CN102652207B - 用于能量转换机器的具有翼翘的导向翼片以及包括导向翼片的用于转换能量的机器 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于能量转换机器（1）的导向翼片（13a，13b，13c，13d），其中导向翼片包括：用于引导流动流体的导向翼片主体（17a，17b，17c，17d），导向翼片主体具有压力表面（27c，27d）和吸力表面（29c，29d）；尾缘（35c，35d）和前缘（33c，33d）；以及用于减少流动流体从压力表面到吸力表面的泄漏的翼翘（19a，19b，19c，19d），其中翼翘被布置在导向翼片主体的纵向端处，翼翘（19a，19b，19c，19d）从尾缘（35c，35d）延伸到前缘（33c，33d），翼翘（19a，19b，19c，19d）布置在压力表面（27c，27d）处，并且翼翘（19a，19b，19c，19d）在超出前缘（33c，33d）以及超出尾缘（35c，35d）之处没有突起。进一步提供了一种用于转换能量的且包括导向翼片的机器（1）。

Description

用于能量转换机器的具有翼翘的导向翼片以及包括导向翼片的用于转换能量的机器

技术领域

本发明涉及用于能量转换机器的导向翼片，特别涉及压缩机或涡轮机，其中导向翼片包括翼翘。进一步，本发明涉及用于转换能量的机器，特别是压缩机或涡轮机，其包括具有翼翘的导向翼片。

背景技术

从具有势能（压头）和动能（速度头）的流动流体中可获得能量，并且该能量可利用涡轮机由涡轮机转换成机械能，例如转动能。获得的转动能例如可用于驱动发电机来产生电能。

燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机，该空气然后与燃料混合并在燃烧室中燃烧。热的燃烧气体于是膨胀通过涡轮机，从而提供能够用于驱动诸如发电机、压缩机或泵的外部设备的机械能。

压缩机还可用于压缩待使用在工业过程中的气体或用于泵送管线中的天然气。

压缩机包括被可转动地支撑在外壳内的转子轴。在外壳内，转子轴典型地由包括多个瓦块轴承的轴承支撑。多个转子叶片连接到转子轴，并从转子轴径向向外延伸。转子轴围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线沿着由提供给压缩机的机械能驱动的轴向方向定向，例如由进一步在下游与压缩机共享该轴的涡轮机提供。转子轴的旋转驱动通过压缩机的气体朝向更高压力。在沿着旋转轴线的特定轴向位置，多个转子叶片可连接到转子轴，从而形成一排转子叶片。多排转子叶片可在彼此分开的轴向位置处连接到转子轴。

为了将流动气体适当地引导至转子叶片，一排导向翼片被布置在一排转子叶片下游，其中导向翼片固定地连接到压缩机的外壳。从而，外壳属于压缩机的定子部分。因而，导向翼片保持不动，而转子叶片相对于导向翼片并相对于外壳旋转。进一步，压缩机可包括位于第一排转子叶片上游的一排进口导向翼片。

导向翼片朝着旋转的转子轴径向向内延伸。从而，在导向翼片的径向内端与转子轴之间形成间隙。由转子叶片传递的流动气体冲击到导向翼片的上游表面或压力表面上，典型地为凹面，并沿着该上游表面以及沿着导向翼片的下游表面或吸力表面流动，从而被引导至导向翼片（分别为该排导向翼片）下游的转子叶片（分别为一排转子叶片）。由于冲击气体的压力在导向翼片的上游表面处比在导向翼片的下游表面处更高，则导向翼片的上游侧也被称为导向翼片的压力侧，导向翼片的下游侧也被称为导向翼片的吸入侧。由于导向翼片的压力侧与吸入侧之间的压力差，冲击气体通过导向翼片的径向内端与转子轴之间的间隙从导向翼片的压力侧部分地流动至导向翼片的吸入侧，由此削弱压缩机的效率。

为了减少流动气体从导向翼片的压力侧至吸入侧的流动，导向翼片的径向内端与转子轴之间的间隙必须被构造得尽可能小。然而，由于压缩机操作期间的热膨胀（该膨胀对于压缩机的不同部件是不同的），该间隙可能不被构造得太小。相反，必须维持导向翼片的径向内端与转子轴之间的特定运行间隙。

根据文献US2008/0213098A1，已知有一种用于涡轮机的叶片，其中叶片具有叶片梢部，该叶片梢部关于叶片翼型为曲形。

根据文献GB710938，已知有一种用于轴流式流体机器的转子叶片，其中在转子叶片的梢部处提供有加强板。

根据文献GB1491556，已知有一种用于涡轮机的转子叶片，其中叶片在前侧和/或尾侧上承载有从那里突出的梢部板。

根据文献GB733,918，已知有一种弹性流体涡轮机的叶片，其中小板被紧固在叶片梢部的顶表面上。

当前，用于减少运行间隙并因而使从导向翼片的压力侧到吸入侧的泄漏最小化的方法是，利用最后装配机械加工操作完成导向翼片顶长度。然而，该最后装配机械加工操作非常麻烦且危险，由于其涉及局部人工去毛刺，这带来了最后机械加工碎屑污染。机械加工碎屑污染削弱了内部密封并需要额外的清理步骤。进一步，最后装配机械加工操作极为成本密集。

可能需要提供如下导向翼片，当用在能量转换机器，特别是压缩机或涡轮机中时具有提高的性能，并且能够更容易地装配到例如压缩机或涡轮机的能量转换机器中。进一步，可能需要提高例如压缩机或涡轮机的能量转换机器的性能和效率，并且还需要减少能量转换机器的成本。进一步，可能需要提高能量转换机器的可维护性。

发明内容

该目标通过各个独立权利要求而实现。各从属权利要求描述了本发明的有利展开和修改。

根据本发明的一方面，提高一种用于能量转换机器的导向翼片，其中所述导向翼片包括：用于引导流动流体的导向翼片主体，所述导向翼片主体具有上游表面或压力表面以及下游表面或吸力表面；以及用于减少所述流动流体从所述上游表面到所述下游表面的泄漏的翼翘，其中所述翼翘被布置在所述导向翼片主体的纵向端处，特别是导向翼片的梢部处。所述翼翘被布置在所述上游表面处，特别地，所述翼翘被完全布置在所述导向翼片主体的所述上游表面。

能量转换机器可为压缩机，特别是燃气涡轮发动机的压缩机，或者是涡轮机。

翼翘特别地可被布置在导向翼片的前缘与尾缘之间。翼翘可以是压力表面的限制到压力表面的突起，从而在吸力表面上没有突起或延伸部以及在超过前缘或超过尾缘之处没有突起或延伸部。

如果弦长限定所述导向翼片在前缘与尾缘之间的长度，则翼翘的长度也可被限制到弦长。翼翘可以仅为压力表面的扩展部，但不可以是延伸或围绕前缘或尾缘的平台。因而，一旦导向翼片被安装到压缩机中，则在操作期间流体将与前缘首先接触，随后与翼翘的吸力表面和压力表面接触。翼翘将不会是与流体接触的最初点，这是因为翼翘沿着上游方向将不会延伸超过前缘。以相同的方式，翼翘沿着下游方向也将不会延伸超过尾缘。因此，与流体的最后接触点将是尾缘而不是翼翘。

换言之，翼翘的延伸范围被限制在穿过转子中心线和前缘的第一轴对称平面与穿过转子中心线和尾缘的第二轴对称平面之间。

考虑到压力表面是具有第一拱形的凹入表面，则翼翘可随后具有更小的凹入表面，其具有小于第一拱形的第二拱形。

特别地，翼翘可以是从前缘开始从压力表面平滑地隆起且在尾缘处平滑地会聚到压力表面的突起。

而且，最大突起点可基本位于压力表面在前缘与尾缘之间的中心。特别地，最大突起点可以不接近前缘和/或接近尾缘。

特别地，导向翼片可被合适地成形为用于将气体引导和压缩到气体涡轮机的燃烧室。因而，高压流体或气体通过压缩而被提供，其能够在燃烧室中燃烧。通过到燃烧室的气体，特别是空气的压缩（在燃烧室中形成空气燃料混合物），通过可具有用于引导流动流体的翼型形状的导向翼片而被供应。

可替代地，导向翼片可被合适地成形为用于引导燃气涡轮发动机中的燃烧室的废气。因而，通过燃烧压缩的空气燃料混合物而生成的高温高压气体可被供应到导向翼片。

根据本发明，纵向方向或纵向轴线被限定成是一旦导向翼片被装配到压缩机中的径向方向，其围绕对称轴可基本为旋转对称，后者限定径向方向的中心。其可以是尾缘或前缘的主要方向。纵向端指的是导向翼片主体的一端。存在翼翘的纵向端可以是导向翼片主体的梢部。不具有翼翘的另一纵向端可以是远离梢部的端部，导向翼片在该处可附接到定子，特别地附接到外壳。

导向翼片特别地可以是可变导向翼片，其被固定到外壳，从而实现有关围绕导向翼片的纵向轴线的定向的调节。该调节可基于转子的旋转速度和燃气涡轮发动机的负载进行。

导向翼片主体具有可以是凹入表面的上游表面。导向翼片主体具有可以是凸起表面的下游表面。当装配到能量转换机器，特别是压缩机中时，在操作中，导向翼片的上游表面可以是导向翼片的引导流动流体所至的表面，导向翼片的下游表面可以是导向翼片的与上游表面相对的表面。在操作中，上游表面可位于导向翼片的压力侧，而下游表面可位于导向翼片的吸入侧。特别地，下游表面可比下游表面包括更大的面积在压缩机中，流动流体在穿过包括在压缩机中的导向翼片时可沿着轴向方向减速。

翼翘被构造和布置成使得流动流体（特别是流体气体）从导向翼片主体的上游表面（典型地位凹入表面）到下游表面（典型地位凸起表面）的泄漏被减少。导向翼片主体沿着纵向方向比沿着与纵向方向正交的横向方向可具有更大的范围。翼翘被布置在导向翼片主体的纵向端。当安装到外壳时，翼翘可以使导向翼片主体的最内的径向端，其与转子自身的旋转部分相对。

导向翼片主体的另一纵向端可适于被安装到涡轮机的外壳，使得当安装到外壳时，导向翼片朝着旋转安装在外壳内的转子轴径向向内延伸。

当导向翼片被装配到能量转换机器，特别是压缩机或涡轮机时，并且当能量转换机器处于操作中时，将翼翘布置在导向翼片主体的纵向端有效地减少了流动流体通过导向翼片的梢部从导向翼片的压力侧到吸入侧的泄漏。

换言之，翼翘被配置成使得流动流体从导向翼片主体的上游表面到下游表面的泄漏被减少。

根据本发明，翼翘被布置在导向翼片主体的上游表面处。该上游表面可以是凹入表面。将翼翘提供在上游表面可更有效地阻碍流动流体从围绕导向翼片主体的纵向端靠近上游表面的区域流动到靠近下游表面的区域，这是因为流动流体可被更有效地限制在导向翼片的上游侧。

根据一实施例，翼翘从导向翼片主体的上游表面横向地，特别是正交地突出。通过从导向翼片主体的上游表面横向地突出，翼翘可对流动流体提供障碍，从而可阻碍流动流体在无阻力的情况下沿着导向翼片主体的纵向端从上游表面自由流动到下游表面。因而，将减少流体经由导向翼片梢部的梢部泄漏。导向翼片主体的下游表面可以是凸起表面。

当装配到能量转换机器，特别是压缩机或涡轮机中时，导向翼片主体的纵向端可对应于导向翼片的径向内端。突起的量可取决于应用和/或机器类型，例如导向翼片的纵向长度、流动流体的压力和/或温度、以及导向翼片的径向内端与相对于静止导向翼片旋转的转子轴之间的间隙尺寸。导向翼片可特别被使用在压缩机中，这是由于从一级导向翼片到下一级导向翼片的压力上升可足够低，从而从导向翼片的上游表面到导向翼片的下游表面的泄漏可被翼翘有效地减少。

根据一实施例，导向翼片进一步包括下游边缘和上游边缘，其中翼翘从下游边缘延伸到上游边缘。下游边缘和/或上游边缘可至少近似地沿着导向翼片主体的纵向方向伸展。翼翘可特别地横向地延伸到导向翼片的下游边缘和/或延伸到上游边缘。特别地，翼翘可至少近似正交地延伸到下游边缘和/或延伸到上游边缘。上游边缘还可被称为前缘。下游边缘还可被称为尾缘。术语“前”和“尾”可关于主流体流动使用，即，前缘将首先接触主流体，主流体然后将沿着导向翼片的压力侧和吸入侧流动。与主流体的最后接触点将出现在导向翼片的尾缘。

尽管在其他实施例中翼翘可不延伸越过从下游边缘到上游边缘的整个区域，但可例如仅延伸从下游边缘到上游边缘的整个区域的50%-70%的比例，其可有利地将翼翘构造为使其延伸至少近似越过从下游边缘到上游边缘的整个区域。因而，翼翘，特别是当从上游表面横向突出时，可包括更大面积，以对流动流体形成障碍，从而减小从上游表面到下游表面的流动。

根据进一步实施例，翼翘从导向翼片主体的上游表面横向地突出一突起尺寸，其中突起尺寸在从导向翼片主体的下游边缘延伸到导向翼片主体的中间位置的第一区域中沿着从导向翼片主体下游边缘朝向导向翼片主体的中间位置的方向增大，并且其中突起尺寸在从中间位置延伸到导向翼片主体的上游边缘的第二区域中沿着从中间位置朝向导向翼片主体的上游边缘的方向减小。因而，突起尺寸在从下游边缘前进到上游边缘时可变化，从而，突起尺寸可首先增大，以在中间位置呈现最大值，并且突起尺寸在从中间位置前进到上游边缘时可减小。

特别地，突起尺寸在第一区域中将连续增大，并且突起尺寸在第二区域中将连续减小。

特别地，中间位置可对应于上游表面与下游表面之间的距离至少呈现近似最大值所在位置。在中间位置，减小从上游侧到下游侧流动的用于流动流体的障碍可比进一步特别朝向上游边缘、下游边缘更有效。减少分别朝向上游边缘、下游边缘的突起尺寸可节省制造翼翘的材料并还可节省成本。

根据进一步的实施例，突起尺寸在沿着从上游边缘朝向下游边缘的至少一个位置总计为导向翼片主体的上游表面与下游表面之间在沿着从上游边缘朝向下游边缘的所述方向的所述至少一个位置的距离的0.5至1.5倍。因而，突起尺寸可取决于导向翼片的在沿着从上游边缘朝向下游边缘的方向的至少一个位置测量的厚度，即上游表面与下游表面之间的距离。特别地，在沿着从上游边缘朝向下游边缘的方向的位置的突起尺寸可与导向翼片主体在该位置的厚度成比例。进一步，厚度越大，在沿着从上游边缘朝向下游边缘的方向的至少一个位置处的突起尺寸越大。

根据一实施例，翼翘沿着平行于上游边缘的方向具有厚度，其中该厚度小于突起尺寸的70%，特别地小于40%，更特别地小于20%。特别地，该厚度对于最佳空气动力学特性可尽可能小，至于机械强度和稳定性则被保持。提供更小的厚度则可减少制造翼翘所需的材料，并且还可减少导向翼片的质量和成本。

根据进一步的实施例，导向翼片进一步包括纵向端表面，其中该纵向端表面至少部分地由布置在导向翼片的纵向端处的翼翘形成。当导向翼片被装配到涡轮机中时，该纵向端表面可以是导向翼片的面面相能量转换机器的转子轴，特别是压缩机或涡轮机的转子轴的径向内表面。纵向端表面的一部分可由翼翘形成，纵向端表面的一部分可由导向翼片主体提供。在其他实施例中，整个纵向端表面由翼翘形成。纵向端表面例如可以至少近似是平面表面。从而，可提高空气动力学特性。

根据进一步的实施例，翼翘包括横向突起表面，其中横向突起表面横向于上游表面定向，并与上游表面一起形成边缘。特别地，横向突起表面可与上游表面形成可总计为40°至130°之间，特别地在60°至120°之间，更特别地在80°至100°之间。横向突起表面例如可包括平滑表面，特别地为至少近似平面。

横向突起表面与上游表面之间的边缘可从上游边缘伸展到下游边缘。横向突起表面可适于有效地用于流动流体沿着纵向端表面从上游侧流动到下游侧的障碍。

根据进一步的实施例，纵向端表面的法线与横向突起表面的反法线之间的角度小于于20°，特别地小于10°，更特别地小于5°。换言之，纵向端表面和横向突起表面相对于彼此以小于20°、特别地小于10°、更特别地小于5°的角度倾斜。

因而，翼翘沿着平行于翼翘的上游边缘的方向的厚度可被减小，同时实现足够的突起尺寸。

根据进一步的实施例，翼翘进一步包括接合表面，其中该接合表面接合纵向端表面和横向突起表面。当装配到能量转换机器，特别是压缩机或涡轮机中时，接合表面可代表导向翼片的被布置在最上游的分量。接合表面可有利地引导冲击到翼翘上的流动流体，用于减少从导向翼片的上游侧到下游侧的泄漏。接合表面可适于作为小边缘，特别地接合横向突起表面和纵向端表面的圆形表面。

根据进一步的实施例，纵向端表面与（a）导向翼片主体的下游表面和/或（b）翼翘的接合表面之间的过渡半径小于3mm，特别地小于1mm。特别地，过渡半径可甚至更小，从而在纵向端表面与（a）导向翼片主体的下游表面和/或（b）翼翘的接合表面之间至少近似没有融合，从而形成至少近似尖锐边缘。从而，可提高空气动力学特性。

根据进一步的实施例，形成在导向翼片主体的上游表面与翼翘的横向突起表面之间的过渡半径小于30mm，特别地小于10mm，更特别地小于5mm。过渡半径可使用维持空气动力学特性并确保机械强度。只要满足这些需求，则上游表面与横向突起表面之间的过渡半径可被选择为尽可能的小。

上述实施例可以任一结合用在任一类型的能量转换机器中，特别是压缩机或涡轮机中，和/或用在用于操作能量转换机器，特别为压缩机或涡轮机的方法中。

在下文中，将描述能量转换机器，特别是压缩机的进一步示例性实施例。然而，这些实施例还适用于操作能量转换机器，例如压缩机的方法。

根据进一步的方面，提供一种用于转换能量的机器，特别为压缩机，其中用于转换能量的该机器，特别为压缩机包括：外壳；根据前述章节限定的实施例的导向翼片，该导向翼片被固定在外壳处；以及被可转动地支撑在外壳内的转子轴，其中导向翼片从外壳朝向转子轴向内延伸。

导向翼片包括位于导向翼片主体的纵向端处的翼翘。当装配到用于转换能量的机器中时，导向翼片主体的该纵向端可对应于导向翼片的径向内表面，其中导向翼片的径向内表面面向相对于静止导向翼片旋转的转子轴的部分。导向翼片可经由导向翼片主体的另一纵向端而被固定在外壳处。导向翼片可以是所谓的固定桨距导向翼片或其可以是所谓的可变桨距导向翼片。固定桨距导向翼片可被安装在外壳处，从而相对于导向翼片的纵向方向保持固定定向。相反，可变桨距导向翼片可被固定在外壳，从而实现有关围绕导向翼片的纵向轴线的定向的旋转调节。导向翼片的定向，例如由围绕其纵向轴线的旋转角表示，可根据应用而修改。用于转换能量的机器，特别为压缩机或涡轮机的实施例，可同样适用于固定桨距导向翼片以及适用于可变桨距导向翼片。

导向翼片可从外壳朝向转子轴径向向内延伸，其中翼翘，及其纵向端表面可面向转子轴的一部分。在操作期间，流动流体可冲击到导向翼片上，从而在导向翼片的上游侧比在导向翼片的下游侧上生成更大的压力。由于上游表面上游区域与导向翼片的下游表面下游区域之间的压差，一部分流体往往朝向导向翼片的径向内端流动。从而，提供在导向翼片的径向内端处的翼翘可提供有效障碍，从而减小从导向翼片的上游侧到下游侧的流体流动。

根据一实施例，在导向翼片的径向内表面与转子轴之间形成大于0.5mm，特别地大于0.6mm的间隙。特别地，这些值可适用于被视为对于工业用于处于小范围的燃气涡轮发动机的压缩机。然而，在维护类似效率时，忍受比传统压缩机中更大的间隙尺寸的原理可适用于可变规模的燃气涡轮发动机。进一步，梢部间隙可根据压缩机规模和其他变量（即材料膨胀系数、操作温度、相对位移的预测等）而变化。其他类型的压缩机可需要或允许更大或更小尺寸的间隙。然而在传统压缩机中，该间隙必须更小，以便减少从上游侧到下游侧的流体泄漏，根据一实施例，与传统压缩机相比，该间隙由于形成流体障碍的翼翘所造成的减小的泄漏而可以更大。因而，压缩机的制造和装配可被简单化，并可更为节省成本地执行。

根据进一步的方面，能量转换机器，特别为压缩机或涡轮机，可配备有本发明的导向翼片，并可被操作。这种操作能量转换机器的方法可包括：使用前述章节中限定的导向翼片引导流动流体，该导向翼片被固定在外壳处并从外壳沿着径向方向向内延伸；围绕与径向方向正交的轴向方向旋转转子；以及通过在导向翼片主体的纵向端，特别地在上游表面处布置翼翘，减少流动流体从导向翼片的导向翼片主体的上游表面到导向翼片主体的下游表面的泄漏。

从而，操作能量转换机器，特别为压缩机的方法关于效率可被提高。

根据进一步的方面，可提供一种制造能量转换机器，特别是压缩机或涡轮机的方法，其中成品长度的导向翼片被固定在外壳处，并且转子轴被支撑在外壳内。导向翼片在其面向转子轴的径向内端处包括翼翘，这允许增大导向翼片的径向内端与转子轴之间的操作间隙。从而，可不需要并可消除导向翼片的最后机械加工操作。

借助于导向翼片梢部的压力侧上的翼翘，理论上可以权衡与名义上更短的导向翼片相关的泄漏（损失）。进一步，可避免机械加工碎屑污染。而且，可提高维护，同样支架导向翼片可被快速互换。进一步，由于可避免或至少减少以切手而出名的去毛刺操作后机械加工，因而可提高健康和安全。

必须注意，本发明的实施例已参照不同主题进行了描述。特别地，一些实施例已参照方法类型权利要求进行描述，而其他实施例已参照设备类型权利要求进行描述。然而，本领域技术人员根据以上并根据以下描述将获悉，除非另有说明，除了属于一种类型主题的各特征的任一组合之外，另外与不同主题有关的各特征之间的任一组合，特别是方法类型权利要求的各特征与设备类型权利要求的各特征之间的任一组合，被视为通过本文献而公开。

本发明以上限定的各方面和进一步的各方面根据待在下文中描述的实施例的示例是明显的，并参照实施例的示例进行说明。在下文中，将参照实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明并不限于实施例的各示例。

应该注意，用语“包括”并不排除其它元件或步骤，表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个。此外，可以结合那些联系不同实施例描述的元件。还应该注意，权利要求中的附图标记不应被理解成限制权利要求的范围。

还应该注意，用语上游表面和压力表面在该文献中将被视为同义词。相同情况对于下游表面和吸力表面同样适用。

附图说明

将参照附图描述各实施例，但本发明并不受限于这些附图。

图1示出了根据一实施例的压缩机的示意性剖视图；

图2示意性地示出了装配到压缩机中的根据一实施例的导向翼片；

图3A、3B和3C示出了根据一实施例的导向翼片或导向翼片部件的、在图2中的线IIIA-IIIA处截取沿导向翼片纵向轴线的示意性投影图；

图4A示意性地示出了根据一实施例的沿图3A中的线IVB-IVB截取的导向翼片的横截面图；以及

图4B示出了根据一实施例的导向翼片的一部分的示意性透视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了沿着根据一实施例的压缩机1的轴向方向的剖视图。压缩机1包括外壳3，其属于压缩机的定子部分。在剖视图中，该外壳具有圆形形状。在圆的中心5，提供有沿着垂直于图1图面的轴向方向伸展的旋转轴线。转子轴7被支撑在外壳3内，从而转子轴7能够沿着轴向方向围绕旋转轴线旋转。连接到转子轴7的是转子9，多个转子叶片11连接到该转子9，其中只有一个转子叶片11被示例性地示于图1中。压缩机1可包括更多的转子叶片11。

高速气体利用至少一个未图示的入口管道沿着轴向方向被供应到压缩机1。

为了将流动流体引导至转子叶片11或接收来自转子叶片11的流体流动，压缩机1可包括多个导向翼片，其中只有两个导向翼片13a和13b被示于图1中。导向翼片13a和13b属于不同类型。导向翼片13a是所谓的可变桨距导向翼片，其允许通过在外壳3处安装导向翼片13a，从而通过使导向翼片13a围绕导向翼片13a的纵向轴线15a旋转而调节安装角来调节流动流体的入射角。为此目的，导向翼片13a包括导向翼片安装部21a，其适于将导向翼片13a可转动地围绕纵向轴线15a安装在外壳处。导向翼片13a进一步包括导向翼片主体17a，其沿着垂直于旋转轴线5的轴向方向的径向方向延伸并提供用于引导流通流动的翼型形状。进一步，导向翼片13a在导向翼片主体17a的径向内端处包括翼翘19a，其将在下文更详细地描述。

与可变桨距导向翼片13a相反，压缩机1相反或可替代地或另外可包括一个或更多固定桨距导向翼片13b。这也同样在图1中示出，即使在实施方式中，在一圈翼片中通常仅设置固定桨距导向翼片或仅设置可变导向翼片。固定桨距导向翼片13b包括导向翼片安装部21b，其用于以预定安装角将导向翼片13b固定到外壳3。类似于可变桨距导向翼片13a，固定桨距导向翼片进一步包括导向翼片主体17b和布置在导向翼片主体17b的径向内端处的翼翘19b。在导向翼片13a和13b的径向内端与转子9的径向外表面23之间分别形成间隙25a和25b。根据一实施例，由于翼翘19a、19b布置在导向翼片主体17a、17b的径向内端，间隙25a、25b在不削弱压缩机1的效率的情况下可比在导向翼片的径向内端处不具有翼翘的传统压缩机中的间隙更大。

各实施例提供了导向翼片的不同布置和装配到压缩机1中的不同类型的导向翼片。例如，所有导向翼片可为固定桨距导向翼片，例如图1所示的导向翼片13b；所有导向翼片可为可变桨距导向翼片，例如图1所示的导向翼片13a；或者一些导向翼片可为固定桨距导向翼片，一些导向翼片可为可变桨距导向翼片。进一步，导向翼片可被布置成一排或多排，其中各排沿着轴向方向分开。在每一排导向翼片的下游和/或上游，可布置有包括多个转子叶片的一排转子叶片11。进一步，在压缩机中，可存在位于第一排叶片上游的进口导向翼片。压缩机级可包括一排叶片，其后跟有一排翼片。最后一排叶片之后，可以存在随后一排或两排被称为出口导向翼片的导向翼片。

图2示意性地示出了根据一实施例如安装在外壳3的导向翼片13c的局部透视图。导向翼片13c为固定桨距导向翼片，其经由导向翼片安装部21c被固定到外壳3。在其他实施例中，导向翼片13c可为可变桨距导向翼片。

固定桨距导向翼片可非可转动地连接到外壳3。其可被永久性地固定和/或不可扭动和/或牢固地结合和/或牢固地附接。

导向翼片13c包括用于引导流动流体的导向翼片主体17c。为此目的，导向翼片主体17c包括面向图2观测的上游表面27c和与上游表面27c相对的下游表面29c。上游表面27c具有凹入形状，而下游表面29c具有凸起形状。流动流体流动为具有沿着轴向方向的分量和具有沿着由箭头31c标示的方向的另一分量。在上游表面27c和下游表面29c的接合部分，导向翼片的上游边缘33c形成在上游端，下游边缘35c形成在下游端。

在导向翼片主体相对于纵向轴线15c的径向内部纵向端，布置有翼翘19c。翼翘19c被提供为用于减少流动流体在压缩机的操作期间从上游表面27c到下游表面29c的泄漏。在导向翼片13c的图示实施例中，翼翘19c被布置在上游表面27c。在其他实施例中，翼翘可被提供在下游表面29c。在操作期间，翼翘19c可阻碍流动流体从上游表面27c上游的区域通过导向翼片13c的径向内端与转子9之间的间隙25c流动到下游表面29c下游的区域。从而，压缩机的效率可提高，或者与不具有翼翘的传统导向翼片相比，对于更大的间隙25c可实现预定效率。

图3A、3B和3C示意性地示出了根据一实施例的导向翼片及其部分沿着图2中的线IIIA-IIIA处的箭头截取的投影图。当装配到压缩机或涡轮机中时，垂直于图3A、3B和3C图面的纵向轴线可为由导向翼片附接并固定到外壳3所在位置限定的径向方向。

例如，图1和图2所示的导向翼片13a、13b、13c可具有如图3A、3B和3C所示的投影图。然而，在其他实施例中，导向翼片13a、13b、13c的投影图可与图3A、3B和3C所示的视图不同。

如图3A的投影图所示，导向翼片13d包括凹入的上游表面27d和凸起的下游表面29d。流动流体的近似方向由箭头31d表示。近似垂直于图3A的图面，导向翼片13d包括形成在上游表面27d和下游表面29d接合处的上游边缘33d和下游边缘35d。图3A的投影图靠近导向翼片13d的纵向端截取。在导向翼片的纵向端或靠近该位置，导向翼片13d包括翼翘19d，该翼翘19d布置在上游表面27d并从上游边缘33d延伸到下游边缘35d。沿着从下游边缘35d到上游边缘33d的路径43d，突起尺寸p从下游边缘35d到中间位置I增大，并且该突起尺寸p从中间位置I到上游边缘33d减小。从而，翼翘19d从上游边缘27d朝向上游横向突出。

上游表面27d与下游表面29d之间的距离d沿着从下游边缘35d到上游边缘33d的路径（边缘）43d变化。特别地，厚度d从下游边缘35d到中间部分I增大并从中间位置I到上游边缘33d减小。如根据图3A可知，当突起尺寸p和距离d在路径43d上的相同位置进行测量时，突起尺寸p总计为距离d的0.5至1.5倍。

图3B示意性地示出了图3A的投影图靠近上游边缘33d的一部分。由此可知，翼翘19d的靠近上游边缘33d的部分19d₁的形状平滑地融合到由上游表面27d和下游表面29d的形状限定、特别地由上游边缘27d和下游表面29d彼此接合所在的边缘33d的形状限定的翼型剖面。

类似地，如图3C所示，翼翘19d的区域19d₂的形状平滑地融合到接合上游表面27d和下游表面29d的下游边缘35d的形状。从而，可提高空气动力学特性。

导向翼片的其他实施例可具有不同成形的翼翘。

图4A示意性地示出了沿图3A的线IVA-IVA截取的横截面图。纵向轴线15d在图面中竖直伸展。在图4A的截面图中，上游表面27d和下游表面29d近似竖直地伸展，彼此间具有距离d。同样还表示出了总计为距离d的0.5至1.5倍的突起尺寸p。进一步，平行于上游边缘的方向在图4A中近似竖直地伸展。翼翘19d沿着平行于上游边缘的方向的厚度t总计为小于突起尺寸p的70%，特别地小于40%，更特别地小于20%。

导向翼片13d进一步包括相对于下游表面29d和上游表面27d至少近似正交定向的纵向端表面39d。当装配到压缩机或涡轮机中时，纵向端表面39d可面向转子轴7的一部分或转子9的一部分。该纵向端表面可至少部分地由翼翘19d形成，但还可以部分地由导向翼片主体17d形成。

翼翘包括横向突起表面41d，该横向突起表面41d横向于上游表面27d定向并与上游表面27d一起形成边缘43d。

纵向端表面39d的法线45d与横向突起表面41d的反法线47d之间的角度α可小于20°，特别地小于10°，更特别地小于5°。该角度α甚至可以更小，以提高空气动力学特性。

翼翘进一步包括接合横向突起表面41d和纵向端表面39d的接合表面49d。在纵向端表面39d与（a）接合表面49d之间以及与（b）下游表面29d之间分别形成边缘51d和53d，其可不具有融合以形成尖锐边缘。上游表面27d与横向突起表面41d之间的边缘43d可具有过渡半径，该过渡半径可被最小化，以适合于空气动力学特性，同时提供所需的机械强度。

图4B以透视图示意性地示出了根据一实施例的导向翼片的一部分。由此可知，接合表面49d与下游边缘35d的形状平滑地融合，其中突起尺寸p从中间位置I沿着从未示出的上游边缘33d到下游边缘35d的边缘43d减小。

在所有实施例中，导向翼片主体和翼翘可特别地被生产成一个单一工件。可替代地，导向翼片主体和翼翘可被制造成分离工件并且稍后进行装配。

而且，实施方案特别地适用于燃气涡轮发动机内的压缩机的可变导向翼片。

该实施方式有理由还可用在不同类型的机器中，在燃气涡轮发动机的涡轮区段，用于旋转这些构造之一内的叶片。

Claims (24)

1.一种用于能量转换机器的导向翼片，该导向翼片（13a，13b，13c，13d）包括：

·用于引导流动流体的导向翼片主体（17a，17b，17c，17d），所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）具有压力表面（27c，27d）和吸力表面（29c，29d）；

·翼翘（19a，19b，19c，19d），用于减少所述流动流体从所述压力表面（27c，27d）到所述吸力表面（29c，29d）的泄漏；

·尾缘（35c，35d）；以及

·前缘（33c，33d）；

其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）从所述尾缘（35c，35d）延伸到所述前缘（33c，33d），

其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）被布置在所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的纵向端处，

其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）被布置在所述压力表面（27c，27d）处，

其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）在超出所述前缘（33c，33d）以及超出所述尾缘（35c，35d）之处没有突起，

其中，所述翼翘从所述导向翼片主体的所述压力表面横向地突出一突起尺寸，

其中，所述突起尺寸是在沿着从所述前缘朝向所述尾缘的方向的位置测量的并且取决于所述导向翼片主体在该位置处的厚度，所述厚度是所述压力表面与所述吸力表面之间的距离并且沿着从所述尾缘到所述前缘的路径变化，以及

其中，所述厚度越大，所述突起尺寸越大。

2.根据权利要求1所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）从所述导向翼片主体（17c，17d）的所述压力表面（27c，27d）横向地突出。

3.根据权利要求1所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）从所述导向翼片主体（17c，17d）的所述压力表面（27c，27d）正交地突出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）从所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的所述压力表面（27c，27d）横向地突出一突起尺寸（p），

其中所述突起尺寸（p）在从所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的尾缘（35c，35d）延伸到所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的中间位置（I）的第一区域中沿着从所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的尾缘（35c，35d）朝向所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的中间位置的方向增大，并且

其中所述突起尺寸（p）在从所述中间位置（I）延伸到所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的前缘（33c，33d）的第二区域中沿着从所述中间位置朝向所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的前缘（33c，33d）的方向减小。

5.根据权利要求4所述的导向翼片，其中所述突起尺寸（p）在沿着从所述前缘（33c，33d）朝向所述尾缘（35c，35d）的方向的至少一个位置总计为在沿着从所述前缘（33c，33d）朝向所述尾缘（35c，35d）方向的所述至少一个位置处所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的压力表面（27c，27d）与吸力表面（29c，29d）之间的距离（d）的0.5至1.5倍。

6.根据权利要求4所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）沿着平行于所述前缘（33c，33d）的方向具有厚度（t），其中所述厚度（t）小于所述突起尺寸（p）的70%。

7.根据权利要求4所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）沿着平行于所述前缘（33c，33d）的方向具有厚度（t），其中所述厚度（t）小于所述突起尺寸（p）的40%。

8.根据权利要求4所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）沿着平行于所述前缘（33c，33d）的方向具有厚度（t），其中所述厚度（t）小于所述突起尺寸（p）的20%。

9.根据权利要求1至3和5至8中任一项所述的导向翼片，进一步包括：

·纵向端表面（39d），

·其中所述纵向端表面（39d）至少部分地由布置在所述导向翼片的纵向端处的翼翘（19a，19b，19c，19d）形成。

10.根据权利要求9所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）包括：

·横向突起表面（41d），

其中所述横向突起表面（41d）横向于所述压力表面（27d）定向，并与所述压力表面（27d）一起形成边缘（43d）。

11.根据权利要求10所述的导向翼片，其中所述纵向端表面（39d）与所述横向突起表面（41d）之间的角度（α）小于20°。

12.根据权利要求10所述的导向翼片，其中所述纵向端表面（39d）与所述横向突起表面（41d）之间的角度（α）小于10°。

13.根据权利要求10所述的导向翼片，其中所述纵向端表面（39d）与所述横向突起表面（41d）之间的角度（α）小于5°。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的导向翼片，其中所述翼翘（19a，19b，19c，19d）进一步包括：

·接合表面（49d），

其中所述接合表面（49d）接合所述纵向端表面（39d）和所述横向突起表面（41d）。

15.根据权利要求14所述的导向翼片，其中所述纵向端表面（39d）与

a）所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的所述吸力表面（29d）之间的过渡半径，和/或

b）所述翼翘（19a，19b，19c，19d）的所述接合表面（49d）之间的过渡半径

小于3mm。

16.根据权利要求14所述的导向翼片，其中所述纵向端表面（39d）与

a）所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的所述吸力表面（29d）之间的过渡半径，和/或

b）所述翼翘（19a，19b，19c，19d）的所述接合表面（49d）之间的过渡半径

小于1mm。

17.根据权利要求11至13和15至16中任一项所述的导向翼片，其中形成在所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的压力表面（27d）与所述翼翘（19a，19b，19c，19d）的横向突起表面（41d）之间的过渡半径小于30mm。

18.根据权利要求11至13和15至16中任一项所述的导向翼片，其中形成在所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的压力表面（27d）与所述翼翘（19a，19b，19c，19d）的横向突起表面（41d）之间的过渡半径小于10mm。

19.根据权利要求11至13和15至16中任一项所述的导向翼片，其中形成在所述导向翼片主体（17a，17b，17c，17d）的压力表面（27d）与所述翼翘（19a，19b，19c，19d）的横向突起表面（41d）之间的过渡半径小于5mm。

20.一种用于转换能量的机器，该机器包括：

外壳（3）；

根据权利要求1至19中任一项所述的导向翼片（13a，13b，13c，13d），所述导向翼片被固定在所述外壳处。

21.根据权利要求20所述的用于转换能量的机器，所述机器进一步包括：

被可转动地支撑在所述外壳内的转子轴（7）；

其中所述导向翼片（13a，13b，13c，13d）从所述外壳朝向所述转子轴（7）向内延伸。

22.根据权利要求20或21所述的机器，其中在所述导向翼片的径向内表面与固定在所述转子轴（7）处的转子（9）之间形成大于0.5mm的间隙（25a，25b，25c）。

23.根据权利要求20或21所述的机器，其中在所述导向翼片的径向内表面与固定在所述转子轴（7）处的转子（9）之间形成大于0.6mm的间隙（25a，25b，25c）。

24.根据权利要求20所述的机器，其中所述机器是燃气涡轮发动机的压缩机。