專利名稱：超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所描述的主題一般地涉及超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)(supersonic compressor system)，并且更具體地說，涉及一種用于與超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)一起使用的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
至少某些已知的超音速壓縮機(jī)組件包括進(jìn)入段、排出段以及至少一個(gè)定位在進(jìn)入段和排出段之間的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括聯(lián)接在轉(zhuǎn)子盤上的多個(gè)箍條(strake)。各個(gè)箍條關(guān)于轉(zhuǎn)子盤在周向上定向并限定了相鄰箍條之間的軸向流動(dòng)通道。至少某些已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括聯(lián)接在轉(zhuǎn)子盤上的超音速壓縮斜坡件(compression ramp)。已知的超音速壓縮斜坡件定位在軸向流動(dòng)路徑內(nèi)，并且配置成在流動(dòng)路徑內(nèi)形成壓縮波。已知的超音速壓縮機(jī)組件包括進(jìn)入段，其包括軸向定向的流動(dòng)路徑以有利于在軸向方向上引導(dǎo)流體。另外， 至少某些已知的超音速壓縮機(jī)組件包括排出段，其配置成可從已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中接收軸向定向的流體流。在至少某些已知的超音速壓縮機(jī)組件的操作期間，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。流體在軸向方向上從進(jìn)入段中弓丨入到超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中，使得流體通過其速度而突出，該速度相對(duì)于超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是超音速的。至少某些已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是在軸向方向上排出流體。當(dāng)在軸向方向上引導(dǎo)流體時(shí)，定位在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子下游的排出段需要設(shè)計(jì)成接收軸向定向的流。在例如分別于2005年3月觀日和2005年3月23日提交的美國(guó)專利No. 7，334，990和7，四3，955以及于2009年1月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)2009/0196731中描述了已知的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子盤， 其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之間延伸的徑向外表面。徑向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之間延伸的過渡表面。轉(zhuǎn)子盤限定了中心軸線。多個(gè)葉片聯(lián)接在徑向外表面上。相鄰的葉片形成了對(duì)，并且定向成使得在各對(duì)相鄰的葉片之間限定了流動(dòng)通道。流動(dòng)通道在入口孔和出口孔之間延伸。入口表面限定了入口平面，其在入口孔和過渡表面之間延伸。出口表面限定了出口平面，其在出口孔和過渡表面之間延伸，其不平行于入口平面。至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件定位在流動(dòng)通道內(nèi)，以有利于在流動(dòng)通道內(nèi)形成至少一個(gè)壓縮波。在另一實(shí)施例中，提供了一種超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)。超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)包括殼體，其限定了在流體入口和流體出口之間延伸的空腔。驅(qū)動(dòng)軸定位在殼體內(nèi)，并限定了中心軸線。 驅(qū)動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在驅(qū)動(dòng)組件上。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)接在驅(qū)動(dòng)軸上。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子定位在流體入口和流體出口之間，以用于引導(dǎo)流體從流體入口流向流體出口。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子盤，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之間延伸的徑向外表面。徑向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之間延伸的過渡表面。多個(gè)葉片聯(lián)接在徑向外表面上。相鄰的葉片形成了對(duì)，并且定向成使得在各對(duì)相鄰的葉片之間限定了流動(dòng)通道。流動(dòng)通道在入口孔和出口孔之間延伸。入口表面限定了入口平面，其在入口孔和過渡表面之間延伸。出口表面限定了出口平面，其在出口孔和過渡表面之間延伸，其不平行于入口平面。至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件定位在流動(dòng)通道內(nèi)，以有利于在流動(dòng)通道內(nèi)形成至少一個(gè)壓縮波。在又一實(shí)施例中，提供了一種組裝超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的方法。該方法包括提供一種轉(zhuǎn)子盤，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之間延伸的徑向外表面。 徑向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之間延伸的過渡表面。轉(zhuǎn)子盤限定了中心軸線。多個(gè)葉片聯(lián)接在徑向外表面上。相鄰的葉片形成了對(duì)，并且定向成使得在各對(duì)相鄰的葉片之間限定了流動(dòng)通道。流動(dòng)通道在入口孔和出口孔之間延伸。入口表面限定了入口平面，其在入口孔和過渡表面之間延伸。出口表面限定了出口平面，其在出口孔和過渡表面之間延伸，其不平行于入口平面。至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件聯(lián)接在多個(gè)葉片的葉片和徑向外表面中的一個(gè)上。超音速壓縮斜坡件定位在流動(dòng)通道內(nèi)，并配置成有利于在流動(dòng)通道內(nèi)形成至少一個(gè)壓縮波。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)說明時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu)勢(shì)，其中在所有附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示相似的部件，其中圖1是典型的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是可與圖1中所示的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)一起使用的典型的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的透視圖；圖3是圖2中所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子沿著圖2的剖面線3-3截取的透視圖；圖4是圖3中所示且沿著區(qū)域4截取的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的一部分的放大的橫截面圖；圖5是圖2中所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子沿著圖2的剖面線5-5截取的另一橫截面圖；圖6-13是可與圖1中所示的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)一起使用的備選超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的橫截面圖。除非明確指出，否則本文提供的圖紙并不意味著顯示了本發(fā)明的關(guān)鍵性的發(fā)明特征。這些關(guān)鍵性的發(fā)明特征被認(rèn)為可適用于各種廣泛的系統(tǒng)，包括本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。因此，這些圖紙并不意味著包括本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所熟知的為實(shí)踐本發(fā)明而需要的所有傳統(tǒng)特征。附圖文字10超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)；12進(jìn)入段；14壓縮機(jī)段；16排出段；18驅(qū)動(dòng)組件；20轉(zhuǎn)子組件；22驅(qū)動(dòng)軸；對(duì)壓縮機(jī)罩殼J6流體入口 ；觀流體出口 ；30內(nèi)表面；32空腔；34流體源；36入口導(dǎo)葉組件；38入口導(dǎo)葉；40超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；42出口導(dǎo)葉組件；44輸出系統(tǒng)； 46葉片；48轉(zhuǎn)子盤；50盤狀體；52內(nèi)部圓柱形空腔；54中心軸線；56徑向內(nèi)表面；58徑向外表面；60上游表面；62下游表面；64徑向方向；66第一徑向?qū)挾龋?8第二徑向?qū)挾龋?0距離；72軸向方向；74上游邊緣；76下游邊緣；80對(duì)；82入口孔；84出口孔；86流動(dòng)通道；88 流動(dòng)路徑；90外表面；92相對(duì)的內(nèi)表面；92內(nèi)表面；94高度；96壓力側(cè)；98吸力側(cè)；100寬度；102橫截面積；104橫截面積；106橫截面積；108橫截面積；110超音速壓縮機(jī)斜坡件； 112壓縮波；114喉部區(qū)域；116壓縮表面；118發(fā)散表面；120前緣；122后緣；IM傾斜角； 1 壓縮區(qū)域；1 橫截面積；130第一端；132第二端；134傾斜角；136發(fā)散區(qū)域；138橫截面積；140護(hù)罩組件；142護(hù)罩板；144內(nèi)邊緣；146外邊緣；148入口表面；150出口表面；152 過渡表面；巧4入口平面；156出口平面；158第一徑向距離；160第二徑向距離；162徑向流動(dòng)路徑；164軸向流動(dòng)路徑；166過渡流動(dòng)路徑；168箭頭；170箭頭；172流體；174箭頭；176 系統(tǒng)；178第一傾斜沖擊波；180第二傾斜沖擊波；182法向(Normal)沖擊波；184系統(tǒng)；186 等熵壓縮波；188傾斜角；190傾斜流動(dòng)路徑；192傾斜角；194傾斜流動(dòng)路徑；196軸向流動(dòng)路徑；198徑向流動(dòng)路徑；200傾斜角；202傾斜角；204傾斜角；206第一傾斜角；208第一傾斜流動(dòng)路徑；210第二傾斜角；212第二傾斜流動(dòng)路徑；214第一軸向流動(dòng)路徑；216第二軸向流動(dòng)路徑
具體實(shí)施例方式在以下說明書和所附權(quán)利要求中將引用許多詞語(yǔ)，其應(yīng)被限定具有以下含義。除非上下文中明確指出，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”以及“這個(gè)”包括復(fù)數(shù)形式的所指對(duì)象?！翱蛇x的”或“可選地”意味著接下來所述事件或情況可能發(fā)生或可能不發(fā)生，而且該描述包括事件發(fā)生的情形和其不發(fā)生的情形。本文使用的近似術(shù)語(yǔ)在整個(gè)說明書和權(quán)利要求中可用于修飾任何數(shù)量表述，其可在不導(dǎo)致其相關(guān)的基本功能發(fā)生變化的條件下準(zhǔn)許進(jìn)行修改。因此，由術(shù)語(yǔ)例如“大約”和 “基本”修飾的值并不局限于所規(guī)定的精確值。至少在某些情況下，近似術(shù)語(yǔ)可與用于測(cè)量該值的儀器的精度相對(duì)應(yīng)。除非上下文或術(shù)語(yǔ)中明確指出，否則這里和整個(gè)說明書及權(quán)利要求的范圍內(nèi)，范圍限制可進(jìn)行組合和/或互換，這種范圍被標(biāo)識(shí)并包括包含在該范圍內(nèi)的所有子范圍。本文使用的詞語(yǔ)“超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子”指一種這樣的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，S卩，其包括設(shè)置在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流體流動(dòng)通道內(nèi)的超音速壓縮斜坡件。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被稱為 “超音速”是因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)成可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線而高速旋轉(zhuǎn)，使得運(yùn)動(dòng)的流體，例如運(yùn)動(dòng)的氣體 (其在設(shè)置于轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道內(nèi)的超音速壓縮斜坡件處遭遇旋轉(zhuǎn)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子)被認(rèn)為具有超音速的相對(duì)流體速度。根據(jù)在超音速壓縮斜坡件處的轉(zhuǎn)子速度和恰好在遭遇這種超音速壓縮斜坡件之前的流體速度的矢量和可限定相對(duì)流體速度。這種相對(duì)流體速度有時(shí)被稱為“局部超音速入口速度”，其在某些實(shí)施例中是入口氣體速度和設(shè)置在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流動(dòng)通道內(nèi)的超音速壓縮斜坡件的切向速度的組合。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被設(shè)計(jì)成在非常高的切向速度下服務(wù)，例如在300米/秒至800米/秒范圍內(nèi)的切向速度。本文所述的典型的系統(tǒng)和方法通過提供一種有利于調(diào)整穿過超音速壓縮機(jī)的流動(dòng)路徑的流體定向的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子而克服了已知的超音速壓縮機(jī)組件的缺點(diǎn)。更具體地說，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括過渡表面，其轉(zhuǎn)變了流動(dòng)路徑的定向。此外，本文所述的實(shí)施例包括一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括入口表面和與入口表面不平行的出口表面。另外，提供如本文所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可使超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成包括各種軸向進(jìn)入定向、 徑向進(jìn)入定向、傾斜進(jìn)入定向、軸向排出定向、徑向排出定向、和/或傾斜排出定向。圖1是典型的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的示意圖。在典型的實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10包括進(jìn)入段12、聯(lián)接在進(jìn)入段12下游的壓縮機(jī)段14、聯(lián)接在壓縮機(jī)段14下游的排出段16、以及驅(qū)動(dòng)組件18。壓縮機(jī)段14通過包括驅(qū)動(dòng)軸22的轉(zhuǎn)子組件20而聯(lián)接在驅(qū)動(dòng)組件18上。在典型的實(shí)施例中，進(jìn)入段12、壓縮機(jī)段14以及排出段16均定位在壓縮機(jī)罩殼對(duì)內(nèi)。更具體地說，壓縮機(jī)罩殼M包括流體入口 26、流體出口觀以及限定了空腔32的內(nèi)表面30?？涨?2在流體入口沈和流體出口 28之間延伸，并配置成引導(dǎo)流體從流體入口沈流向流體出口觀。進(jìn)入段12、壓縮機(jī)段14以及排出段16均定位在空腔32內(nèi)。備選地，進(jìn)入段12和/或排出段16可不定位在壓縮機(jī)罩殼M內(nèi)。在典型的實(shí)施例中，流體入口沈配置成可引導(dǎo)流體從流體源34流向進(jìn)入段12。 流體可為任何流體，例如氣體、氣體混合物和/或液體-氣體混合物。進(jìn)入段12與壓縮機(jī)段14保持流動(dòng)聯(lián)通，以用于引導(dǎo)流體從流體入口沈流向壓縮機(jī)段14。進(jìn)入段12配置成調(diào)節(jié)具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定參數(shù)(例如速度、質(zhì)量流率、壓力、溫度、和/或任何合適的流動(dòng)參數(shù))的流體流。在典型的實(shí)施例中，進(jìn)入段12包括入口導(dǎo)葉組件36，其聯(lián)接在流體入口沈和壓縮機(jī)段14之間，以用于引導(dǎo)流體從流體入口沈流向壓縮機(jī)段14。入口導(dǎo)葉組件36包括一個(gè)或多個(gè)入口導(dǎo)葉38，其聯(lián)接在壓縮機(jī)罩殼M上。壓縮機(jī)段14聯(lián)接在進(jìn)入段12和排出段16之間，以用于引導(dǎo)至少一部分流體從進(jìn)入段12流向排出段16。壓縮機(jī)段14包括至少一個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40，其可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在驅(qū)動(dòng)軸22上。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40配置成增加正被引向排出段16的流體的壓力，減少流體的體積，和/或增加流體的溫度。排出段16包括出口導(dǎo)葉組件42，其聯(lián)接在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40和流體出口觀之間，以用于引導(dǎo)流體從超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40流向流體出口觀。流體出口觀配置成引導(dǎo)流體從出口導(dǎo)葉組件42和/或超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40流向輸出系統(tǒng)44，例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、流體處理系統(tǒng)和/或流體儲(chǔ)存系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)組件18配置成使驅(qū)動(dòng)軸22旋轉(zhuǎn)，以造成超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40和/或出口導(dǎo)葉組件4的旋轉(zhuǎn)。在操作期間，進(jìn)入段12引導(dǎo)流體從流體源34流向壓縮機(jī)段14。壓縮機(jī)段14壓縮流體，并向排出段16排出壓縮的流體。排出段16通過流體出口 W引導(dǎo)壓縮的流體從壓縮機(jī)段14流向輸出系統(tǒng)44。圖2是典型的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40的透視圖。圖3是沿著圖2中所示的剖面線 3-3截取的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40的橫截面圖。圖4是沿著區(qū)域4截取的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40的一部分的放大的橫截面圖。圖5是沿著圖2中所示的剖面線5-5截取的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40的橫截面圖。圖3-5中所示的相同的構(gòu)件由圖2中使用的相同的標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。 在典型的實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40包括多個(gè)葉片46，其聯(lián)接在轉(zhuǎn)子盤48上。轉(zhuǎn)子盤48包括環(huán)形盤狀體50，其限定了沿著中心軸線M大致軸向延伸穿過盤狀體50的內(nèi)部圓柱形空腔52。盤狀體50包括徑向內(nèi)表面56和徑向外表面58。徑向內(nèi)表面56限定了內(nèi)部圓柱形空腔52。內(nèi)部圓柱形空腔52具有基本圓柱形的形狀，并且關(guān)于中心軸線M進(jìn)行定向。內(nèi)部圓柱形空腔52尺寸設(shè)計(jì)成容納穿過其的驅(qū)動(dòng)軸22(圖1中所示)。轉(zhuǎn)子盤48還包括上游表面60和下游表面62。上游表面60和下游表面62均在徑向內(nèi)表面56和徑向外表面58之間以大體上垂直于中心軸線M的徑向方向64而延伸。上游表面60包括被限定在徑向內(nèi)表面56和徑向外表面58之間的第一徑向?qū)挾?6。下游表面62包括被限定在徑向內(nèi)表面56和徑向外表面58之間的第二徑向?qū)挾?8。在典型的實(shí)施例中，第一徑向?qū)挾?66大于第二徑向?qū)挾?8。備選地，第一徑向?qū)挾?6可小于或等于第二徑向?qū)挾?8。在典型的實(shí)施例中，徑向外表面58聯(lián)接在上游表面60和下游表面62之間，并在大體與中心軸線M平行的軸向方向72上延伸從上游表面60至下游表面62所限定的距離 70。在典型的實(shí)施例中，各個(gè)葉片46聯(lián)接在徑向外表面58上，并從徑向外表面58向外延伸。各個(gè)葉片46包括上游邊緣74和下游邊緣76。上游邊緣74定位在轉(zhuǎn)子盤48的上游表面60附近。下游邊緣76定位在下游表面62附近。在典型的實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40包括葉片46對(duì)80。每對(duì)80定向成可限定入口孔82、出口孔84和位于相鄰的葉片 46之間的流動(dòng)通道86。流動(dòng)通道86在入口孔82和出口孔84之間延伸，并限定了流動(dòng)路徑，如箭頭88所示從入口孔82通向出口孔84。流動(dòng)路徑88定向成大體上平行于葉片46 和徑向外表面58。流動(dòng)通道86的尺寸、形狀和定向設(shè)計(jì)成引導(dǎo)流體沿著流動(dòng)路徑88從入口孔82流向出口孔84。入口孔82限定在相鄰的葉片46的相鄰的上游邊緣74之間。出口孔84限定在相鄰的葉片46的相鄰的下游邊緣76之間。各個(gè)葉片46包括外表面90和相對(duì)的內(nèi)表面92。葉片46在外表面90和內(nèi)表面92之間延伸，并且包括限定在外表面90和內(nèi)表面92之間的高度94。各個(gè)葉片46形成了弧形形狀，并以螺旋形的形狀關(guān)于轉(zhuǎn)子盤48 而周向延伸，使得流動(dòng)通道86具有螺旋形狀。在典型的實(shí)施例中，各個(gè)葉片46包括第一側(cè)(即壓力側(cè)96)和相對(duì)的第二側(cè)(即吸力側(cè)98)。各個(gè)壓力側(cè)96和吸力側(cè)98在上游邊緣74和下游邊緣76之間延伸。在上游邊緣74處，各個(gè)入口孔82在葉片46的壓力側(cè)96和相鄰的吸力側(cè)98之間延伸。在下游邊緣76處，各個(gè)出口孔84在壓力側(cè)96和相鄰的吸力側(cè)98之間延伸。在典型的實(shí)施例中，流動(dòng)通道86包括寬度100，其限定在壓力側(cè)96和相鄰的吸力側(cè)98之間并垂直于流動(dòng)路徑88。在典型的實(shí)施例中，流動(dòng)通道86限定了沿著流動(dòng)路徑88而變化的橫截面積102。 流動(dòng)通道86的橫截面積102被限定為垂直于流動(dòng)路徑88，并且等于流動(dòng)通道86的寬度100 乘以葉片46的高度94。流動(dòng)通道86包括第一面積，即位于入口孔82處的入口橫截面積 104，第二面積，即位于出口孔84處的出口橫截面積106，以及第三面積，即限定在入口孔82 和出口孔84之間的最小橫截面積108。在典型的實(shí)施例中，最小橫截面積108小于入口橫截面積104和出口橫截面積106。參看圖3-5，在典型的實(shí)施例中，至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件110定位在流動(dòng)通道 86內(nèi)。超音速壓縮斜坡件110定位在入口孔82和出口孔84之間，并且尺寸、形狀和定向設(shè)計(jì)成可使一個(gè)或多個(gè)壓縮波112成形于流動(dòng)通道86內(nèi)。超音速壓縮斜坡件110聯(lián)接在葉片46的壓力側(cè)96上，并限定了流動(dòng)通道86的喉部區(qū)域114。喉部區(qū)域114限定了流動(dòng)通道86的最小橫截面積108。備選地，超音速壓縮斜坡件110可聯(lián)接在葉片46的吸力側(cè)98 和/或徑向外表面58上。在另一備選實(shí)施例中，超音速壓縮斜坡件110與葉片46整體地成形。在另一備選實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40包括多個(gè)超音速壓縮斜坡件110，其各聯(lián)接在壓力側(cè)96、吸力側(cè)98和/或徑向外表面58上。在這種實(shí)施例中，各個(gè)超音速壓縮斜坡件110總地限定了喉部區(qū)域114。
參看圖4，在典型的實(shí)施例中，超音速壓縮斜坡件110包括壓縮表面116和發(fā)散表面118。壓縮表面116包括第一邊緣(即前緣120)和第二邊緣(即后緣12 。前緣120定位成比后緣122更靠近入口孔82。壓縮表面116在前緣120和后緣122之間延伸，并且以從壓力側(cè)96朝向相鄰的吸力側(cè)98且進(jìn)入流動(dòng)路徑88中的方式以傾斜角IM定向。壓縮表面116朝著相鄰的吸力側(cè)98收斂，從而在前緣120和后緣122之間限定了壓縮區(qū)域126。 壓縮區(qū)域1 包括流動(dòng)通道86的橫截面積128，其沿著流動(dòng)路徑88從前緣120至后緣122 變小。壓縮表面116的后緣122限定了喉部區(qū)域114。發(fā)散表面118聯(lián)接在壓縮表面116上，并從壓縮表面116朝向出口孔84而向下游延伸。發(fā)散表面118包括第一端130和第二端132，第二端132比第一端130更靠近出口孔 84。發(fā)散表面118的第一端130聯(lián)接在壓縮表面116的后緣122上。發(fā)散表面118在第一端130和第二端132之間延伸，并且以從葉片46朝向相鄰的吸力側(cè)98的方式以傾斜角134 定向。發(fā)散表面118限定了發(fā)散區(qū)域136，其包括發(fā)散的橫截面積138，該發(fā)散的橫截面積 138從壓縮表面116的后緣122朝著出口孔84增大。發(fā)散區(qū)域136從喉部區(qū)域114延伸至出口孔84。再次參看圖5，在典型的實(shí)施例中，護(hù)罩組件140聯(lián)接在各個(gè)葉片46的外表面90 上，使得流動(dòng)通道86限定在護(hù)罩組件140和徑向外表面58之間。護(hù)罩組件140包括在內(nèi)邊緣144和外邊緣146之間延伸的護(hù)罩板142。護(hù)罩板142聯(lián)接在各個(gè)葉片46上，使得葉片46的上游邊緣74定位在護(hù)罩組件140的內(nèi)邊緣144附近，并且葉片46的下游邊緣76定位在護(hù)罩組件140的外邊緣146附近。備選地，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40不包括護(hù)罩組件140。 在這種實(shí)施中例，膜片(diaphragm)組件(未顯示)定位在葉片46的各個(gè)外表面90附近， 使得膜片組件至少部分地限定了流動(dòng)通道86。在典型的實(shí)施例中，徑向外表面58包括入口表面148、出口表面150以及在入口表面148和出口表面150之間延伸的過渡表面152。入口表面148從上游表面60延伸至過渡表面152，并在流動(dòng)通道86中限定了入口平面154。入口平面1M在相鄰的葉片46之間延伸，并且從上游表面60延伸至過渡表面152。出口表面150從過渡表面152延伸至下游表面62，并在流動(dòng)通道86中限定了出口平面156。出口平面156在相鄰的葉片46之間延伸， 并從過渡表面152延伸至下游邊緣76。入口平面IM沒有定向成與出口平面156平行。在典型的實(shí)施例中，入口孔82定位在離中心軸線M第一徑向距離158處。出口孔84定位在離中心軸線M第二徑向距離160處，該第二徑向距離160小于第一徑向距離 158。入口表面148定向成基本上垂直于中心軸線M，使得流動(dòng)通道86限定了沿著徑向方向64而延伸的徑向流動(dòng)路徑162。徑向流動(dòng)路徑162從入口孔82延伸至過渡表面152，并在軸向方向72上引導(dǎo)流體。出口表面150定向成基本上平行于中心軸線54，使得流動(dòng)通道86限定了沿著徑向方向64而延伸的軸向流動(dòng)路徑164。軸向流動(dòng)路徑164從過渡表面 152延伸至出口孔84，并在軸向方向72上引導(dǎo)流體。過渡表面152形成了弧形形狀，并限定了過渡流動(dòng)路徑166，其從入口表面148延伸至出口表面150。過渡表面152定向成引導(dǎo)流體從徑向方向64流向軸向方向72，使得流體通過具有通過過渡流動(dòng)路徑166的由箭頭 168所示的徑向流矢量以及由箭頭170所示的軸向徑向流矢量而出眾。在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40的操作期間，進(jìn)入段12(圖1中所示)引導(dǎo)流體172流向流動(dòng)通道86的入口孔82。流體172具有第一速度，即剛好在進(jìn)入入口孔82之前的接近速度(approach velocity).超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40圍繞中心軸線M以第二速度，即由箭頭 174所示的旋轉(zhuǎn)速度而旋轉(zhuǎn)，使得進(jìn)入流動(dòng)通道86中的流體172具有第三速度，即入口孔 82處的入口速度，其相對(duì)于葉片46是超音速的。當(dāng)流體172被引導(dǎo)以超音速穿過流動(dòng)通道 86時(shí)，超音速壓縮斜坡件110與流體172相接觸，造成在流動(dòng)通道86中形成壓縮波112，以有利于壓縮流體172，使得流體172包括增加的壓力和溫度，并且/或者在出口孔84處包括減少的體積。在典型的實(shí)施例中，流體172進(jìn)入入口孔82中，并沿著徑向方向64被引導(dǎo)穿過徑向流動(dòng)路徑162。當(dāng)流體進(jìn)入過渡流動(dòng)路徑166中時(shí)，流動(dòng)通道86將流體的定向從徑向方向64改變至軸向方向72，并且引導(dǎo)流體從徑向流動(dòng)路徑162流向軸向流動(dòng)路徑164。流體 172然后從軸向流動(dòng)路徑164中通過出口孔84以軸向方向72排出。在操作期間，超音速壓縮斜坡件110的尺寸、形狀和定向設(shè)計(jì)成造成將在流動(dòng)通道86中形成的壓縮波112的系統(tǒng)176。系統(tǒng)176包括當(dāng)流體172與超音速壓縮斜坡件110 的前緣120相接觸時(shí)所形成的第一傾斜沖擊波178。超音速壓縮斜坡件110的壓縮區(qū)域1 配置成造成第一傾斜沖擊波178以從前緣120朝向相鄰葉片46且進(jìn)入流動(dòng)通道86中的方式相對(duì)于流動(dòng)路徑88以傾斜角定向。當(dāng)?shù)谝粌A斜沖擊波178與相鄰的葉片46接觸時(shí)，第二傾斜沖擊波180從相鄰的葉片46上相對(duì)于流動(dòng)路徑88以傾斜角并朝著超音速壓縮斜坡件110的喉部區(qū)域114反射。超音速壓縮斜坡件110配置成造成第一傾斜沖擊波178和第二傾斜沖擊波180均形成于壓縮區(qū)域126內(nèi)。當(dāng)引導(dǎo)流體穿過喉部區(qū)域114而流向出口孔 84時(shí)，在發(fā)散區(qū)域136內(nèi)形成了法向沖擊波182。法向沖擊波182定向成垂直于流動(dòng)路徑 88，并跨過流動(dòng)路徑88延伸。當(dāng)流體172穿過壓縮區(qū)域126時(shí)，流體172的速度隨著流體172穿過各個(gè)第一傾斜沖擊波178和第二傾斜沖擊波180而降低。另外，流體172的壓力增加，且流體172的體積減少。當(dāng)流體172穿過喉部區(qū)域114時(shí)，流體172的速度在喉部區(qū)域114下游朝著法向沖擊波182增加。當(dāng)流體穿過法向沖擊波182時(shí)，流體172的速度相對(duì)于轉(zhuǎn)子盤48被降低
至亞音速。圖6-13是超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子40的各種備選實(shí)施例的橫截面圖。圖6_13中所示的相同的構(gòu)件由圖5中使用的相同的標(biāo)號(hào)來標(biāo)識(shí)。參看圖6，在一個(gè)實(shí)施例中，徑向外表面 58定向成造成在流動(dòng)通道86內(nèi)，以及在入口孔82和出口孔84之間形成等熵壓縮波186的系統(tǒng)184。在這個(gè)實(shí)施例中，徑向外表面58的過渡表面152定向成至少部分地限定了流動(dòng)通道86的喉部區(qū)域114。當(dāng)流體172穿過壓縮區(qū)域126時(shí)，在壓縮區(qū)域126內(nèi)形成了多個(gè)等熵壓縮波186。在這個(gè)備選實(shí)施例中，徑向外表面58的定向防止在流動(dòng)通道86中形成沖擊波。參看圖7，在一個(gè)實(shí)施例中，出口表面150定向成相對(duì)于中心軸線M具有傾斜角 188，使得流動(dòng)通道86在出口孔84處限定了傾斜流動(dòng)路徑190。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)通道 86配置成沿著徑向方向64接收流體，并從出口孔84中以傾斜角188排出流體172。參看圖8，在一個(gè)實(shí)施例中，入口表面148定向成相對(duì)于中心軸線M具有傾斜角 192，使得流動(dòng)通道86在入口孔82處限定了傾斜流動(dòng)路徑194。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)通道 86配置成從入口孔82中以傾斜角192接收流體，并沿著軸向方向72排出流體172穿過出口孔 84。
參看圖9，在一個(gè)實(shí)施例中，上游表面60包括第一徑向?qū)挾?6，其小于下游表面62 的第二徑向?qū)挾?8。入口孔82的第一徑向距離158小于出口孔84的第二徑向距離160。 入口表面148定向成基本上平行于中心軸線M，使得流動(dòng)通道86在入口孔82處限定了以軸向方向72延伸的軸向流動(dòng)路徑196。出口表面150定向成基本上垂直于中心軸線M，使得流動(dòng)通道86在出口孔84處限定了沿著徑向方向64而延伸的徑向流動(dòng)路徑198。過渡表面152定向成引導(dǎo)流體從軸向方向72通過流動(dòng)通道86而流向徑向方向64。參看圖10，在一個(gè)實(shí)施例中，出口表面150定向成相對(duì)于中心軸線M具有傾斜角 200，使得流動(dòng)通道86在出口孔84處限定了傾斜流動(dòng)路徑202。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)通道 86配置成沿著軸向方向72接收流體，并從出口孔84中以傾斜角202排出流體172。參看圖11，在一個(gè)實(shí)施例中，入口表面148定向成相對(duì)于中心軸線M具有傾斜角 204，使得流動(dòng)通道86在入口孔82處限定了傾斜流動(dòng)路徑190。出口表面150定向成基本上垂直于中心軸線54，使得流動(dòng)通道86在出口孔84處限定了徑向流動(dòng)路徑198。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)通道86配置成從入口孔82中以傾斜角204接收流體，并沿著徑向方向64 排出流體172穿過出口孔84。參看圖12，在一個(gè)實(shí)施例中，入口表面148定向成相對(duì)于中心軸線M具有第一傾斜角206，使得流動(dòng)通道86在入口孔82處限定了第一傾斜流動(dòng)路徑208。出口表面150定向成相對(duì)于中心軸線M具有第二傾斜角210，使得流動(dòng)通道86在出口孔84處限定了第二傾斜流動(dòng)路徑212。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)通道86配置成從入口孔82中以第一傾斜角206 接收流體，并以第二傾斜角210排出流體172通過出口孔84。參看圖13，在一個(gè)實(shí)施例中，入口表面148定向成基本上平行于中心軸線M，使得流動(dòng)通道86在入口孔82處限定了第一軸向流動(dòng)路徑214。出口表面150定向成基本上平行于中心軸線54，使得流動(dòng)通道86在出口孔84處限定了第二軸向流動(dòng)路徑216。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)通道86配置成沿著軸向方向72接收流體172，并沿著軸向方向72排出流體 172。 上述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子提供了一種成本有效且可靠的方法，以用于引導(dǎo)流體從軸向方向流向徑向方向，或引導(dǎo)流體從徑向方向流向軸向方向。更具體地說，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括流動(dòng)通道，其包括過渡表面，該過渡表面調(diào)整通過流動(dòng)通道的流動(dòng)路徑的定向。此外，本文所述的實(shí)施例包括一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括入口表面和與入口表面不平行的出口表面。另外，通過提供一種帶有流動(dòng)通道(該流動(dòng)通道引導(dǎo)流體從軸向方向流向徑向方向)的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可使超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成包括各種軸向進(jìn)入定向、徑向進(jìn)入定向、軸向排出定向和/或徑向排出定向。結(jié)果，本文所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子克服了已知的超音速壓縮機(jī)組件的流動(dòng)路徑定向限制。因此，可減少制造和維護(hù)超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的成本。 上面詳細(xì)地描述了用于組裝超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)和方法的典型實(shí)施例。該系統(tǒng)和方法并不局限于本文所述的特定的實(shí)施例，相反，該系統(tǒng)的構(gòu)件和/或該方法的步驟可與本文所述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立地和分開地進(jìn)行利用。例如，該系統(tǒng)和方法還可結(jié)合其它旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和方法來使用，并且并不只局限于與如本文所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)一起實(shí)踐。相反，典型的實(shí)施例可在結(jié)合許多其它旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)應(yīng)用的情況下加以實(shí)施和利用。
雖然在某些圖中可能顯示了而在其它圖中沒有顯示本發(fā)明各種實(shí)施例的具體特征，但這僅僅出于方便的目的。此外，對(duì)在以上說明書中的“ 一個(gè)實(shí)施例”的引用不應(yīng)理解為排除也包含所陳述的特征的其它實(shí)施例的存在。根據(jù)本發(fā)明的原理，任何附圖特征都可與任何其它附圖的任何特征結(jié)合起來進(jìn)行參照和/或要求保護(hù)。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還可使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明，包括制造和利用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域中的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有并非不同于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無實(shí)質(zhì)差異的等效的結(jié)構(gòu)元件，那么這些其它示例都意在處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子盤(48)，其包括上游表面(60)、下游表面(6 以及在所述上游表面和所述下游表面之間延伸的徑向外表面(58)，所述徑向外表面包括入口表面(148)、出口表面(150)以及在所述入口表面和所述出口表面之間延伸的過渡表面(152)，所述轉(zhuǎn)子盤限定了中心軸線 (54)；聯(lián)接在所述徑向外表面上的多個(gè)葉片(46)，相鄰的所述葉片形成對(duì)，并定向成使得在各個(gè)所述對(duì)相鄰的葉片之間限定了流動(dòng)通道(86)，所述流動(dòng)通道在入口孔和出口孔之間延伸，所述入口表面限定了在所述入口孔和所述過渡表面之間延伸的入口平面(1 )，所述出口表面限定了在所述出口孔和所述過渡表面之間延伸的出口平面(156)，所述出口平面不平行于所述入口平面；以及至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件(110)，其定位在所述流動(dòng)通道內(nèi)，以有利于在所述流動(dòng)通道內(nèi)形成至少一個(gè)壓縮波(112)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的軸向流動(dòng)路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(184)的傾斜流動(dòng)路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的軸向流動(dòng)路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線基本垂直，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的徑向流動(dòng)路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)基本垂直，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的徑向流動(dòng)路徑(162)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的軸向流動(dòng)路徑(164)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)基本垂直，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(152)的徑向流動(dòng)路徑(162)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的傾斜流動(dòng)路徑(164)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的傾斜流動(dòng)路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線基本平行，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的軸向流動(dòng)路徑(164)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82)通向所述過渡表面(15 的傾斜流動(dòng)路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線基本垂直，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的徑向流動(dòng)路徑(162)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔通向所述過渡表面(15 的傾斜流動(dòng)路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的傾斜流動(dòng)路徑。
9.一種超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)(10)包括殼體，其限定了在流體入口 06)和流體出口 08)之間延伸的空腔； 驅(qū)動(dòng)軸(22)，其定位在所述殼體中，并限定了中心軸線(M)，所述驅(qū)動(dòng)軸0 可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在驅(qū)動(dòng)組件(18)上；以及聯(lián)接在所述驅(qū)動(dòng)軸上的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子定位在所述流體入口 06)和所述流體出口 0 之間，以用于引導(dǎo)流體從所述流體入口流向所述流體出口，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子盤(48)，其包括上游表面(60)、下游表面(62)、以及在所述上游表面(148)和所述下游表面(150)之間延伸的徑向外表面(58)，所述徑向外表面包括入口表面、出口表面、以及在所述入口表面和所述出口表面之間延伸的過渡表面(152)；聯(lián)接在所述徑向外表面上的多個(gè)葉片(46)，相鄰的所述葉片形成對(duì)，并定向成使得在各個(gè)所述對(duì)相鄰的葉片之間限定了流動(dòng)通道(86)，所述流動(dòng)通道在入口孔和出口孔之間延伸，所述入口表面限定了在所述入口孔和所述過渡表面之間延伸的入口平面(1 )，所述出口表面限定了在所述出口孔和所述過渡表面之間延伸的出口平面(156)，所述出口平面不平行于所述入口平面；以及至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件(110)，其定位在所述流動(dòng)通道內(nèi)，以有利于在所述流動(dòng)通道內(nèi)形成至少一個(gè)壓縮波(112)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對(duì)于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動(dòng)通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的軸向流動(dòng)路徑(162)，所述出口表面(150)定向成相對(duì)于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動(dòng)通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的傾斜流動(dòng)路徑(164)。
全文摘要
本發(fā)明涉及超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及其組裝方法，具體而言，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子盤，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之間延伸的徑向外表面，徑向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之間延伸的過渡表面，轉(zhuǎn)子盤限定了中心軸線；多個(gè)葉片，其聯(lián)接在徑向外表面上，相鄰的葉片形成對(duì)，并定向成使得在各對(duì)相鄰的葉片之間限定了流動(dòng)通道，流動(dòng)通道在入口孔和出口孔之間延伸，入口表面限定了在入口孔和過渡表面之間延伸的入口平面，出口表面限定了在出口孔和過渡表面之間延伸的出口平面，其不平行于入口平面；以及至少一個(gè)超音速壓縮斜坡件，其定位在流動(dòng)通道內(nèi)，以有利于在流動(dòng)通道內(nèi)形成至少一個(gè)壓縮波。
文檔編號(hào)F04D29/28GK102410249SQ20111026866
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者D·C·霍夫, D·G·霍爾姆斯, Z·W·奈格爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司