[发明专利]用于增强性能的流量控制结构及结合有该流量控制结构的透平机

说明书

用于透平机的流量控制装置和结构。在一些示例中，流量控制装置和结构包括位于透平机的护罩侧和毂侧中的一者或两者上的流动导引通道、部分高度叶片和其他处理件的各种布置，以重新定向、导引或以其它方式影响透平机流场的各部分，由此改善机器性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年8月7日提交的序列号为62/706,286并且标题为“EnhancedPerformance Imbedded Diffuser Passages and Grooved Turbomachinery ImpellerCovers(增强性能嵌入式扩散器通道和带槽透平机叶轮覆盖件)”的美国临时专利申请的优先权的权益，该美国临时专利申请通过参引整体并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及透平机的领域。特别地，本公开涉及用于增强性能的流量控制结构和结合有该流量控制结构的透平机。

背景技术

透平机级的损失在强度和特性方面根据情况而变化，但是所有透平机级包括用于单相、单组分流的以下机理中的大多数机理：表面摩擦、二次流产生、出口混合、空隙间隙流、泄漏以及用于高度可压缩流的冲击形成。这些机理又受到许多设计参数比如流量、入口压力和温度、出口压力、入射角以及流动转向加表面曲率、厚度和旋转状态等的影响。损失负面地影响透平机性能并且通常被理解为流动状态的劣化，从而导致流动过程的总压力降低和熵的增加。损失还可能导致流动分离和失速以及叶轮滑移、以及不均匀的流场，其经常负面地影响下游元件的性能。仍然需要用于减少损失和减轻损失的影响的改进的装置和方法。

发明内容

在一个实现方式中，本公开涉及一种透平机。该透平机包括毂表面、护罩表面和位于毂表面或护罩表面中的多个凹入通道，凹入通道中的每个凹入通道沿流动方向延伸并且具有相对于子午参考平面的角度轮廓α(M)，子午参考平面在沿着通道长度的子午位置M处穿过对应的通道；并且其中，通道中的每个通道的至少第一部分的角度被设计并构造为等于或小于工作流体在最大质量流率操作点处的经计算的最小流动角度，由此增加在最大质量流率操作点处通道与工作流体的联接。

在另一实现方式中，本公开涉及一种透平机。该透平机包括毂表面、护罩表面、以及沿流动方向延伸并且位于毂表面或护罩表面中的多个凹入通道；并且其中，多个通道包括多个第一通道和多个第二通道，其中，第一通道相对于沿着通道的子午位置的角度α1(M)不同于第二通道相对于沿着通道的子午位置的角度α1(M)，其中，角度α1(M)、α1(M)是第一通道或第二通道中的对应的一者相对于在沿着通道长度的子午位置M处穿过通道的子午参考平面的角度。

在又一实现方式中，本公开涉及一种透平机。该透平机包括毂表面、护罩表面和沿流动方向延伸并位于毂表面或护罩表面中的多个凹入通道，通道中的每个通道在毂表面或护罩表面处、在通道的凸侧部上具有第一边缘并且在毂表面或护罩表面处、在通道的凹侧部上具有第二边缘；并且其中，多个通道中的至少一个通道的第一边缘和第二边缘中的至少一者的至少一部分包括尖部，尖部形成勺状部以捕获流并将流重新定向到通道中。

在又一实现方式中，本公开涉及一种透平机。该透平机包括毂表面、护罩表面、沿流动方向延伸并位于毂表面或护罩表面中的多个凹入通道、以及邻近凹入通道中的对应的凹入通道定位的多个部分高度叶片，部分高度叶片被设计并构造为改善凹入通道与工作流体流场的联接。

在又一实现方式中，本公开涉及一种形成用于透平机的流量控制结构的方法，该透平机具有叶轮、护罩、毂和下游元件。该方法包括在透平机的流场分布中估计毂或护罩附近的工作流体的作为质量流率的函数的流动角度的变化；识别在最大质量流率操作点处的经估计的最小流动角度；以及限定位于毂或护罩的表面中的至少一个通道以用于对工作流体的至少一部分进行重新引导，该限定包括选择至少一个通道的通道角度，该通道角度小于或等于经估计的最小流动角度，由此改善在最大质量流率操作点处至少一个通道与工作流体的联接。