超音速壓縮機轉子及其組裝方法

專利名稱：超音速壓縮機轉子及其組裝方法
技術領域：
本文所描述的主題一般地涉及超音速壓縮機系統(supersonic compressor system)，并且更具體地說，涉及一種用于與超音速壓縮機系統一起使用的超音速壓縮機轉子。
背景技術：
至少某些已知的超音速壓縮機組件包括進入段、排出段以及至少一個定位在進入段和排出段之間的超音速壓縮機轉子。已知的超音速壓縮機轉子包括聯接在轉子盤上的多個箍條(strake)。各個箍條關于轉子盤在周向上定向并限定了相鄰箍條之間的軸向流動通道。至少某些已知的超音速壓縮機轉子包括聯接在轉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路徑內，并且配置成在流動路徑內形成壓縮波。已知的超音速壓縮機組件包括進入段，其包括軸向定向的流動路徑以有利于在軸向方向上引導流體。另外， 至少某些已知的超音速壓縮機組件包括排出段，其配置成可從已知的超音速壓縮機轉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組件的操作期間，超音速壓縮機轉子在高轉速下旋轉。流體在軸向方向上從進入段中弓丨入到超音速壓縮機轉子中，使得流體通過其速度而突出，該速度相對于超音速壓縮機轉子是超音速的。至少某些已知的超音速壓縮機轉子是在軸向方向上排出流體。當在軸向方向上引導流體時，定位在超音速壓縮機轉子下游的排出段需要設計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日提交的美國專利申請2009/0196731中描述了已知的超音速壓縮機系統。

發明內容
在一個實施例中，提供了一種超音速壓縮機轉子。超音速壓縮機轉子包括轉子盤， 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。轉子盤限定了中心軸線。多個葉片聯接在徑向外表面上。相鄰的葉片形成了對，并且定向成使得在各對相鄰的葉片之間限定了流動通道。流動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。至少一個超音速壓縮斜坡件定位在流動通道內，以有利于在流動通道內形成至少一個壓縮波。在另一實施例中，提供了一種超音速壓縮機系統。超音速壓縮機系統包括殼體，其限定了在流體入口和流體出口之間延伸的空腔。驅動軸定位在殼體內，并限定了中心軸線。 驅動軸可旋轉地聯接在驅動組件上。超音速壓縮機轉子聯接在驅動軸上。超音速壓縮機轉子定位在流體入口和流體出口之間，以用于引導流體從流體入口流向流體出口。超音速壓縮機轉子包括轉子盤，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。多個葉片聯接在徑向外表面上。相鄰的葉片形成了對，并且定向成使得在各對相鄰的葉片之間限定了流動通道。流動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。至少一個超音速壓縮斜坡件定位在流動通道內，以有利于在流動通道內形成至少一個壓縮波。在又一實施例中，提供了一種組裝超音速壓縮機轉子的方法。該方法包括提供一種轉子盤，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。轉子盤限定了中心軸線。多個葉片聯接在徑向外表面上。相鄰的葉片形成了對，并且定向成使得在各對相鄰的葉片之間限定了流動通道。流動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。至少一個超音速壓縮斜坡件聯接在多個葉片的葉片和徑向外表面中的一個上。超音速壓縮斜坡件定位在流動通道內，并配置成有利于在流動通道內形成至少一個壓縮波。


當參照附圖閱讀以下詳細說明時，將更好地理解本發明的這些以及其它特征、方面和優勢，其中在所有附圖中相似的標號表示相似的部件，其中圖1是典型的超音速壓縮機系統的示意圖；圖2是可與圖1中所示的超音速壓縮機系統一起使用的典型的超音速壓縮機轉子的透視圖；圖3是圖2中所示的超音速壓縮機轉子沿著圖2的剖面線3-3截取的透視圖；圖4是圖3中所示且沿著區域4截取的超音速壓縮機轉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轉子沿著圖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系統一起使用的備選超音速壓縮機轉子的橫截面圖。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明的關鍵性的發明特征。這些關鍵性的發明特征被認為可適用于各種廣泛的系統，包括本發明的一個或多個實施例。因此，這些圖紙并不意味著包括本領域中的普通技術人員所熟知的為實踐本發明而需要的所有傳統特征。附圖文字10超音速壓縮機系統；12進入段；14壓縮機段；16排出段；18驅動組件；20轉子組件；22驅動軸；對壓縮機罩殼J6流體入口 ；觀流體出口 ；30內表面；32空腔；34流體源；36入口導葉組件；38入口導葉；40超音速壓縮機轉子；42出口導葉組件；44輸出系統； 46葉片；48轉子盤；50盤狀體；52內部圓柱形空腔；54中心軸線；56徑向內表面；58徑向外表面；60上游表面；62下游表面；64徑向方向；66第一徑向寬度；68第二徑向寬度；70距離；72軸向方向；74上游邊緣；76下游邊緣；80對；82入口孔；84出口孔；86流動通道；88 流動路徑；90外表面；92相對的內表面；92內表面；94高度；96壓力側；98吸力側；100寬度；102橫截面積；104橫截面積；106橫截面積；108橫截面積；110超音速壓縮機斜坡件； 112壓縮波；114喉部區域；116壓縮表面；118發散表面；120前緣；122后緣；IM傾斜角； 1 壓縮區域；1 橫截面積；130第一端；132第二端；134傾斜角；136發散區域；138橫截面積；140護罩組件；142護罩板；144內邊緣；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徑向流動路徑；164軸向流動路徑；166過渡流動路徑；168箭頭；170箭頭；172流體；174箭頭；176 系統；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；186 等熵壓縮波；188傾斜角；190傾斜流動路徑；192傾斜角；194傾斜流動路徑；196軸向流動路徑；198徑向流動路徑；200傾斜角；202傾斜角；204傾斜角；206第一傾斜角；208第一傾斜流動路徑；210第二傾斜角；212第二傾斜流動路徑；214第一軸向流動路徑；216第二軸向流動路徑
具體實施例方式在以下說明書和所附權利要求中將引用許多詞語，其應被限定具有以下含義。除非上下文中明確指出，否則單數形式“一”、“一個”以及“這個”包括復數形式的所指對象。“可選的”或“可選地”意味著接下來所述事件或情況可能發生或可能不發生，而且該描述包括事件發生的情形和其不發生的情形。本文使用的近似術語在整個說明書和權利要求中可用于修飾任何數量表述，其可在不導致其相關的基本功能發生變化的條件下準許進行修改。因此，由術語例如“大約”和 “基本”修飾的值并不局限于所規定的精確值。至少在某些情況下，近似術語可與用于測量該值的儀器的精度相對應。除非上下文或術語中明確指出，否則這里和整個說明書及權利要求的范圍內，范圍限制可進行組合和/或互換，這種范圍被標識并包括包含在該范圍內的所有子范圍。本文使用的詞語“超音速壓縮機轉子”指一種這樣的壓縮機轉子，S卩，其包括設置在超音速壓縮機轉子的流體流動通道內的超音速壓縮斜坡件。超音速壓縮機轉子被稱為 “超音速”是因為其設計成可圍繞旋轉軸線而高速旋轉，使得運動的流體，例如運動的氣體 (其在設置于轉子流動通道內的超音速壓縮斜坡件處遭遇旋轉的超音速壓縮機轉子)被認為具有超音速的相對流體速度。根據在超音速壓縮斜坡件處的轉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流體速度。這種相對流體速度有時被稱為“局部超音速入口速度”，其在某些實施例中是入口氣體速度和設置在超音速壓縮機轉子的流動通道內的超音速壓縮斜坡件的切向速度的組合。超音速壓縮機轉子被設計成在非常高的切向速度下服務，例如在300米/秒至800米/秒范圍內的切向速度。本文所述的典型的系統和方法通過提供一種有利于調整穿過超音速壓縮機的流動路徑的流體定向的超音速壓縮機轉子而克服了已知的超音速壓縮機組件的缺點。更具體地說，超音速壓縮機轉子包括過渡表面，其轉變了流動路徑的定向。此外，本文所述的實施例包括一種超音速壓縮機轉子，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轉子可使超音速壓縮機系統設計成包括各種軸向進入定向、 徑向進入定向、傾斜進入定向、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系統10的示意圖。在典型的實施例中，超音速壓縮機系統10包括進入段12、聯接在進入段12下游的壓縮機段14、聯接在壓縮機段14下游的排出段16、以及驅動組件18。壓縮機段14通過包括驅動軸22的轉子組件20而聯接在驅動組件18上。在典型的實施例中，進入段12、壓縮機段14以及排出段16均定位在壓縮機罩殼對內。更具體地說，壓縮機罩殼M包括流體入口 26、流體出口觀以及限定了空腔32的內表面30。空腔32在流體入口沈和流體出口 28之間延伸，并配置成引導流體從流體入口沈流向流體出口觀。進入段12、壓縮機段14以及排出段16均定位在空腔32內。備選地，進入段12和/或排出段16可不定位在壓縮機罩殼M內。在典型的實施例中，流體入口沈配置成可引導流體從流體源34流向進入段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。進入段12與壓縮機段14保持流動聯通，以用于引導流體從流體入口沈流向壓縮機段14。進入段12配置成調節具有一個或多個預定參數(例如速度、質量流率、壓力、溫度、和/或任何合適的流動參數)的流體流。在典型的實施例中，進入段12包括入口導葉組件36，其聯接在流體入口沈和壓縮機段14之間，以用于引導流體從流體入口沈流向壓縮機段14。入口導葉組件36包括一個或多個入口導葉38，其聯接在壓縮機罩殼M上。壓縮機段14聯接在進入段12和排出段16之間，以用于引導至少一部分流體從進入段12流向排出段16。壓縮機段14包括至少一個超音速壓縮機轉子40，其可旋轉地聯接在驅動軸22上。超音速壓縮機轉子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包括出口導葉組件42，其聯接在超音速壓縮機轉子40和流體出口觀之間，以用于引導流體從超音速壓縮機轉子40流向流體出口觀。流體出口觀配置成引導流體從出口導葉組件42和/或超音速壓縮機轉子40流向輸出系統44，例如渦輪發動機系統、流體處理系統和/或流體儲存系統。驅動組件18配置成使驅動軸22旋轉，以造成超音速壓縮機轉子40和/或出口導葉組件4的旋轉。在操作期間，進入段12引導流體從流體源34流向壓縮機段14。壓縮機段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引導壓縮的流體從壓縮機段14流向輸出系統44。圖2是典型的超音速壓縮機轉子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轉子40的橫截面圖。圖4是沿著區域4截取的超音速壓縮機轉子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轉子40的橫截面圖。圖3-5中所示的相同的構件由圖2中使用的相同的標號來標示。 在典型的實施例中，超音速壓縮機轉子40包括多個葉片46，其聯接在轉子盤48上。轉子盤48包括環形盤狀體50，其限定了沿著中心軸線M大致軸向延伸穿過盤狀體50的內部圓柱形空腔52。盤狀體50包括徑向內表面56和徑向外表面58。徑向內表面56限定了內部圓柱形空腔52。內部圓柱形空腔52具有基本圓柱形的形狀，并且關于中心軸線M進行定向。內部圓柱形空腔52尺寸設計成容納穿過其的驅動軸22(圖1中所示)。轉子盤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表面56和徑向外表面58之間的第一徑向寬度66。下游表面62包括被限定在徑向內表面56和徑向外表面58之間的第二徑向寬度68。在典型的實施例中，第一徑向寬度 66大于第二徑向寬度68。備選地，第一徑向寬度66可小于或等于第二徑向寬度68。在典型的實施例中，徑向外表面58聯接在上游表面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。在典型的實施例中，各個葉片46聯接在徑向外表面58上，并從徑向外表面58向外延伸。各個葉片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。在典型的實施例中，超音速壓縮機轉子40包括葉片46對80。每對80定向成可限定入口孔82、出口孔84和位于相鄰的葉片 46之間的流動通道86。流動通道86在入口孔82和出口孔84之間延伸，并限定了流動路徑，如箭頭88所示從入口孔82通向出口孔84。流動路徑88定向成大體上平行于葉片46 和徑向外表面58。流動通道86的尺寸、形狀和定向設計成引導流體沿著流動路徑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。各個葉片46包括外表面90和相對的內表面92。葉片46在外表面90和內表面92之間延伸，并且包括限定在外表面90和內表面92之間的高度94。各個葉片46形成了弧形形狀，并以螺旋形的形狀關于轉子盤48 而周向延伸，使得流動通道86具有螺旋形狀。在典型的實施例中，各個葉片46包括第一側(即壓力側96)和相對的第二側(即吸力側98)。各個壓力側96和吸力側98在上游邊緣74和下游邊緣76之間延伸。在上游邊緣74處，各個入口孔82在葉片46的壓力側96和相鄰的吸力側98之間延伸。在下游邊緣76處，各個出口孔84在壓力側96和相鄰的吸力側98之間延伸。在典型的實施例中，流動通道86包括寬度100，其限定在壓力側96和相鄰的吸力側98之間并垂直于流動路徑88。在典型的實施例中，流動通道86限定了沿著流動路徑88而變化的橫截面積102。 流動通道86的橫截面積102被限定為垂直于流動路徑88，并且等于流動通道86的寬度100 乘以葉片46的高度94。流動通道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，在典型的實施例中，至少一個超音速壓縮斜坡件110定位在流動通道 86內。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、形狀和定向設計成可使一個或多個壓縮波112成形于流動通道86內。超音速壓縮斜坡件110聯接在葉片46的壓力側96上，并限定了流動通道86的喉部區域114。喉部區域114限定了流動通道86的最小橫截面積108。備選地，超音速壓縮斜坡件110可聯接在葉片46的吸力側98 和/或徑向外表面58上。在另一備選實施例中，超音速壓縮斜坡件110與葉片46整體地成形。在另一備選實施例中，超音速壓縮機轉子40包括多個超音速壓縮斜坡件110，其各聯接在壓力側96、吸力側98和/或徑向外表面58上。在這種實施例中，各個超音速壓縮斜坡件110總地限定了喉部區域114。
參看圖4，在典型的實施例中，超音速壓縮斜坡件110包括壓縮表面116和發散表面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96朝向相鄰的吸力側98且進入流動路徑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98收斂，從而在前緣120和后緣122之間限定了壓縮區域126。 壓縮區域1 包括流動通道86的橫截面積128，其沿著流動路徑88從前緣120至后緣122 變小。壓縮表面116的后緣122限定了喉部區域114。發散表面118聯接在壓縮表面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。發散表面118的第一端130聯接在壓縮表面116的后緣122上。發散表面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98的方式以傾斜角134 定向。發散表面118限定了發散區域136，其包括發散的橫截面積138，該發散的橫截面積 138從壓縮表面116的后緣122朝著出口孔84增大。發散區域136從喉部區域114延伸至出口孔84。再次參看圖5，在典型的實施例中，護罩組件140聯接在各個葉片46的外表面90 上，使得流動通道86限定在護罩組件140和徑向外表面58之間。護罩組件140包括在內邊緣144和外邊緣146之間延伸的護罩板142。護罩板142聯接在各個葉片46上，使得葉片46的上游邊緣74定位在護罩組件140的內邊緣144附近，并且葉片46的下游邊緣76定位在護罩組件140的外邊緣146附近。備選地，超音速壓縮機轉子40不包括護罩組件140。 在這種實施中例，膜片(diaphragm)組件(未顯示)定位在葉片46的各個外表面90附近， 使得膜片組件至少部分地限定了流動通道86。在典型的實施例中，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，使得流動通道86限定了沿著徑向方向64而延伸的徑向流動路徑162。徑向流動路徑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，使得流動通道86限定了沿著徑向方向64而延伸的軸向流動路徑164。軸向流動路徑164從過渡表面 152延伸至出口孔84，并在軸向方向72上引導流體。過渡表面152形成了弧形形狀，并限定了過渡流動路徑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。在超音速壓縮機轉子40的操作期間，進入段12(圖1中所示)引導流體172流向流動通道86的入口孔82。流體172具有第一速度，即剛好在進入入口孔82之前的接近速度(approach velocity).超音速壓縮機轉子40圍繞中心軸線M以第二速度，即由箭頭 174所示的旋轉速度而旋轉，使得進入流動通道86中的流體172具有第三速度，即入口孔 82處的入口速度，其相對于葉片46是超音速的。當流體172被引導以超音速穿過流動通道 86時，超音速壓縮斜坡件110與流體172相接觸，造成在流動通道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。在典型的實施例中，流體172進入入口孔82中，并沿著徑向方向64被引導穿過徑向流動路徑162。當流體進入過渡流動路徑166中時，流動通道86將流體的定向從徑向方向64改變至軸向方向72，并且引導流體從徑向流動路徑162流向軸向流動路徑164。流體 172然后從軸向流動路徑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、形狀和定向設計成造成將在流動通道86中形成的壓縮波112的系統176。系統176包括當流體172與超音速壓縮斜坡件110 的前緣120相接觸時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且進入流動通道86中的方式相對于流動路徑88以傾斜角定向。當第一傾斜沖擊波178與相鄰的葉片46接觸時，第二傾斜沖擊波180從相鄰的葉片46上相對于流動路徑88以傾斜角并朝著超音速壓縮斜坡件110的喉部區域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均形成于壓縮區域126內。當引導流體穿過喉部區域114而流向出口孔 84時，在發散區域136內形成了法向沖擊波182。法向沖擊波182定向成垂直于流動路徑 88，并跨過流動路徑88延伸。當流體172穿過壓縮區域126時，流體172的速度隨著流體172穿過各個第一傾斜沖擊波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。當流體172穿過喉部區域114時，流體172的速度在喉部區域114下游朝著法向沖擊波182增加。當流體穿過法向沖擊波182時，流體172的速度相對于轉子盤48被降低
至亞音速。圖6-13是超音速壓縮機轉子40的各種備選實施例的橫截面圖。圖6_13中所示的相同的構件由圖5中使用的相同的標號來標識。參看圖6，在一個實施例中，徑向外表面 58定向成造成在流動通道86內，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184。在這個實施例中，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通道86的喉部區域114。當流體172穿過壓縮區域126時，在壓縮區域126內形成了多個等熵壓縮波186。在這個備選實施例中，徑向外表面58的定向防止在流動通道86中形成沖擊波。參看圖7，在一個實施例中，出口表面150定向成相對于中心軸線M具有傾斜角 188，使得流動通道86在出口孔84處限定了傾斜流動路徑190。在這個實施例中，流動通道 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，在一個實施例中，入口表面148定向成相對于中心軸線M具有傾斜角 192，使得流動通道86在入口孔82處限定了傾斜流動路徑194。在這個實施例中，流動通道 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，在一個實施例中，上游表面60包括第一徑向寬度66，其小于下游表面62 的第二徑向寬度68。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而延伸的徑向流動路徑198。過渡表面152定向成引導流體從軸向方向72通過流動通道86而流向徑向方向64。參看圖10，在一個實施例中，出口表面150定向成相對于中心軸線M具有傾斜角 200，使得流動通道86在出口孔84處限定了傾斜流動路徑202。在這個實施例中，流動通道 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，在一個實施例中，入口表面148定向成相對于中心軸線M具有傾斜角 204，使得流動通道86在入口孔82處限定了傾斜流動路徑190。出口表面150定向成基本上垂直于中心軸線54，使得流動通道86在出口孔84處限定了徑向流動路徑198。在這個實施例中，流動通道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，在一個實施例中，入口表面148定向成相對于中心軸線M具有第一傾斜角206，使得流動通道86在入口孔82處限定了第一傾斜流動路徑208。出口表面150定向成相對于中心軸線M具有第二傾斜角210，使得流動通道86在出口孔84處限定了第二傾斜流動路徑212。在這個實施例中，流動通道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，在一個實施例中，入口表面148定向成基本上平行于中心軸線M，使得流動通道86在入口孔82處限定了第一軸向流動路徑214。出口表面150定向成基本上平行于中心軸線54，使得流動通道86在出口孔84處限定了第二軸向流動路徑216。在這個實施例中，流動通道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。 上述超音速壓縮機轉子提供了一種成本有效且可靠的方法，以用于引導流體從軸向方向流向徑向方向，或引導流體從徑向方向流向軸向方向。更具體地說，超音速壓縮機轉子包括流動通道，其包括過渡表面，該過渡表面調整通過流動通道的流動路徑的定向。此外，本文所述的實施例包括一種超音速壓縮機轉子，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通道(該流動通道引導流體從軸向方向流向徑向方向)的超音速壓縮機轉子，超音速壓縮機轉子可使超音速壓縮機系統設計成包括各種軸向進入定向、徑向進入定向、軸向排出定向和/或徑向排出定向。結果，本文所述的超音速壓縮機轉子克服了已知的超音速壓縮機組件的流動路徑定向限制。因此，可減少制造和維護超音速壓縮機系統的成本。 上面詳細地描述了用于組裝超音速壓縮機轉子的系統和方法的典型實施例。該系統和方法并不局限于本文所述的特定的實施例，相反，該系統的構件和/或該方法的步驟可與本文所述的其它構件和/或步驟獨立地和分開地進行利用。例如，該系統和方法還可結合其它旋轉式發動機系統和方法來使用，并且并不只局限于與如本文所述的超音速壓縮機系統一起實踐。相反，典型的實施例可在結合許多其它旋轉式系統應用的情況下加以實施和利用。
雖然在某些圖中可能顯示了而在其它圖中沒有顯示本發明各種實施例的具體特征，但這僅僅出于方便的目的。此外，對在以上說明書中的“ 一個實施例”的引用不應理解為排除也包含所陳述的特征的其它實施例的存在。根據本發明的原理，任何附圖特征都可與任何其它附圖的任何特征結合起來進行參照和/或要求保護。本書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，并且還可使本領域中的技術人員實踐本發明，包括制造和利用任何裝置或系統，并執行任何結合的方法。本發明可授予專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域中的技術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利要求的字面語言的結構元件，或者如果這些其它示例包括與權利要求的字面語言無實質差異的等效的結構元件，那么這些其它示例都意在處于權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種超音速壓縮機轉子包括轉子盤(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)，所述轉子盤限定了中心軸線 (54)；聯接在所述徑向外表面上的多個葉片(46)，相鄰的所述葉片形成對，并定向成使得在各個所述對相鄰的葉片之間限定了流動通道(86)，所述流動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；以及至少一個超音速壓縮斜坡件(110)，其定位在所述流動通道內，以有利于在所述流動通道內形成至少一個壓縮波(112)。
2.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的軸向流動路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(184)的傾斜流動路徑。
3.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的軸向流動路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線基本垂直，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的徑向流動路徑。
4.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)基本垂直，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的徑向流動路徑(162)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的軸向流動路徑(164)。
5.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)基本垂直，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(152)的徑向流動路徑(162)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的傾斜流動路徑(164)。
6.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)具有傾斜角，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的傾斜流動路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線基本平行，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的軸向流動路徑(164)。
7.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)具有傾斜角，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82)通向所述過渡表面(15 的傾斜流動路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線基本垂直，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的徑向流動路徑(162)。
8.根據權利要求1所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)具有傾斜角，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔通向所述過渡表面(15 的傾斜流動路徑(164)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的傾斜流動路徑。
9.一種超音速壓縮機系統(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； 驅動軸(22)，其定位在所述殼體中，并限定了中心軸線(M)，所述驅動軸0 可旋轉地聯接在驅動組件(18)上；以及聯接在所述驅動軸上的超音速壓縮機轉子，所述超音速壓縮機轉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，所述超音速壓縮機轉子包括轉子盤(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)；聯接在所述徑向外表面上的多個葉片(46)，相鄰的所述葉片形成對，并定向成使得在各個所述對相鄰的葉片之間限定了流動通道(86)，所述流動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；以及至少一個超音速壓縮斜坡件(110)，其定位在所述流動通道內，以有利于在所述流動通道內形成至少一個壓縮波(112)。
10.根據權利要求9所述的超音速壓縮機轉子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相對于所述中心軸線(54)基本平行，使得所述流動通道(86)限定了從所述入口孔(82) 通向所述過渡表面(15 的軸向流動路徑(162)，所述出口表面(150)定向成相對于所述中心軸線具有傾斜角，使得所述流動通道限定了從所述過渡表面通向所述出口孔(84)的傾斜流動路徑(164)。
全文摘要
本發明涉及超音速壓縮機轉子及其組裝方法，具體而言，超音速壓縮機轉子包括轉子盤，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，轉子盤限定了中心軸線；多個葉片，其聯接在徑向外表面上，相鄰的葉片形成對，并定向成使得在各對相鄰的葉片之間限定了流動通道，流動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；以及至少一個超音速壓縮斜坡件，其定位在流動通道內，以有利于在流動通道內形成至少一個壓縮波。
文檔編號F04D29/28GK102410249SQ20111026866
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者D·C·霍夫, D·G·霍爾姆斯, Z·W·奈格爾 申請人:通用電氣公司