[发明专利]包括具有开口的至少一个叶片的、用于流体压缩装置的扩散器

说明书

包括具有开口的至少一个叶片的、用于流体压缩装置的扩散器，该扩散器(2)包括安装在毂上的至少一个叶片(4)。在本发明各实施例中，至少一个开口(5)沿径向设置在扩散器叶片(4)中。藉由本发明的装置，以减少或者去除诸如旋转失速的液压不稳。

技术领域

本发明涉及流体压缩或泵送装置的领域，并且本发明更具体地涉及流体压缩或泵送装置的扩散器。

扩散器是压缩或泵送单元的两个部件中的一个。已知的扩散器能够完成双重功能，即一方面整平来自布置在扩散器上游的回转轮的流，从而能够馈送下一压缩级，而另一方面可将流体的动能转化成势能。为了实现此功能，扩散器可包括至少一个或多个叶片，扩散器也被称为叶片组件。扩散器相对于压缩或泵送单元或装置的外壳是固定的。

压缩或泵送单元的另一已知部件是也被称为叶轮的动态轮。这种动态轮能够增加流体能量。动态轮可固定到旋转轴，并且包括至少一个或多个叶片，动态轮也被称为叶轮组件。

已知的压缩或泵送单元可以是包括动态轮和扩散器在内的组件。

背景技术

图1示出已知的型(法国IFP新能源公司)的多级泵的示例，该多级泵包括至少一级或者多级(图1仅示出一级)，每级包括动态轮1和扩散器2。动态轮固定到毂10。动态轮1可包括多个叶片3，而扩散器2可包括多个叶片4。在此图中，由箭头S示出流的方向。

由于某些压缩单元的几何形状，如型那样的几何形状，流可在动态轮出口处相对于该单元的旋转轴线形成非常大的角度(示例值可以在60°到70°的量级上)。因此，经过扩散器的流可能在相对较短的轴向距离上经历可达70°的角度变化。因此，这些扩散器的几何形状不允许对来自回转轮的流的有效整平，因而，该流可能以残余角离开扩散器。

在此状况下，高度扩散可能发生在由相继各叶片界定出的通道中，因此可能产生非常大的流再循环区。在示例中，通道应被理解为设置在扩散器的两个相继叶片之间的空间，该通道受到毂的限制并且受到其内布置有该扩散器的外壳的限制。

图2例如示出流动扰动的情况，在此，在扩散器的五个相继通道中出现涡流。此外，再循环的范围从一个通道至另一个通道可能是不同的。图2的示例还示出在扩散器入口处用S标示的流的方向，该流在扩散器出口处的理论方向标示为Sth，而该流在扩散器出口处的实际方向标示为Sre。可以注意到对于该构造来说，流的实际方向并不对应于期望的理论方向。

当流速变得较小时，该流在扩散器的前缘上的入射角度可能发生变化，这会导致边界层分离，而边界层分离效应可能会与存在涡流叠加。这种状况在涡轮机的领域中被称为“旋转失速”。可能出现在叶轮或者在扩散器中的这些扰动可能产生液压不稳，这种液压不稳会以与叶轮(动态轮)的转速不同的速度在各通道之间进行传播。

当例如流速较小(例如，小于名义流速的约0.8倍)或者例如当流速高于名义流速(例如，为名义流速的约1.2倍)时，一旦开始，则旋转失速会产生压力波动，这种压力波动的幅值取决于会被旋涡阻碍的通道数量和流体的能量。在所有通道同时受到阻碍的某些情况下，旋转失速可能会变得明显更为猛烈，并伴有泵未充填/再充填循环。这种现象被称为涌。

有些专利解决泵中液压不稳的问题。可提到涉及用于引导离心式压缩机中的旋转失速技术的专利US-6,036,432和US-6,857,845。

此外，专利US-7,100,151B2建议在离心式压缩机的情况下在扩散器叶片外壳处修剪前缘，以减少边界层分离或者将边界层分离往下游移。

在专利FR-2,743,113中，建议了串联设置多级泵的叶轮叶片。这种叶片串联结构允许将液相和气相分离减到最少，以减少液压能量损伤并且改进对流经扩散器的流体的引导，但它不允许减少或者去除可能在部分流速下出现的诸如旋转失速的液压不稳。

发明内容