[发明专利]扩散器中的偏置通路以及对应的设计该扩散器的方法

说明书

本申请涉及一种扩散器中的偏置通路以及对应的设计该扩散器的方法。涡轮机具有设计成增加涡轮机的性能的一个或更多个导流特征。在一些示例中，导流特征被设计和构造成使圆周压力分布在扩散器入口处朝向圆周均匀性偏置，以其它方式考虑这种低频空间的压力变化，增加空间流场的变化的可控性或修改流场的变化等。在一些示例中公开了扩散器，其具有一排叶片，该排叶片包括多个第一叶片和至少一个第二叶片，该第二叶片具有与第一叶片不同的特性。在一些示例中公开了扩散器，其具有非周期性部分，该非周期性部分包括一个或更多个偏置通路，以使流场偏置。并且在一些示例中公开了涡轮机，其具有在轮毂和护罩表面中的一个或两个中的沿流动方向的长形凹部。

本申请是申请日为2016年4月29日，申请号为201680024056.8，发明名称为“扩散器中的偏置通路以及对应的设计该扩散器的方法”的申请的分案申请。

相关申请数据

本申请要求于2015年4月30日提交的题为“Biased Passage(s)Flow Devices forTurbomachinery(用于涡轮机的偏置通路流动设备)”的美国临时专利申请序列号62/155,341以及2015年10月19日提交的题为“Methods For Designing Turbomachines ToAccount For Non-Uniform Pressures At Diffuser Inlet And Associated StructuresAnd Devices(用于设计涡轮机的方法，以考虑在扩散器入口和相关结构和设备处的非均匀压力)”的美国临时专利申请序列号62/243,415的优先权权益。这些申请中的每一个通过引用以其整体并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及涡轮机的领域。特别地，本发明涉及用于涡轮机的偏置通路。

背景

过去几十年来，已经采用了用于离心泵和压缩机级的各种扩散器类型。在某些情况下，已经首先设计了良好的叶轮，然后设计良好的扩散器，或者同时设计该两种元件。无论如何，实质上所有过去的工作都是基于扩散器入口流的准稳态/轴对称假设，该假设通常将扩散器入口流简单地作为用于初步设计的一维(1D)速度三角形模型来对待。这些假设中的许多假设甚至都使用了今天使用的计算流体动力学(CFD)模型进行处理。通常在某种程度上假定离开叶轮的(不管叶片的数量如何)并且然后进入扩散器(再次不管叶片的数量如何)的流基本上是周期性的和轴对称的，并且完全和均匀地填充每个扩散器通路。

本公开的概述

在一个实施方式中，本公开涉及一种用于涡轮机的扩散器，该扩散器包括围绕扩散器的圆周定位的多个扩散器通路，该多个扩散器通路用于接收具有圆周压力分布的流场；其中扩散器通路包括至少一个周期性部分和至少一个非周期性部分，该至少一个非周期性部分包括至少一个偏置通路，该至少一个偏置通路被定位、构造和设定尺寸以将圆周压力分布朝向圆周均匀性偏置。

多个扩散器通路具有第一空间频率，圆周压力分布包括具有比第一空间频率低的空间频率的时间平均低频分量，至少一个偏置通路构造成使时间平均低频分量朝向圆周均匀的压力分布偏置。

至少一个周期性部分包括多个第一叶片，并且至少一个偏置通路包括至少一个第二叶片，第一叶片和第二叶片各自具有多个叶片特性，多个叶片特性包括位于前缘位置处的前缘、位于后缘位置处的后缘、叶片距扩散器中心线的径向距离、弦长度、最大厚度、高度、沿流动方向的形状分布、交错角、叶片节距、叶片楔角、叶片倾斜、叶片扭转、叶片前缘形状和通道发散角中的一个或更多个，此外其中至少一个第二叶片的多个叶片特性中的至少一个不同于多个第一叶片的多个叶片特性中的至少一个。

与多个第一叶片的多个叶片特性不同的至少一个第二叶片的多个叶片特性中的至少一个包括在任何组合中的多个叶片特性中的任何一个叶片特性上的差异。

至少一个第二叶片的前缘与多个第一叶片的前缘相比，位于距扩散器中心线不同的径向距离处。