专利名称：超音速压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及压缩机和包括压缩机的系统。具体地说，本发明涉及包括超音速压缩 机转子的超音速压缩机和包括压缩机的系统。
背景技术：
传统的压缩机系统被广泛地用于压缩气体，并在许多普遍采用的技术中找到用 途，其范围从制冷单元到喷气发动机。压缩机的基本目的是输送和压缩气体。为此，压缩机 通常对低压环境中的气体施加机械能，并将气体输送至高压环境，在高压环境下压缩气体， 其中，压缩气体可用于做功或作为利用高压气体的下游过程的输入。气体压缩技术已发展 得很成熟，并因为离心机、混流机和轴流机而不同。传统的压缩机系统虽然非常有用，但是 受限于单级压缩机可达到的压力比相对较低。在需要高的总压力比的情况下，可采用包括 多个压缩级的传统压缩机系统。然而，包括多个压缩级的传统压缩机系统倾向于大而复杂， 且成本高。具有反向旋转级的传统的压缩机系统也是已知的。近些年来，已经公开了包括超音速压缩机转子的压缩机系统。这种压缩机系统，有 时被称为超音速压缩机，通过使入口气体与具有转子轮缘表面结构的移动转子相接触而输 送并压缩气体，该移动转子将入口气体从超音速压缩机转子的低压侧输送并压缩至超音速 压缩机转子的高压侧。与传统的压缩机相比，虽然利用超音速压缩机可获得更高的单级压 力比，但进一步的改进将是非常期望的。如本文中详细地所述，本发明提供了新颖的多级超音速压缩机，其相对于已知的 超音速压缩机而言，在压缩机性能方面提供了意想不到的增强。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，包括(a)流体入口 ； (b)流体 出口 ；以及(c)至少两个反向旋转的超音速压缩机转子，所述超音速压缩机转子配置成串 联，从而将来自具有第一旋转方向的第一超音速压缩机转子的输出弓丨导至第二超音速压缩 机转子，该第二超音速压缩机转子配置成相对于第一超音速压缩机转子进行反向旋转。在另一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，包括(a)流体入口 ； (b)流 体出口 ；以及(c)第一超音速压缩机转子和第二反向旋转的超音速压缩机转子，所述超音 速压缩机转子配置成串联，从而将来自第一超音速压缩机转子的输出引导至第二反向旋转 的超音速压缩机转子，所述超音速压缩机转子共用一个公共的旋转轴线。在又一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，包括(a)气体导管，包括 (i)低压气体入口和(ii)高压气体出口 ； (b)设置在所述气体导管内的第一超音速压缩机 转子；以及(C)设置在所述气体导管内的第二反向旋转的超音速压缩机转子，所述超音速 压缩机转子配置成串联，从而将来自第一超音速压缩机转子的输出引导至第二反向旋转的 超音速压缩机转子，所述超音速压缩机转子限定了位于所述第一超音速压缩机转子的上游 的低压导管段、设置在所述第一超音速压缩机转子和所述第二反向旋转的超音速压缩机转子之间的中间导管段、以及位于所述第二反向旋转的超音速压缩机转子的下游的高压导管段，所述超音速压缩机转子共用一个公共的旋转轴线。
为了本领域的普通技术人员能够完全理解本发明的新颖特征、原理和优势，本公 开不仅提供详细说明，还提供以下附图。图1描绘了本发明的一个实施例，显示了超音速压缩机的一部分，包括第一超音 速压缩机转子和第二反向旋转的超音速压缩机转子。图2描绘了本发明的一个实施例，显示了超音速压缩机的一部分，包括第一超音 速压缩机转子和第二反向旋转的超音速压缩机转子。图3描绘了概念性地呈现的本发明的一个实施例，显示了将第一超音速压缩机转 子与第二反向旋转的超音速压缩机转子联接的优势。图4描绘了本发明的一个实施例，显示了超音速压缩机的一部分，包括外壳内所 包含的第一超音速压缩机转子和第二反向旋转的超音速压缩机转子。图5描绘了本发明的一个实施例，显示了超音速压缩机的一部分，包括外壳内所 包含的第一超音速压缩机转子和第二反向旋转的超音速压缩机转子。当参照附图并阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的各种特征、方面和优 势，其中，在所有附图中，相似的标号表示相似的部件。除非另外指出，否则本文提供的附图 意味着显示本发明的关键性的发明特征。这些关键性的发明特征被认为可应用于包括本发 明的一个或多个实施例的多种系统。因此，附图并不意味着包括本领域中的普通技术人员 所已知的为实践本发明而需要的所有传统特征。
具体实施例方式在以下的说明书和所附的权利要求中将引用许多术语，其将被限定具有以下含 义。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式的所指对象，除非上下文明确指出。“可选的”或“可选地”意味着接下来所述的事件或情况可能发生或可能不发生，而 且该描述包括事件发生的情形和不发生的情形。在本文中使用时，术语“超音速压缩机”指包括超音速压缩机转子的压缩机。在本文中使用时，近似语句在整个说明书和权利要求中可被用来修饰任何数量表 述，该数量表述可在不导致其相关的基本功能发生变化的情况下允许变化。因此，由诸如 “大约”和“大致”的术语修饰的值并不限于特定的精确值。在至少一些情况下，近似语句可 与用于测量该值的仪器的精度相符合。除非上下文或语句中指出，否则这里和整个说明书 及权利要求内，可将范围的限制进行组合和/或互换，这种范围被确定并包括在该范围内 包含的所有子范围。与可能包括一个或多个超音速压缩机转子的已知的超音速压缩机相反，已经发 现，当采用配置成串联的至少两个反向旋转的超音速压缩机转子时，在压缩机性能方面可 获得显著且意想不到的增强。由本发明提供的超音速压缩机转子的新颖配置提供了比使用 已知的超音速压缩机转子配置的超音速压缩机更高效的超音速压缩机。因而，本发明提供了包括配置成串联的至少两个反向旋转的超音速压缩机转子的超音速压缩机。本发明提供 的超音速压缩机还包括流体入口和流体出口。 本发明提供的超音速压缩机包括配置成“串联”的至少两个超音速压缩机转子，意 味着来自具有第一旋转方向的第一超音速压缩机转子的输出被引导至配置成相对于第一 超音速压缩机转子而反向旋转的第二超音速压缩机转子。包括超音速压缩机转子的超音速压缩机对于本领域中的普通技术人员是已知的， 并且在例如分别于2005年3月28日和2005年3月23日提交的美国专利序号7，334，990 和7，293，955中被详细描述，这两个美国专利通过引用而完整地结合在本文中，附带说一 句，在所引用的任一专利所体现的公开与本申请的材料部分发生冲突的地方，本申请将被 认为是权威性的。超音速压缩机转子通常是具有第一面、第二面以及外轮缘的圆盘，并包括设置在 圆盘的外轮缘上的压缩斜面，所述压缩斜面配置成，当转子围绕其旋转轴线旋转时，将诸如 气体的流体从转子的第一面输送至转子的第二面。转子可通过联接到转子上的驱动轴而围 绕其旋转轴线旋转。转子被称为超音速压缩机转子是因为其设计成在高速下围绕旋转轴线 进行旋转，使得在设置于转子轮缘上的压缩斜面处遭遇旋转的超音速压缩机转子的例如移 动气体的移动流体据称具有超音速的相对流体速度。根据轮缘处的转子速度和遭遇旋转的 转子的轮缘之前的流体速度的矢量和，可限定相对流体速度。这种相对流体速度有时被称 为“局部超音速入口速度”，其在某些实施例中是入口气体速度和设置在超音速压缩机转子 的轮缘上的超音速斜面的切向速度的组合。超音速压缩机转子被设计成在非常高的切向速 度下服务，例如在300米/秒至800米/秒的范围内的切向速度下。通常，超音速压缩机包括具有气体入口和气体出口的外壳，以及设置在气体入口 和气体出口之间的超音速压缩机转子。超音速压缩机转子装备有压缩气体并将气体从转子 入口侧传送至转子出口侧的轮缘表面结构。在一个实施例中，轮缘表面结构包括被称为箍 条的凸出的螺旋结构以及设置在上游箍条和下游箍条之间的一个或多个压缩斜面。箍条和 压缩斜面协同地起作用，以捕获最靠近气体入口的转子表面处的气体，在转子轮缘表面和 外壳的内表面之间压缩气体，并将所捕获的气体传送到转子的出口表面。超音速压缩机转 子设计成使得转子轮缘表面上的箍条和外壳的内表面之间的距离减小，从而限制了气体从 超音速压缩机转子的出口表面至入口表面的返回通道。注意，由本发明提供的超音速压缩机包括至少两个串联的反向旋转的超音速压缩 机转子，使得来自第一超音速压缩机转子的输出，例如压缩气体，被用作第二超音速压缩机 转子的输入，该第二超音速压缩机转子在某种意义上与第一超音速压缩机转子的旋转相反 地旋转。例如，如果第一超音速压缩机转子配置成以顺时针的方式旋转，那么，第二超音速 压缩机转子配置成以逆时针的方式旋转。第二超音速压缩机转子据称配置成相对于第一超 音速压缩机转子进行反向旋转。当各转子具有相同的形状、重量和直径，由相同的材料制成，并拥有相同类型和相 同数量的轮缘表面特征时，第一和第二超音速压缩机转子被称为“本质上相同”。然而，本领 域中的普通技术人员应该懂得“本质上相同”的第一和第二超音速压缩机转子将是彼此的 镜像。如果两个超音速压缩机转子所压缩的流体的移动在相同的主方向上，那么，串联排列 的两个本质上相同的反向旋转的超音速压缩机转子将是彼此的镜像。因而，在一个实施例中，本发明提供了 一种超音速压缩机，其包括与第二超音速压缩机转子本质上相同的第一 超音速压缩机转子，两个转子配置成串联，两个转子是彼此的镜像，第二超音速压缩机转子 配置成相对于第一超音速压缩机转子进行反向旋转。在一个备选实施例中，由本发明提供的超音速压缩机包括配置成串联的两个反向 旋转的超音速压缩机转子，其中，第一超音速压缩机转子不同于第二超音速压缩机转子。在 本文中使用时，当转子在某些方面实质上不同时，两个反向旋转的超音速压缩机转子不同。 例如，配置成串联的两个反向旋转的超音速压缩机转子之间的实质差异包括形状、重量和 直径、构造材料以及轮缘表面特征的类型和数量的差异。例如，包括不同数量的压缩斜面的 两个其它方面相同的反向旋转的超音速压缩机转子将被称为“不同”。
通常，配置成串联的反向旋转的超音速压缩机转子共用一个公共的旋转轴线，但 第一超音速压缩机转子和第二超音速压缩机转子的各个具有不同的旋转轴线的配置也是 可行的。在转子共用一个公共的旋转轴线的实施例中，转子据称沿着一个公共的旋转轴线 进行排列。因而，在一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，其包括流体入口、流体 出口以及配置成串联的至少两个反向旋转的超音速压缩机转子，所述转子沿着一个公共的 旋转轴线进行排列。在一个备选实施例中，所述转子不共用一个公共的旋转轴线。联接在超音速压缩机转子中的一个或多个上的一个或多个驱动轴可驱动反向旋 转的超音速压缩机转子。在一个实施例中，反向旋转的超音速压缩机转子的各个由专用的 驱动轴驱动。因而，在一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，其包括流体入口、流 体出口以及配置成串联的至少两个反向旋转的超音速压缩机转子，其中，第一超音速压缩 机转子联接到第一驱动轴上，并且所述第二超音速压缩机转子联接到第二驱动轴上，其中， 第一驱动轴和第二驱动轴沿着一个公共的旋转轴线进行排列。本领域中的普通技术人员将 领会到，在两个反向旋转的超音速压缩机转子各由专用的驱动轴驱动的情况下，驱动轴将 在各种实施例中本身配置成针对反向旋转运动。在一个实施例中，第一驱动轴和第二驱动 轴反向旋转，共用一个公共的旋转轴线且同心，意味着第一驱动轴和第二驱动轴中的一个 设置在另一驱动轴内。在一个实施例中，由本发明提供的超音速压缩机包括联接到公共的 驱动电动机上的第一驱动轴和第二驱动轴。在一个备选实施例中，由本发明提供的超音速 压缩机包括联接到至少两个不同的驱动电动机上的第一驱动轴和第二驱动轴。本领域中的 普通技术人员将懂得，驱动电动机用于“驱动”(旋转)驱动轴，其继而驱动超音速压缩机转 子，并且也将懂得(通过齿轮、链条等)将驱动电动机联接到驱动轴上的通常采用的装置， 还将懂得用于控制驱动轴旋转的速度的装置。在一个实施例中，第一驱动轴和第二驱动轴 由反向旋转的涡轮驱动，该涡轮具有配置成沿相反方向旋转的两组叶片，一组叶片的运动 方向由各组的组成叶片的形状确定。在一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，其包括至少三个反向旋转的 超音速压缩机转子。例如，超音速压缩机转子可配置成串联，使得来自具有第一旋转方向的 第一超音速压缩机转子的输出被引导至配置成相对于第一超音速压缩机转子而反向旋转 的第二超音速压缩机转子，并且还使得来自第二超音速压缩机转子的输出被引导至配置成 相对于第二超音速压缩机转子而反向旋转的第三超音速压缩机转子。本领域中的普通技术人员将懂得，通过在压缩机内包含流体导向叶片，可增强传 统的压缩机和超音速压缩机的性能。因而，在一个实施例中，本发明提供了一种超音速压缩机，其包括流体入口、流体出口、配置成串联的至少两个反向旋转的超音速压缩机转子以及一个或多个流体导向叶片。在一个实施例中，超音速压缩机可包括多个流体导向叶片。流 体导向叶片可设置在流体入口和第一(上游)超音速压缩机转子之间，设置在第一超音速 压缩机转子和第二(下游)超音速压缩机转子之间，设置在第二超音速压缩机转子和流体 出口之间，或其一些组合。因而，在一个实施例中，由本发明提供的超音速压缩机包括设置 在流体入口和第一(上游)超音速压缩机转子之间的流体导向叶片，在这种情况下，可在逻 辑上将流体导向叶片称为入口导向叶片(inlet guide vanes, IGV)。在另一个实施例中， 由本发明提供的超音速压缩机包括设置在第一和第二超音速压缩机转子之间的流体导向 叶片，在这种情况下，可在逻辑上将流体导向叶片称为中间导向叶片(intermediate guide vanes, InGV)。在另一个实施例中，由本发明提供的超音速压缩机包括设置在第二超音速压 缩机转子和流体出口之间的流体导向叶片，在这种情况下，可在逻辑上将流体导向叶片称 为出口导向叶片(outlet guide vanes,0GV)o在一个实施例中，由本发明提供的超音速压 缩机包括入口导向叶片、出口导向叶片以及设置在第一及第二超音速压缩机转子之间的中 间导向叶片的组合。在一个实施例中，由本发明提供的超音速压缩机还包括传统的离心压缩机，其配 置成增加向构件的超音速压缩机转子呈现的气体压力。因而，在一个实施例中，由本发明提 供的超音速压缩机包括位于流体入口和第一超音速压缩机转子之间的传统的离心压缩机。为了方便起见，位于流体入口和第一超音速压缩机转子之间的超音速压缩机部分 在本文中有时可被称为超音速压缩机的低压侧，并将第一超音速压缩机转子的最靠近流体 入口的面称为第一超音速压缩机转子的低压面。类似地，位于第一超音速压缩机转子和第 二超音速压缩机转子之间的超音速压缩机部分在本文中有时可被称为超音速压缩机的中 压部分。另外，位于第二超音速压缩机转子和流体出口之间的超音速压缩机部分在本文中 有时可被称为超音速压缩机的高压侧，并将第二超音速压缩机转子的最靠近流体出口的面 称为第二超音速压缩机转子的高压面。第一和第二超音速压缩机转子的最靠近超音速压缩 机的中压部分的面在本文中有时可分别被称为第一超音速压缩机转子的中压面和第二超 音速压缩机转子的中压面。在一个实施例中，由本发明提供的超音速压缩机被包括在更大的系统内，例如燃 气涡轮发动机，例如喷气发动机。相信由于由本发明提供的超音速压缩机可获得的增强的 压缩比，燃气涡轮发动机的整体尺寸和重量可减少，并从中获得好处。在一个实施例中，由本发明提供的超音速压缩机，包括(a)气体导管，包括⑴低 压气体入口和(ii)高压气体出口 ；(b)第一超音速压缩机转子，设置在所述气体导管内；以 及(c)第二反向旋转的超音速压缩机转子，设置在所述气体导管内；所述超音速压缩机转 子配置成串联，从而将来自第一超音速压缩机转子的输出引导至第二反向旋转的超音速压 缩机转子，所述超音速压缩机转子限定了位于所述第一超音速压缩机转子的上游的低压导 管段、设置在所述第一超音速压缩机转子和所述第二反向旋转的超音速压缩机转子之间的 中压导管段、以及位于所述第二反向旋转的超音速压缩机转子的下游(即，位于第二反向 旋转的超音速压缩机转子和高压出口之间)的高压导管段，所述超音速压缩机转子共用一 个公共的旋转轴线。第一和第二超音速压缩机转子本质上可以相同，第一和第二超音速压 缩机转子配置成，使得两个转子将通过在理想化的空间中设置于其间的反射面而作为彼此的镜像出现，其中，两个转子共用一个公共的旋转轴线。在一个备选的实施例中，第一超音 速压缩机转子不同于第二反向旋转的超音速压缩机转子。在本文中使用时，术语第二反向 旋转的超音速压缩机转子和第二超音速压缩机转子可以互换。术语第二反向旋转的超音速 压缩机转子用于强调第一和第二超音速压缩机转子配置成反向旋转(即配置成沿相反的 方向旋转)的事实。在一个实施例中，第一超音速压缩机转子联接到第一驱动轴上，并且第 二反向旋转的超音速压缩机转子联接到第二驱动轴上，其中，所述第一和第二驱动轴包括 一对同心的反向旋转的驱动轴。图1显示了本发明的一个实施例。该图描绘了超音速压缩机转子的构件和其在超 音速压缩机中的配置。因而，超音速压缩机包括由驱动轴300沿方向310驱动的第一超音 速压缩机转子100。超音速压缩机包括位于第一超音速压缩机转子100的上游的入口导向 叶片30。超音速压缩机包括配置成与第一超音速压缩机转子100串联的第二反向旋转的 超音速压缩机转子200。第一超音速压缩机转子100包括轮缘表面特征，该轮缘表面特征 包括压缩斜面110和排列在外表面110上的箍条150。类似地，第二超音速压缩机转子200 包括轮缘表面特征，该轮缘表面特征包括压缩斜面210和排列在外表面210上的箍条250。 第二超音速压缩机转子200由驱动轴400沿方向410驱动，或相对于驱动轴300和第一超 音速压缩机转子100进行反向旋转。超音速压缩机还包括位于第二超音速压缩机转子200 的下游的出口导向叶片40。图2显示了本发明的一个实施例。该图描绘了超音速压缩机转子的构件和其在超 音速压缩机中的配置。图2的特征在于排列在轮缘表面110和210上的压缩斜面120和 220，其在结构上不同于图1中特定的压缩斜面120和220。除了压缩斜面的结构之外，图1 和图2相同。图3显示了以概念形式呈现的本发明的一个实施例，并将在下面详细地论述。图4显示了本发明的一个实施例。该图描绘了超音速压缩机转子的构件和其在超 音速压缩机中的配置，该超音速压缩机包括具有内表面510的压缩机外壳500。因而，超音 速压缩机包括由驱动轴300沿方向310驱动的第一超音速压缩机转子100。超音速压缩机 包括位于第一超音速压缩机转子100的上游的入口导向叶片30。超音速压缩机包括配置成 与第一超音速压缩机转子100串联的第二反向旋转的超音速压缩机转子200。第一和第二 超音速压缩机转子包括轮缘表面特征，该轮缘表面特征包括压缩斜面和排列在轮缘的外表 面上的箍条。第二超音速压缩机转子200由驱动轴400沿方向410驱动，或相对于驱动轴 300和第一超音速压缩机转子100进行反向旋转。超音速压缩机还包括位于第二超音速压 缩机转子200的下游的出口导向叶片40。图5显示了本发明的一个实施例。该图描绘了超音速压缩机转子的构件和其在超 音速压缩机中的配置，该超音速压缩机包括具有气体入口 10、气体出口 20、内表面510以及 气体导管520的压缩机外壳500。在图5中显示了第一超音速压缩机转子100和第二超音 速压缩机转子200设置在气体导管520内。第一和第二超音速压缩机转子的各个包括(分 别)排列在轮缘表面110和210上的压缩斜面120和220。第一超音速压缩机转子100由 驱动轴300沿方向310驱动。第二超音速压缩机转子200配置成相对于第一超音速压缩机 转子100进行反向旋转。第二超音速压缩机转子200由驱动轴400沿方向410驱动。图5 中特定的超音速压缩机包括位于第一超音速压缩机转子100的上游的入口导向叶片30和位于第二超音速压缩机转子200的下游的出口导向叶片40。第一超音速压缩机转子100和第二超音速压缩机转子200显示为配置成串联，使得第一超音速压缩机转子100的输出被 用作第二超音速压缩机转子200的输入。超音速压缩机要求进入超音速压缩机转子的气体的高相对速度。这些速度必须大 于气体中的局部音速，因此称为“超音速”。出于包含在这部分中的论述目的，考虑运行期间 的超音速压缩机。气体通过气体入口而被引入到超音速压缩机中，该超音速压缩机包括排 列在第一超音速压缩机转子的上游的多个入口导向叶片(IGV)、第二超音速压缩机转子以 及一组出口导向叶片(OGV)。出自IGV的气体被第一超音速压缩机转子压缩，且第一超音 速压缩机转子的输出被引导至第二(反向旋转的)超音速压缩机转子，其输出将会遭遇一 组出口导向叶片(OGV)并被其修改。当气体遭遇入口导向叶片(IGV)时，气体被IGV加速 到高切向速度。这个切向速度与转子的切向速度组合，且这些速度的矢量和确定了进入转 子的气体的相对速度。通过IGV的气体加速导致局部静压力的减少，该局部静压力必须被 超音速压缩机转子中的压力上升所克服。跨越转子的压力上升是入口绝对切向速度和出口 绝对切向速度以及半径、流体属性和旋转速度的函数，并且由公式I给出，其中，Pl是入口 压力，P2是出口压力，Y是被压缩的气体的比热之比，Ω旋转速度，r是半径，V0是切向速 度，η (见指数)是多变效率，并且Ctll是入口处的声音停滞速度，其等于(γ*R*T0；)的平方 根，其中，R是气体常数，并且Ttl是进入气体的总温度。本领域中的普通技术人员将认识到 公式I是用于涡轮机械的欧拉方程的一种形式。<formula>formula see original document page 9</formula>公式1为了获得高压力比，跨越单个级需要大的Δ (rVe)值。入口导向叶片不能提供所 有所需的切向速度，因此离开高压力比压缩机的流将具有高切向速度。图3显示了本发明 的一个实施例，其中，出口压力(P。ut)对入口压力(Pin)的比为25。使用本领域中的普通技 术人员众所周知的方法可计算出图3中所示的值。图3中所显示的变量包括“alpha”(或 α)，其代表与固定的入口导向叶片或出口导向叶片相关并参照超音速压缩机转子的旋转 轴线的角度；“V”，其代表与固定的观测器，例如放置在入口导向叶片或出口导向叶片上 的固定的观测器相关的速度；“W”，其代表与第一超音速压缩机转子相关的速度(S卩，由跨 越在第一超音速压缩机转子上的观测器测量的速度)；“beta”(或β )，其代表与超音速 压缩机转子相关并参照超音速压缩机转子的旋转轴线的角度；“X”，其代表与第二超音速 压缩机转子相关的速度(即，由跨越在第二超音速压缩机转子上的观测器测量的速度)； “omega”(或Ω )，其代表每秒弧度的驱动轴旋转速率；“Μ”，其代表马赫数(流速/局部音 速)；以及“r”，为第一和第二超音速压缩机转子的半径。应该注意，本发明的各种实施例可 取得这种大约10至大约100的范围内的压力比。在图3所示的示例中，气体(未显示)遭 遇入口导向叶片(IGV)，气体从入口导向叶片出现，并接触第一超音速压缩机转子。然后气 体接触第二反向旋转的超音速压缩机转子，并最后接触一组出口导向叶片(OGV)。在图3所 示的示例中，离开第一超音速转子的流具有0.8的高绝对马赫数(M4)和77度的高切向流 角度(α4)。这种类型的高速涡流难以使用固定的扩散器高效地进行扩散。然而，这种流作 为具有与第一超音速压缩机转子的旋转方向相反的旋转方向的第二超音速压缩机转子的输入是很理想的。如图3中所示，气体流相对于第二转子的速度同样是超音速(M =1.8), 但由于声速及温度的增加而处于比第一转子略低的量级。离开第二超音速压缩机转子的流 具有较低的绝对马赫数(M5) (0. 5)和涡流角(a 6) (54度)，并代表易于在0GV中扩散的流。 总地说来，对于反向旋转的超音速压缩机的主要好处是在第一转子出口处高效地利用高速 涡流以向第二转子提供所需旋涡的能力。 以上的示例仅是示范性的，只用于举例说明本发明的一些特征。所附权利要求旨 在尽可能广泛想象地主张本发明，并且，本文中呈现的示例示范了从所有可能的实施例的 集合中选出的实施例。因此，申请人的意图是所附权利要求并不受到用于说明本发明特征 的示例的选择的限制。在权利要求中使用时，词语“包括”和其语法变化逻辑上也是广义的， 并包括变化的和不同的短语，例如但不限于“基本上由...组成”和“由...组成”。在已经 提供了范围的必要的情况下，那些范围包括其间的所有子范围。可以预计，这些范围内的变 型本身将会被本领域中的普通技术人员提出，并且，在未向公众公开的情况下，那些变型在 可能的情况下应被认为由所附权利要求覆盖。还可以预期，科学和技术的进步将使目前由 于语言的不严密而没有想到的等效物和替代物成为可能，并且，这些变型在可能的情况下 也应被认为由所附权利要求覆盖。
权利要求
一种超音速压缩机，包括(a)流体入口；(b)流体出口；以及(c)至少两个反向旋转的超音速压缩机转子，所述超音速压缩机转子配置成串联，从而将来自具有第一旋转方向的第一超音速压缩机转子的输出引导至第二超音速压缩机转子，该第二超音速压缩机转子配置成相对于所述第一超音速压缩机转子进行反向旋转。
2.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一超音速压缩机转子本质上与所述第二超音速压缩机转子相同。
3.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一超音速压缩机转子不同于所述第二超音速压缩机转子。
4.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于， 所述超音速压缩机转子沿着一个公共的旋转轴线进行排列。
5.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于， 所述超音速压缩机转子不共用一个公共的旋转轴线。
6.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一超音速压缩机转子联接到第一驱动轴上，所述第二超音速压缩机转子联接 到所述第二驱动轴上，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴沿着一个公共的旋转轴线进行排 列。
7.根据权利要求6所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴包括一对同心的反向旋转的驱动轴。
8.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于， 包括至少三个超音速压缩机转子。
9.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于， 还包括一个或多个流体导向叶片。
10.根据权利要求1所述的超音速压缩机，其特征在于，还包括位于所述流体入口和所述第一超音速压缩机转子之间的流体推进器。
全文摘要
本发明提供了一种新颖的超音速压缩机。在一个实施例中，这种新颖的超音速压缩机包括流体入口、流体出口以及至少两个反向旋转的超音速压缩机转子，所述超音速压缩机转子配置成串联，从而将来自具有第一旋转方向的第一超音速压缩机转子的输出引导至第二超音速压缩机转子，该第二超音速压缩机转子配置成相对于第一超音速压缩机转子进行反向旋转。
文档编号F04D21/00GK101813094SQ200910216818
公开日2010年8月25日 申请日期2009年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者D·C·霍菲尔, D·G·霍尔姆斯, Z·W·纳格尔 申请人:通用电气公司