具有扭轉的返回通道導葉的離心壓縮機的制作方法
【技術領域】
[0001]本文公開的主題的實施例大體上涉及方法及裝置，并且更具體地涉及用于設計用于提高離心壓縮機效果或減小離心壓縮機尺寸和成本而不影響離心壓縮機的性能的返回通道導葉的機構及技術。
【背景技術】
[0002]離心壓縮機現今在許多行業(yè)中遍及各種應用廣泛使用。從離心壓縮機的使用者到離心壓縮機的制造者的不斷需求在于生產具有較小尺寸和較低成本的機器，其具有本代離心壓縮機的相同性能特點。該需求隱含了需要改進離心壓縮機的效率，使得減小離心壓縮機的尺寸導致了較低成本的機器，而不降低機器的性能。
[0003]離心壓縮機大體上具有多個級和返回通道，其具有固定導葉，用于將壓縮氣體從一個級的出口位置再引導至下一級的入口位置，并且用于除去流的切向分量。與返回通道相關聯的導葉的設計對于優(yōu)化離心壓縮機的性能而言為重要的。
[0004]現有技術的圖1中示出了返回通道102，其包括返回通道導葉104和轉子導葉106。應當注意的是，返回通道導葉104并未延伸到返回通道102的彎頭頂點108。
[0005]因此，將合乎需要的是提供提高給定離心壓縮機的性能或減小離心壓縮機的尺寸和成本而不減小離心壓縮機的容量的設計和方法。

【發(fā)明內容】

[0006]根據一個示例性實施例，存在一種用于離心壓縮機的返回通道組件設備；設備包括多個相同返回通道，其中多個返回通道布置成使流過返回通道的流體流轉彎總共至少180° ;設備還包括:多個相同的返回通道導葉，其延伸達到或超過鄰近對應多個返回通道的彎頭頂點的對應多個區(qū)域，其中所述區(qū)域從頂點沿徑向延伸到對應的返回通道中，其中在所述區(qū)域處，流體流已經轉彎大約90° ;轂，其具有軸對稱的轂表面；護罩，其具有軸對稱的護罩表面；轂β角為轂脊線的點處的角，并且對應于在所述點處的轂脊線的切線與位于轂表面中且在所述點處經過的圓周的切線之間的銳角；護罩β角為護罩脊線的點處的角，并且對應于在所述點處的護罩脊線的切線與位于護罩表面中且在所述點處經過的圓周的切線之間的銳角；在設備中，從所述返回通道的所述導葉的前緣移動至后緣，在具有離返回通道的導葉的前緣的相同標準化距離的點處的轂β角與護罩β角之間的角差首先減小而達到最小角差，接著增大而達到最大角差，接著再次減小。
[0007]根據另一個示例性實施例，存在一種離心壓縮機設備，其包括包圍轉子和定子的外殼，以及如上文陳述的返回通道組件設備。
[0008]根據另一個示例性實施例，存在一種用于保持離心壓縮機的性能同時減小離心壓縮機的尺寸的方法；壓縮機包括布置成使流過返回通道的流體流轉彎總共至少180°的多個相同返回通道。該方法包括使多個相同返回通道導葉延伸達到或超過鄰近對應多個返回通道的彎頭頂點的對應多個區(qū)域，其中流體流已經轉彎大約90°。此外，該方法可包括布置返回通道導葉，以使從所述導葉的前緣移動到后緣，在具有離導葉的前緣的相同標準化距離的點處的轂β角與護罩β角之間的角差首先減小而達到最小角差，接著增大而達到最大角差，接著再次減小。
【附圖說明】
[0009]并入且構成說明書的一部分的附圖示出了一個或更多個實施例，并且連同描述闡釋了這些實施例。在附圖中:
圖1為繪出包括返回通道導葉和轉子導葉的離心壓縮機返回通道的現有技術的示例性實施例；
圖2為繪出包括延伸至返回通道彎頭頂點的返回通道導葉和延伸超過返回通道彎頭頂點的返回通道導葉的一對離心壓縮機返回通道的示例性實施例；
圖3為繪出離心壓縮機的返回通道導葉的三維描繪的示例性實施例；
圖4為繪出多個離心壓縮機返回通道導葉和相關聯的轂表面的示例性實施例；
圖5為繪出作為脊線與返回通道導葉的周向方向之間的局部角的β角的示例性實施例；
圖6為繪出轂處和護罩處的返回通道導葉的β角的圖表；
圖7為繪出轂處和護罩處的返回通道導葉的厚度的圖表；
圖8為繪出沿子午線長度的導葉角差的圖表；
圖9為示出用于保持離心壓縮機的性能同時減小離心壓縮機的尺寸的步驟的流程圖；
以及
圖10和圖11為有助于理解β角是什么的位于轂與護罩(圖10中僅示為虛線)之間的葉輪的導葉的兩個示意性視圖。
【具體實施方式】
[0010]示例性實施例的以下描述參照了附圖。不同圖中的相同的附圖標記表示相同或相似的元件。以下詳細描述并未限制本發(fā)明。實際上，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。為了簡單起見，關于包括而不限于壓縮機和膨脹器的渦輪機的術語和結構論述了以下實施例。
[0011]說明書各處提到的〃 一個實施例〃或〃實施例〃意思是結合實施例描述的特定特征、結構或特點包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，短語〃在一個實施例中〃或"在實施例中"在整個說明書的不同地方的出現不一定是指相同實施例。此外，特定的特征、結構或特點可以以任何適合的方式組合在一個或更多個實施例中。
[0012]如圖2中所示，示例性實施例200繪出了具有返回通道導葉204的第一離心壓縮機返回通道202，其可稱為〃半回飛棒〃導葉，以及具有返回通道導葉208的第二返回通道206，其可稱為"全回飛棒"導葉。在示例性實施例中應當注意的是，半回飛棒導葉204延伸到返回通道202的彎頭頂點210。在示例性實施例中還應當注意的是，全回飛棒導葉208延伸超過返回通道206的彎頭頂點212，在返回通道206中產生大約一百八十度的轉彎。因此，包括半回飛棒和全回飛棒返回通道導葉(以及其它幾何形狀)兩者的一組實施例的特征可為具有返回通道導葉，其延伸達到或超過鄰近返回通道的彎頭頂點或彎頭入口的區(qū)域(見圖2和圖3中的虛線中的省略號(ellipse));在該區(qū)域處，在返回通道中流動的流體流已經轉彎大約90° (在子午線平面中)；將注意的是，典型地，壓縮機包括布置成使流過返回通道的流體流轉彎總共至少180°的多個相同返回通道中的至少一個。
[0013]現在參看圖3，繪出了返回通道導葉300的三維示例性實施例。示例性實施例的返回通道導葉具有方向朝相關聯的轂表面的外圓周的彎頭頂點端302，以及方向朝相關聯的轂表面的內圓周的導葉端304。返回通道導葉300為半回飛棒設計，因為返回通道導葉300的彎頭頂點端302在彎頭頂點端302處沒有一百八十度轉彎。在示例性實施例中應當注意的是，通過使返回通道導葉300的彎頭頂點端302的前緣延伸，壓力恢復在返回通道通路中較早開始，并且由于特別是圖1的常規(guī)返回通道導葉104的區(qū)段中的較低流速，故返回通道中的動力損耗減小。在示例性實施例中還應當注意的是，由于導葉表面面積基于延伸長度增大，故給定離心壓縮機需要較少數量的返回通道導葉300。
[0014]現在參看圖4，繪出了與由返回通道導葉404代表的多個返回通道導葉相關聯的轂402的示例性實施例。在該示例性實施例的敘述中應當注意的是，返回通道導葉為半回飛棒導葉。
[0015]現在轉到圖5，示意性實施例繪出了返回通道導葉的β角的特定實例，即，在返回通道導葉的脊線與周向坐標方向之間測得的局部角。以示例性實施例繼續(xù)，隨子午線坐標變化的返回通道導葉β角分布例如通過使用可量和參數化的橢圓和/或貝塞爾曲線函數來限定。本領域的技術人員將認識到的是，實施例并未限于使用橢圓和/或貝塞爾曲線函數來限定β角分布，而是其它函數(例如，樣條函數)可作為備選用于給予此類定義。在示例性實施例中還應當注意的是，返回通道導葉厚度分布類似地限定。在示例性實施例中還應當注意的是，如前文所述，導葉β角關于周向坐標限定，即，零度為純周向流，并且九十度為純子午線流，即，周向或徑向或之間的任何。
[0016]繼續(xù)至圖6，圖表600描繪了示例性實施例的轂和護罩β角的沿轂和護罩表面的導葉β角分布；在這些圖中將注意的是，水平軸線用于從導葉的前緣沿脊線的考慮點的距離除以脊線的長度；即，點的標準化距離M ;因此，對于前緣處的點M=0.0，對于后緣處的點M=L 0，并且對于前緣與后緣之間的脊線處的點0.0 < M < 1.0。以示例性實施例繼續(xù)并且如前文所述，返回通道導葉前緣延伸至或超過返回通道彎頭頂點。此外，在示例性實施例中，轂β角602首先減小至最小值，并且接著連續(xù)地增大，而護罩β角604首先增大至局部最大值，接著形成在圖表600中顯示的不同形狀。在示例性實施例中應當注意的是，轂和護罩β角分布由第一部分中的四分之一橢圓方程限定，即，從圖表600的角軸線分別到轂β角和護罩β角的最小值和局部最大值。在示例性實施例中還應當注意的是其余部分使用具有不同數量的控制點的貝塞爾曲線函數來計算。還參看圖7，圖表700描繪了沿轂702和沿護罩704的導葉厚度。在示例性實施例中應當注意的是，如對于β角分布描述的相似方法用于描述返回通道導葉厚度。
[0017]接下來參看圖8，圖表800繪出了沿轂表面和護罩表面的示例性實施例的β角的差異。接下來在示例性實施例中，導葉角差(Δ β)計算為以示例性實施例繼續(xù)，上文限定的角差(Δ β)首先減小而達到最小值802，接著增大達到最大值804，接著再次減小而不達