KR20160062126A

KR20160062126A - 초음속 압축기 및 관련 방법

Info

Publication number: KR20160062126A
Application number: KR1020167011137A
Authority: KR
Inventors: 라제쉬 쿠마 벤카타 가담세티; 차이타냐 벤카타 라마 크리스나 옹골레; 더글라스 칼 호퍼; 비토리오 미첼라시
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-06-01
Also published as: JP6678578B2; CA2924646A1; RU2016110544A; JP2016532043A; US20150093232A1; RU2641797C2; EP3052810B1; WO2015050645A1; EP3052810A1; CN105612354B; CN105612354A; US9574567B2

Abstract

초음속 압축기 로터 및 유체의 압축 방법을 개시한다. 로터는 제1 및 제2 로터 디스크와 제1 및 제2 세트의 로터 베인을 포함한다. 제1 및 제2 세트의 로터 베인은 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합된다. 또한, 제1 세트의 로터 베인은 제2 세트의 로터 베인으로부터 오프셋된다. 로터는 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치된 제1 세트의 로터 베인에 의해 획정된 제1 세트의 유동 채널을 포함한다. 마찬가지로, 로터는 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치된 제2 세트의 로터 베인에 의해 획정된 제2 세트의 유동 채널을 포함한다. 또한, 로터는 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치된 압축 램프를 포함한다.

Description

초음속 압축기 및 관련 방법{SUPERSONIC COMPRESSOR AND ASSOCIATED METHOD}

본 발명은 일반적으로는 압축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음속 압축기의 로터에 관한 것이다.

압축기는 유체를 압축하는 데에 이용되는 것으로, 냉동 유닛에서부터 제트 엔진에 이르기까지 시스템에 널리 사용되고 있다. 작동 중에, 압축기는 기계적 에너지를 저압의 유체에 가하여, 그 유체의 압력을 보다 높은 압력으로 상승시킨다. 유체의 압축은 단일 스테이지 또는 다중 스테이지로 수행된다. 현재 이용 가능한 압축 기술은 원심 압축 시스템에서부터 혼합류 압축 시스템, 축류 압축 시스템에 이르기까지 다양하다. 압축기의 성능은 압축 스테이지 전후의 유체의 압력비에 의해 측정할 수 있다. 통상, 단일 스테이지 압축에서 달성되는 압력비는 비교적 낮다. 보다 높은 압력비는 다중 스테이지 압축에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 다중 스테이지를 갖는 압축기는 크기가 크고 복잡하며 고가인 경향이 있다.

초음속 압축기가 종래의 압축기의 한계 중 몇몇을 극복하는 것으로 여겨지고 있다. 그러한 초음속 압축기에서, 압축은 유입 유체를 복수의 로터 베인을 갖는 가동 로터와 접촉시킴으로써 수행되는 데, 그 로터 베인들이 유입 유체를 로터의 저압측에서 로터의 고압측으로 이동시킨다. 일반적으로, 그러한 초음속 압축기에서, 로터의 고압측에서의 유체의 속도는 복수의 로터 베인에 의해 획정되는 유동 채널 내에서 수직 충격파(normal shockwave)의 발생으로 인해 아음속(subsonic)의 속도로 감소된다. 유동 채널 내의 경계층과 수직 충격파의 상호 작용은 압축된 유체의 국부적 유동 박리를 초래한다. 그러한 국부적 유동 박리는 압축기의 전체적 작동 효율을 감소시킨다. 따라서, 향상된 초음속 압축기가 필요하다.

하나의 예시적인 실시예에 따르면, 초음속 압축기 로터를 개시한다. 초음속 압축기 로터는 제1 로터 디스크 및 제2 로터 디스크를 포함한다. 또한, 초음속 압축기 로터는 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제1 세트의 유동 채널을 획정하는 제1 세트의 로터 베인을 포함한다. 초음속 압축기 로터는 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제2 세트의 유동 채널을 획정하는 제2 세트의 로터 베인을 더 포함한다. 제1 세트의 로터 베인은 제2 세트의 로터 베인으로부터 오프셋되게 배치되며, 제1 세트의 유동 채널과 제2 세트의 유동 채널은 제1 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널이 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널과 유체 연통하도록 구성된다. 또한, 초음속 압축기 로터는 복수의 압축 램프(compression ramp)를 포함하고, 이들 압축 램프는 각각의 압축 램프가 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치되도록 구성된다.

하나의 예시적인 실시예에 따르면, 초음속 압축기를 개시한다. 이 초음속 압축기는 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 케이싱과, 로터 샤프트를 포함한다. 또한, 초음속 압축기는 케이싱 내에 배치된 적어도 하나의 초음속 압축기 로터를 포함한다. 초음속 압축기 로터는 제1 로터 디스크 및 이 제1 로터 디스크와 로터 샤프트에 결합된 제2 로터 디스크를 포함한다. 또한, 초음속 압축기 로터는 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제1 세트의 유동 채널을 획정하는 제1 세트의 로터 베인을 포함한다. 초음속 압축기 로터는 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제2 세트의 유동 채널을 획정하는 제2 세트의 로터 베인을 더 포함한다. 제1 세트의 로터 베인은 제2 세트의 로터 베인으로부터 오프셋되게 배치되며, 제1 세트의 유동 채널과 제2 세트의 유동 채널은 제1 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널이 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널과 유체 연통하도록 구성된다. 또한, 초음속 압축기 로터는 복수의 압축 램프를 포함하고, 이들 압축 램프는 각각의 압축 램프가 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치되도록 구성된다.

하나의 예시적인 실시예에 따르면, 유체를 압축하는 방법을 개시한다. 이 방법은, 제1 유체를 샤프트에 의해 구동되도록 구성된 초음속 압축기 로터의 제1 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널 내로 도입하는 것을 포함한다. 또한, 그 방법은 제1 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널에서 제1 유체의 제1 압축을 수행하여 제2 유체를 생성하는 것을 포함한다. 그 방법은 제2 유체를 초음속 압축기 로터의 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널 내로 도입하는 것을 더 포함한다. 또한, 그 방법은 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널 내에서의 제2 유체의 제2 압축을 수행하여 더욱 압축된 제2 유체를 생성하는 것을 포함한다. 이 더욱 압축된 제2 유체는 제2 유체보다 더 높은 압력을 특징으로 하며, 제1 세트의 제1 유동 채널은 제1 세트의 로터 베인의 인접한 로터 베인들에 의해 획정되며, 제2 세트의 제2 유동 채널은 제2 세트의 로터 베인의 인접한 로터 베인들에 의해 획정되며, 제1 및 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널은 또한 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치된 압축 램프에 의해 획정되며, 제1 및 제2 세트의 로터 베인은 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합된다.

본 개시의 실시예의 전술한 특징 및 양태는 물론 기타 특징 및 양태는 후술하는 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하여 읽을 때에 보다 잘 이해할 것이며, 도면에 걸쳐 동일 도면 부호는 동일한 부분을 가리킨다.
도 1은 하나의 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기의 개략도이며,
도 2는 하나의 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터의 분해도이고,
도 3은 하나의 예시적인 실시예에 따른 조립된 초음속 압축기 로터의 사시도이며,
도 4는 하나의 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기의 일부분의 부분 사시도이고,
도 5는 하나의 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터의 개략도이며,
도 6은 하나의 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터의 일부분의 개략도이고,
도 7a는 하나의 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터의 일부분의 개략도이며,
도 7b는 다른 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터의 일부분의 개략도이다.

본 명세서에서는 본 발명의 실시예의 소정 특징들만을 예시하고 설명하지만, 수많은 수정 및 변형이 당업자에게 있어서 이루어질 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 사상 내에 포함되는 그러한 모든 수정 및 변형을 커버하고자 하는 것이라는 점을 이해할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "초음속 압축기"란 용어는 초음속 압축기 로터를 포함하는 압축기를 가리킨다. 초음속 압축기는 한쌍의 로터 디스크 사이에 배치된 복수의 로터 베인들 사이에서 반경 방향 내측 또는 외측으로 유동하는 유체를 압축하도록 구성된 하나 이상의 초음속 압축기 로터를 포함할 수 있다. 이러한 초음속 압축기에서, 유체는 유체 도관의 저압측에서부터 복수의 로터 베인들 사이로, 이어서 유체 도관의 고압측으로 운반된다.

초음속 압축기 로터는, 그러한 로터가 압축 램프를 포함하고, 이 압축 램프와 마주치는 유체의 흐름이 초음속인 상대 유체 속도를 갖도록 고속으로 그 축선을 중심으로 회전하도록 설계되기 때문에, "초음속"으로서 지칭한다. 상대 유체 속도는 압축 램프의 선단에서의 로터 속도와 이 압축 램프의 선단과 마주치기 바로 전의 유체의 속도의 벡터 합으로서 정의할 수 있다. 추가로, 상대 유체 속도는 특정 실시예에서 압축기의 유체 입구에서 유입 유체 속도와 압축기 로터의 접선 속도의 조합인 "국부적 초음속 입구 속도"로서 지칭할 수도 있다. 초음속 압축기 로터는 매우 높은 접선 속도, 예를 들면 250 m/s 내지 800 m/s 범위의 접서 속도로 작동한다.

하나의 실시예에서, 예시적인 초음속 압축기 로터는 대형 시스템, 예를 들면 가스 터빈 엔진 또는 제트 엔진 내에서 이용될 수 있다. 가스 터빈 엔진의 전체 사이즈 및 중량은 초음속 압축기에 의해 달성 가능한 향상된 압축비로 인해 감소될 수 있다. 본 명세서에서 논의하는 실시예는 제2 세트의 로터 베인의 각 로터 베인의 하류측 단부에서 수직 충격파의 발생을 억제함으로써 초음속 압축기의 효율을 향상시킨다. 또한, 상기한 실시예들은 경계층과 수직 충격파의 약화된 상호 작용으로 인해 압축된 유체가 국부적 유동 박리를 겪게 될 경향을 감소시킨다.

본 명세서에서 논의하는 실시예들은 초음속 압축기용 로터 및 유체를 압축하는 방법을 개시한다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명은 초음속 압축기 로터를 포함하는 초음속 압축기를 제공한다. 초음속 압축기 로터는 한쌍의 로터 디스크 사이에 배치된 두 세트의 로터 베인을 포함한다. 제1 세트의 로터 베인과 한쌍의 로터 디스크는 제1 세트의 유동 채널을 획정한다. 제2 세트의 로터 베인과 한쌍의 로터 디스크는 제2 세트의 유동 채널을 획정한다. 또한 복수의 압축 램프는 각각의 압축 램프가 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치되도록 구성된다. 압축 램프는 제1 및 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널 내에 경사 충격파(oblique shockwave)를 생성하도록 구성된다. 또한, 그러한 초음속 압축기에서, 수직 충격파의 생성은 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널의 단부로 제한된다. 수직 충격파는 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널의 단부에서만 압축된 유체의 속도를 아음속 속도로 감소시킨다.

도 1은 흡입 섹션(102), 이 흡입 섹션(102)으로부터 하류측에 배치된 압축기 섹션(104), 이 압축기 섹션(104)으로부터 하류측에 배치된 배출 섹션(106), 및 구동 조립체(108)를 포함하는 예시적인 초음속 압축기(100)의 개략도이다. 압축기 섹션(104)은 로터 샤프트(112)를 통해 구동 조립체(108)에 결합된다. 예시적인 실시예에서, 흡입 섹션(102), 압축기 섹션(104) 및 배출 섹션(106)은 각각 케이싱(114) 내에 배치된다. 보다 구체적으로, 케이싱(114)은 유체 입구(116), 유체 출구(118), 및 공동(122)을 획정하는 내면(120)을 포함한다. 공동(122)은 유체 입구(116)와 유체 출구(118) 사이에서 연장하여, 유체 입구(116)에서부터 유체 출구(118)에 이르는 유체를 위한 유로를 획정한다. 흡입 섹션(102), 압축기 섹션(104) 및 배출 섹션(106)은 각각 공동(122) 내에 배치된다. 대안적으로, 흡입 섹션(102) 및/또는 배출 섹션(106)은 케이싱(114) 내에 배치되지 않을 수도 있다.

도시한 예시적인 실시예에서, 흡입 섹션(102)은 제1 유체(224)를 유체 입구(116)에서 압축기 섹션(104)으로 안내하는 하나 이상의 입구 가이드 베인(128)을 포함한 입구 가이드 베인 조립체(126)를 포함한다. 압축기 섹션(104)은 로터 샤프트(112)에 결합된 적어도 하나의 초음속 압축기 로터(130)를 포함한다. 초음속 압축기 로터(130)는 제1 유체(224)를 반경류 압축을 행하도록 구성되며, 제1 로터 디스크(136), 제2 로터 디스크(138) 및 제1 및 제2 세트의 로터 베인(162, 164)을 포함한다. 도시한 실시예에서, 초음속 압축기(100)는 제1 유체(224)의 단일 스테이지 압축을 행하도록 구성된다. 배출 섹션(106)은 압축된 제2 유체(226)를 압축기 섹션(104)에서 유체 출구(118)로 안내하는 하나 이상의 출구 가이드 베인(133)을 구비한 출구 가이드 베인 조립체(132)를 포함한다. 구동 조립체(108)는 초음속 압축기 로터(130)를 로터 샤프트(112)를 통해 구동한다. 다른 실시예에서, 압축기 섹션(104)은 하나보다 많은 초음속 압축기 로터(130)를 포함하여, 제1 유체(224)의 다중 스테이지 압축을 행하도록 구성될 수도 있다.

예시적인 실시예에서, 제1 유체 입구(116)는 유체 공급원(124)에서 흡입 섹션(102)에 이르는 제1 유체(224)를 위한 유로를 획정한다. 제1 유체(224)는 예를 들면, 기체 또는 기체 혼합물 등의 임의의 유체일 수 있다. 흡입 섹션(102)은 유체 입구(116)에서 압축기 섹션(104)에 이르는 제1 유체(224)를 위한 유로를 획정한다. 압축기 섹션(104)은 제1 유체(224)를 압축하여 그 압축된 제2 유체(226)를 배출 섹션(106)으로 배출하다. 배출 섹션(106)의 출구 가이드 베인 조립체(132)는 초음속 압축기 로터(130)에서 유체 출구(118)에 이르는 압축된 제2 유체(226)를 위한 유로를 획정한다. 유체 출구(118)는 압축된 제2 유체(226)를 예를 들면 터빈 엔진 시스템, 유체 처리 시스템 및/또는 유체 저장 시스템 등의 출력 시스템(134)에 공급한다.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터(130)의 분해도를 도시한다. 초음속 압축기 로터(130)는 제1 로터 디스크(136), 제2 로터 디스크(138), 제1 세트의 로터 베인(162), 제2 세트의 로터 베인(164) 및 로터 샤프트(112)를 포함한다.

도시한 예시적인 실시예에서, 제1 로터 디스크(136)는 제1 반경 방향 표면(144a), 제2 반경 방향 표면(146a), 및 제1 반경 방향 표면(144a)과 제2 반경 방향 표면(146a) 사이에 연장하는 본체(163a)를 포함한다. 본체(163a)는 내면(140a)과 외면(142a)을 갖는다.

도시한 예시적인 실시예에서, 제2 로터 디스크(138)는 제1 반경 방향 표면(144b), 제2 반경 방향 표면(146b), 및 제1 반경 방향 표면(144b)과 제2 반경 방향 표면(146b) 사이에 연장하는 본체(163b)를 포함한다. 본체(163b)는 내면(140b)과 외면(142b)을 갖는다. 제2 로터 디스크(138)는 또한 제2 반경 방향 표면(146b)에 결합된 단부벽(148)을 포함한다. 또한, 단부벽(148)은 복수의 로터 지지 스트럿(160)에 결합되고, 이들 로터 지지 스트럿은 또한 로터 샤프트(112)에 결합된다. 예시적인 실시예에서, 제1 로터 디스크(136)는 제1 및 제2 세트의 로터 베인(162, 164)을 통해 제2 로터 디스크(138)에 결합된다. 소정의 다른 실시예에서, 제1 로터 디스크(136)는 예를 들면 복수의 로터 지지 스트럿(160)을 통해 로터 샤프트(112)에 바로 결합될 수도 있다. 본 명세서에서는 제1 로터 디스크(136) 또는 제2 로터 디스크(138)에 대한 로터 샤프트(112)의 결합이 그 용례 및 설계 기준에 따라 달라질 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

도시한 예시적인 실시예에서, 제1 둘레 방향 축선(166)이 제1 세트의 로터 베인(162)을 위치 설정하기 위한 기학학적 기준으로서 기능한다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 제1 둘레 방향 축선(166)은 각 로터 베인(162)의 중심점(178)을 통과한다. 제1 둘레 방향 축선(166)은 제1 로터 디스크(136)의 제1 반경 방향 표면(144a)과 제2 반경 방향 표면(146a) 사이, 그리고 제2 로터 디스크(138)의 제1 반경 방향 표면(144b)과 제2 반경 방향 표면(146b) 사이에 획정된다는 점을 유념해야 할 것이다. 각각의 로터 베인(162)은 인접한 로터 베인(162)으로부터 간격(F1)만큼 이격된다. 도시한 실시예에서, 제1 세트의 로터 베인(162)은 6개의 로터 베인들을 포함하며, 각각의 로터 베인은 선단 에지(178)와 후미 에지(180)를 갖고 있다. 선단 에지(178)는 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138) 각각의 제1 반경 방향 표면(144a, 144b)에 근접하게 위치한다. 마찬가지로, 후미 에지(180)는 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138) 각각의 제2 및 제3 둘레 방향 축선(150a, 150b)에 근접하게 위치한다. 도시한 실시예에서, 제2 둘레 방향 축선(150a)은 제1 로터 디스크(136)의 제1 반경 방향 표면(144a)과 제2 반경 방향 표면(146a) 사이의 일련의 중간점을 따라 획정된다. 마찬가지로, 제3 둘레 방향 축선(150b)은 제2 로터 디스크(138)의 제1 반경 방향 표면(144b)과 제2 반경 방향 표면(146b) 사이에 일련의 중간점을 따라 획정된다. 도시한 예시적인 실시예에서, 각 로터 베인(162)은 압력측 베인 표면(182)과 흡입측 베인 표면(184)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 로터 베인(162)이 단지 하나의 압축 램프(176)를 포함한다. 도시한 실시예에서, 각 로터 베인(162)은 인접한 로터 베인(162)의 흡입측 베인 표면(184)에 대향한 압력측 베인 표면(182)에 하나의 압축 램프(176)를 포함한다. 구체적으로, 압축 램프(176)는 각 로터 베인(162)의 선단 에지(178)에 배치된다. 또한, 각 로터 베인(162)은 베인 내면(206), 베인 외면(208) 및 이들 베인 내면(206)과 베인 외면(208) 간에 측정되는 높이(244a)를 갖는다.

도시한 예시적인 실시예에서, 제4 둘레 방향 축선(188)이 제2 세트의 로터 베인(164)을 위치 설정하기 위한 기학학적 기준으로서 기능한다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 제4 둘레 방향 축선(188)은 각 로터 베인(164)의 중심점(186)을 통과한다. 각각의 로터 베인(164)은 인접한 로터 베인(164)으로부터 간격(S1)만큼 이격된다. 도시한 실시예에서, 제2 세트의 로터 베인(164)은 6개의 로터 베인들을 포함하며, 각각의 로터 베인은 선단 에지(190)와 후미 에지(192)를 갖고 있다. 선단 에지(190)는 인접한 로터 베인(162) 각각의 후미 에지(180)에 근접하게 위치한다. 여기서, "근접한"이란 용어는 선단 에지(190)와 후미 에지(180) 사이에 개재하는 베인이 없음을 의미함을 유념해야 할 것이다. 마찬가지로, 후미 에지(192)는 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138) 각각의 제2 반경 방향 표면(146a, 146b)에 근접하게 위치한다. 도시한 예시적인 실시예에서, 각 로터 베인(164)은 압력측 베인 표면(194)과 흡입측 베인 표면(196)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 로터 베인(164)이 단지 하나의 압축 램프(198)를 포함한다. 도시한 실시예에서, 각 로터 베인(164)은 인접한 로터 베인(164)의 흡입측 베인 표면(196)에 대향한 압력측 베인 표면(194)에 하나의 압축 램프(198)를 포함한다. 구체적으로, 압축 램프(198)는 각 로터 베인(164)의 선단 에지(190)에 배치된다. 또한, 각 로터 베인(164)은 베인 내면(209), 베인 외면(211) 및 이들 베인 내면(209)과 베인 외면(211) 간에 측정되는 높이(244b)를 갖는다. 여기서, 제1 세트의 로터 베인(162)과 제2 세트의 로터 베인(164)에서 로터 베인의 개수는 동일하다는 점을 유념해야 할 것이다.

도시한 예시적인 실시예에서, 압축 램프(176, 198)는 각각 제1 및 제2 세트의 로터 베인(162, 164)과 일체로 이루어진다. 이러한 일체형 압축 램프를 포함하는 로터 베인은 예를 들면 용융 금속을 주조함으로써 또는 단일 피스의 금속으로부터 그 로터 베인을 기계 가공함으로써 제조할 수 있다. 소정의 다른 실시예에서, 압축 램프(176, 198)는 제1 및 제2 세트의 로터 베인(162, 164) 각각에 일체로 이루어지지 않을 수도 있다. 이러한 실시예에서, 각 로터 베인 및 해당 압축 램프는 별개로 생성하고 나중에 결합된다.

도시한 예시적인 실시예에서, 각 로터 베인(162)은 인접한 로터 베인(164)으로부터 거리(200)만큼 오프셋되게 배치된다. 여기서, "오프셋"이란 용어는 각 로터 베인(164)의 선단 에지(190)가 인접한 로터 베인(162)의 후미 에지(180)로부터 소정 "오프셋 거리"에 배치됨을 의미한다는 점을 유념해야 할 것이다. 예시적인 실시예에서, 오프셋 거리(200)는 제1 세트의 로터 베인(162)의 그 선단 에지(172)에서의 직경의 1% 내지 15% 범위일 수 있다. 제1 세트의 로터 베인(162)과 제2 세트의 로터 베인(164) 간의 오프셋 거리(200)는 용례 및 그 설계 기준에 따라 달라질 수 있다.

예시적인 실시예에서, 각 로터 베인(162)은 각 로터 베인(162)의 길이의 대략 1/10에 상응하는 높이(244a)를 갖는다. 각 로터 베인(164)은 각 로터 베인(164)의 길이의 대략 1/6에 상응하는 높이(244b)를 갖는다. 각 로터 베인(164)은 인접한 로터 베인(162)의 길이의 약 3/4에 상응하는 길이를 갖는다.

소정 실시예에서, 초음속 압축기 로터(130)는 그 설계 요건에 따라 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 강 합금, 니켈 합금 및 티타늄 함금과 같은 임의의 적절한 재료를 이용하여 제조할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기한 재료와 비금속 재료를 비롯한 다수의 상이한 재료들의 상대 강도를 조합하는 복합재 구조가 이용될 수도 있다. 압축기 케이싱, 입구 가이드 베인 및 출구 가이드 베인은 주철을 비롯하는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 소정 실시예에서, 초음속 압축기 로터의 구성 요소들은 금속 주조 기법 및/또는 기계 가공에 의해 제조될 수 있다.

도 3은 예시적인 실시예에 따른 조립된 초음속 압축기 로터(130)의 사시도를 도시하는 것으로, 제1 세트의 로터 베인(162) 및 제2 세트의 로터 베인(164)이 제1 로터 디스크(136)와 제2 로터 디스크(138) 사이에 배치되어 있고, 각 로터 베인(162 164)은 베인 내면(206, 209) 및 베인 외면(208, 211)을 통해 로터 디스크(136, 138)의 본체(163a, 163b)의 내면(140a, 140b)에 각각에 결합되어 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 세트의 로터 베인(162) 및 제2 세트의 로터 베인(164)은 각 로터 디스크(136, 138) 각각의 본체(163a, 163b)에 용접될 수도 있다. 다른 실시예에서, 제1 세트의 로터 베인(162) 및 제2 세트의 로터 베인(164)은 본체(163a, 163b)에 형성된 더브테일 슬롯과 로터 베인(162, 164)에 형성된 슬롯 또는 그 반대의 구조와 같은 상보적 홈을 통해 결합될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 세트의 로터 베인(162) 및 제2 세트의 로터 베인(164)은 단일 피스의 재료를 기계 가공함으로써 본체(163a, 163b)와 일체로 이루어질 수도 있다. 각 로터 베인(162)의 선단 에지(178)는 제1 반경 방향 표면(144a(도 2 참조), 144b)에 근접하게 배치된다. 각 로터 베인(164)의 선단 에지(190)는 각각의 인접하는 로터 베인(162)의 후미 에지(180)에 근접하게 배치된다. 각 로터 베인(164)의 후미 에지(192)는 제2 반경 방향 표면(146a(도 2 참조), 146b)에 근접하게 배치된다.

도시한 예시적인 실시예에서, 제1 세트의 유동 채널(210)이 인접한 로터 베인(162)들과 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138)에 의해 획정된다. 마찬가지로, 제2 세트의 유동 채널(212)이 인접한 로터 베인(164)들과 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138)에 의해 획정된다. 보다 구체적으로, 각 유동 채널(210)은 각 로터 베인(162)의 압력측 베인 표면(182)과 인접한 로터 베인(162)의 흡입측 베인 표면(184) 사이에 형성된다. 마찬가지로, 각 유동 채널(212)은 각 로터 베인(164)의 압력측 베인 표면(194)과 인접한 로터 베인(164)의 흡입측 베인 표면(196) 사이에 형성된다.

복수의 로터 지지 스트럿(160)이 단부벽(148)을 통해 제2 로터 디스크(138) 및 로터 샤프트(112)에 결합된다. 제1 로터 디스크(136)는 제1 및 제2 세트의 로터 베인(162, 164)을 통해 제2 로터 디스크(138)에 결합된다.

도 4는 초음속 반경류 압축기(100)의 일부분의 사시도를 도시한다. 도시한 예시적인 실시예에서, 초음속 압축기 로터(130)는 초음속 압축기(100)의 유체 도관(216) 내에 배치된다. 압축기 케이싱(114)에 의해 획정되는 유체 도관(216)은 저압측(218)과 고압측(220)을 포함한다. 압축기 케이싱(114) 내에 배치되는 초음속 압축기 로터(130)는 도면 부호 222로 나타내는 방향으로 로터 샤프트(112)에 의해 구동된다.

구동 샤프트(112)가 회전하는 경우, 유체 입구(116)(도 1 참조)를 통해 도입된 제1 유체(224)가 유체 도관(216)의 저압측(218)에 들어가서 반경방향 내측으로 안내되어 각각의 유동 채널(210) 내로 보내진다(예를 들면, 도 3 참조). 그 제1 유체(224)는 압축되어 제2 유체(225)를 생성하는데, 다시 말해 압축 램프(176)(예를 들면, 도 2 참조)에 의해 생성된 경사 충격파의 발생으로 인해 각 유동 채널(210) 내에서 제1 압축을 격어 제2 유체(225)를 생성한다. 예시적인 실시예에서, 이어서 제2 유체(225)는 적어도 하나의 유동 채널(212)(예를 들면, 도 3 참조)로 들어간다. 제2 유체(225)는 더욱 압축됨으로써 더욱 압축된 제2 유체(226)를 생성하는데, 다시 말해 압축 램프(198)(예를 들면, 도 2 참조)에 의해 생성된 경사 충격파의 발생으로 인해 각 유동 채널(212) 내에서 제2 압축을 겪어 더욱 압축된 제2 유체(226)를 생성한다. 여기서, "압축된 제2 유체"란 용어와 "더욱 압축된 제2 유체"란 용어는 상호 바꾸어 사용될 수도 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

이어서, 더욱 압축된 제2 유체(226)는 유체 도관(216)의 고압측(220)을 통해 방향(227)을 따라 빠져나간다. 유체 도관(216)의 고압측(220) 내의 더욱 압축된 제2 유체(226)는 일(work)을 수행하도록 이용될 수도 있다.

초음속 압축기(100)는 제1 유체(224)의 외측에서 내측으로의 압축(outside-in compression)을 행하도록 구성된다. 작동 중에, 초음속 압축기 로터(130)의 회전은 제1 유체(224)의 흐름을 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138) 각각의 제1 반경 방향 표면(144a, 144b)으로부터 제1 및 제2 세트의 유동 채널(210, 212)(예를 들면, 도 3 참조)을 통해 내부 원통형 공간(123)으로 안내한다. 몇몇 다른 실시예에서, 초음속 압축기(100)는 제1 유체(224)의 내측에서 외측으로의 압축(inside-out compression)을 행하도록 구성될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 초음속 압축기 로터(130)의 회전은 제1 유체(224)를 제1 및 제2 로터 디스크(136, 138) 각각의 제2 반경 방향 표면(146a, 146b)(예를 들면, 도 2 참조)으로부터 제2 및 제1 세트의 유동 채널(212, 210)(예를 들면, 도 3 참조)을 통해 외부 원통형 공간(125)으로 이동시킨다.

도 5는 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터(130)의 개략도이다. 이 초음속 압축기 로터(130)는 제1 세트의 로터 베인(162)과 제2 세트의 로터 베인(164)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 인접한 로터 베인(162)들은 제1 쌍의 로터 베인(228)을 형성하고, 인접한 로터 베인(164)들은 제2 쌍의 로터 베인(231)을 형성한다. 본 명세서에서 도시하는 실시예에서, 제1 세트의 로터 베인(162)은 16개의 로터 베인을 포함하고, 제2 세트의 로터 베인(164)은 17개의 로터 베인을 포함한다.

제1 쌍의 로터 베인(228)은 제1 유입 개구(230), 제1 유출 개구(232) 및 유동 채널(210)을 획정한다. 각 유동 채널(210)은 제1 유입 개구(230)와 제1 유출 개구(232) 사이에서 연장하여, 화살표(234)에 의해 나타낸 제1 유로를 획정한다. 제1 유입 개구(230)는 각 로터 베인(162)의 선단 에지(178)에 배치된 입구 에지(238a)와 인접한 로터 베인(162) 상의 입구 에지(238a)로부터 직교하게 배치된 입구 에지(238b) 사이에 획정된다. 따라서, 입구 에지(238a, 238b)들 사이의 가상선이 로터 베인(162)의 표면에 수직할 수 있다. 제1 유출 개구(232)는 각 로터 베인(162)의 후미 에지(180)에 배치된 출구 에지(240a)와 인접한 로터 베인(162) 상의 출구 에지(240a)로부터 직교하게 배치된 출구 에지(240b) 사이에 획정된다. 각 유동 채널(210)은 그 사이즈, 형상 및 배향이 제1 유체(224)를 제1 유로(234)를 따라 제1 유입 개구(230)에서 제1 유출 개구(232)로 안내하도록 설정된다.

제2 쌍의 로터 베인(231)은 제2 유입 개구(246), 제2 유출 개구(248) 및 유동 채널(212)을 획정한다. 각 유동 채널(212)은 제2 유입 개구(246)와 제2 유출 개구(248) 사이에서 연장하여, 화살표(250)에 의해 나타낸 제2 유로를 획정한다. 제2 유입 개구(246)는 각 로터 베인(164)의 선단 에지(190)에 배치된 입구 에지(252a)와 인접한 로터 베인(164) 상의 입구 에지(252a)로부터 직교하게 배치된 입구 에지(252b) 사이에 획정된다. 제2 유출 개구(248)는 각 로터 베인(164)의 후미 에지(192)에 배치된 출구 에지(254a)와 인접한 로터 베인(164) 상의 출구 에지(254a)로부터 직교하게 배치된 출구 에지(254b) 사이에 획정된다. 각 유동 채널(212)은 그 사이즈, 형상 및 배향이 제2 유체(225)를 제2 유로(250)를 따라 제2 유입 개구(246)에서 제2 유출 개구(248)로 안내하도록 설정된다.

도시한 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 압축 램프(176)가 각 유동 채널(210) 내에 배치된다. 구체적으로, 압축 램프(176)는 제1 유입 개구(230)와 제1 유출 개구(232) 사이에 위치하며, 작동 중에 각 유동 채널(210) 내에서 하나 이상의 경사 충격파(258)를 발생시키도록 그 사이즈, 형상 및 배향이 설정된다. 마찬가지로, 적어도 하나의 압축 램프(198)(역시 도 6 참조)가 각 유동 채널(212) 내에 배치된다. 구체적으로, 압축 램프(198)는 제2 유입 개구(246)와 제2 유출 개구(248) 사이에 위치하며, 각 유동 채널(212) 내에서 하나 이상의 경사 충격파(259)를 발생시키도록 그 사이즈, 형상 및 배향이 설정된다.

초음속 압축기 로터(130)의 작동 중에, 흡입 섹션(102)(도 1 참조)은 제1 유체(224)를 각 유동 채널(210)의 제1 유입 개구(230)를 향해 안내한다. 제1 유체는 제1 유입 개구(230) 내로 들어가기 바로 전에 제1 속도, 즉 접근 속도를 갖는다. 초음속 압축기(130)는 그 중심축선(260)을 중심으로 제2 속도로 회전하여, 각 제1 유동 채널(210) 내로 들어가는 제1 유체(224)가 각 로터 베인(162)에 대해 초음속인 제3 속도, 즉 제1 유입 개구(230)에서의 입구 속도를 갖게 한다. 압축 램프(176)는 경사 충격파(158)가 각 유동 채널(210) 내에 형성되게 하며, 이에 의해 제1 유체(224)를 압축하여 제2 유체(225)를 생성한다. 제2 유체(225)는 초음속으로 각 유동 채널(210)을 빠져나가, 적어도 하나의 제2 유입 개구(246) 내로 안내되어, 적어도 하나의 유동 채널(212) 내로 들어가는 제2 유체(225)가 제4 속도(초음속), 즉 제2 유입 개구(246)에서의 입구 속도를 갖게 한다. 압축 램프(198)가 또한 경사 충격파(250)가 각 유동 채널(212) 내에 형성되게 하여, 제2 유체(225)를 더욱 압축함으로써, 더욱 압축된 제2 유체(226)를 생성한다.

도 6은 도 5에 따른 초음속 압축기 로터(130)의 일부분의 확대 개략도이다. 각 유동 채널(210)은 제1 유로(234)를 따라가면서 유동 채널(210)의 폭이 변하는 제1 단면적(278)을 갖는다. 구체적으로, 각 유동 채널(210)은 압축 램프(176)의 단부에 근접하여 제1 최소 단면적(278a)을 갖는다. 여기서, "제1 최소 단면적"이란 용어는 제1 유체(224)가 유로(234)를 통과해 흐르기 위한 유동 채널(210)의 최소 폭을 지칭한다는 점을 유념해야 할 것이다. 각 유동 채널(210)의 제1 최소 단면적(278a)은 "제1 목부 영역"으로서 지칭할 수도 있다.

예시적인 실시예에서, 각 유동 채널(212)은 제2 유로(250)를 따라가면서 유동 채널(212)의 폭이 변하는 제2 단면적(282)을 갖는다. 구체적으로, 각 유동 채널(212)은 압축 램프(198)의 단부에 근접하여 제2 최소 단면적(282a)을 갖는다. 여기서, "제2 최소 단면적"이란 용어는 제2 유체(225)가 유로(250)를 통과해 흐르기 위한 유동 채널(212)의 최소 폭을 지칭한다는 점을 유념해야 할 것이다. 각 유동 채널(212)의 제2 최소 단면적(282a)은 "제2 목부 영역"으로서 지칭할 수도 있다.

도시한 실시예에서, 제2 최소 단면적(282a)은 제1 최소 단면적(278a)보다 작아, 유동 채널(212)에서 제2 유체(225)의 압축을 더욱 향상시킨다. 각 유동 채널(210)은 제1 수렴부(292) 및 제1 발산부(294)를 포함한다. 각 유동 채널(212)은 제2 수렴부(296) 및 제2 발산부(298)를 포함한다.

압축 램프(176, 198)의 위치가 초음속 압축기 로터(130)의 유동 채널(210, 212)의 목부 영역(278a, 282a)을 형성한다. 하나의 실시예에서, 하나 이상의 압축 램프(176)가 각 로터 베인(162)의 압력측 베인 표면(182) 상에 배치될 수도 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 압축 램프(198)가 각 로터 베인(164)의 압력측 베인 표면(194) 상에 배치될 수 있다. 소정의 다른 실시예에서, 각 로터 베인(162, 164)은 각각 1개보다 많은 압축 램프(178, 198)를 포함할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 압축 램프(178, 198)는 로터 베인 표면(182, 184; 194, 196) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 배치될 수 있다.

초음속 압축기 로터(130)의 작동 중에, 제1 유체(224)는 초음속의 상대 속도로 제1 유입 개구(230) 내로 안내된다. 각 유동 채널(210) 내로 들어가는 제1 유체(224)는 압축 램프(176)와 접촉하여, 각 로터 베인(162)의 선단 에지(178)에서 경사 충격파(176)를 발생시킨다. 구체적으로, 제1 경사 충격파(258a)가 인접한 로터 p인(162)의 표면과 접촉하고, 그로부터 제2 경사 충격파(258b)가 경사각(α₁)으로 다시 반사된다.

제1 유체(224)가 제1 유동 채널(210)을, 즉 제1 수렴부(292)와 제1 발산부(294)를 통과함에 따라, 제1 유체(224)의 속도는 미미하게 감소될 수 있지만 여전히 초음속으로 유지된다. 제1 유체(224)의 압력은 증가하여, 제2 유체(225)를 생성한다. 제2 유체(225)는 제2 유입 개구(246)(도 5 참조)를 통해 적어도 하나의 유동 채널(212) 내로 들어가 압축 램프(198)와 접촉함으로써, 각 로터 베인(164)의 선단 에지(190)에서 경사 충격파(259)를 생성한다. 구체적으로, 제3 경사 충격파(259a)가 압축 램프(198)에 의해 생성되며, 인접한 로터 베인(164)의 표면으로부터 제4 경사 충격파(259b)가 경사각(α₂)으로 다시 반사된다. 제2 유체(225)의 압력은 증가하여, 더욱 압축된 제2 유체(226)를 생성한다.

제2 유체(225)가 적어도 하나의 유동 채널(212)을, 즉 제2 발산부(298)를 통과함에 따라, 수직 충격파(302)가 각 유동 채널(212) 내에 발생한다. 이어서, 제2 유체(225)는 초음속 확산 구역(309) 내로 흐르게 되며, 이에 의해 제2 유체(225)의 초음속 흐름을 생성한다. 여기서, 수직 충격파(302)는 제2 유로(250)에 대해 수직 방향을 따라 배향되어, 제2 유체(225)의 속도를 아음속의 속도로 감소시키게 된다는 점을 유념해야 할 것이다. 몇몇 다른 실시예에서, 수직 충격파(302)는 초음속 압축기(100)의 설계 및 작동 조건에 따라 발생하지 않을 수도 있다.

통상적으로, 보다 긴 길이의 로터 베인의 단일 세트를 사용하면 경계층과 수직 충격파의 강력한 상호 작용을 초래한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 단일 세트의 보다 긴 길이의 로터 베인 대신에, 비교적 짧은 로터 베인(162, 164) 두 세트를 마련함으로써, 약한 경사 충격파(258, 259)를 발생시키고, 이에 의해 압력 손실을 감소시키게 된다. 추가로, 두 세트의 로터 베인(162, 164)을 갖는 초음속 압축기 로터(130)는 보다 얇은 경계층이 형성되게 하고, 이에 의해 경계층이 수직 충격파(302)와의 약화된 상호 작용으로 인해 박리에 대한 보다 큰 내성을 갖게 되며, 이에 따라 압력 손실을 낮추게 된다.

도 7a는 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터(130)의 일부분의 개략도이다. 여기서, 초음속 압축기 로터(130)는 도시 및 설명을 목적으로 오픈 스트립(open strip) 형태로 도시되어 있음을 유념해야 할 것이다.

도시한 예시적인 실시예에서, 각 로터 베인(162)은 2개의 압축 램프(176, 177)를 포함한다. 구체적으로, 압축 램프(176)는 압력측 베인 표면(182) 상에 배치되고 압축 램프(177)는 흡입측 베인 표면(184) 상에 배치된다. 보다 구체적으로, 압축 베인(176)은 선단 에지(178)를 위치하며, 압축 램프(177)는 각 로터 베인(162)의 중간 영역(179)에 위치한다. 각 로터 베인(164)은 압력측 베인 표면(194)의 선단 에지(190)에 압축 램프(198)를 포함한다. 여기서, "압력측 베인 표면"이란 용어는 로터 베인의 보다 긴 표면을 지칭하며, "흡입측 베인 표면"이란 용어는 그 로터 베인의 보다 짧은 표면을 지칭함을 유념해야 할 것이다. 압력측 베인 표면에서의 유체 압력은 흡입측 베인 표면에서의 유체 압력보다 높다. 각 유동 채널(212)(도 6 참조)의 제2 수렴부(296)는 각 유동 채널(210)의 제1 수렴부(292)와는 반대쪽에 위치하여, 인접한 로터 베인(162)으로부터 각 유동 채널(212) 내로 더욱 반사되는 추가적인 경사 충격파(259)를 발생시킴으로써 제2 유체(225)의 압축을 더욱 향상시킨다.

도시한 예시적인 실시예에서, 압축 램프(176)는 제1 유체(224)의 흐름에 응답하여 경사 충격파(258)를 발생시켜 제2 유체(225)를 생성하도록 구성된다. 제2 유체(225)는 그 제2 유체(225)가 제1 발산부(294)를 통과함에 따라 팽창된 제2 유체(299)를 생성하도록 팽창한다. 압축 램프(177)는 제1 유체(224)의 흐름에 응답하여 추가적인 경사 충격파(258)를 발생시켜, 제1 발산부(294)를 빠져나가는 제2 유체(225)의 팽창을 감소시키도록 구성된다.

도 7b는 다른 예시적인 실시예에 따른 초음속 압축기 로터(330)의 일부분의 오픈 스트립 형태의 도면이다. 도시한 예시적인 실시예에서, 각 로터 베인(162)은 2개의 압축 램프(376, 377)를 포함하고 각 로터 베인(364)도 2개의 압축 램프(298, 399)를 포함한다. 구체적으로, 압축 램프(376)는 압력측 베인 표면(382)에 배치되고 압축 램프(377)는 각 로터 베인(362)의 흡입측 베인 표면(384)에 배치된다. 압축 램프(298)는 압력측 베인 표면(394)에 배치되고 압축 램프(399)는 각 로터 베인(364)의 흡입측 베인 표면(396)에 배치된다. 보다 구체적으로, 압축 램프(398)는 압력측 베인 표면(394)에서 선단 에지(390)에 근접하게 위치하고 압축 램프(399)도 흡입측 베인 표면(396)에서 선단 엔지(390)에 근접하게 위치한다.

압축 램프(398, 399)는 제2 유체(325)의 흐름에 응답하여 압력측 베인 표면(394) 및 흡입측 베인 표면(396) 모두에 있어서의 선단 에지(390)에서 경사 충격파(359)를 발생시키도록 구성된다. 그러한 경사 충격파(359)는 인접한 로터 베인(362)으로부터 더욱 반사되는 로터 베인(364) 사이의 제2 유체(325)의 압축을 더욱 향상시킨다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 개시의 초음속 압축기는 압축된 유체를 제2 세트의 로터 베인 사이에서 더욱 압축함으로써 보다 높은 압력비를 달성할 수 있다. 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 마련은 로터 베인들 사이에서의 압력 손실을 낮추며, 이에 의해 초음속 압축기의 효율을 증가시킨다.

Claims

초음속 압축기 로터로서:
제1 로터 디스크;
제2 로터 디스크;
상기 제1 로터 디스크와 상기 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 상기 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제1 세트의 유동 채널을 획정하는 제1 세트의 로터 베인;
상기 제1 로터 디스크와 상기 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 상기 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제2 세트의 유동 채널을 획정하는 제2 세트의 로터 베인; 및
복수의 압축 램프(compression ramp)
를 포함하며, 상기 제1 세트의 로터 베인은 상기 제2 세트의 로터 베인으로부터 오프셋되게 배치되며, 상기 제1 세트의 유동 채널과 상기 제2 세트의 유동 채널은 상기 제1 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널이 상기 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널과 유체 연통하도록 구성되며,
상기 복수의 압축 램프는 각각의 압축 램프가 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치되도록 구성되는 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제2 로터 디스크는 복수의 로터 지지 스트럿을 구동 샤프트에 결합된 단부벽을 포함하는 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인은 선단 에지 및 후미 에지를 포함하며, 상기 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인의 선단 에지는 상기 제1 세트의 로터 베인의 인접한 로터 베인의 후미 에지에 근접하게 배치되는 것인 초음속 압축기 로터.
제3항에 있어서, 상기 제1 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인의 선단 에지는 상기 제1 및 제2 로터 디스크의 각각의 로터 디스크의 제1 반경 방향 표면에 근접하게 배치되는 것인 초음속 압축기 로터.
제3항에 있어서, 상기 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인의 후미 에지는 상기 제1 및 제2 로터 디스크의 각각의 로터 디스크의 제2 반경 방향 표면에 근접하게 배치되는 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 로터 베인의 로터 베인 개수는 상기 제2 세트의 로터 베인의 로터 베인 개수와 동일한 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 로터 베인의 로터 베인 개수는 상기 제2 세트의 로터 베인의 로터 베인 개수와 상이한 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 적어도 하나의 로터 베인이 단지 하나의 압축 램프를 포함하는 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인이 적어도 2개의 압축 램프를 포함하는 것인 초음속 압축기 로터.
제9항에 있어서, 상기 적어도 2개의 압축 램프는 각 로터 베인의 압력측 베인 표면과 흡입측 베인 표면 중 적어도 하나의 표면에 배치되는 것인 초음속 압축기 로터.
제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널은 각 압축 램프의 단부에 근접하여 제1 단면적을 갖는 것인 초음속 압축기 로터.
제11항에 있어서, 상기 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널은 각 압축 램프의 단부에 근접하여 제2 단면적을 가지며, 상기 제2 단면적은 상기 제1 단면적보다 작은 것인 초음속 압축기 로터.
초음속 압축기로서:
유체 입구 및 유체 출구를 갖는 케이싱;
로터 샤프트; 및
상기 케이싱 내에 배치된 적어도 하나의 초음속 압축기 로터
를 포함하며, 상기 초음속 압축기 로터는
제1 로터 디스크;
상기 제1 로터 디스크 및 상기 로터 샤프트에 결합된 제2 로터 디스크;
상기 제1 로터 디스크와 상기 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 상기 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제1 세트의 유동 채널을 획정하는 제1 세트의 로터 베인;
상기 제1 로터 디스크와 상기 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되고 상기 제1 및 제2 로터 디스크와 함께 제2 세트의 유동 채널을 획정하는 제2 세트의 로터 베인; 및
복수의 압축 램프
를 포함하며, 상기 제1 세트의 로터 베인은 상기 제2 세트의 로터 베인으로부터 오프셋되게 배치되며, 상기 제1 세트의 유동 채널과 상기 제2 세트의 유동 채널은 상기 제1 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널이 상기 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널과 유체 연통하도록 구성되며,
상기 복수의 압축 램프는 각각의 압축 램프가 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치되도록 구성되는 것인 초음속 압축기.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인은 선단 에지 및 후미 에지를 포함하며, 상기 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인의 선단 에지는 상기 제1 세트의 로터 베인의 인접한 로터 베인의 후미 에지에 근접하게 배치되는 것인 초음속 압축기.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 적어도 하나의 로터 베인은 단지 하나의 압축 램프를 포함하는 것인 초음속 압축기.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인의 각각의 로터 베인이 적어도 2개의 압축 램프를 포함하는 것인 초음속 압축기.
유체를 압축하는 방법으로서:
제1 유체를 샤프트에 의해 구동되도록 구성된 초음속 압축기 로터의 제1 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널 내로 도입하는 것;
상기 제1 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널에서 상기 제1 유체의 제1 압축을 수행하여 제2 유체를 생성하는 것;
상기 제2 유체를 상기 초음속 압축기 로터의 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널 내로 도입하는 것; 및
상기 제2 세트의 유동 채널 중 적어도 하나의 유동 채널 내에서의 상기 제2 유체의 제2 압축을 수행하여 더욱 압축된 제2 유체를 생성하는 것
을 포함하며, 상기 더욱 압축된 제2 유체는 상기 제2 유체보다 더 높은 압력을 특징으로 하며, 상기 제1 세트의 제1 유동 채널은 제1 세트의 로터 베인의 인접한 로터 베인들에 의해 획정되며, 상기 제2 세트의 제2 유동 채널은 제2 세트의 로터 베인의 인접한 로터 베인들에 의해 획정되며, 상기 제1 및 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널은 또한 인접한 로터 베인 표면에 대향한 로터 베인 표면에 배치된 압축 램프에 의해 획정되며, 상기 제1 및 제2 세트의 로터 베인은 제1 로터 디스크와 제2 로터 디스크 사이에 배치되어 이들에 결합되는 것인 유체의 압축 방법.
제17항에 있어서, 상기 제1 압축을 수행하는 것은, 상기 제1 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널을 통한 상기 제1 유체의 흐름에 응답하여 각 압축 램프로부터 경사 충격파(oblique shockwave)를 발생시키는 것을 포함하는 것인 유체의 압축 방법.
제18항에 있어서, 상기 제2 압축을 수행하는 것은, 상기 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널을 통한 상기 제2 유체의 흐름에 응답하여 각 압축 램프로부터 다른 경사 충격파를 발생시키는 것을 포함하는 것인 유체의 압축 방법.
제19항에 있어서, 상기 제2 압축을 수행하는 것은, 상기 제2 세트의 유동 채널의 각각의 유동 채널을 통한 상기 제2 유체의 흐름에 응답하여 각 압축 램프로부터 수직 충격파(normal shockwave)를 발생시키는 것을 포함하는 것인 유체의 압축 방법.