超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以及壓縮流體的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括基本上呈圓柱形的盤體，該盤體（56）包括上游表面（68）、下游表面（70）、和在上游表面（68）與下游表面之間大體軸向延伸的徑向外表面（66）。該盤體限定了中心線軸線（62）。多個(gè)葉片（54）連接至徑向外表面。相鄰葉片形成一對(duì)并且定向成使得每一對(duì)相鄰葉片之間都限定了流通道（88）。該流通道在進(jìn)口開口（90）與出口開口（92）之間大體軸向延伸。至少一個(gè)超音速壓縮斜面（112）定位在流通道內(nèi)。該超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置（156）、第二位置（158）、以及第一位置與第二位置之間的任何位置處。
【專利說(shuō)明】超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以及壓縮流體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中所描述的主題總體涉及超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，并且更具體地，涉及操作超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以壓縮流體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些已知的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)組件、驅(qū)動(dòng)軸、以及至少一個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以用于壓縮流體。驅(qū)動(dòng)組件通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸連接至超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以使驅(qū)動(dòng)軸和超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0003]已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括連接至轉(zhuǎn)子盤的多個(gè)邊條。每一個(gè)邊條都圍繞轉(zhuǎn)子盤周向定向并且在相鄰的邊條之間限定軸向流通道。至少一些已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括連接至轉(zhuǎn)子盤的固定超音速壓縮斜面。已知的超音速壓縮斜面定位在軸向流路徑內(nèi)的固定位置處并且被構(gòu)造成在流路徑內(nèi)形成壓縮波。
[0004]在已知的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)操作期間，驅(qū)動(dòng)組件使超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。流體被引導(dǎo)至超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，使得流體的特征在于相對(duì)于流通道處的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的超音速速度。在已知的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中，正激波(normal shockwave)可以形成在超音速壓縮機(jī)斜面(ramp)的上游處。隨著流體通過(guò)正激波，流體的速度減小至相對(duì)于超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是亞音速的。隨著流體速度通過(guò)正激波減小，流體能量也減少。通過(guò)流通道的流體能量的減少可以降低已知的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的操作效率。已知的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)例如在分別于2005年3月28日和2005年3月23日提交的美國(guó)專利號(hào)7，334，990和7，293，955以及2009年I月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)2009/0196731中有所描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面中，提供一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括基本圓柱形盤體，該基本圓柱形盤體包括上游表面、下游表面、和在上游表面與下游表面之間大體軸向延伸的徑向外表面。該盤體限定了中心線軸線。多個(gè)葉片連接至徑向外表面。相鄰葉片形成一對(duì)并且定向成使得每一對(duì)相鄰葉片之間都限定了流通道。該流通道在進(jìn)口開口與出口開口之間大體軸向延伸。至少一個(gè)超音速壓縮斜面定位在流通道內(nèi)。該超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置、第二位置、以及第一位置與第二位置之間的任何位置處。
[0006]在另一個(gè)方面中，提供一種超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)。該超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)包括殼體，該殼體包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面限定了在流體進(jìn)口與流體出口之間延伸的腔。驅(qū)動(dòng)軸定位在殼體內(nèi)。該驅(qū)動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)地連接至驅(qū)動(dòng)組件。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子連接至該驅(qū)動(dòng)軸。該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子定位在流體進(jìn)口與流體出口之間，以用于將流體從流體進(jìn)口引導(dǎo)至流體出口。該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括基本圓柱形盤體，該基本圓柱形盤體包括上游表面、下游表面、和在上游表面與下游表面之間大體軸向延伸的徑向外表面。該盤體限定了中心線軸線。多個(gè)葉片個(gè)葉片連接至徑向外表面。相鄰葉片形成一對(duì)并且定向成使得每一對(duì)相鄰葉片之間都限定了流通道。該流通道在進(jìn)口開口與出口開口之間大體軸向延伸。至少一個(gè)超音速壓縮斜面定位在流通道內(nèi)。該超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置、第二位置、以及第 一位置與第二位置之間的任何位置處。
[0007]在又一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種使用超音速壓縮機(jī)來(lái)壓縮流體的方法，該超音 速壓縮機(jī)采用由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。該方法包括:(a)將待壓縮的流體引入 旋轉(zhuǎn)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的進(jìn)口開口中，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括:(i)基本上呈圓柱形 的盤體，該盤體包括上游表面、下游表面、和在所述上游表面與所述下游表面之間大體軸向 延伸的徑向外表面，所述盤體限定了中心線軸線；(ii)多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片連接至所 述徑向外表面，相鄰的所述葉片形成一對(duì)并且定向成使得每一個(gè)所述一對(duì)相鄰葉片之間都 限定了流通道，所述流通道在進(jìn)口開口與出口開口之間大體軸向延伸；以及(iii)至少一 個(gè)超音速壓縮斜面，該至少一個(gè)超音速壓縮斜面定位在所述流通道內(nèi)，所述超音速壓縮斜 面能夠選擇性地定位在第一位置、第二位置、以及第一位置與第二位置之間的任何位置處； (b)在超音速壓縮機(jī)斜面定位在第一位置處的情況下操作超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，直到正激波 形成在由超音速壓縮機(jī)斜面的后緣所限定的咽喉區(qū)域的下游處為止；以及(C)將超音速壓 縮機(jī)斜面定位在第二位置處，所述第二位置的特征在于最小橫截面積，該最小橫截面積比 第一位置相應(yīng)的最小橫截面積特性??；以及(d)在超音速壓縮機(jī)斜面定位在第二位置處的 情況下操作超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生壓縮流體。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下文的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面、以及優(yōu)點(diǎn) 將變得更好理解，相似的附圖標(biāo)記在全部附圖中表示相似部件，其中:
[0009]圖1是示例性超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖2是可以與圖1中所示的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)一起使用的示例性超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn) 子的透視圖；
[0011]圖3是沿剖面線3-3的圖2中所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的一部分的放大俯視圖；
[0012]圖4是沿剖面線4-4的圖2中所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的橫截面圖，其中包括示 為處于第一位置的超音速壓縮機(jī)斜面；
[0013]圖5是圖4中所示的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的橫截面圖，其中包括示為處于第二位置 的超音速壓縮機(jī)斜面；
[0014]圖6是適于與圖1中的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)一起使用的不例性控制系統(tǒng)的方框圖；
[0015]圖7是示出了操作圖1中所示的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
[0016]除非另有說(shuō)明，否則本文中所提供的附圖意在示出本發(fā)明關(guān)鍵的創(chuàng)造性特征。這 些關(guān)鍵的創(chuàng)造性特征被認(rèn)為能夠應(yīng)用于包括本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的范圍廣泛的系 統(tǒng)中。這樣一來(lái)，附圖不意味著包括實(shí)施本發(fā)明所需的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所有的 傳統(tǒng)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在下文的說(shuō)明書以及所附權(quán)利要求中，將參照多個(gè)術(shù)語(yǔ)，所述多個(gè)術(shù)語(yǔ)被限定為 具有以下意義。
[0018]除非上下文另有清楚的說(shuō)明，否則單數(shù)形式“一個(gè)”包括復(fù)數(shù)形式。[0019]“可選的”或“可選地”的意思是隨后描述的事件或環(huán)境可能出現(xiàn)或者可能不出現(xiàn)，并且描述包括事件發(fā)生的情況以及事件不發(fā)生的情況。
[0020]如本文中在整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求中所使用的，可以應(yīng)用近似的語(yǔ)言來(lái)修改允許其發(fā)生變化而不造成相關(guān)基本功能改變的任何數(shù)量表示。因此，通過(guò)術(shù)語(yǔ)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)(例如“大約”和“基本”)來(lái)修改的值不限于具體所述的精確值。在至少一些情況下，近似的語(yǔ)言可以與用于測(cè)量值的儀器的精度相對(duì)應(yīng)。此處以及說(shuō)明書和權(quán)利要求的全文中，范圍限制可以組合并且/或者互換，除非上下文或語(yǔ)言另有說(shuō)明，否則這種范圍是確定的并且包括其中所包含的所有子范圍。
[0021]如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子”指的是這樣的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子:該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括布置于該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流體流通道內(nèi)的超音速壓縮斜面。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被稱為“超音速”是由于其被設(shè)計(jì)成以高速圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得在布置于轉(zhuǎn)子的流通道內(nèi)的超音速壓縮斜面處與旋轉(zhuǎn)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子相遇的運(yùn)動(dòng)流體(例如運(yùn)動(dòng)氣體)被稱為具有超音速的相對(duì)流體速度。相對(duì)流體速度能夠根據(jù)超音速壓縮斜面處的轉(zhuǎn)子速度和與超音速壓縮斜面相遇之前的流體速度的矢量和來(lái)限定。該相對(duì)流體速度有時(shí)被稱為“局部超音速進(jìn)口速度”，在某些實(shí)施例中，該相對(duì)流體速度是進(jìn)口氣體速度與布置于超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流通道內(nèi)的超音速壓縮斜面的切向速度的組合。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被設(shè)計(jì)成用于在非常高的切向速度(例如處于300米/秒至800米/秒的范圍內(nèi)的切向速度下)下工作。
[0022]本文中所描述的示例性系統(tǒng)和方法通過(guò)提供這樣的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子而克服了已知的超音速壓縮機(jī)組件的缺點(diǎn):該超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子有利于啟動(dòng)模式期間形成在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的流通道內(nèi)的第一位置處的正激波通向流通道內(nèi)的第二位置的，該正激波在從第一位置通向第二位置期間通過(guò)流通道的最小橫截面積。之后，由本發(fā)明提供的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在壓縮操作模式期間提供了更高的操作效率。本文中所描述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括超音速壓縮斜面，該超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置與第二位置之間以控制流通道的最小橫截面積(在本文中有時(shí)被稱為咽喉區(qū)域)。通過(guò)調(diào)節(jié)最小橫截面積的尺寸，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可以比包括固定的超音速壓縮機(jī)斜面的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(即超音速壓縮機(jī)斜面不能定位在流通道中的第一位置、流通道中的第二位置、或者第一位置與第二位置之間的任何位置處)更高效地進(jìn)行操作。
[0023]圖1是示例性超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的示意圖。在示例性實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10包括進(jìn)氣部段12、連接至進(jìn)氣部段12下游的壓縮機(jī)部段14、連接至壓縮機(jī)部段14下游的排氣部段16、以及驅(qū)動(dòng)組件18。壓縮機(jī)部段14通過(guò)轉(zhuǎn)子組件20連接至驅(qū)動(dòng)組件18，該轉(zhuǎn)子組件20包括被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)第一超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)軸22、和被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)第二超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外部驅(qū)動(dòng)軸23?？刂葡到y(tǒng)24與壓縮機(jī)部段14和驅(qū)動(dòng)組件18操作性連通地連接，以用于控制壓縮機(jī)部段14和驅(qū)動(dòng)組件18的操作。在示例性實(shí)施例中，進(jìn)氣部段12、壓縮部段14、和排氣部段16中的每一個(gè)都定位在壓縮機(jī)殼體26內(nèi)。更具體地，壓縮機(jī)殼體26包括流體進(jìn)口 28、流體出口 30、和限定了腔34的內(nèi)表面32。腔34在流體進(jìn)口 28與流體出口 30之間延伸并且被構(gòu)造成將流體從流體進(jìn)口 28引導(dǎo)至流體出口30。進(jìn)氣部段12、壓縮機(jī)部段14、和排氣部段16中的每一個(gè)都定位在腔34內(nèi)。備選地，進(jìn)氣部段12和/或排氣部段16可以不定位在壓縮機(jī)殼體26內(nèi)。[0024]在操作期間，通過(guò)若干傳感器36來(lái)監(jiān)測(cè)超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10，所述若干傳感器36 檢測(cè)進(jìn)氣部段12、壓縮機(jī)部段14、排氣部段16、和驅(qū)動(dòng)組件18的各種狀況。傳感器36可以 包括氣體傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、速度傳感器、壓力傳感器以及/或者相對(duì)于超 音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的操作來(lái)感測(cè)多個(gè)參數(shù)的任何其它的傳感器。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ) “參數(shù)”指的是其值能夠用于限定超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的操作條件的物理性能，例如溫度、 壓力、和限定位置處的氣體流量。
[0025]在示例性實(shí)施例中，流體進(jìn)口 28被構(gòu)造成將流體流從流體源38引導(dǎo)至進(jìn)氣部段
12。該流體可以是例如液體、氣體、氣體混合物、和/或液體-氣體混合物的任何流體。進(jìn) 氣部段12與壓縮機(jī)部段14流連通地連接，以用于將流體從流體進(jìn)口 28引導(dǎo)至壓縮機(jī)部段
14。進(jìn)氣部段12被構(gòu)造成調(diào)節(jié)具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定參數(shù)(例如速度、質(zhì)量流速、壓力、溫度、 和/或任何合適的流參數(shù))的流體流。在示例性實(shí)施例中，進(jìn)氣部段12包括進(jìn)口引導(dǎo)葉片 組件40，該進(jìn)口弓丨導(dǎo)葉片組件40連接在流體進(jìn)口 28與壓縮機(jī)部段14之間以用于將流體從 流體進(jìn)口 28引導(dǎo)至壓縮機(jī)部段14。進(jìn)口引導(dǎo)葉片組件40包括一個(gè)或多個(gè)固定進(jìn)口引導(dǎo)葉 片42，所述一個(gè)或多個(gè)固定進(jìn)口引導(dǎo)葉片42可以連接至壓縮機(jī)殼體26并且相對(duì)于壓縮機(jī) 部段14是固定的。
[0026]壓縮機(jī)部段14連接在進(jìn)氣部段12與排氣部段16之間，以用于將至少一部分流體 從進(jìn)口部段12引導(dǎo)至排氣部段16?？傮w而言，壓縮機(jī)部段14包括可旋轉(zhuǎn)地連接至驅(qū)動(dòng)軸 22的至少一個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44。超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44被構(gòu)造成使流體壓力增大、使 流體體積減小、并且/或者使被引導(dǎo)至排氣部段16的流體溫度上升。在示例性實(shí)施例中， 壓縮機(jī)部段14包括至少一個(gè)壓力傳感器46，該至少一個(gè)壓力傳感器46構(gòu)造成感測(cè)被引導(dǎo) 穿過(guò)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的流體的壓力并且向控制系統(tǒng)24發(fā)射表示流體壓力的信號(hào)。
[0027]排氣部段16包括出口引導(dǎo)葉片組件48，該出口引導(dǎo)葉片組件48包括固定出口引 導(dǎo)葉片42，所述固定出口引導(dǎo)葉片42布置于超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44與流體出口 30之間以用 于將流體從超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44引導(dǎo)至流體出口 30。流體出口 30被構(gòu)造成將流體從出口 引導(dǎo)葉片組件48和/或超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44引導(dǎo)至輸出系統(tǒng)50，例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、流 體處理系統(tǒng)、和/或流體儲(chǔ)存系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)組件18被構(gòu)造成使驅(qū)動(dòng)軸22旋轉(zhuǎn)以使超音速壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)子44旋轉(zhuǎn)。在圖1中所示的實(shí)施例中,超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10包括一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的 超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44。驅(qū)動(dòng)組件20為兩個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44中的每一個(gè)提供動(dòng)力，這 兩個(gè)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44獨(dú)立地連接至被構(gòu)造成沿相反方向旋轉(zhuǎn)的一對(duì)部分同心的驅(qū)動(dòng) 軸22和23 (圖1中示為同心)中的一個(gè)。在示例性實(shí)施例中，壓縮機(jī)部段14包括連接至 超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的至少一個(gè)速度傳感器52。速度傳感器52被構(gòu)造成感測(cè)超音速壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子44的旋轉(zhuǎn)并且向控制系統(tǒng)24發(fā)射表示轉(zhuǎn)速的信號(hào)。
[0028]在操作期間，進(jìn)氣部段12將流體從流體源38引向壓縮機(jī)部段14。壓縮機(jī)部段14 對(duì)流體進(jìn)行壓縮并且朝向排氣部段16排放經(jīng)過(guò)壓縮的流體。排氣部段16通過(guò)流體出口 30 將經(jīng)過(guò)壓縮的流體從壓縮部段14引導(dǎo)至輸出系統(tǒng)50。
[0029]圖2是示例性超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的透視圖。圖3是沿圖2中所示的剖面線3_3 截取的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的剖視圖。圖4是沿圖2中所示的剖面線4-4截取的超音速 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的一部分的橫截面圖。圖5是沿圖2中所示的剖面線4-4截取的超音速壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的一部分的橫截面圖。圖3至5中所示的相同部件標(biāo)被標(biāo)記了與圖2中所使用的相同的附圖標(biāo)記。在示例性實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44包括連接至轉(zhuǎn)子盤56的多個(gè)葉片54。轉(zhuǎn)子盤56包括環(huán)形盤體58，該環(huán)形盤體58限定了沿中心線軸線62大體軸向延伸穿過(guò)盤體58的圓柱形內(nèi)腔60。盤體58包括徑向內(nèi)表面64和徑向外表面66。徑向內(nèi)表面64限定了圓柱形內(nèi)腔60。圓柱形內(nèi)腔60具有基本圓柱形形狀并且圍繞中心線軸線62定向。圓柱形內(nèi)腔60的尺寸能夠接收驅(qū)動(dòng)軸22或23 (圖1中所示)穿過(guò)其中。轉(zhuǎn)子盤56還包括上游表面68和下游表面70。每一個(gè)上游表面68和下游表面70都沿與中心線軸線62大體垂直的徑向方向72在徑向內(nèi)表面64與徑向外表面66之間延伸。每一個(gè)上游表面68和下游表面70都包括被限定在徑向內(nèi)表面64與徑向外表面66之間的徑向?qū)挾?4。徑向外表面66連接在上游表面68與下游表面70之間，并且包括沿與中心線軸線62大體平行的軸向方向78被限定在上游表面68與下游表面70之間的軸向距離76 (圖3)。
[0030]在例性實(shí)施例中，每一個(gè)葉片54都連接至徑向外表面66并且從徑向外表面66向外延伸。每一個(gè)葉片54都以螺旋形狀圍繞轉(zhuǎn)子盤56周向地延伸。每一個(gè)葉片54都包括進(jìn)口邊緣80、出口邊緣82、和在進(jìn)口邊緣80與出口邊緣82之間延伸的側(cè)壁84。進(jìn)口邊緣80定位成鄰近上游表面68。出口邊緣82定位成鄰近下游表面70。在示例性實(shí)施例中，相鄰葉片54形成一對(duì)86葉片54 (圖2)。每一對(duì)86都定向成限定相鄰葉片54之間的流通道88。流通道88在進(jìn)口開口 90與出口開口 92之間延伸，并且限定了由箭頭94代表的從進(jìn)口開口 90延伸至出口開口 92的流路徑。流路徑94定向成與相鄰葉片54并且與徑向外表面66大體平行。流路徑94從進(jìn)口開口 90到出口開口 92沿徑向外表面66被限定在軸向方向78上。流通道88的尺寸、形狀、和取向能夠在軸向方向78上沿流路徑94將流體從進(jìn)口開口 90引導(dǎo)至出口開口 92。進(jìn)口開口 90被限定在進(jìn)口邊緣80與相鄰的側(cè)壁84之間。出口開口 92被限定在出口邊緣82與相鄰側(cè)壁84之間。每一個(gè)側(cè)壁84都沿徑向方向72從徑向外表面66向外延伸。側(cè)壁84包括外表面96和相對(duì)的內(nèi)表面98。側(cè)壁84在外表面96與內(nèi)表面98之間延伸，以限定流通道88的徑向高度100。每一個(gè)葉片54都與相鄰葉片54軸向間隔開，使得流通道88在進(jìn)口開口 90與出口開口 92之間大體沿軸向方向78定向。流通道88包括被限定在相鄰側(cè)壁84之間的寬度106并且這種寬度106被限定成與流路徑94垂直。
[0031]參照?qǐng)D4，在示例性實(shí)施例，護(hù)罩組件108圍繞徑向外表面66周向地延伸，使得流通道88被限定在護(hù)罩組件108與徑向外表面66之間。護(hù)罩組件108包括一個(gè)或多個(gè)護(hù)罩板110。每一個(gè)護(hù)罩板110都連接至每一個(gè)葉片54的外表面96(圖2)。備選地，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44不包括護(hù)罩組件108。在這種實(shí)施例中，膜片組件(未示出)可以定位成鄰近每一個(gè)葉片54的外表面96，使得膜片組件至少部分地限定流通道88。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)殼體的內(nèi)表面32 (以及葉片54、徑向外表面66和超音速壓縮機(jī)斜面112)用于限定流通道88，在該種情況下，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成使得葉片54的外表面96與內(nèi)表面32之間的距離最小化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)，可以使用本領(lǐng)域內(nèi)認(rèn)可的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)表面與固定表面之間的這種精確公差。
[0032]在示例性實(shí)施例中，至少一個(gè)超音速壓縮斜面112連接至轉(zhuǎn)子盤56并且定位在流通道88內(nèi)。超音速壓縮斜面112定位在進(jìn)口開口 90與出口開口 92之間，并且其尺寸、形狀、和取向使得一個(gè)或多個(gè)壓縮波能夠形成在流通道88內(nèi)。在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44操作期間，進(jìn)氣部段12 (示于圖1中)將流體116引向流通道88的進(jìn)口開口 90。流體116在進(jìn)入進(jìn)口開口 90之前包括第一速度，即接近速度。驅(qū)動(dòng)組件18 (示于圖1中)使超音速壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子44以由箭頭118表示的第二速度(即轉(zhuǎn)速)圍繞中心線軸線62旋轉(zhuǎn)，使得進(jìn)入流通 道88的流體116具有相對(duì)于葉片54超音速的第三速度，即進(jìn)口開口 90處的進(jìn)口速度。隨 著流體116與超音速壓縮斜面112相接觸，壓縮波形成在流通道88內(nèi)，以有利于對(duì)流體116 進(jìn)行壓縮并且使流體壓力增大、使流體溫度上升、并且/或者使流體體積減小。
[0033]在示例性實(shí)施例中，流通道88包括沿流路徑94發(fā)生變化的橫截面積120 (圖3)。 流通道88的橫截面積120被限定成與流路徑94垂直并且等于流通道88的寬度106乘以 流通道88的高度100。流通道88包括第一區(qū)域(即進(jìn)口開口 90處的進(jìn)口橫截面積122)、 第二區(qū)域(即出口開口 92處的出口橫截面積124)、和第三區(qū)域(即被限定在進(jìn)口開口 90與 出口開口 92之間的最小橫截面積126)。在示例性實(shí)施例中,最小橫截面積126小于進(jìn)口橫 截面積122和出口橫截面積124。
[0034]在示例性實(shí)施例中，超音速壓縮斜面112連接至轉(zhuǎn)子盤56并且部分布置于轉(zhuǎn)子盤 56內(nèi)且部分布置于流通道88內(nèi)。這樣一來(lái)，徑向外表面66限定了至少一個(gè)穿孔，超音速壓 縮斜面112穿過(guò)該至少一個(gè)穿孔延伸至流通道88中。超音速壓縮斜面112限定了流通道 88的咽喉區(qū)域128。咽喉區(qū)域128限定了流通道88的最小橫截面積126。超音速壓縮斜 面112包括壓縮表面130和分叉(diverging)表面132。壓縮表面130在相鄰葉片54之間 軸向延伸并且沿被限定在進(jìn)口開口 90與出口開口 92之間的流通道88的一部分延伸。壓 縮表面130包括第一邊緣(即前緣134)和第二邊緣(即后緣136)。前緣134定位成比后緣 136更靠近進(jìn)口開口 90。壓縮表面130延伸至前緣134與后緣136之間的流通道88中并 且定向成朝向后緣136和護(hù)罩組件108與徑向外表面66成斜角138。后緣136從徑向外表 面66延伸至流通道88中徑向距離160 (圖4)。壓縮表面130朝向護(hù)罩組件108會(huì)聚，使 得壓縮區(qū)域142被限定在前緣134與后緣136之間。壓縮區(qū)域142包括從前緣134向后緣 136沿流路徑94減小的流通道88的會(huì)聚橫截面積144。壓縮表面130的后緣136(以及側(cè) 壁84和護(hù)罩組件108)限定了咽喉區(qū)域128。
[0035]分叉表面132連接至壓縮表面130并且朝向出口開口 92從壓縮表面130向下游 延伸。分叉表面132包括第一端146和比第一端146更靠近出口開口 92的第二端148。分 叉表面132的第一端146連接至壓縮表面130的后緣136。分叉表面132在第一端146與 第二端148之間延伸并且定向成朝向壓縮表面130的后緣136與徑向外表面66成斜角150 (圖5)。分叉表面132限定了分叉區(qū)域152，該分叉區(qū)域152包括從壓縮表面130的后緣136 向出口開口 92增大的分叉橫截面積154 (圖4)。分叉區(qū)域152朝向出口開口 92從咽喉區(qū) 域128延伸。
[0036]在示例性實(shí)施例中，超音速壓縮斜面112能夠選擇性地定位在第一位置156(圖4) 與第二位置158 (圖5)之間。在第一位置156處，超音速壓縮斜面112延伸至流通道88中 第一徑向距離160，該第一徑向距離160被限定在徑向外表面66與后緣136之間。此外， 在第一位置156處，后緣136限定了咽喉區(qū)域128，該咽喉區(qū)域128具有第一最小橫截面積 126并且在圖4中所示的實(shí)施例中被稱為最小橫截面積162。在第二位置158 (圖5)處，超 音速壓縮斜面112從徑向外表面66向后緣136延伸至流通道88中第二徑向距離164。該 第二徑向距離164比第一徑向距離160大，使得后緣136限定了咽喉區(qū)域128，該咽喉區(qū)域 128具有第二最小橫截面積166 (126),該第二最小橫截面積166比第一最小橫截面積162(126)小。
[0037]在示例性實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44包括致動(dòng)器組件168，該致動(dòng)器組件168操作性地連接至超音速壓縮斜面112，以用于使超音速壓縮斜面112相對(duì)于徑向外表面66并且在第一位置156與第二位置158之間移動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)24與致動(dòng)器組件168操作性連通地連接，以用于控制致動(dòng)器組件168的操作，并且使超音速壓縮斜面112在第一位置156與第二位置158之間移動(dòng)。
[0038]在示例性實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44被構(gòu)造成選擇性地在第一模式(即啟動(dòng)模式)和第二模式(即壓縮模式)中進(jìn)行操作。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“啟動(dòng)模式”指的是其中超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的速度最初不足以建立咽喉區(qū)域128下游的正激波170的操作模式。在啟動(dòng)模式中，超音速壓縮斜面112定位在流通道88內(nèi)，以有利于建立在咽喉區(qū)域上游處的正激波170通向咽喉區(qū)域下游處的位置。例如，超音速壓縮機(jī)斜面可以定位成有利于正激波170從位于咽喉區(qū)域128上游并且位于進(jìn)口開口 90與咽喉區(qū)域128之間的流通道88內(nèi)的第一位置172 (圖4)通向位于咽喉區(qū)域128下游的第二位置174 (圖5)。正激波170定向成與流路徑94垂直并且延伸跨過(guò)流路徑94。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“壓縮模式”指的是其中轉(zhuǎn)子的速度足以建立咽喉區(qū)域下游處的正激波并且包括超音速壓縮機(jī)的穩(wěn)態(tài)操作的操作模式。應(yīng)當(dāng)注意到，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子也可以在非穩(wěn)態(tài)條件下以壓縮模式進(jìn)行操作，此時(shí)例如一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(例如溫度、流體成分)在操作期間連續(xù)變化。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，在超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44以啟動(dòng)模式進(jìn)行操作期間，超音速壓縮斜面112處于第一位置156 (圖4)。在啟動(dòng)模式期間，流體116進(jìn)入超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的流通道88，其中超音速壓縮機(jī)斜面112處于第一位置156，在該模式中，正激波170形成于咽喉區(qū)域128的上游處。隨著超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的速度增大，正激波170沿流路徑94向下游移動(dòng)并且變?yōu)榻⒃谘屎韰^(qū)域128的下游處，并且超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44從啟動(dòng)模式過(guò)渡至壓縮模式。應(yīng)當(dāng)注意到，與第一位置156 (圖4)相關(guān)聯(lián)的相對(duì)較大的咽喉區(qū)域橫截面積有利于正激波通過(guò)咽喉區(qū)域。一旦已建立壓縮模式，則可以通過(guò)進(jìn)一步減小咽喉區(qū)域的橫截面積126 (流路徑88的最小橫截面積)來(lái)使超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以更高的效率進(jìn)行操作。為此目的，超音速壓縮斜面112可以從第一位置156移動(dòng)至第二位置158 (圖5)。隨著超音速壓縮斜面112從第一位置156移動(dòng)至第二位置158，咽喉區(qū)域128的最小橫截面積126從第一最小橫截面積162 (126)減小至第二最小橫截面積166 (126)。隨著流通道88的最小橫截面積126減小至合適的橫截面積166 (可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)仿真或?qū)嶒?yàn)來(lái)確定)，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子可以更高效地操作。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，在壓縮模式中，超音速壓縮斜面112選擇性地定位在第一位置156與第二位置158之間，以使壓縮波的系統(tǒng)176 (圖5)在流通道88內(nèi)形成。系統(tǒng)176包括第一斜激波178和第二斜激波180。第一斜激波178隨著流體116與超音速壓縮斜面112的前緣134相遇而形成并且被引導(dǎo)穿過(guò)壓縮區(qū)域142。壓縮表面130使第一斜激波178形成在壓縮表面130的前緣134處。第一斜激波178從前緣134向護(hù)罩板110延伸跨過(guò)流路徑94，并且相對(duì)于流路徑94定向成斜角。第一斜激波178與護(hù)罩板110相接觸并且形成第二斜激波180，該第二斜激波180相對(duì)于流路徑94以斜角朝向壓縮表面130的后緣136從護(hù)罩板110被反射。超音速壓縮斜面112被構(gòu)造成使每一個(gè)第一個(gè)斜激波178和第二斜激波180都形成在壓縮區(qū)域142內(nèi)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的，流過(guò)斜激波178和180中的每一個(gè)的流體是超音速的并且保持超音速直到流體與正激波170相遇且通過(guò)正激 波170為止(圖5)。
[0041]隨著流體116通過(guò)壓縮區(qū)域142，流體的速度隨著流體通過(guò)每一個(gè)第一斜激波178 和第二斜激波180而減小(但是應(yīng)當(dāng)注意到，保持超音速)。此外，流體116的壓力增大，并 且流體116的體積減小。隨著流體116通過(guò)咽喉區(qū)域128，流體116的速度在咽喉區(qū)域128 的下游處增大，直到正激波170。隨著流體通過(guò)正激波170，流體116的速度相對(duì)于轉(zhuǎn)子盤 56減小至亞音速速度。
[0042]在示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子盤56限定了盤腔184 (圖2)。致動(dòng)器組件168定位在盤 腔184內(nèi)并且可以連接至環(huán)形盤體58的內(nèi)表面182 (圖2)或者限定了盤腔184的一些其 它的合適表面。在示例性實(shí)施例中，致動(dòng)器組件168是液壓活塞式機(jī)構(gòu)，并且包括液壓泵組 件186、液壓缸188、和液壓活塞190。液壓泵組件186與液壓缸188流體連通地連接，以用 于調(diào)節(jié)容納在液壓缸188內(nèi)的液壓流體的壓力。液壓活塞190定位在液壓缸188內(nèi)并且被 構(gòu)造成相對(duì)于液壓缸188移動(dòng)。偏置機(jī)構(gòu)192連接至液壓活塞190并且連接至液壓缸188， 以使液壓活塞190朝向中心軸線62徑向向內(nèi)偏置。液壓活塞190連接至超音速壓縮斜面 112，以使超音速壓縮斜面112從第一位置156移動(dòng)至第二位置158，并且從第二位置158移 動(dòng)至第一位置156。在示例性實(shí)施例中，致動(dòng)器組件168被構(gòu)造成將超音速壓縮斜面112選 擇性地定位在第一位置156、第二位置158、以及第一位置156與第二位置158之間的任何 位置處。
[0043]在示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24與液壓泵組件186操作連通地連接，以用于控制 液壓泵組件186的操作。在操作期間，液壓泵組件186使液壓缸188內(nèi)的液壓壓力增大，以 使液壓活塞190沿徑向方向72朝向徑向外表面66移動(dòng)。隨著液壓壓力增大，液壓活塞190 使超音速壓縮斜面112從第一位置156移向第二位置158。隨著液壓缸內(nèi)的液壓壓力減小， 偏置機(jī)構(gòu)192使液壓活塞徑向向內(nèi)移動(dòng)，從而使超音速壓縮斜面從第二位置158移向第一 位置156。在圖4和圖5中所示的實(shí)施例中，超音速壓縮機(jī)斜面112從位置156徑向向外移 動(dòng)并且略微樞轉(zhuǎn)以達(dá)到位置158，所述徑向向外移動(dòng)和所述樞轉(zhuǎn)由致動(dòng)器組件168引起和 控制。
[0044]圖6是示出了示例性控制系統(tǒng)24的方框圖。在示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24是 包括任何適合的基于處理器的系統(tǒng)或基于微處理器的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制器，例如計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)，所述基于處理器的系統(tǒng)或基于微處理器的系統(tǒng)包括微控制器、精簡(jiǎn)指令集電路(RISC)、 專用集成電路(ASIC)、邏輯電路、和/或能夠執(zhí)行本文中所描述的功能的任何其它的電路 或處理器。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24是包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和/或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)的微處理器，例如具有2兆比特ROM和64千比特RAM的32位微計(jì)算機(jī)。如本文所使 用的，術(shù)語(yǔ)“實(shí)時(shí)”指的是在影響輸出的輸入發(fā)生變化之后的相當(dāng)短的時(shí)間周期中產(chǎn)生的輸 出，其中“時(shí)間周期”是可以基于輸出的重要性和/或系統(tǒng)對(duì)輸入進(jìn)行處理以產(chǎn)生輸出的能 力來(lái)進(jìn)行選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0045]在示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24包括存儲(chǔ)區(qū)域200，該存儲(chǔ)區(qū)域200被構(gòu)造成存儲(chǔ) 可執(zhí)行指令以及/或者表示和/或指示超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的操作條件的一個(gè)或更多個(gè) 操作參數(shù)。操作參數(shù)可以表示和/或指示但不限于流體壓力、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、和/或流體溫度。 控制系統(tǒng)24還包括處理器202，該處理器202連接至存儲(chǔ)區(qū)域200并且被編程為至少部分地基于一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)來(lái)確定一個(gè)或多個(gè)超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)控制裝置204的操作，例如超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器202包括處理單元，例如但不限于集成電路(1C)、專用集成電路(ASIC)、微計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)和/或任意其它的可編程電路。備選地，處理器202可以包括多重處理單元(例如，在多核構(gòu)造中)。
[0046]在示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24包括傳感器接口 206，該傳感器接口 206連接至至少一個(gè)傳感器36 (例如速度傳感器52、和/或壓力傳感器46)，以用于從傳感器36接收一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。每一個(gè)傳感器36都產(chǎn)生并且發(fā)射與超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的操作參數(shù)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。此外，每一個(gè)傳感器36都可以例如連續(xù)地、周期性地發(fā)射信號(hào)或者僅發(fā)射一次信號(hào)，但是也能夠構(gòu)想其它的信號(hào)時(shí)序。此外，每一個(gè)傳感器36都可以發(fā)射成模擬形式或成數(shù)字形式的信號(hào)。控制系統(tǒng)24通過(guò)處理器202對(duì)信號(hào)(多個(gè)信號(hào))進(jìn)行處理，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。在一些實(shí)施例中，處理器202被編程(例如，通過(guò)存儲(chǔ)區(qū)域200中的可執(zhí)行指令)以對(duì)由傳感器36產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行采樣。例如，處理器202可以從傳感器36接收連續(xù)信號(hào)，并且作為響應(yīng)基于該連續(xù)信號(hào)周期性地(例如，每五秒一次)計(jì)算超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的操作模式。在一些實(shí)施例中，處理器202對(duì)從傳感器36接收的信號(hào)進(jìn)行歸一化。例如，傳感器36可以通過(guò)與操作參數(shù)值成正比例的參數(shù)(例如，電壓)產(chǎn)生模擬信號(hào)。處理器202可以被編程為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成操作參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器接口 206包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器將由傳感器36產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成可被制系統(tǒng)24使用的多位數(shù)字信號(hào)。
[0047]控制系統(tǒng)24還包括控制接口 208，該控制接口 208被構(gòu)造成控制超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10的操作。在一些實(shí)施例中，控制接口 208操作性地連接至一個(gè)或多個(gè)超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)控制裝置204，例如超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44。
[0048]控制接口 208與控制裝置204之間以及傳感器接口 206與傳感器36之間能夠?qū)崿F(xiàn)多種連接。這些連接可以包括但不限于電導(dǎo)體、低級(jí)串行數(shù)據(jù)連接(例如推薦標(biāo)準(zhǔn)(RS)232或RS-485)、高級(jí)串行數(shù)據(jù)連接(例如通用串行總線(USB)或電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)1394 (a/k/a火線))、并行數(shù)據(jù)連接(例如IEEE1284或IEEE488)、短距離無(wú)線通信信道(例如藍(lán)牙)、和/或有線或無(wú)線專用(例如超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10之外不可到達(dá)的)網(wǎng)絡(luò)連接。
[0049]再次參照?qǐng)D4，在示例性實(shí)施例中，壓力傳感器46連接至超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44并且被構(gòu)造成感測(cè)流通道88內(nèi)的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器46定位在咽喉區(qū)域128的上游，以用于感測(cè)流通道88的壓縮區(qū)域142內(nèi)的壓力。備選地，壓力傳感器46可以定位在任何合適的位置處，以使得控制系統(tǒng)24能夠如本文中所描述地起作用。在示例性實(shí)施例中，速度傳感器52連接至超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44，以用于感測(cè)轉(zhuǎn)子盤56的轉(zhuǎn)速。
[0050]在超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)10操作期間，控制系統(tǒng)24從速度傳感器52接收表示超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的轉(zhuǎn)速的信號(hào)并且從壓力傳感器46接收表示流通道88內(nèi)的流體116的壓力的信號(hào)。控制系統(tǒng)24被構(gòu)造成至少部分地基于超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的轉(zhuǎn)速和流通道88內(nèi)的流體壓力來(lái)計(jì)算正激波170在流通道88內(nèi)的位置?？刂葡到y(tǒng)24還被構(gòu)造成基于計(jì)算出的正激波170的位置將超音速壓縮斜面112選擇性地定位在第一位置156與第二位置158之間。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24被構(gòu)造成比較計(jì)算出的正激波170的位置與預(yù)定位置并且確定正激波170處于第一位置172還是第二位置174。在示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24基于確定正激波170處于第一位置172還是第二位置174來(lái)將超音速壓縮斜面112選擇性地定位在第一位置156、第二位置158、以及第一位置156與第二位置158之間的任何位置處。在備選實(shí)施例中，控制系統(tǒng)24被構(gòu)造成比較感測(cè)到的流體壓力與預(yù)定壓力和/或預(yù)定壓力值范圍。如果感測(cè)到的流體壓力與預(yù)定壓力不同并且/或者不屬于壓力值的預(yù)定范圍內(nèi)，則控制系統(tǒng)24操作超音速壓縮斜面112以調(diào)節(jié)咽喉區(qū)域128的橫截面積126，直到感測(cè)到的流體壓力與預(yù)定壓力基本相等或者處于預(yù)定壓力值范圍內(nèi)為止。
[0051]圖7是示出了操作超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44以壓縮流體的示例性方法300的流程圖。在示例性實(shí)施例中，方法300包括將來(lái)自速度傳感器52的表示超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子44的轉(zhuǎn)速的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)發(fā)射302至控制系統(tǒng)24。表示流通道88內(nèi)的壓力的第二監(jiān)測(cè)信號(hào)從壓力傳感器46被發(fā)射304至控制系統(tǒng)24。至少部分地基于第一監(jiān)測(cè)信號(hào)和第二監(jiān)測(cè)信號(hào)來(lái)通過(guò)控制系統(tǒng)24計(jì)算306正激波170的位置。控制系統(tǒng)24基于計(jì)算出的位置來(lái)確定308正激波170是否定位在咽喉區(qū)域128的下游處?？刂葡到y(tǒng)24基于正激波170是否定位在咽喉區(qū)域128的下游處來(lái)將超音速壓縮斜面112定位310在第一位置156和第二位置158中的一個(gè)位置處。
[0052]本文中所描述的系統(tǒng)、方法、和裝置的示例性技術(shù)效果包括以下中的至少一個(gè):(a)從第一傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)射表示超音速壓縮轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的第一信號(hào)；(b)從第二傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)射表示流通道內(nèi)的壓力的第二信號(hào)；(C)至少部分地基于第一信號(hào)和第二信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波的位置；(d)基于計(jì)算出的位置來(lái)確定正激波是否定位在咽喉區(qū)域的下游處；以及(e)基于確定正激波是否位于咽喉區(qū)域的下游處來(lái)將超音速壓縮斜面定位在第一位置和第二位置中的一個(gè)位置處。
[0053]上文所描述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子提供了用于提高超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的性能效率的成本有效和可靠的方法。此外，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子有利于通過(guò)一旦已獲得期望的操作條件就調(diào)節(jié)咽喉區(qū)域中的最小橫截面積(如由在咽喉區(qū)域的下游的流通道內(nèi)形成的正激波的位置所指示的)來(lái)提高超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的操作效率。更具體地，本文中所描述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括能夠選擇性地定位在第一位置與第二位置之間以有利于調(diào)節(jié)流通道的最小橫截面積的超音速壓縮斜面。通過(guò)調(diào)節(jié)最小橫截面積，超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子有利于改進(jìn)超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的操作效率。這樣，可以降低操作和維護(hù)超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)的成本。
[0054]上文詳細(xì)地描述了用于組裝超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施例。所述系統(tǒng)和方法不限于本文中所描述的特定實(shí)施例，相反地，可以與本文中所描述的其它的部件和/或步驟系統(tǒng)獨(dú)立并且單獨(dú)地利用系統(tǒng)的部件和/或方法的步驟。例如，所述系統(tǒng)和方法還可以結(jié)合其它的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和方法使用，并且不期望僅通過(guò)本文中所描述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)施。相反，示例性實(shí)施例能夠結(jié)合多種其它的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)實(shí)施和利用。
[0055]盡管本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的特定特征可能示于一些附圖中而未示于其它附圖中，但這僅僅是為了方便起見。此外，不期望將在上文的描述中參照“一個(gè)實(shí)施例”理解成排除同樣結(jié)合了所列舉的特征的其它實(shí)施例的存在。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任何特征都可以結(jié)合任何其它附圖的任何特征被參照并且/或者要求保護(hù)。
[0056]本書面描述使用例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了公開(其中包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的可專利范圍通過(guò)權(quán)利要求進(jìn)行限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其它的例子。如果這種其它的例子具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或 者如果這種其它的例子包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則期望 這種其它的例子落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括:基本上呈圓柱形的盤體，所述盤體包括上游表面、下游表面、和在所述上游表面與所述下游表面之間大體軸向延伸的徑向外表面，所述盤體限定了中心線軸線；多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片連接至所述徑向外表面，相鄰的所述葉片形成一對(duì)并且定向成使得在每一個(gè)所述一對(duì)相鄰葉片之間限定流通道，所述流通道在進(jìn)口開口與出口開口之間大體軸向延伸；以及至少一個(gè)超音速壓縮斜面，所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面定位在所述流通道內(nèi)，所述超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置、第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面限定了所述流通道的咽喉區(qū)域，所述咽喉區(qū)域具有所述所述流通道的最小橫截面積， 所述超音速壓縮斜面被構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述咽喉區(qū)域的橫截面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子還包括連接至所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器被構(gòu)造成將所述超音速壓縮斜面定位在所述第一位置、所述第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)操作性地連接至所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面，以有利于使位于所述第一位置、所述第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處的所述超音速壓縮斜面移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子還包括至少第一傳感器，所述第一傳感器被構(gòu)造成感測(cè)所述轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)速并且產(chǎn)生表示感測(cè)到的轉(zhuǎn)速的至少第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述控制系統(tǒng)通信地連接至所述第一傳感器，以用于從所述第一傳感器接收所產(chǎn)生的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成基于接收到的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波在所述流通道內(nèi)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述 的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子還包括至少第二傳感器，所述第二傳感器被構(gòu)造成感測(cè)所述流通道內(nèi)的壓力并且向所述控制系統(tǒng)發(fā)射表示感測(cè)到的壓力的至少第二監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成基于所述第一感測(cè)信號(hào)和所述第二感測(cè)信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成基于計(jì)算出的正激波的位置來(lái)定位所述超音速壓縮斜面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成在確定感測(cè)到的壓力與預(yù)定壓力不同時(shí)使所述超音速壓縮斜面移動(dòng)。
9.一種超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，所述超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)包括:殼體，所述殼體包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面限定了在流體進(jìn)口與流體出口之間延伸的腔；驅(qū)動(dòng)軸，所述驅(qū)動(dòng)軸定位在所述殼體內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)地連接至驅(qū)動(dòng)組件；以及超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子連接至所述驅(qū)動(dòng)軸，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子定位在所述流體進(jìn)口與所述流體出口之間，以用于將流體從所述流體進(jìn)口引導(dǎo)至所述流體出口，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括: 基本呈圓柱形的盤體，所述盤體包括上游表面、下游表面、和在所述上游表面與所述下游表面之間大體軸向延伸的徑向外表面，所述盤體限定了中心線軸線； 多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片連接至所述徑向外表面，相鄰的所述葉片形成一對(duì)并且定向成使得每一個(gè)所述一對(duì)相鄰葉片之間都限定了流通道，所述流通道在進(jìn)口開口與出口開口之間大體軸向延伸；以及 至少一個(gè)超音速壓縮斜面，所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面定位在所述流通道內(nèi)，所述超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置、第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面限定了所述流通道的咽喉區(qū)域，所述咽喉區(qū)域具有所述流通道的最小橫截面積，所述超音速壓縮斜面被構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述咽喉區(qū)域的橫截面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器連接至所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面，所述致動(dòng)器被構(gòu)造成將所述超音速壓縮斜面定位在所述第一位置、所述第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)操作性地連接至所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面，以有利于使位于所述第一位置、所述第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處的所述超音速壓縮斜面移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)還包括至少第一傳感器，所述第一傳感器被構(gòu)造成感測(cè)所述轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)速并且產(chǎn)生表示感測(cè)到的轉(zhuǎn)速的至少第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述控制系統(tǒng)通信地連接至所述第一傳感器以用于從所述第一傳感器接收所產(chǎn)生的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成基于接收到的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波在所述流通道內(nèi)的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)還包括至少第二傳感器，所述第二傳感器被構(gòu)造成感測(cè)所述流通道內(nèi)的壓力并且向所述控制系統(tǒng)發(fā)射表示感測(cè)到的壓力的至少第二監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成基于所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)和所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成基于計(jì)算出的正激波的位置來(lái)定位所述超音速壓縮斜面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超音速壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成在確定感測(cè)到的壓力與預(yù)定壓力不同時(shí)定位所述超音速壓縮斜面。
17.—種壓縮流體的方法，所述方法包括: 將待壓縮的流體引入旋轉(zhuǎn)超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的進(jìn)口開口中，所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括:(i)基本上呈圓柱形的盤體，所述盤體包括上游表面、下游表面、和在所述上游表面與所述下游表面之間大體軸向延伸的徑向外表面，所述盤體限定了中心線軸線；(ii)多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片連接至所述徑向外表面，相鄰的所述葉片形成一對(duì)并且定向成使得每一個(gè)所述一對(duì)相鄰葉片之間都限定了流通道，所述流通道在進(jìn)口開口與出口開口之間大體軸向延伸；以及(iii)至少一個(gè)超音速壓縮斜面，所述至少一個(gè)超音速壓縮斜面定位在所述流通道內(nèi)，所述超音速壓縮斜面能夠選擇性地定位在第一位置、第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處；在所述超音速壓縮機(jī)斜面定位在所述第一位置處的情況下操作所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，直到正激波形成在由所述超音速壓縮機(jī)斜面的后緣所限定的咽喉區(qū)域的下游處為止； 將所述超音速壓縮機(jī)斜面定位在所述第二位置處，所述第二位置的特征在于最小橫截面積，所述最小橫截面積比所述第一位置的相應(yīng)的最小橫截面積特性??；以及在所述超音速壓縮機(jī)斜面定位在所述第二位置處的情況下操作所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生壓縮流體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:從第一傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)射表示所述超音速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的第一信號(hào)；以及至少部分地基于所述第一信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:從第二傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)射表示所述流通道內(nèi)的壓力的第二信號(hào)；以及至少部分地基于所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)來(lái)計(jì)算正激波的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:基于計(jì)算出的位置來(lái)確定正激波是否定位在所述咽喉區(qū)域的下游；以及基于確定正激波是否定位在所述咽喉區(qū)域的下游而將所述超音速壓縮斜面定位在所述第一位置 、所述第二位置、以及所述第一位置與所述第二位置之間的任何位置處。
【文檔編號(hào)】F04D21/00GK103597213SQ201280025973
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】D.C.霍菲爾, D.戈塔普 申請(qǐng)人:通用電氣公司