорания или отдельной камерой сгорания. Хотя фиг. 10 иллюстрирует контроллер перемещения среды 270, включающий/соединенный с двумя устройствами преобразования тепловой энергии, система не обязательно ограничена данной конфигурацией. В частности, контроллер перемещения среды 270 может быть выполнен для соединения с любым числом устройств преобразования тепловой энергии, включая одно устройство или множество устройств. В некоторых вариантах осуществления два блока на фиг. 10, обозначенные позицией 286, могут представлять кольцевую конфигурацию устройства преобразования тепловой энергии, а также могут представлять одно устройство.

Как показано стрелками потока среды 280, среда может быть введена во вход для среды 272, проход которого ведет к лопаткам ротора 284Ь и по существу заблокирован от лопаток ротора 284а включением выходного канала для среды 274 во вход для среды 272. Лопатки ротора 284Ь радиально расположены напротив разделителя 283 и, таким образом, могут перемещать среду в центробежном направлении к проходу 282 и, в конечном счете, к подсоединенному устройству преобразования тепловой энергии 286. Конкретнее, лопатки ротора 284Ь могут быть выполнены с возможностью повышения давления среды, направляемой через них, и, следовательно, могут выполнять роль компрессора. Как показано на фиг. 10, барьерные компоненты 277 и/или 278 могут включать лопасти 275, соединенные с их внутренними поверхностями, чтобы уменьшить завихрение потока среды на выходе лопаток ротора 284Ь. Однако в других вариантах осуществления лопасти 275 могут отсутствовать в контроллере перемещения среды 270.

Среда, выводимая из устройства преобразования тепловой энергии 286, может быть направлена через проход 273, отделенный от прохода 282 барьерным компонентом (или общей стенкой) 277. В некоторых вариантах осуществления барьерные компоненты 276 и/или 277 могут включать лопасти 279, соединенные с их внутренними поверхностями, как показано на фиг. 10. Однако в других вариантах осуществления лопасти 279 могут отсутствовать в контроллере перемещения среды 270. Из прохода 273 среда направляется через набор лопаток ротора 284а, установленных между разделителем 283 и ступичным компонентом 281. Вращение лопаток ротора 284а может выполнять роль турбины для преобразования тепловой энергии среды, подаваемой из устройства преобразования тепловой энергии 286, в механическую энергию. Следует отметить, что конструкция лопаток ротора 284а и 284Ь может быть обратной, если маршрут 280 потока среды через контроллер перемещения среды 270 изменен на противоположный. Кроме того, хотя фиг. 10 иллюстрирует контроллер перемещения среды 270 лишь с одним набором лопаток ротора, выполненным с возможностью работы в качестве компрессора, и только один набор лопаток ротора для работы в качестве турбины, контроллер перемещения среды 270 может включать множество наборов лопаток ротора для выполнения одной или обеих функций. Пример конфигурации газотурбинного двигателя, имеющего множество уровней лопаток ротора, два из которых выполнены для работы в качестве компрессора, а другие - для работы в качестве турбины, приведен на фиг. 11.

В частности, фиг. 11 иллюстрирует контроллер перемещения среды 290, включающий роторный агрегат 287 с набором лопаток ротора 284а, разделителем 283, набором лопаток ротора 284Ь, разделителем 288 и набором лопаток ротора 284с, последовательно расположенных в штабеле на ступичном компоненте 281. Кроме того, роторный агрегат 287 включает вращающийся вал 213 и подшипник 214, соединенный со ступичным компонентом 281. Такая конфигурация роторного агрегата аналогична конфигурации роторного агрегата 24, описанной выше со ссылкой на фиг. 4. Кроме того, контроллер перемещения среды 290 включает множество барьерных компонентов и каналов для направления среды через множество наборов лопаток ротора, как показано стрелками пути потока 295. В частности, контроллер перемещения среды 290 включает входной канал для среды 272, расположенный рядом с разделителем 288 для подачи среды в набор лопаток ротора 284Ь. Кроме того, контроллер перемещения среды 290 включает внешний барьерный компонент 291 и внутренний барьерный компонент 293, которые вместе образуют проход 292 для направления среды от периферийной части набора лопаток ротора 284Ь во входной канал, приводящий к набору лопаток ротора 284с и образованный внутренним барьерным компонентом 293 и внешней поверхностью входного канала для среды 272.

В некоторых вариантах осуществления проход 292 и/или вход для среды 272 может соответственно включать лопасти 289 и 268 для направления среды через них, как показано на фиг. 11. Однако включение лопастей 268 и 289 является необязательным и поэтому может отсутствовать в некоторых вариантах осуществления. В любом случае, внутренний барьерный компонент 293 далее образует область коллектора 294 в периферийной части набора лопаток ротора 284с для сбора среды, направленной через набор лопаток ротора 284с. Как показано на фиг. 11, набор указанных выше компонентов в контроллере пере

- 19 014401 мещения среды образует спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы 299, расположенной вокруг оси вращения ступичного компонента 281. Вращательное движение роторного агрегата 287 обеспечивает повышение давления среды, направляемой через наборы лопаток ротора 284Ь и 284с и, поэтому набор вышеупомянутых компонентов может служить компрессором.

Как показано на фиг. 11, контроллер перемещения среды 290 также включает каналы 296а и 296Ь, идущие к устройству преобразования тепловой энергии 286 и от него соответственно. Как и в случае контроллера перемещения среды 270, описанного со ссылкой на фиг. 10, контроллер перемещения среды 290 может быть выполнен для соединения с устройством преобразования тепловой энергии 286, как обозначено точечной линией продолжения на фиг. 11. Кроме того, контроллер перемещения среды 290 может включать или может быть соединен с любым числом устройств преобразования тепловой энергии и поэтому не ограничен единственным устройством преобразования тепловой энергии, как показано на фиг. 11. Соединенный с каналом 296Ь контроллер перемещения среды 290 включает спираль 298 для направления среды к набору лопаток ротора 284а. Как показано на фиг. 11, контроллер перемещения среды 290 может включать лопасти 297 для направления среды к периферийной части набора лопаток ротора 284а. Расположенный внутри входного канала для среды 272 контроллер перемещения среды 290 включает выходной канал для среды 274 для вывода среды из контроллера после прохождения через набор лопаток ротора 284а. Вращение лопаток ротора 284а может выполнять роль турбины для преобразования тепловой энергии среды, подаваемой из устройства преобразования тепловой энергии 286, в механическую энергию.

Альтернативная конфигурация газотурбинного двигателя, имеющего компрессор и турбину, каждый из которых характеризуется одним или несколько наборами лопаток ротора, показана на фиг. 12. В частности, на фиг. 12 изображен контроллер перемещения среды 300, имеющий роторный агрегат 321 с наборами лопаток ротора 320а и 320Ь, соединенных с противоположными сторонами ступичного компонента 322. Кроме того, роторный агрегат 321 включает вращающийся вал 313 и соединенный с ним подшипник ротора (подшипник ротора не показан на фиг. 12 для упрощения чертежа). Такая конфигурация роторного агрегата аналогична конфигурации роторного агрегата 124, описанной выше со ссылкой на фиг. 6а. Следует отметить, что вращающийся вал 313 может располагаться с любой стороны ступичного компонента 322 и поэтому не обязательно ограничен расположением, изображенным на фиг. 12.

Контроллер перемещения среды 300 включает барьерные компоненты 314, 316 и 318, выполненные с образованием набора проходов, разделенных общей стенкой и соответственно приспособленных для направления среды от набора лопаток ротора 320а в устройство преобразования тепловой энергии 286 и далее от устройства преобразования тепловой энергии 286 к набору лопаток ротора 320Ь. В частности, барьерный компонент 316 может быть расположен рядом с периферийной частью ступичного компонента 322 и между барьерными компонентами 314 и 318, чтобы сформировать общую стенку между проходами 306 и 310, которые, соответственно, ведут к устройству преобразования тепловой энергии 286 и от него. Кроме того, барьерный компонент 314 может быть выполнен с образованием входа 302, а барьерный компонент 318 может быть выполнен с образованием выхода 312. В некоторых случаях, барьерные компоненты 314 и 318 могут выступать из боковых стенок контроллера перемещения среды 300 с образованием входа 302 и выхода 312, соответственно, как показано на фиг. 12. В других вариантах осуществления вход 302 и/или выход 312 может быть выполнен заподлицо с боковыми стенками контроллера перемещения среды 300. В любом случае точки линий продолжения включены в фиг. 12 между барьерными компонентами 314, 316 и 318 и устройством преобразования тепловой энергии 286, обозначая их приспособление к соединению с устройством преобразования тепловой энергии 286. Как и в случае контроллера перемещения среды 270, описанного со ссылкой на фиг. 10, хотя фиг. 12 иллюстрирует контроллер перемещения среды 300, включающий/соединенный с двумя устройствами преобразования тепловой энергии, система не обязательно ограничена данной конфигурацией.

Как показано стрелками потока среды 304, среда может быть введена во вход для среды 302, проход которого ведет к лопаткам ротора 320а. Лопатки ротора 320а радиально расположены напротив ступичного компонента разделения 322 и, таким образом, могут перемещать среду в центробежном направлении к проходу 306 и, в конечном счете, к подсоединенному устройству преобразования тепловой энергии 286. Конкретнее, лопатки ротора 320а могут быть выполнены с возможностью повышения давления среды, направляемой через них, и, следовательно, могут выполнять роль компрессора. Хотя и не показано на чертеже, барьерные компоненты 314 и/или 316 могут включать лопасти, соединенные с их внутренними поверхностями, чтобы уменьшить завихрение потока среды на выходе лопаток ротора 320а. Среда, выводимая из устройства преобразования тепловой энергии 286, может быть направлена через проход 310, отделенный от прохода 306 барьерным компонентом (или общей стенкой) 316. Из прохода 310 среда направляется через набор лопаток ротора 320Ь, расположенных на стороне ступичного компонента 322, противоположной лопаткам ротора 320а. Вращение лопаток ротора 320Ь может выполнять роль турбины для преобразования тепловой энергии среды, подаваемой из устройства преобразования тепловой энергии 286, в механическую энергию.

Следует отметить, что конструкция лопаток ротора 320а и 320Ь может быть обратной, если маршрут 304 потока среды через контроллер перемещения среды 300 изменен на противоположный. Кроме

- 20 014401 того, хотя фиг. 12 иллюстрирует контроллер перемещения среды 300 с лишь одним набором лопаток ротора, выполненный с возможностью работы в качестве компрессора, и только один набор лопаток ротора для работы в качестве турбины, контроллер перемещения среды 300 может включать множество наборов лопаток ротора для выполнения одной или обеих функций. Пример конфигурации газотурбинного двигателя, имеющего множество уровней лопаток ротора, два из которых выполнены для работы в качестве компрессора, а другие - для работы в качестве турбины, приведен на фиг. 13 и описан более подробно ниже.

В частности, на фиг. 13 изображен контроллер перемещения среды 350, имеющий роторный агрегат 325 с лопатками ротора 320а, расположенными на одной стороне ступичного компонента 322 рядом со входом для среды 352 и лопатками ротора 320Ь, разделителем 323 и лопатками ротора 320с, последовательно установленными на противоположной стороне ступичного компонента 322. Такая конфигурация роторного агрегата аналогична конфигурации роторного агрегата 124, описанной со ссылкой на фиг. 7а. Контроллер перемещения среды 350 также включает внешний барьерный компонент 356 и внутренний барьерный компонент 362, которые вместе образуют проход 358 для направления среды от периферийной части набора лопаток ротора 320а во входной канал, приводящий к набору лопаток ротора 320с и образованный внутренним барьерным компонентом 362 и внешней поверхностью выходного канала для среды 366. Как показано на фиг. 13, проход 358 может включать лопасти 357 для направления среды через него и снижения вихревого движения среды на выходе лопаток ротора 320а. Однако включение лопастей 357 является необязательным, и поэтому лопасти 357 могут отсутствовать в некоторых вариантах осуществления.

Как далее показано на фиг. 13, набор компонентов в контроллере перемещения среды 350 образует спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы 359, расположенной вокруг оси вращения ступичного компонента 322. Вращательное движение роторного агрегата 325 обеспечивает повышение давления среды, направляемой через наборы лопаток ротора 320а и 320с, и поэтому набор этих компонентов может служить компрессором. В некоторых вариантах осуществления внешний барьерный компонент 356 может включать выемки вблизи выходного канала для среды 366, аналогичные изображенным на фиг. 6Ь и 7Ь, для внешнего барьерного компонента 122, чтобы облегчить изменение направления среды, которая поступает в осевом направлении в лопатки ротора 320с.

В дополнение к барьерными компонентами 356 и 362 и выходному каналу для среды 366 контроллер перемещения среды 350 может включать устройство преобразования тепловой энергии 364, расположенное в пределах внутреннего барьерного компонента 362 в периферийной части наборов лопаток ротора 320Ь и 320с. Как и в случае устройства преобразования тепловой энергии 286, описанного со ссылкой на фиг. 10, устройство преобразования тепловой энергии 364 может включать любое устройство, выполненное с возможностью изменения тепловой энергии среды, такое как (без ограничения) камера сгорания, бойлер, теплообменник или ядерный реактор. В вариантах осуществления, в которых устройство преобразования тепловой энергии 364 включает камеру сгорания, топливопровод может быть вставлен в устройство преобразования тепловой энергии. Как показано на фиг. 13, среда радиально направляется через лопатки ротора 320с, проходит через устройство преобразования тепловой энергии 364, далее направляется через лопатки ротора 320Ь, и, наконец, выводится через выход 366. Вращение лопаток ротора 320Ь может выполнять роль турбины для преобразования тепловой энергии среды, подаваемой из устройства преобразования тепловой энергии 364, в механическую энергию.

Следует отметить, что включение устройства преобразования тепловой энергии 364 в контроллер перемещения среды 350 не обязательно является взаимно исключающим с конфигурацией роторного агрегата 325. В частности, контроллер перемещения среды 350 может альтернативно формироваться с каналами, соответственно соединенными вблизи периферийной части лопаток ротора 320с и 320Ь для направления среды к устройству преобразования тепловой энергии и от него, в то время как данное устройство подсоединено аналогично конфигурациям, описанным со ссылкой на фиг. 10-12. Аналогично, контроллеры перемещения среды, описанные со ссылкой на фиг. 10-12, могут альтернативно иметь устройства преобразования тепловой энергии, включенные в их соответствующие барьерные компоненты.

Кроме того, описанные здесь контроллеры перемещения среды не обязательно ограничены наличием только одного роторного агрегата, расположенного в пределах барьерных компонентов контроллера. В частности, любой из контроллеров перемещения среды, описанных со ссылкой на фиг. 1-13, может включать один или несколько дополнительных роторных агрегатов. Один или несколько дополнительных роторных агрегатов могут включать множество наборов или множество уровней лопаток ротора, включая любую из конфигураций, описанных со ссылкой на фиг. 1-13. Кроме того или альтернативно, один или несколько дополнительных роторных агрегатов могут включать один набор лопаток ротора. Пример варианта осуществления контроллера перемещения среды с несколькими роторными агрегатами, расположенными в пределах барьерных компонентов контроллера, изображен и описан со ссылкой на фиг. 14. В частности, на фиг. 14 показан контроллер перемещения среды 400, включающий роторные агрегаты 425 и 435, расположенные внутри внешнего барьерного компонента 456. Как показано на фиг. 14, роторный агрегат 425 включает единственный набор лопаток ротора 420, соединенных со ступичным компонентом 422 рядом со входом для среды 452. Кроме того, роторный агрегат 435 включает лопатки

- 21 014401 ротора 430а, разделитель 432 и лопатки ротора 430Ь, последовательно расположенные в штабеле на ступичном компоненте 434. Соединение между роторными агрегатами 425 и 435 вдоль вала 413, а также другие возможные конфигурации более подробно описаны ниже после описания других компонентов контроллера перемещения среды 400 и его общих принципов работы.

Как также показано на фиг. 14, контроллер перемещения среды 400 может включать внешний барьерный компонент 456 и внутренний барьерный компонент 462, которые вместе образуют проход 458 для направления среды от периферийной части набора лопаток ротора 420 во входной канал, приводящий к набору лопаток ротора 430Ь и образованный внутренним барьерным компонентом 462 и внешней поверхностью выходного канала для среды 466. В некоторых случаях проход 458 может включать лопасти 457 для направления среды через него и снижения вихревого движения среды на выходе лопаток ротора 420. Однако включение лопастей 457 является необязательным, и поэтому лопасти 457 могут отсутствовать в некоторых вариантах осуществления. В некоторых случаях внешний барьерный компонент 456 может дополнительно или альтернативно включать выемки вблизи выходного канала для среды 466, аналогичные изображенным на фиг. 6Ь и 7Ь, для внешнего барьерного компонента 122, чтобы облегчить изменение направления среды, которая поступает в осевом направлении в лопатки ротора 430Ь. В любом случае, как показано на фиг. 14, набор компонентов в контроллере перемещения среды 400 образует спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы 459, расположенной вокруг оси вращения роторных агрегатов 425 и 435. Вращательное движение роторных агрегатов 425 и 435 обеспечивает повышение давления среды, направляемой через наборы лопаток ротора 420 и 430Ь, и поэтому набор этих компонентов может служить компрессором.

Как показано на фиг. 14, среда проходит от лопаток ротора 430Ь через устройство преобразования тепловой энергии 464, которое расположено в пределах внутреннего барьерного компонента 462 в периферийной части наборов лопаток ротора 430а и 430Ь. Аналогично случаю устройства преобразования тепловой энергии 364, описанного со ссылкой на фиг. 13, устройство преобразования тепловой энергии 464 может включать любое устройство, выполненное с возможностью измерения тепловой энергии среды, такое как (без ограничения) камера сгорания, бойлер, теплообменник или ядерный реактор. Кроме того, в вариантах осуществления, в которых устройство преобразования тепловой энергии 464 включает камеру сгорания, топливопровод может быть вставлен в устройство преобразования тепловой энергии. После прохождения через устройство преобразования тепловой энергии 464 среда направляется через лопатки ротора 430а и, наконец, выводится через выход 466. Вращение лопаток ротора 430а может выполнять роль турбины для преобразования тепловой энергии среды, подаваемой из устройства преобразования тепловой энергии 464, в механическую энергию.

На фиг. 14 изображены роторные агрегаты 425 и 435, каждый из которых соединен с вращательным валом 413 таким образом, что вращательное движение может передаваться обоим. В альтернативных вариантах осуществления роторные агрегаты 425 и 435 могут быть соединены с разными валами. В частности, вал 413 может быть соединен с роторным агрегатом 425, а другой вал может быть соединен с роторным агрегатом 435. Вал, соединенный с роторным агрегатом 435, может быть подсоединен к вершине ступичного компонента 434 через выходной канал для среды 466 или может быть расположен во внутренней части вала 413. Вал, подсоединенный к вершине ступичного компонента 434, может быть исключительным вариантом для роторного агрегата 435 или, альтернативно, может быть далее соединен с роторными агрегатами других контроллеров перемещения среды. В любом случае, отдельные валы могут обеспечить независимое вращение роторных агрегатов 425 и 435 и, в некоторых случаях, вращение с разными скоростями и/или в разное время друг относительно друга.

Изменение скорости и независимость вращения могут также обеспечиваться при использовании одного вала со сцеплением, расположенным между роторными агрегатами, как показано на фиг. 14 в виде вала 413 и сцепления 415 и описано более подробно ниже. В других вариантах осуществления отдельные валы роторных агрегатов 425 и 435 могут быть соединены сцеплением, выполненным с возможностью отсоединения при определенной скорости вращения и/или при достижении точки блокирования одного из роторных агрегатов. Следует отметить, что, хотя включение сцепления 415 и/или отдельных валов в контроллер перемещения среды 400 может быть выгодным по многим причинам, сцепление 415 и/или отдельные валы для роторных агрегатов 425 и 435 не обязательно необходимы для работы контроллера перемещения среды 400. Следовательно, сцепление 415 и/или концепция отдельных валов для роторных агрегатов 425 и 435 могут отсутствовать в контроллере перемещения среды 400 в некоторых вариантах осуществления.

В некоторых вариантах осуществления может быть преимуществом изменение скорости, с которой вращаются роторные агрегаты 425 и 435 друг относительно друга. Например, может быть предпочтительным, чтобы турбина работала при относительно высоких скоростях, чтобы максимизировать преобразование тепловой энергии в механическую энергию. Напротив, работа компрессора на таких скоростях может привести к превышению точки блокирования, и, таким образом, компрессор начнет бесполезно работать на более высоких оборотах. Как описано выше, вращение лопаток ротора 430а может выполнять функции турбины, а общее вращение лопаток ротора 420 и 430Ь может работать в качестве компрессора. Также изменение относительных скоростей роторных агрегатов 425 и 435 может предложить

- 22 014401 способ оптимизации работы полученной турбины и компрессора.

В дополнение к изменению скоростей роторных агрегатов 425 и 435 изменение времени вращение роторных агрегатов может предложить преимущество сокращения относительной потребляемой мощности контроллером перемещения среды 400. В частности, контроллер перемещения среды 400 может быть выполнен таким образом, что роторный агрегат 425 может начинать вращаться, при этом вращение роторного агрегата 435 будет запрещено, пока поток среды от устройства преобразования тепловой энергии 464 не станет достаточным для того, чтобы инициировать вращение роторного агрегата 435. Такая конфигурация может быть особенно применимой для фазы пуска контроллера перемещения среды 400, но не обязательно ограничена данным применением. Среди преимуществ этого подхода то, что энергия, необходимая для начала вращения роторного агрегата 425, может быть меньше, чем энергия, необходимая для вращения обоих роторных агрегатов 425 и 435. Пример описания изменения времени, в которое вращаются роторные агрегаты 425 и 435, когда контроллер перемещения среды 400 включает сцепление 415 вдоль вала 413, как показано на фиг. 14, приведен ниже. Однако следует отметить, что аналогичное согласование по времени вращения может быть включено в другие конфигурации сцеплений и/или отдельных валов, соединенных с роторными агрегатами 425 и 435, и поэтому работа контроллера потока среды 400 не обязательно ограничена данной конфигурацией.

С помощью конфигурации контроллера потока среды 400 на фиг. 14 среда, сжатая вращением роторного агрегата 425, может быть направлена через проход 458 и лопатки ротора 430Ь (без вращения) в устройство преобразования тепловой энергии 464. Среда с увеличенной тепловой энергией может быть удалена из устройства преобразования тепловой энергии 464, приводя в движение роторный агрегат 435. Кроме того, среда с высокой тепловой энергией может заставить сцепление 415 включиться. В целом, могут использоваться различные типы механизмов сцепления. При включении сцепления 415 мощность, развиваемая турбиной контроллера перемещения среды 400, может быть достаточной для приведения в движение роторного агрегата 425, а также роторного агрегата 435.

Специалисту в данной области техники будет понятно преимущество данного изобретения, состоящее в обеспечении контроллеров перемещения среды, имеющих роторный агрегат со множеством наборов лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом роторного агрегата. Контроллеры перемещения среды также включают барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для направления среды через множество наборов лопаток ротора в компактной конструкции. Другие модификации и альтернативные варианты воплощения различных аспектов изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения данного описания. Например, могут использоваться различные комбинации описанных здесь роторных агрегатов и барьерных компонентов для создания альтернативных конструкций контроллеров перемещения среды, имеющих основную концепцию множества наборов лопаток ротора, расположенных вокруг одного и того же ступичного компонента поблизости один от другого. Соответственно, это описание должно рассматриваться только как иллюстративное и указывающее способ осуществления изобретения специалистам в данной области техники. Следует понимать, что формы изобретения, изображенные и описанные здесь, должны рассматриваться как предпочтительные варианты осуществления. Проиллюстрированные и описанные здесь элементы и материалы можно заменить иными, а части и процессы можно переставить, а некоторые особенности изобретения могут использоваться независимо, как будет очевидно для специалиста в данной области техники после прочтения описания изобретения. Изменения могут быть внесены в описанные здесь элементы, не выходя за пределы существа и объема изобретения, определенных формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Роторный агрегат, включающий ступичный компонент;

первый набор лопаток ротора, соединенных со ступичным компонентом;

первый разделитель, соединенный с краями первого набора лопаток ротора напротив ступичного компонента; и второй набор лопаток ротора, соединенных со стороной первого разделения напротив первого набора лопаток ротора.
2. Роторный агрегат согласно п.1, дополнительно включающий второй разделитель, соединенный с краями второго набора лопаток ротора напротив первого разделителя; и один или несколько наборов лопаток ротора и один или несколько промежуточных разделителей, последовательно соединенных на стороне второго разделителя напротив второго набора лопаток ротора.
3. Роторный агрегат согласно п.1, дополнительно включающий третий набор лопаток ротора, соединенных со стороной ступичного компонента напротив первого набора лопаток ротора.
4. Роторный агрегат согласно п.3, дополнительно включающий второй разделитель, соединенный с краями третьего набора лопаток ротора напротив ступичного компонента; и

- 23 014401 один или несколько наборов лопаток ротора и один или несколько промежуточных разделителей, последовательно соединенных на стороне второго разделителя напротив третьего набора лопаток ротора.
5. Роторный агрегат согласно п.4, дополнительно включающий третий разделитель, соединенный с краями второго набора лопаток ротора напротив первого разделителя; и один или несколько наборов лопаток ротора и один или несколько промежуточных разделителей, последовательно соединенных на стороне третьего разделителя напротив второго набора лопаток ротора.
6. Контроллер перемещения среды, включающий роторный агрегат, включающий ступичный компонент и множество уровней лопаток ротора, соединенных одним или несколькими промежуточными разделителями, отличающийся тем, что множество уровней лопаток ротора и один или несколько промежуточных разделителей последовательно расположены в штабеле на ступичном компоненте; и барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для направления среды среди различных уровней лопаток ротора множества уровней лопаток ротора.
7. Контроллер перемещения среды согласно п.6, отличающийся тем, что барьерные компоненты выполнены с образованием проходов для последовательного направления среды среди соседних уровней лопаток ротора множества уровней лопаток ротора.
8. Контроллер перемещения среды согласно п.6, отличающийся тем, что по меньшей мере один из множества уровней лопаток ротора выполнен с возможностью изменения состояния среды.
9. Контроллер перемещения среды согласно п.6, отличающийся тем, что барьерные компоненты включают один или несколько заслонок, позволяющих среде обходить по меньшей мере один из множества уровней лопаток ротора.
10. Контроллер перемещения среды согласно п.9, дополнительно включающий носитель с командами программы, исполняемой процессором для открытия и закрытия одной или нескольких заслонок в зависимости от эксплуатационных критериев, определенных для контроллера перемещения среды.
11. Контроллер перемещения среды согласно п.6, дополнительно включающий входной канал для среды, по существу, выровненный и находящийся рядом с одним из промежуточных разделителей, так что поступающая среда в основном направляется через первый уровень лопаток ротора, непосредственно соединенных со ступичным компонентом.
12. Контроллер перемещения среды согласно п.11, отличающийся тем, что входной канал для среды включает одну или несколько заслонок, позволяющих среде обходить первый набор лопаток ротора, проходя к соседнему набору лопаток ротора.
13. Контроллер перемещения среды согласно п.6, отличающийся тем, что роторный агрегат также включает единственный уровень лопаток ротора, соединенных со стороной ступичного компонента напротив множества уровней лопаток ротора, и тем, что барьерные компоненты выполнены с образованием входа для среды для направления ее через единственный уровень лопаток ротора к проходам для направления среды через множество уровней лопаток ротора.
14. Контроллер перемещения среды согласно п.13, дополнительно включающий вращающийся вал, соединенный со стороной ступичного компонента, включающего единственный уровень лопаток ротора.
15. Контроллер перемещения среды согласно п.6, отличающийся тем, что роторный агрегат также включает несколько уровней лопаток ротора и один или несколько смежных разделителей, последовательно расположенных в штабеле на стороне ступичного компонента напротив множества уровней лопаток ротора, и тем, что барьерные компоненты выполнены с образованием других проходов для направления среды через один или несколько уровней лопаток ротора.
16. Контроллер перемещения среды согласно п.15, дополнительно включающий два отдельных входных канала для среды, соответственно выполненные для направления поступающей среды через основные уровни лопаток ротора, непосредственно расположенных с противоположных сторон ступичного компонента.
17. Система, включающая контроллер перемещения среды, содержащая роторный агрегат, включающий множество наборов лопаток ротора, соединенных с общим ступичным компонентом; и барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов между множеством наборов лопаток ротора, причем барьерные компоненты выполнены таким образом, что множество наборов лопаток ротора и проходов вместе формируют спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы, расположенный вокруг оси вращения общего ступичного компонента.
18. Система согласно п.17, отличающаяся тем, что кольцевая база окружает входной канал для среды контроллера перемещения среды.
19. Система согласно п.17, отличающаяся тем, что кольцевая база расположена вдоль стороны общего ступичного компонента, противоположной входу для среды контроллера перемещения среды.
20. Система согласно п.19, отличающаяся тем, что барьерные компоненты включают внешний барьерный компонент, имеющий выемку вдоль стороны общего ступичного компонента напротив входа для среды и приблизительно отцентрированный вдоль оси вращения общего ступичного компонента.

- 24 014401
21. Система согласно п.20, отличающаяся тем, что роторный агрегат включает вращающийся вал, проходящий от общего ступичного компонента до выемки во внешнем барьерном компоненте.
22. Система согласно п.20, отличающаяся тем, что роторный агрегат включает вращающийся вал, проходящий от общего ступичного компонента до входа для среды.
23. Система согласно п.17, отличающаяся тем, что по меньшей мере два из множества наборов лопаток ротора отделены смежным разделителем и последовательно установлены на общий ступичный компонент.
24. Система согласно п.17, отличающаяся тем, что по меньшей мере два из множества наборов лопаток ротора соединены с противоположными сторонами общего ступичного компонента.
25. Система согласно п.24, отличающаяся тем, что множество наборов лопаток ротора также включает по меньшей мере один разделитель и по меньшей мере один дополнительный набор лопаток ротора, последовательно установленных на каждом из по меньшей мере двух наборов лопаток ротора на противоположных сторонах общего ступичного компонента.
26. Система согласно п.25, отличающаяся тем, что контроллер перемещения среды также включает два отдельных входных канала для среды, соответственно выполненных для направления поступающей среды через множество наборов лопаток ротора с любой из сторон общего ступичного компонента, тем, что барьерные компоненты выполнены с образованием отдельных проходов между множеством наборов лопаток ротора с любой стороны общего ступичного компонента, таким образом, что множество наборов лопаток ротора и проходов вместе образуют два отдельных спиральных маршрута потока среды вокруг кольцевых баз, расположенных вокруг двух отдельных входных каналов для среды.
27. Система согласно п.17, дополнительно включающая один или несколько дополнительных контроллеров перемещения среды, каждый из которых включает роторный агрегат и соответствующие барьерные компоненты для направления через них среды, отличающаяся тем, что эти дополнительные контроллеры перемещения среды последовательно соединены к выходу барьерных компонентов, расположенных рядом с роторным агрегатом, включающим множество наборов лопаток ротора.
28. Система согласно п.27, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из дополнительных контроллеров перемещения среды включает отдельный роторный агрегат, имеющий больше чем один набор лопаток ротора, соединенных со ступичным компонентом, соответствующим данному роторному агрегату; и соответствующие барьерные компоненты, выполненные с образованием каналов для среды между указанными несколькими наборами лопаток ротора, и тем, что соответствующие барьерные компоненты формируются таким образом, что несколько наборов лопаток ротора и каналов для среды вместе формируют спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы, расположенной вокруг оси вращения ступичного компонента, определенного для данного роторного агрегата.
29. Система, включающая контроллер перемещения среды, содержащая роторный агрегат с первым набором лопаток ротора и вторым набором лопаток ротора, соответственно соединенных с противоположными сторонами разделяющей структуры; и барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов для среды, протекающей вдоль стороны разделяющей структуры, включающей первый набор лопаток ротора, и далее вдоль противоположной стороны разделяющей структуры, включающей второй набор лопаток ротора.
30. Система согласно п.29, отличающаяся тем, что первый и второй наборы лопаток ротора и разделяющая структура последовательно расположены в штабеле на ступичном компоненте роторного агрегата.
31. Система согласно п.29, отличающаяся тем, что разделяющая структура представляет собой ступичный компонент роторного агрегата.
32. Система согласно п.29, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из первого и второго наборов лопаток ротора выполнен с возможностью изменения состояния среды.
33. Система согласно п.29, отличающаяся тем, что барьерные компоненты выполнены таким образом, что первый и второй наборы лопаток ротора и проходы вместе формируют спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы, расположенной вокруг оси вращения ступичного компонента роторного агрегата.
34. Система согласно п.29, дополнительно включающая каналы, соединенные с барьерными компонентами и выполненные для подсоединения устройства преобразования тепловой энергии, отличающаяся тем, что один из каналов выполнен с возможностью направления среды от одного из первого и второго наборов лопаток ротора в устройство преобразования тепловой энергии, и тем, что другой из каналов выполнен с возможностью направления среды от устройства преобразования тепловой энергии к другому из первого и второго наборов лопаток ротора.
35. Система согласно п.29, дополнительно включающая устройство преобразования тепловой энергии, расположенное в пределах барьерных компонентов и вдоль периферийной части по меньшей мере одного из первого и второго наборов лопаток ротора.
36. Система согласно п.35, дополнительно включающая дополнительный роторный агрегат, находящийся в пределах барьерных компонентов и имеющий по меньшей мере один набор лопаток ротора, отличающаяся тем, что дополнительный роторный агрегат расположен на расстоянии от роторного агре

- 25 014401 гата, включающего первый и второй наборы лопаток ротора, и тем, что барьерные компоненты формируют проходы для среды, протекающей через этот по меньшей мере один набор лопаток ротора дополнительного роторного агрегата далее, к первому набору лопаток ротора другого роторного агрегата.
37. Система согласно п.36, дополнительно включающая сцепление, расположенное вдоль вращательного вала, соединяющего дополнительный роторный агрегат и роторный агрегат, включающий первый и второй наборы лопаток ротора, отличающаяся тем, что сцепление выполнено с возможностью изменения времени, в которое дополнительный роторный агрегат и роторный агрегат, включающий первый и второй наборы лопаток ротора, вращаются друг относительно друга.
38. Система согласно п.36, отличающаяся тем, что дополнительный роторный агрегат и роторный агрегат, включающий первый и второй наборы лопаток ротора, соединены с отдельными вращающимися валами.
39. Газотурбинный двигатель, включающий устройство преобразования тепловой энергии, выполненное с возможностью изменения тепловой энергии среды;

роторный агрегат, включающий ступичный компонент, соединенный с вращающимся валом; и множество наборов лопаток ротора, соединенных по меньшей мере с одной стороной ступичного компонента, отличающихся тем, что, по меньшей мере, первый набор лопаток ротора из множества наборов лопаток ротора формируется таким образом, чтобы сжимать среду, и тем, что, по меньшей мере, второй набор лопаток ротора из множества наборов лопаток ротора формируется таким образом, чтобы преобразовывать тепловую энергию среды в механическую энергию;

первый проход, выполненный для направления среды, по меньшей мере, от первого набора лопаток ротора в устройство преобразования тепловой энергии; и второй проход, выполненный для направления среды от устройства преобразования тепловой энергии, по меньшей мере, к второму набору лопаток ротора.
40. Газотурбинный двигатель согласно п.39, отличающийся тем, что первый и второй наборы лопаток ротора отделены промежуточными разделителями и последовательно расположены в штабеле на ступичном компоненте.
41. Газотурбинный двигатель согласно п.40, отличающийся тем, что выход для среды, по меньшей мере, частично расположен внутри входа для среды.
42. Газотурбинный двигатель согласно п.39, отличающийся тем, что первый и второй наборы лопаток ротора соединены с противоположными сторонами ступичного компонента.
43. Газотурбинный двигатель согласно п.42, отличающийся тем, что вход для среды и выход для среды расположены смежно с противоположных сторон ступичного компонента.
44. Газотурбинный двигатель согласно п.39, дополнительно включающий барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов между первым множеством наборов лопаток ротора и одним или несколькими другими наборами лопаток ротора, отличающийся тем, что барьерные компоненты выполнены таким образом, что первое множество наборов лопаток ротора, одно или несколько других множеств лопаток ротора и проходы вместе формируют спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы, расположенный вокруг оси вращения общего ступичного компонента.
45. Газотурбинный двигатель согласно п.39, дополнительно включающий барьерные компоненты, выполненные с образованием проходов между вторым множеством наборов лопаток ротора и одним или несколькими другими наборами лопаток ротора, отличающийся тем, что барьерные компоненты выполнены таким образом, что второе множество наборов лопаток ротора, одно или несколько других множеств лопаток ротора и проходы вместе формируют спиральный маршрут потока среды вокруг кольцевой базы, расположенный вокруг оси вращения общего ступичного компонента.
46. Способ транспортировки среды через контроллер перемещения среды, включающий втягивание среды в осевом направлении во вход для среды контроллера перемещения среды;

перемещение втянутой среды радиально через первый набор лопаток ротора роторного агрегата контроллера перемещения среды;

направление среды вдоль первого набора проходов, идущих по спирали вдоль роторного агрегата и соединяющих первый набор лопаток ротора со вторым набором лопаток ротора роторного агрегата;

перемещение среды радиально через второй набор лопаток и вывод среды через выход контроллера перемещения среды после перемещения среды в радиальном направлении через второй набор лопаток.
47. Способ согласно п.46, отличающийся тем, что этап направления среды вдоль первого набора проходов включает направление среды в направлении, противоположном осевому направлению потока среды во входе для среды; и последующее направление среды в том же направлении, что и осевой поток среды во входе для среды.
48. Способ согласно п.46, отличающейся тем, что этап направления среды вдоль первого набора

- 26 014401 проходов включает направление среды в том же направлении, что и осевой поток среды во входе для среды; и последующее направление среды в направлении, противоположном осевому направлению потока среды во входе для среды.
49. Способ согласно п.46, дополнительно включающий перемещение среды радиально через один или несколько дополнительных наборов лопаток роторного агрегата после этапа перемещения среды радиально через второй набор лопаток и перед этапом вывода среды через выход контроллера перемещения среды.