[发明专利]用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法

说明书

本申请涉及用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法。设计并配置成改善涡轮机的性能的流动控制设备和结构。示例性流动控制设备可以包括各种导流槽道(602)、肋、扩散器通道宽度减小部和其它处理部，且可以位于机器(500)的护罩侧(504)和轮毂侧中的一个或两个上，以重定向、引导或以其它方式影响涡轮机流场的部分，从而改善机器(500)的性能。本发明致力于用于涡轮机的壳体处理部。

本申请是申请日为2015年06月24日，申请号为201580042211.4，发明名称为“用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法”的申请的分案申请。

相关申请数据

本申请要求以下申请的优先权的权益：

序列号为的62/016,431的美国临时专利申请，其于2014年6月24日提交，且题为“Structures and Methods for Forcing Coupling of Flow Fields of AdjacentBladed Elements of Turbomachines,and Turbomachines Incorporating the Same”；

序列号为62/069,462的美国临时专利申请，其于2014年10月28日提交，且题为“Turbomachines with Strong-Side Pinch and Curvature”；

序列号为62/103,231的美国临时专利申请，其于2015年1月14日提交，且题为“Enhanced Vaneless Diffuser With Impeller Cover Slots and Ribs and Methods ofEnhancing Impeller and Diffuser Stage Performance”；以及

序列号为62/103,233的美国临时专利申请，其于2015年1月14日提交，且题为“Turbo-PD Features and Methods of Incorporating Turbo-PD Features IntoTurbomachinery”；

这些申请中的每一个通过引用以其全部并入本文。

发明领域

本发明通常涉及涡轮机械领域。特别地，本发明涉及用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法。

背景技术

涡轮机级中的损失在强度和特性方面根据情况而变化，但是所有涡轮机级包括用于单相、单组分、流动的以下机理中的大部分：表面摩擦、二次流产生、出口混合、间隙流动、泄漏以及用于高度可压缩流动的冲击形成。这些机理又受许多设计参数的影响，例如，流速、入口压力和温度、出口压力、倾角和流动转向加表面曲率、厚度以及旋转状态，等等。损失不利地影响涡轮机性能，并且通常被理解为流动状态的退化，导致流动过程的总压力衰减和熵的增加。损失还可导致流动分离和失速和叶轮滑动，以及不均一的流场，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善的设备和方法。

本公开的概述

在一种实施方式中，本公开涉及涡轮机。涡轮机包括：下游元件，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括轮毂和多个叶片，并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有前边缘和后边缘，并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面，护罩和轮毂界定叶轮通路；叶轮设计并配置成：将工作流体排放到下游元件中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近轮毂和护罩中的一个的弱侧和靠近轮毂和护罩中的另一个的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；以及至少一个槽道，其沿下游元件的护罩侧和轮毂侧中的至少一个的一部分在流动方向上延伸，该至少一个槽道具有中心线，该中心线具有以角α延伸的切线，该角α从延伸穿过旋转轴线的子午参考平面在绝对参考系中测量，该至少一个槽道选择性地邻近流场的弱侧定位，并且被设计并配置成在大体上与α相同的方向上引导流场的弱侧的一部分。