CN102562178A - 用于空气循环机的涡轮机喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一种用于空气循环机的涡轮机喷嘴包括具有多个涡轮机翼片的盘区段，所述多个涡轮机翼片各自延伸翼片高度H，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，其中，比率W/H为0.745-0.769。

Description

用于空气循环机的涡轮机喷嘴
技术领域
本公开涉及空气循环机，更具体地涉及用于空气循环机的涡轮机喷嘴。
背景技术
空气循环机可包括离心压缩机和离心涡轮机，其安装成在轴上共同旋转。离心压缩机进一步压缩被部分压缩的空气，例如从气体涡轮发动机的压缩机接收的引气。被压缩的空气排放到下游换热器或其他系统，然后返回到离心涡轮机。被压缩的空气在涡轮机中膨胀，由此驱动压缩机。来自涡轮机的空气输出可被用作交通工具的空气供应，例如飞机的机舱。
发明内容
根据本公开的一个示例性方面，一种用于空气循环机的涡轮机喷嘴包括具有多个涡轮机翼片的盘区段，所述多个涡轮机翼片相对于所述盘区段延伸翼片高度H，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，其中，比率W/H为0.745-0.769。
根据本公开的一个示例性方面，一种用于空气循环机的涡轮机喷嘴，包括具有多个涡轮机翼片的盘区段，所述多个涡轮机翼片从所述盘区段延伸，所述多个涡轮机翼片的每一个具有翼型轮廓区段，所述翼型轮廓区段由表T-1中的一组点通过期望因子来限定，所述一组点包括成对的弦尺寸和厚度尺寸。
根据本公开的一个示例性方面，一种空气循环机包括涡轮机喷嘴，所述涡轮机喷嘴具有多个涡轮机翼片，所述多个涡轮机翼片各自延伸翼片高度H，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，其中，比率W/H为0.745-0.769。
根据本公开的一个示例性方面，一种在空气循环机中安装涡轮机喷嘴的方法，包括安装涡轮机喷嘴以至少部分地限定涡轮机流径，所述涡轮机喷嘴具有多个涡轮机翼片，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间并且所述多个涡轮机翼片的每一个限定翼片高度H，其中，比率W/H为0.745-0.769。
附图说明
通过以下对所公开非限制实施例的详细描述，各种特征将对本领域技术人员来说变得明显。伴随详细描述的附图可简要描述如下：
图1示出了示例性空气循环机的示意性剖面图；
图2示出了涡轮机喷嘴的透视图；
图3示出了涡轮机喷嘴的前视图；
图4是沿图3中的线4-4剖切的涡轮机喷嘴的剖面图；
图5是涡轮机喷嘴的后视图；并且
图6是涡轮机喷嘴的涡轮机翼片的放大图。
具体实施方式
图1示意性地示出了示例性空气循环机20（“ACM”），其被包括在交通工具的空气供应系统22中，例如飞机、直升机或者陆基交通工具。ACM 20包括压缩机区段24、涡轮机区段26和风扇区段28，其通常绕诸如系杆的主轴30布置。压缩机区段24包括压缩机转子32，涡轮机区段26包括涡轮机转子34，并且风扇区段28包括风扇转子36。压缩机转子32、涡轮机转子34和风扇转子36被固定在主轴30上，以便绕轴线A共同旋转。
涡轮机区段26通常包括涡轮机转子34、涡轮机护罩38和涡轮机喷嘴40，其被包含在涡轮机壳体区段44中。涡轮机区段26轴向地位于风扇区段28和压缩机区段24之间。涡轮机护罩38轴向地附接在涡轮机喷嘴40下游，以限定用于涡轮机转子34的流径46。
参见图2所示的涡轮机喷嘴40的透视图、图3的前视图、图4的剖面图以及图5的后视图，涡轮机喷嘴40通常包括绕中心轴线A限定的盘区段50以及沿中心轴线A轴向延伸的多个涡轮机翼片52。在一个非限制性实施例中，提供了二十三个涡轮机翼片52。涡轮机翼片52位于从涡轮机转子34延伸的多个涡轮机叶片56的上游（图1）。多个翼片52的子集可包括孔径54以接收紧固件F，用于将涡轮机护罩38附接到涡轮机喷嘴40和其他结构（图1）。
涡轮机叶片56和涡轮机翼片52（其二者在本文中均被定义为翼型）可用计算流体动力学（CFD）分析软件来设计，并且被优化成满足特定ACM的特定性能要求。翼型形状的特性可从一个翼型形状到另一个发生变化并且可包括但不限于曲率、最大厚度、轴向弦长、扭度、从根部到尖端的渐缩、前缘半径、后缘半径、前缘和后缘从根部到尖端的直度，等等。可以直接按比例放大或缩小翼型形状来满足不同要求。
每个涡轮机翼片52包括前缘60和后缘62，其限定了翼片52的翼弦。压力侧64和吸力侧66在前缘60和后缘62之间延伸。在一个公开的非限制性尺寸的实施例中，每个相邻翼片52之间的喉部宽度W为0.082-0.1英寸（2.1-2.6 mm）并且名义上可以是0.092英寸（2.3 mm）（图3）。每个翼片52还限定了翼片高度尺寸H，其在一个公开的非限制性尺寸的实施例中为0.11-0.13英寸（2.8-3.3 mm）并且名义上可以是0.120英寸（3 mm）（图4）。在该公开的非限制性尺寸的实施例中，比率W/H为0.745-0.769。这种关系有利于到涡轮机转子34中的涡轮机流的方向性控制特征。
参见图6，由于在给出本文所描述的每个涡轮机翼片52的具体轮廓的适当语言描述上存在难度，在翼片轮廓表T-1中示出了一个非限制性尺寸的实施例的坐标。
Figure 2011104324608100002DEST_PATH_IMAGE001
每个涡轮机翼片52在尺寸上由基于后缘62的成对的厚度尺寸Y和弦尺寸X限定。弦尺寸X垂直于厚度尺寸Y，具有从线L开始的微小角偏移α，线L从中心线A径向地延伸到后缘62。在一个非限制性尺寸的实施例中，偏移α为4.7度。表T-1中提供了成对尺寸X、Y以限定每个涡轮机翼片52沿其翼展的轮廓。
表中的数值是计算机生成的并且被表示为四个小数位。然而，考虑到制造限制，对于部件制造而言有用的实际数值被认为是确定该部件所要求保护的轮廓的有效数值。也就是说，必须在部件的轮廓中考虑典型的制造公差。因此，所公开的表中给出的轮廓数值是用于名义（标称）部件的。因此，应当意识到，加减典型公差可应用于表中数值，并且具有基本根据那些数值的轮廓的部件包括了这种公差。例如，约+-0.03英寸（0.76 mm）的制造公差应当被认为在该部件的设计极限内。因此，部件的机械和空气动力学功能不受制造瑕疵和公差损害，在不同实施例中，其可大于或小于所公开的表中给出的数值。如本领域技术人员意识到的，可确定制造公差来实现所制造部件关于所公开的表中给出的理想部件轮廓点的期望平均偏差和标准偏差。
另外，在根据表中数值并在上面解释的公差内制造部件之后，也可对部件进行涂覆以防腐蚀和氧化。因此，在表中给出的数值的制造公差之外，那些数值可能还要增加以考虑涂层厚度。所构想的是，可在本发明的替代实施例中采用更大或更小的涂层厚度数值。
应当理解，在遍及几幅附图中，相同的附图标记指示对应或类似的元件。还应当理解，虽然在所示实施例中公开了具体的部件布置，但其他布置也将由此获益。
尽管示出、描述和要求保护具体的步骤序列，但应理解除非特别指出，否则可以任何顺序、分离地或组合地执行这些步骤，并且仍将从本发明中受益。
前述说明为示例性的而非被其中的限制而限定。本文公开了各种非限制性实施例，但是本领域普通技术人员可认识到按照上述教导的各种修改和变化将会落入所附权利要求的范围内。因此，应理解在所附权利要求的范围内，本发明可不同于所具体描述的来实施。为此，应研究所附权利要求以确定真实的范围和内容。

Claims (14)

1.一种用于空气循环机的涡轮机喷嘴，包括：
具有多个涡轮机翼片的盘区段，所述多个涡轮机翼片相对于所述盘区段延伸翼片高度H，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，其中，比率W/H为0.745-0.769。
2.如权利要求1所述的涡轮机喷嘴，其中，所述多个涡轮机翼片的每一个具有翼型轮廓区段，所述翼型轮廓区段由表T-1中的一组点通过期望因子来限定，所述一组点包括成对的弦尺寸和厚度尺寸。
3.如权利要求2所述的涡轮机喷嘴，其中，所述成对的弦尺寸和厚度尺寸源自后缘。
4.一种用于空气循环机的涡轮机喷嘴，包括：
具有多个涡轮机翼片的盘区段，所述多个涡轮机翼片从所述盘区段延伸，所述多个涡轮机翼片的每一个具有翼型轮廓区段，所述翼型轮廓区段由表T-1中的一组点通过期望因子来限定，所述一组点包括成对的弦尺寸和厚度尺寸。
5.如权利要求4所述的涡轮机喷嘴，其中，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，并且所述多个涡轮机翼片的每一个限定相对于所述盘区段的翼片高度H，其中，比率W/H为0.745-0.769。
6.如权利要求4所述的涡轮机喷嘴，其中，由表T-1中的一组点限定的所述翼型轮廓区段由制造公差来调节。
7.如权利要求6所述的涡轮机喷嘴，其中，所述制造公差为约+-0.03英寸（0.76 mm）。
8.一种空气循环机，包括：
压缩机区段；
涡轮机区段；和
轴向地位于所述风扇区段和所述压缩机区段之间的涡轮机区段，所述涡轮机区段包括涡轮机喷嘴，所述涡轮机喷嘴具有多个涡轮机翼片，所述多个涡轮机翼片各自延伸翼片高度H，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，其中，比率W/H为0.745-0.769。
9.如权利要求8所述的空气循环机，其中，所述多个涡轮机翼片的每一个具有翼型轮廓区段，所述翼型轮廓区段由表T-1中的一组点通过期望因子来限定，所述一组点包括成对的弦尺寸和厚度尺寸。
10.如权利要求8所述的空气循环机，其中，所述成对的弦尺寸和厚度尺寸源自后缘。
11.如权利要求8所述的空气循环机，还包括所述涡轮机喷嘴下游的涡轮机护罩。
12.一种在空气循环机中安装涡轮机喷嘴的方法，包括：
安装涡轮机喷嘴以至少部分地限定涡轮机流径，所述涡轮机喷嘴具有多个涡轮机翼片，所述多个涡轮机翼片各自延伸翼片高度H，喉部宽度W限定在所述多个涡轮机翼片的每一个之间，其中，比率W/H为0.745-0.769。
13.如权利要求10所述的方法，还包括：
将涡轮机护罩安装在所述涡轮机喷嘴的下游。
14.如权利要求11所述的方法，还包括：
将涡轮机转子安装在所述涡轮机喷嘴的下游并安装到所述涡轮机护罩中。
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