CN102906429B - 用于产生一串压缩机叶片上游的旋涡的旋涡发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶片(1)组件(2)，特别是一种流动调直器，用于涡轮机压缩机，所述叶片(1)组件(2)包括多个作用在流上的单独装置(14A)，所述装置形成为至少以产生旋涡(16)。每个所述单独装置(14A)均设置在所述叶片(1)组件(2)的上游，以同时作用在所述主流(E)和再循环流(G)上。

Description

用于产生一串压缩机叶片上游的旋涡的旋涡发生器
技术领域
本发明涉及涡轮机压缩机的叶片组件领域，所述涡轮机例如为涡轮喷气发动机或直升机的涡轮轴发动机。本发明还涉及一种包括此种叶片组件，特别是包括用于高压压缩机的整流器的压缩机。
背景技术
众所周知，用于涡轮喷气发动机的压缩系统(特别是高压压缩机)是引擎的最关键部件之一。涡轮喷气发动机的压缩机由多个连续压缩级组成，每个级包括两个叶片组件，称为转子和整流器(定子)。该整流器在使用方式上包括，同轴的内罩和外罩，以及在所述内罩与外罩之间彼此相邻布置的叶片，所述叶片通过它们的端部到其上，例如文献FR-2896019所公开的那样。
为确保压缩机的操作，在整流器与轮轴之间的各级处具有间隙，在整流器下形成腔。通常，漏流沿着所述整流器的下游至上游方向在所述腔中循环，在内罩的径向内端下穿过。所述漏流随后被再注入该整流器上游的气流中。
所述漏流与主流干涉，并导致阻塞的产生。特别是，其改变叶片上游的流动条件，其促进角阻塞的发生并增加相关损失。
因此，在此压缩机区域中同时存在两个主要的损失来源：在定子下的再循环所引起的损失和由角阻塞所引起的损失。
另外，为有效减小损失，有必要对所述两个现象采取措施。
为减小阻塞，在文献WO-2008/046389中公开了一种系统，该系统使用设置在压缩机的固定或移动轮上游的轮轴上的旋涡发生器。所述设置在上游内和/或外管壁上的旋涡发生器产生尾流旋涡，所述尾流旋涡增加通道壁上边界层的能量。在所述壁的邻近处，沿主流动的方向在流动部件中产生一增量，该增量有利地作用在固定和移动叶片的区域中的阻塞上。
在所述文献WO-2008/046389中所公开的系统仅作用在主流动上，其仅处理上述两个阻塞问题中的一个。此通常的方案因此无法完全满足整流器区域中损失减小的需要。
发明内容
申请人自己的目的是提供一种叶片组件，该叶片组件可同时限制甚至消除上述两种类型的损失。
根据本发明，一种用于涡轮机压缩机的叶片组件包括多个作用于流体的单独装置，所述装置至少形成以产生旋涡，其特征在于，每个所述单独装置均设置在所述组件上游，以同时作用在主流上和再循环流上。
由本发明所建议的方案因此在于提供用于产生旋涡的装置，所述旋涡同时作用在主流及再循环流上，并因此同时作用在前述两个损失源上，从而可有效减小损失。
更具体地，旋涡在气流中的主流和离开腔的再循环流遇到根据本发明的装置时生成。所述旋涡使能量可从主流传送至边界层。所述边界层因而被加速。由于在整流器情况的上表面上定子脚部的低速造成角旋涡，所述角旋涡因此被减小。
根据本发明及其变形的一个优点是最大程度地限制压缩机轴向长度上的冲击。
在一具体实施例中，至少一些(优选所有)所述产生旋涡的单独装置包括直接形成在罩上游面中的凹口，所述再循环流围绕所述罩穿过。
在本发明的范围内：
-“上游”和“下游”的概念是相对于在叶片组件和压缩机中的空气的主流的方向而限定；以及
-术语“径向”是相对于压缩机的轴。
在优选实施例中，所述用于产生旋涡的单独装置还形成以引导至少所述再循环流。为此，至少所述装置中的一些优选包括肋，所述肋设置在罩的上游面的区域中，所述再循环流围绕所述罩穿过。
所述优选实施例因此在所述罩上，腔的出口处提供既在腔的出口处引导流体，又产生旋涡使得可在所述叶片组件的(脚部或头部)控制阻塞的装置。
而且，所述装置中的一些优选设置在：
-两个连续叶片之间。在此情况下，优选位置位于从上游方向看，上表面上沿内-叶片通道的距离的1/3；
-或者，在各情况下直接在一叶片的上游。
而且，所述装置可跨越所述叶片组件的整个周边设置，或仅跨越其一部分周边设置。
在第一优选实施例中，所述叶片组件对应于用于涡轮机压缩机的整流器，所述整流器包括同轴的外罩和内罩，以及在所述外罩与内罩之间相互邻接设置的叶片，所述叶片通过它们的端部连接到其上，所述整流器还包括设置在内罩上的多个作用在流体上的单独装置，每个所述装置设置在内罩的上游面的区域中，在径向外侧附近，以同时作用在主流上和作用在对应于来自下游面的，在所述内罩的径向内侧下方穿过的流的再循环流上。
而且，在一第二实施例中，所述叶片组件对应于用于涡轮机压缩机的转子，所述转子包括同轴的内罩和外罩，以及相互相邻地设置在所述内罩与外罩之间的叶片，所述叶片通过它们的端部连接于其上，所述转子还包括多个作用于所述流上的单独装置，所述装置设置在所述外罩上，每个所述装置设置在该外罩的上游面的区域中，以同时作用在主流上和作用在对应于来自下游面的，在所述外罩的径向外侧上穿过的流体的流的再循环流上。
无论什么实施例，通过本发明而获得的阻塞的减小使得可改善压缩机的效率，并帮助增加稳定范围。
而且，一种单一类型的装置使得可控制腔中的流体并减小相关的阻塞。而且，所述装置直接固定或制造在所述整流器或转子的平台(罩)中，所述平台限制一体化或制造的问题。
另外，本发明还涉及一种包括至少一个上述叶片组件(整流器、转子)的涡轮机压缩机，和/或一种涡轮机，特别是一种飞机涡轮喷气发动机引擎，其包括这样的压缩机。
附图说明
通过参照附图阅读以下说明，进一步的特征、优点将变得明显，其中：
图1示意性显示压缩机整流器的一叶片；
图2为显示在图1中所示的叶片的区域中出现的阻塞的视图；
图3显示涡轮机的高压压缩机的整流器的局部透视图，涡轮机的高压压缩机包括根据本发明第一实施例的作用于流体上的装置；
图4与图2类似的视图，显示通过图3的实施例所获得的优点；
图5显示涡轮机的高压压缩机的整流器的局部透视图，涡轮机的高压压缩机包括根据本发明第二优选实施例的作用于流体上的装置；
图6为与图2类似的视图，显示通过图5的实施例所获得的优点；
图7为涡轮机的高压压缩机的整流器的一种变例的局部透视图，涡轮机的高压压缩机包括根据本发明所述第一实施例的作用于流体上的装置；
图8为用于涡轮机的高压压缩机的转子的示意图，本发明将应用于该涡轮机。
具体实施方式
整流器2的叶片1，如部分显示于图3和5中那样，显示于图1中。所述整流器2形成涡轮机压缩机3的部分，特别是飞机涡轮喷气发动机引擎的压缩机3的部分。压缩机3包括，以通常方式，多个连续的压缩级，每个压缩级包括转子22和整流器2(定子)。
所述整流器2包括(径向)外罩4和(径向)内罩5，它们是叶片1的支撑罩。所述两个罩4和5是同心的，多个叶片1从它们所固定到的所述罩4和5的一个大致沿径向延伸到另一个，所述叶片1沿周向间隔开，优选以均匀的方式间隔。
在本发明的范围内：
-“上游”和“下游”的概念是相对于在整流器2和压缩机3中的空气的主流的方向而限定；以及
-术语“径向”是相对于压缩机3的轴。
流体的主流的方向用箭头E显示，存在于叶片1(下表面1A和上表面1B)的脚部的流体的局部循环在图1中以细线利用箭头F显示。在叶片1脚部，角阻塞的区域6存在于其上表面1B上。
为确保压缩机3的操作，在整流器2与轮轴7之间的各级处存在间隙，所述间隙形成已知为整流器下的腔的腔8，如图2中所示。通常，一漏流(由箭头G表示)在所述腔8中循环，从整流器2的下游面9A至上游面9B，在内罩5的径向内侧11下穿过。所述漏流随后被再注入整流器2上游的气流中，具体由箭头H表示。所漏流中断主流(由箭头E表示)，并促使阻塞产生，由图2中的线12示意性表示。特别是，漏流改变叶片1上游的流动条件，促进角阻塞的发生，并增加相关损失。这样，在压缩机2的所述区域中同时存在两个损失源：由于在整流器8下的腔中的再循环而造成的损失源，和由角阻塞6导致的损失源。
本发明提出一种方案，其可同时作用于所述两个现象以有效减小相关损失。
为实现此目的，整流器2包括多个单独的装置14A、14B作用于所述流动上。每个所述装置14A、14B均设置在两个连续的叶片1之间，径向外侧15的附近，内罩5的上游面10的区域中，如图3和5中所示，以在上游面10的区域中同时作用于主流E与再循环流G(其对应于从下游面9A，在内罩5的径向内侧11下穿过腔8的流体的流)上，如图4和6中所示。
所述装置14A、14B至少形成以产生可使阻塞减小的旋涡16，如图4和6中由可与图2中的线12对比的线17A和17B示意性表示。旋涡16可使能量从主流E传送到边界层。边界层因此被加速。由于在上表面1B上叶片1的脚处的低速造成角旋涡，所述角旋涡于是被减小。
产生旋涡16的装置14A、14B因此同时作用在主流E和再循环流G上，因此同时作用在前述两个损失源上，以有效减小损失。
在图3和4中所示的第一实施例中，所述单独装置14A为凹口，所述凹口直接形成在内罩5的上游面10中，并具有产生旋涡16的独特作用。
而且，在第二优选实施例中，如图5和6中所示，所述单独装置14B为肋，所述肋设置在所述径向外侧15的附近，所述内罩5的上游面10的附近。
所述肋14B具有双重作用。一方面，按第一实施例的装置14A的方式，它们产生减小角阻塞的旋涡16。另一方面，所述肋在腔8的出口处引导流，所述流以更均匀的方式与主流混合，产生更少的阻塞。
无论哪个实施例，通过本发明而获得的阻塞减小可改善压缩机3的效率，并帮助增加稳定范围。
而且，单一类型的装置14A、14B使得可控制整流器下的腔中的流，并减小相关阻塞。而且，所述装置14A、14B直接固定或制造在整流器2的平台(内罩5)中，该平台限制一体化或制造的问题。
在本发明的范围内，所述装置14A、14B可设置为：
-在两个连续叶片1之间，如图3和5中所示。在此情况下，优选位置可位于从上游方向看，上表面上，沿内-叶片通道的距离的1/3处；
-或者，在各情况下直接在叶片1的前面。
而且，所述装置14A、14B可跨越整流器2周边的整体设置，或仅跨越其一部分周边设置。
在图7中所示意性显示的具体实施例中，所述整流器2由多个单独结构19形成，每个结构19包括一叶片1。所述结构19相互邻近组装，以形成整流器2。在一具体变例中，每个所述结构19在它们的各边缘20A和20B的区域中具有倒角19A和19B。这样，在各情况下，两个相邻结构19的倒角19A和19B形成一凹口14A，该凹口如上所述可产生旋涡16。
而且，本发明还可应用于涡轮机压缩机3的转子22，如图8中示意性所示。
众所周知，此种转子22的可移动轮在头部可具有罩23和再循环流G可在其中循环的腔24，如定子(或整流器2)在脚部那样。
本发明在此情况下可延伸，以整流器2的内罩5上的相同方式在罩23的前缘上提供产生旋涡(在图8中由三角形示意性显示)的装置。以上所显示的整流器2的特征(更具体说是产生旋涡14A、14B的装置的特征)可以类似的方式实现在转子22上。
在此实施例中的目的与整流器2相同，即减小由于再循环和角阻塞而造成的损失。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机压缩机(3)的叶片组件，所述叶片(1)组件(2，22)包括多个作用在流上的单独装置(14A，14B)，所述装置设置在所述叶片(1)组件(2，22)的上游，并形成为至少以产生旋涡(16)，每个所述单独装置(14A，14B)均设置在一罩(5，23)的上游面(10)上，一再循环流(G)围绕该罩(5，23)通过，在一腔中循环，其中该再循环流(G)被重新注入主流(E)中，使得所述单独装置(14A，14B)同时作用在所述主流(E)上和再循环流(G)上。
2.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，至少一些所述装置(14A)包含凹口，所述凹口形成在一罩(5，23)的所述上游面(10)中，所述再循环流(G)围绕所述罩(5，23)通过。
3.根据权利要求1或2所述的叶片组件，其特征在于，所述装置(14B)还形成以引导至少所述再循环流(G)。
4.根据权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，至少一些所述装置(14B)包括肋，所述肋设置在一罩(5，23)的所述上游面(10)的区域中，所述再循环流(G)围绕所述罩(5，23)通过。
5.根据权利要求1或2所述的叶片组件，其特征在于，至少一些所述装置(14A，14B)设置在两个连续叶片(1)之间。
6.根据权利要求1或2所述的叶片组件，其特征在于，至少一些所述装置直接设置在叶片(1)的上游。
7.根据权利要求1或2所述的叶片组件，其特征在于，所述组件对应于一用于涡轮机压缩机(3)的整流器(2)，所述整流器(2)包括同轴的外罩(4)和内罩(5)，以及叶片(1)，所述叶片(1)彼此相邻地设置在所述外罩(4)和内罩(5)之间，并通过它们的端部连接到所述外罩(4)和内罩(5)上，所述整流器(2)还包括多个作用在流上的单独装置(14A，14B)，所述装置设置在所述内罩(5)上，每个所述装置(14A，14B)均设置在所述内罩(5)的上游面(10)的区域中，径向外侧(15)的附近，以同时作用在主流(E)上与对应于来自下游面(9A)、在所述内罩(5)的径向内侧(11)下方通过的流体的流的再循环流(G)上。
8.根据权利要求7所述的叶片组件，其特征在于，所述整流器(2)由多个组装在一起的单独结构(19)形成，每个所述单独结构(19)包含一叶片(1)。
9.根据权利要求8所述的叶片组件，其特征在于，各所述单独结构(19)在边缘(20A，20B)的区域中均设有倒角(19A，19B)，所述相邻倒角(19A，19B)形成一凹口(14A)。
10.根据权利要求1或2所述的叶片组件，其特征在于，所述组件对应于一用于涡轮机压缩机(3)的转子(22)，所述转子(22)包含同轴的内罩和外罩(23)，以及叶片(1)，所述叶片(1)相互邻近地设置在所述内罩与外罩之间，并通过它们的端部连接到所述外罩(4)和内罩(5)上，所述转子(22)还包括多个作用在流上的单独装置，所述装置设置在所述外罩(23)上，每个所述装置均设置在所述外罩(23)的上游面的区域中，以同时作用在主流(E)上与对应于来自下游面、在所述外罩(23)的径向外侧上通过的流体的流的再循环流(G)上。
11.一种涡轮机压缩机，其特征在于，其包括至少一个如权利要求1-10中任何一项所述的叶片组件(2，22)。
12.一种涡轮机，其特征在于，其包括至少一个如权利要求11所述的压缩机(3)。
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