包括围绕前缘枢转的扩散器导叶的扩散器组件.pdf

扩散器组件的实施例使扩散器导叶与后缘结合，后缘改变位置来改善压缩机装置的流动性能。在一个实施例中，后缘围绕前缘旋转。该构造保持扩散器导叶上的前缘相对于工作流体的定向的位置。

1.   一种用于压缩机的扩散器组件，所述扩散器组件包括：
壁部件；
与所述壁部件联接的枢转元件；以及
与所述枢转元件联接的扩散器导叶，所述扩散器导叶具有前缘、后缘和邻近所述前缘的旋转轴线，所述扩散器导叶的后缘围绕所述旋转轴线旋转。

2.   根据权利要求1所述的扩散器组件，其特征在于，所述枢转元件与所述旋转轴线对准。

3.   根据权利要求1所述的扩散器组件，其特征在于，所述扩散器导叶具有翼型件形状，其在所述前缘处汇合至具有中心轴线和弯曲外表面的末梢。

4.   根据权利要求3所述的扩散器组件，其特征在于，所述弯曲外表面由从所述中心轴线起的半径限定，且其中所述旋转轴线在由所述半径限定的区域内找到。

5.   根据权利要求3所述的扩散器组件，其特征在于，所述旋转轴线与所述末梢的中心轴线同轴。

6.   根据权利要求1所述的扩散器组件，其特征在于，所述旋转轴线位于从所述前缘测得的弦长的5%或更少内，且其中所述弦长测量所述前缘与所述后缘之间的直线距离。

7.   根据权利要求1所述的扩散器组件，其特征在于，所述旋转轴线与枢轴边界对准，所述枢轴边界限定所述前缘相对于所述压缩机的叶轮的周向位置。

8.   根据权利要求7所述的扩散器组件，其特征在于，当所述后缘在第一位置与第二位置之间旋转时，所述枢转元件防止所述前缘从所述枢轴边界平移。

9.   根据权利要求7所述的扩散器组件，其特征在于，所述扩散器导叶为外接所述叶轮的扩散器导叶阵列的一部分。

10.   一种用于压缩机的扩散器组件，所述扩散器组件包括：
壁部件；
扩散器导叶，其具有固定到所述壁部件上的前缘，以允许后缘围绕所述前缘在第一位置与从所述第一位置成角偏离的第二位置之间旋转。

11.   根据权利要求10所述的扩散器组件，其特征在于，所述扩散器导叶具有翼型件形状，其在所述前缘处汇合至具有中心轴线和弯曲外表面的末梢。

12.   根据权利要求11所述的扩散器组件，其特征在于，所述弯曲外表面由从所述中心轴线起的半径限定，且其中所述扩散器导叶围绕在由所述半径限定的区域内找到的旋转轴线旋转。

13.   根据权利要求11所述的扩散器组件，其特征在于，所述旋转轴线与所述末梢的中心轴线同轴。

14.   根据权利要求10所述的扩散器组件，其特征在于，所述扩散器导叶具有旋转轴线，其位于从所述前缘测量的弦长的5%或更小内，且其中所述弦长测量所述前缘与所述后缘之间的直线距离。

15.   根据权利要求10所述的扩散器组件，其特征在于，所述前缘具有中心轴线，所述中心轴线与枢轴边界对准，所述枢轴边界限定所述前缘相对于叶轮轴线的周向位置。

16.   一种压缩机，包括：
包括壁部件和具有前缘和后缘的扩散器导叶阵列的扩散器组件，其中所述扩散器导叶在所述前缘处固定到所述壁部件上，以允许所述后缘围绕所述前缘在第一位置与从所述第一位置成角偏离的第二位置之间旋转。

17.   根据权利要求16所述的扩散器组件，其特征在于，所述扩散器组件还包括具有叶轮轴线的叶轮，其中所述扩散器导叶阵列外接所述叶轮，且其中所述前缘具有中心轴线，所述中心轴线与枢轴边界对准，所述枢轴边界限定所述前缘相对于所述叶轮轴线的周向位置。

18.   根据权利要求16所述的扩散器组件，其特征在于，所述扩散器导叶具有翼型件形状，其在所述前缘处汇合至具有中心轴线和弯曲外表面的末梢，其中所述弯曲外表面由从所述中心轴线起的半径限定，且其中所述扩散器导叶围绕在由所述半径限定的区域内找到的旋转轴线旋转。

19.   根据权利要求18所述的扩散器组件，其特征在于，所述旋转轴线与所述末梢的中心轴线同轴。

20.   根据权利要求18所述的扩散器组件，其特征在于，所述旋转轴线位于从所述前缘测得的弦长的5%或更少内，且其中所述弦长测量所述前缘与所述后缘之间的直线距离。

包括围绕前缘枢转的扩散器导叶的扩散器组件
背景技术
本文公开的主题涉及压缩机装置(例如，离心压缩机)，并且具体地涉及用于压缩机装置的扩散器和扩散器导叶。
压缩机装置(例如，离心压缩机)使用扩散器组件来通过减慢工作流体穿过膨胀体积区域的速度来将工作流体的动能转换成静压力。扩散器组件的实例通常使用围绕叶轮的轴向布置中的若干扩散器导叶。与扩散器导叶的前缘和后缘相对于工作流体流动的优选定向组合的扩散器导叶的设计(例如，形状和尺寸)通常确定扩散器导叶如何附连在扩散器组件中。
为了将进一步的改进和灵活性加入设计中，扩散器组件的一些实例结合了可变扩散器导叶。这些类型的扩散器导叶移动来改变前缘和后缘的定向。该特征有助于调节压缩机装置的操作。可变扩散器导叶的已知设计围绕轴线旋转，轴线位于下半部分中，即，相比扩散器导叶的后缘更接近前缘。
旋转轴线的位置允许了后缘扫掠较大的角，且因此允许了压缩机性能的良好调节和优化。然而，尽管这些可变扩散器导叶的使用可改善性能，但可变扩散器导叶的常规设计的实施使后缘和前缘两者相对于到来的工作流体移动(例如，旋转)。该特征可对压缩机性能有负面影响。由扩散器导叶的角定向的变化引起的前缘的位置变化可引起工作流体流与扩散器导叶的表面过早分离，因此降低了可变扩散器导叶调节压缩机装置的性能的有效性。
发明内容
本公开内容提出了扩散器组件的实施例，其使扩散器导叶与后缘结合，后缘改变位置来改善压缩机装置的流动性能。然而，扩散器导叶保持前缘相对于工作流体的定向的位置。当实施时，例如，在压缩机装置中，这些实施例防止了到来的工作流体与扩散器导叶的表面过早流动分离。至少该特征可提供压缩机性能在较大流动范围内的良好控制和优化。
附图说明
现在简要参照附图，在附图中：
图1绘出了示例性扩散器导叶的透视图；
图2绘出了图1的示例性扩散器导叶的前缘的详图；
图3绘出了图1的示例性扩散器导叶的顶视图；
图4绘出了结合多个扩散器导叶的示例性扩散器组件的示意图，例如，图1和2的扩散器导叶；
图5绘出了图3的扩散器组件的侧部截面视图；以及
图6绘出了可结合扩散器组件的示例性压缩机装置的透视图，例如，图4和5的扩散器组件。
在适合的情况下，相似参考标号表示贯穿若干视图的相同或对应的构件和单元，附图并未按比例绘制，除非另外指出。
具体实施方式
宽泛地说，以下论述集中于扩散器和扩散器组件设计的改善，以实现压缩机装置中的良好性能，例如，离心压缩机。一方面，这些改善解决了由于扩散器组件内的扩散器导叶的角位置的重新定向引起的问题。如下文所述，提出的扩散器组件的实施例允许后缘如期望地定位，但保持扩散器导叶上的前缘相对于流过扩散器组件中的扩散器导叶的工作流体的流动方向的定向。
图1示出了扩散器导叶100的透视图。扩散器导叶100具有带前缘104和后缘106的导叶本体102。弦长L限定前缘104与后缘106之间的直线距离。导叶本体102具有空气动力外形(例如，翼型件)，其具有相对于定向识别的吸入侧表面108和压力侧表面110，以及相对于工作流体的流动F的前缘104的冲角。在前缘104处，导叶本体102汇合至具有旋转轴线114的末梢112。
如图2的细节中所示，末梢112为圆形，且/或具有由从中心轴线118延伸的半径R_TIP限定的弯曲外表面116。其它实例的末梢112呈现出保持扩散器本体102的空气动力的形状(例如，点)。然而，本公开内容还构想出了具有低于如期望的最佳空气动力形状(例如，钝形状)的末梢112的构造。
旋转轴线114位于前缘104的近侧，且例如，在弦长L的5%内或更少(从前缘104测量)。取决于末梢112的尺寸和形状，旋转轴线114的其它示例性位置可在半径R_TIP围绕中心轴线118限定的区域内找到。在一个实例中，旋转轴线114与末梢112的中心轴线118同轴。
如图3中最佳所示，扩散器导叶100围绕旋转轴线114促动。在一个实例中，扩散器导叶100旋转来将后缘106的位置从第一位置120变为由影线和数字122标出的第二位置。此改变可允许沿流F的方向的改变，例如，从第一流F1定向变为第二流F2定向。然而，不管出现的后缘106的相对较大的角位移，前缘104都固定到旋转轴线114上，以限制变至前缘104的位置，例如，当后缘106在第一位置120与第二位置122之间移动时。该特征保持了前缘104与第二流F2的定向，以减小流动分离的可能性，同时提供的后缘106的充分调整来指出例如压缩机装置的性能的变化。
图4示出了作为扩散器组件124的一部分的扩散器导叶100的示意图。在图4的实例中，扩散器组件124包括导叶阵列126，其特征为沿围绕叶轮轴线128的轴向定向的多个扩散器导叶100。扩散器导叶100的前缘104位于枢轴边界130的近侧，其大体上由具有中心轴线132的影线圆标出。在一个实施例中，多个枢轴部件134固定到扩散器导叶100上。枢轴部件134保持前缘104的位置，且在一个实例中，将力给予扩散器导叶100来使后缘106旋转至不同位置，例如，图3中所示的第一位置120与第二位置122之间。
枢轴边界130限定扩散器导叶100的前缘104例如相对于叶轮轴线128的周向位置。扩散器组件124的构造可附连扩散器导叶100来限制扩散器导叶100的移动来围绕旋转轴线114旋转。该构造最大限度减小了前缘104相对于枢轴边界130和相对于彼此的位移。在一个实例中，扩散器导叶100上的旋转轴线114与枢轴边界130对准。然而，在其它实例中，一个或多个扩散器导叶100可与枢轴边界130间隔开，例如，在相对于叶轮轴线128的不同周向位置对准。如图4中所示，扩散器导叶可与彼此等距间隔开。将扩散器导叶100固定就位附连了相邻扩散器导叶100的前缘104之间的角间距。此构造可确保一致的流动分离，例如，通过将扩散器导叶100的前缘104置于穿过导叶阵列126的已知位置。
如上文所述，在扩散器组件124的操作期间，导叶阵列126中的扩散器导叶100可围绕旋转轴线114旋转(或枢转)，例如，以改变后缘106的角位置。角位置允许沿工作流体的流动方向变化。然而，前缘104的定向相对于工作流体的流F的方向和/或定向保持相对不变。该特征贯穿导叶阵列126提供了工作流体在前缘104上的更一致的接触点。因此，不管后缘106的位置变化，前缘104的位置变化很小，且扩散器组件124中的扩散器导叶100继而又呈现出工作流体与扩散器导叶100的表面(例如，图1的吸入侧表面108和压力侧表面110)的最小流动分离。
枢轴部件134的实例可使用一定数目的装置和机构来旋转地固定扩散器导叶100的前缘104。枢轴部件134可为扩散器导叶100的整体延伸部，或可如通过焊接制造，或其可为单独附接的材料件。例如，销和轴承可沿旋转轴线114插入扩散器导叶100中。这些元件提供枢轴和/或枢轴点，扩散器导叶100可围绕其旋转。在一个实例中，扩散器组件124可包括多个支承装置，其中一个支承装置固定到各个扩散器导叶100的底部表面上。支承装置的实例可与促动器、连杆机构和其它机构联接，以将移动给予导叶阵列126中的扩散器导叶100。支承装置可与旋转轴线114对准，且/或建设性地偏移来允许扩散器导叶100围绕如本文所述的旋转轴线114旋转。
图5绘出了在图4的线A-A处截取的扩散器组件124的侧部截面视图。扩散器组件124包括一个或多个壁部件(例如，第一壁部件136和第二壁部件138)。壁部件136,138形成扩散器腔140，扩散器导叶100的阵列126在扩散器腔140中找到。在一个实施例中，枢轴部件134将扩散器导叶100连接到一个壁部件136,138上。该构造允许扩散器导叶100围绕旋转轴线114旋转来改变后缘104在扩散器导叶100上的位置。
图6绘出了可结合扩散器组件(例如，图4和5中的扩散器组件124)的压缩机装置200的实例的透视图。压缩机200具有入口202和形成出口206的蜗壳204。压缩机200还包括驱动单元208，其旋转叶轮210来经由入口202吸收工作流体(例如，空气)。叶轮210压缩工作流体。压缩的工作流体流入蜗壳204中且流出出口206。压缩机200的实例在多种环境和行业中得到使用，包括汽车行业、电子装置行业、航空行业、油气行业、发电行业、石化行业等。
图7示出了压缩机装置200的前视图，其中一些构件为了清楚而除去来示出扩散器组件的一个示例性实施方式。蜗壳204形成扩散器腔(例如，图5的扩散器腔140)的至少一部分。阵列126位于蜗壳204的该部分中。在一个实例中，阵列126在出口206的上游。在压缩机200操作期间，叶轮210的旋转将工作流体吸入入口(例如，图6的入口202)中。工作流体经由阵列126流入蜗壳204中，且流出出口206。如上文所述，压缩机200中的阵列126的构造允许扩散器导叶100围绕前缘104旋转，以改变后缘104相对于流动的方向和其它特征的位置。扩散器导叶100作为组合或独立地操纵调节压缩机装置200的操作，以优化各种性能特征(例如，出口206处的工作流体的流动参数、能量使用等)。
现在还参看图1、2、3、4、5和6，在操作中，驱动单元208使叶轮210转动，以经由入口202吸收工作流体。叶轮210使工作流体加压。加压的工作流体穿过扩散器组件，且具体而言，穿过相邻扩散器导叶100之间的通道。在高水平下，扩散器组件减慢工作流体的速度。扩散器组件排放到蜗壳204中，涡轮204将工作流体例如输送至与出口206联接的下游管。
大体上，压缩机装置200经历大量性能测试和调节，以针对给定应用优化性能。此调节将改变例如驱动单元208的操作，以调整叶轮210的速度，这有效地改变了流出出口206的工作流体的流动参数(例如，压力、流速等)。压缩机装置200的性能还将响应于扩散器导叶的定向来改变。在一个实例中，调节将涉及调整扩散器导叶的定向，这尤其可改变出口206处的工作流体的压力。共同地，流动参数的优化将可能包括压缩机装置200的若干操作参数的增量改变，以实现共同组合，包括扩散器导叶的定向，这允许了压缩机装置200高效地操作来实现期望的流动参数。
扩散器导叶100的实例可由各种材料及其组合、成分和衍生物构成。这些材料包括金属(例如，钢、不锈钢、铝)、高强度塑料和类似的复合物。材料选择可取决于工作流体的类型和成分。例如，具有腐蚀性质的工作流体可需要扩散器导叶包括相对惰性的材料和/或相对于工作流体化学上无活性的材料。
扩散器导叶100的几何形状可确定针对应用的压缩机装置200的设计、构造和配合的一部分。几何形状可包括导叶本体102的翼型件形状，例如，图1中所示的形状，其实例采取翼和叶片和/或可生成升力的其它形式。在一个实施例中，扩散器导叶100例如可使用允许扩散器导叶围绕前缘旋转的紧固件和紧固金属安装到一个壁部件上。螺钉、螺栓、销、轴承和类似的构件可用于保持前缘的位置，同时还允许前缘如本文构想那样改变位置。这些紧固件可固定到扩散器组件的壁部件上，壁部件可包括与压缩机装置的构件分开的件，或可与压缩机装置中发现的现有硬件整体结合。
鉴于前述论述，本文构想的扩散器导叶和扩散器组件的实施例改善了压缩机和相关装置的性能。例如，且如上文所述，扩散器导叶的后缘围绕前缘旋转，这有效地减少了工作流体与扩散器导叶的表面的流动分离。该特征改善了较大流动范围内的压缩机的性能，因为前缘保持与工作流体的流动方向定向。
如本文使用的以单数叙述且冠以词语"一个"或"一种"的元件或功能应当理解为并未排除多个所述元件或功能，除非明确地叙述此类排除。此外，提到的请求得到专利保护的本发明的"一个实施例"不应当理解为排除了也结合叙述的特征的附加实施例的存在。
本书面描述使用了实例来公开本文包含的主题，包括最佳模式，且还允许本领域的普通技术人员实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，和执行任何组合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果它们具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其它实例将在权利要求的范围内。