CN103635698A - 用于扩压燃气涡轮机压缩级的方法以及用于实施该方法的扩压级 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了通过定位法兰生成空气流，所述定位法兰的形状被优化。因此提供在流动方向上且在切线方向上的非轴对称形状。根据一个实施方式，径向或混合燃气涡轮压气机扩压级包括轮，所述轮包括两个法兰（9），在所述法兰（9）之间的流体离心地或倾斜地从中心朝向周边流动。栅板的叶片（60）在法兰（9）之间分布，以便引导流体在中心侧上的所述叶片（60）的前缘（6a）和在周边侧上的后缘之间流动。在两个基本垂直的方向中的至少一个方向上，即，在沿着叶片（60）的流（F）的方向上并且在叶间切线方向上，至少一个法兰（9）具有包括至少一个区（Z1，Z2）的内表面（9i），所述区（Z1，Z2）在两个相邻叶片（60）之间具有交替的凹（91）弯曲部和凸（92）弯曲部。

Description

用于扩压燃气涡轮机压缩级的方法以及用于实施该方法的扩压级

技术领域

本发明涉及一种用于扩压燃气涡轮发动机的压缩级中空气流的方法以及能够执行所述方法的扩压级。

本发明领域涉及改善在有关级的扩压配件中的离心压气机和混合压气机的性能水平和抽送余量。该扩压配件的目的是将在构成级的离心叶轮的出口处所获得的流体的动能转换成静压。该操作必须发生在压气机中的稳定性维持在满意水平的同时所具有的总压力的损失最小时，以便维持涡轮发动机的运行可接受的抽送余量。

离心压气机具有至少一个径向压缩级，即，能够产生垂直于压气机的中心轴线的空气流的压缩级。混合压气机具有至少一个相对于所述中心轴线倾斜的压缩级。

压缩级的扩压配件包括由两个板所形成的叶轮，在所述两个板之间的流体以离心或倾斜的方式从中心朝向周边流动。叶片分布在板之间的叶轮周围。这些叶片在中心处的这些叶片的前缘和在外侧上的后缘之间形成叶栅流。

背景技术

径向且混合的扩压配件的板通常是扁平的，并且，有利地，在叶片之间的流体的流动横截面是锥形的。流动横截面的锥形由在扩压器颈部处的流动横截面以及由在叶栅的前缘和后缘之间的减速速度所限定。

其他构造提供了连接到锥形流的轴对称板，以便提供流动横截面的附加控制并且以便因此优化在叶栅中的扩压。

这些解决方案只允许在一个维度上控制流动横截面的变化。不存在对两个叶片之间流体流动的切线不均匀性所进行的控制。然而，这种控制允许该流被调整和优化。

发明内容

本发明的目的是为了通过使用该形状优化的板产生这种流，因为这些板具有被该流流通过的最大表面区域。因此提出了在该流的方向上和在切线方向上的非轴对称的形状。

更具体地，本发明涉及用于在燃气涡轮发动机的压缩级中扩压空气流的方法，所述压缩级包括扩压配件，所述扩压配件包括由两个板所形成的叶轮，在所述两个板之间的流体以离心或倾斜的方式从中心朝向周边流动。叶栅的叶片分布在板之间的叶轮的周围，以便引导流体在中心处的这些叶片的前缘和在周边处的后缘之间流动，在该方法中，至少一个板在两个基本垂直方向中的至少一个方向上，即，在沿着叶片流动的方向上并且在叶间切线方向上，具有凹弯曲部和凸弯曲部的至少一个交错。

在这些情况下，流体流的三维形状允许在该流中的其流被重新分配和被均匀。产生负载损耗的二次流大量减少。在跨声速叶片配件中的冲击位置被修改并且它们的强度被降低。此外，在压缩级被显著降低后的燃烧室的输入处的气动锁定也大量降低。

本发明进一步涉及能够执行该方法的径向或混合燃气涡轮发动机的扩压级。这种级包括由两个板所形成的叶轮，在所述两个板之间的流体以离心或倾斜的方式从中心朝向周边流动。叶栅的叶片分布在板之间的叶轮周围，以便引导流体在中心处的这些叶片的前缘和在周边处的后缘之间流动。至少一个板具有包括至少一个区的内表面，所述区在两个基本垂直的方向中的至少一个方向上，即，在沿着叶片的流动方向上和在叶片间的切线方向上，具有在两个相邻叶片之间的交替的凹弯曲部和凸弯曲部。

根据有利的特征，扩压级在叶片之间具有交替的凹区和凸区，所述凹区和凸区尤其达到叶片的弦线的大约80%（优选地达到大约50%），所述凹区和凸区在叶片的前缘处，前缘的上游开始，和/或在后缘处，连续到后缘的下游。当该级的两个板被包括时，特别地以相对于板的对称的中心平面的对称方式或以平行的方式，这些交替的凹区和凸区可以被应用到两个离心的（径向的）和混合的扩压板中的一个和/或另外一个。

附图说明

参考附图，通过阅读以下非限制性说明，本发明的进一步信息、特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1是包括空气扩压器的燃气涡轮发动机的局部剖视图；

-图2a和2b是包括一个和两个板的具有叶片的扩压级的立体图；

图3a至3c是在沿着叶片的空气流方向的板轮廓的示意图，两个区沿着叶片具有分别交替的弯曲部，所述区在后缘处连续到叶片下游，并且在前缘处从叶片上游开始；

-图4是在叶间切线方向上的局部示意图，板具有带有交替弯曲部的两个区；

-图5是在前缘处的叶间示意立体图，板具有带有交替弯曲部的区；以及

-图6是在两个叶片的后缘处的示意立体图，具有平板和具有带有交替弯曲部的区的板。

具体实施方式

术语“下游”和“上游”指的是相对于空气流的位置。在所有的附图中，相同的附图标记涉及说明书中的段落，在这些段落中定义对应于这些附件标记的组件。

参考根据图1的直升机燃气涡轮发动机1的局部剖视示意图，空气流F首先被吸进新鲜空气进气套筒2中，然后在离心压气机5的叶轮4的叶片3和壳体10之间被压缩。涡轮绕着轴线X’X具有轴对称性。

在这种情况下，压气机5是离心式的，并且被压缩的流F然后从叶轮4径向地流出。当压气机是混合式的，该流以相对于垂直于轴线X’X的径向方向，以0°至90°之间的倾斜角流出。

流F然后穿过设置在压气机4出口处的扩压器或叶轮6，以便被整流和朝向燃烧室8的进气通道7行进。

为了实施该整流，叶轮6包括多个弯曲叶片60，所述弯曲叶片60在这种情况下以径向方式被布置在叶轮4的周边两个板9之间，并且因此绕着轴线X’X旋转。

图2b更具体地表示了具有叶片60的扩压器6的立体图，所述叶片60被牢固地连接到两个板9。在图2a中，其中，为了清晰的原因，板被省略，每个叶片60以已知的方式具有被称为上表面的表面6e和被称为下表面的表面6i。在所表示的实施例中，这些表面在空气流的方向上被锥形前缘6a和圆形后缘6f连接。横向于上表面和下表面，每个叶片60具有牢固地连接到板9的扁平侧面6p。

通常，图2a和2b中的板是扁平的。根据本发明，至少一个这些板9在它们之间所限定的空间E中具有至少一个区，所述区具有在两个叶片60之间的交替的弯曲部。

参考图3a，在沿着叶片60的空气流F的方向上、从在叶片的前缘6a处的进气口到朝向燃烧室的出口通道7，这种板9被表示为轮廓。沿着叶片60，在板9中制造具有交替弯曲部的两个区Z1和Z2。这些区中的每个区在流F侧面处并且相对于板9的扁平表面部分9p具有凹部91和凸部92。在所表示的非限制性实施例中，区Z1和Z2通常延伸叶片60的弦线6c长度的大约80%。

在附图中，板9具有小厚度，以便简化描述，但是实际上其具有特定的厚度，并且，具有交替弯曲部的区被形成在其中空气流F流过的板的内表面9i上。板9的外表面9e可以维持扁平或符合交替弯曲部的凸形状和凹形状，后者在该实施例中相对于内表面9i的凹形状和凸形状是相反的。在第一个例子中，板具有可变的厚度，并且，在第二个例子中，其具有恒定的厚度。特别地，板的形状可能依赖于用来制造具有交替弯曲部的区的方法：通过铣削、激光、电火花腐蚀、成形和冲压等。

在图3b和3c中，具有交替弯曲部的两个区Z1和Z2分别形成在叶片60的后缘6f处到通道7进气口中叶片的下游和/或在前缘6a处从叶片60的上游进气口开始。

图4表示了在叶间的“切线方向”6t，即在叶片60之间的扩压级的局部示意图。箭头F指的是空气流的方向。板9的内表面9i具有带有交替弯曲部的两个区Z1和Z2，所述区Z1和Z2主要在两个叶片60的下表面6i和上表面6e之间延伸。

在前缘6a处的图5的叶间立体图更具体地表示了具有区Z1的板9，所述区Z1在两个叶片60之间具有交替的弯曲部。该区表示了在叶片60的下表面6i上的凹弯曲部91和在另一个叶片60的上表面6e上的凸弯曲部92。弯曲部的该交替允许在每个叶片60的下表面和上表面之间的压力均衡。在前缘6a之间的颈部6s处的区段被保留。

在后缘6f处，空气流F的均化在图6中的立体图中表示。通过在叶片60之间的平板90（以在附图中的阴影线表示），在具有非常小数量移动的区Z0中创建气动锁定。在现有技术的该配置中，主空气流（箭头F）具有高的马赫数。相反，根据本发明，通过具有交替弯曲部的板，气动锁定区被省略，并且，在布满所提供的整个流动横截面的同时具有低马赫数的空气流F被均匀化。

本发明并不限制于所描述的和表示的实施方式。因此，在所表示的实施例中，弯曲部不仅在流体F的流动方向上还在在切线方向6t上交替。在其它变型中，具有交替的弯曲部的区可以被并列，以使具有相同类型弯曲部的表面区域的部分-无论是凹的还是凸的-可以紧靠在一起。

Claims (9)

1.一种用于在燃气涡轮发动机（1）的压缩级（5）中扩压空气流（F）的方法，所述压缩级（5）包括扩压配件，所述扩压配件包括由两个板（9）所形成的叶轮（6），在两个所述板（9）之间的流体以离心或倾斜的方式从中心朝向周边流动，叶栅的叶片（60）分布在所述板（9）之间所述叶轮（6）周围，以便引导流体在中心处的所述叶片（6）的前缘（6a）和在周边处的后缘（6f）之间流动，其特征在于：至少一个所述板（9）在沿着所述叶片（60）的流（F）的方向上具有凹（91）弯曲部和凸（92）弯曲部的至少一个交替。

2.根据权利要求1所述的扩压空气流（F）的方法，其中：至少一个所述板（9）在叶间切线方向（6t）上具有凹（91）弯曲部和凸（92）弯曲部的至少一个交替，所述叶间切线方向（6t）基本垂直于沿着所述叶片（60）的流（F）的方向。

3.一种径向或混合燃气涡轮发动机的压气机的扩压级，所述扩压级能够实现根据权利要求1所述的方法，所述扩压级包括由两个板（9）所形成的叶轮（6），在所述两个板（9）之间的流体以离心或倾斜的方式从中心朝向周边流动，叶栅的叶片（60）分布在所述板（9）之间的所述叶轮（6）周围，以便引导流体在中心处的所述叶片（60）的前缘（6a）和在周边处的后缘（6f）之间流动，其特征在于：至少一个所述板（9）具有内表面（9i），所述内表面（9i）包括至少一个区（Z1，Z2），所述区（Z1，Z2）在两个相邻叶片（60）之间具有交替的凹（91）弯曲部和凸（92）弯曲部。

4.根据权利要求3所述的径向或混合燃气涡轮发动机的压气机的扩压级，其中：至少一个所述板（9）具有内表面（9i），所述内表面（9i）进一步包括至少一个区（Z1，Z2），所述区（Z1，Z2）在叶间切线方向（6t）上，在两个相邻叶片（60）之间具有交替的凹（91）弯曲部和凸（92）弯曲部。

5.根据权利要求3或4所述的扩压级，其特征在于：所述扩压级在所述叶片之间具有交替的凹（91）区和凸（92）区（Z1，Z2），所述凹（91）区和凸（92）区（Z1，Z2）尤其达到叶片（60）的弦线（6c）的基本上80%，并且优选地达到基本上50%。

6.根据权利要求4至5中的任何一项所述的在所述叶片的前缘处的扩压级，其特征在于：所述扩压级在所述叶片（60）的所述前缘（6a）处具有凹区和凸区（Z1，Z2），所述凹区和凸区（Z1，Z2）开始于所述前缘（6a）的上游。

7.根据权利要求4至6中的任何一项所述的在所述叶片的前缘处的扩压级，其特征在于：所述扩压级在所述叶片（60）的所述后缘（6a）处具有凹区和凸区（Z1，Z2），所述凹区和凸区（Z1，Z2）连续到所述后缘（6f）的下游。

8.根据权利要求4至7中的任何一项所述的在所述叶片的前缘处的扩压级，其中：所述交替的凹区和凸区（Z1，Z2）被应用到用于离心和混合扩压的所述两个板（9）中的一个和/或另外一个。

9.根据前述权利要求所述的扩压级，其中：所述交替的区（Z1，Z2）以相对于所述板（9）的对称的中心平面对称的方式或以平行的方式被应用到所述板（9）。

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