CN108474255A - 引导边缘罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮机叶片的领域，更具体说涉及用于涡轮机叶片(16)的引导边缘罩(32)，从底端(40)沿高度方向延伸到顶端(41)，具有覆盖一引导边缘(18)的外侧面(50)和连接到一叶片主体(30)上的内侧面(51)，并具有下遮盖翼(34)、上遮盖翼(36)和将下遮盖翼(34)与上遮盖翼(36)相连的中央部分(38)。该中央部分(38)的厚度(e1)大于在外侧面(50)与内侧面(51)之间的下遮盖翼(34)和上遮盖翼(36)。该中央部分(38)的厚度(e1)从所述引导边缘罩(32)的底端，在一第一段(S1)上以稳定的或上升的梯度增加，但在超过所述第一段(S1)时具有一减小的梯度。

Description

引导边缘罩

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机叶片的引导边缘罩。术语“涡轮机”在本文中用于表示其中能量可在流体流与至少一组叶片之间传递的任何机器，例如压缩机、泵、涡轮、螺旋桨或实际上至少两个上述机器的组合。

背景技术

这样的引导边缘罩通常用于保护旋转叶片或引导叶片的引导边缘不受冲击。术语“叶片”在本文中用于风扇叶片和飞机螺旋桨的叶片。为了限制这些叶片的重量，它们通常主要为由例如用纤维加强的聚合物这样的有机基质复合材料制成的叶片主体的形式。尽管这些材料的机械质量大体上良好，特别是它们的重量，但它们对点冲击有些敏感。罩，通常由例如钛合金这样的非常坚固的金属材料制成，因此通常安装在这些叶片的引导边缘上，以保护它们免受这些冲击。这些罩，从邻近叶片根部的底端延伸到邻近叶片顶部的顶端，并具有覆盖在引导边缘上面的外侧面和用于紧固到叶片主体上的内侧面，通常以薄压力侧翼和薄吸力侧翼的形式，薄压力侧翼和薄吸力侧翼通过一个在该引导边缘之上的厚的中央部分连接在一起，因此，该罩作为整体与叶片的引导边缘以及它的相邻的压力侧部分和吸力侧部分相适应。由于叶片的旋转，冲击速度通常朝向叶片顶部增加，因此该罩的中央部分的内侧面与外侧面之间的厚度通常从该罩的底端到顶端增加。然而，这存在着增加罩的重量的缺点，尤其是增加其围绕沿高度方向延伸的一轴线的惯性。

发明内容

本公开寻求通过提出一种用于涡轮机叶片的引导边缘罩来补救这些缺点，它使得可提供适于叶片的保护，重量和惯性减小。

在至少一个实施例中，该目标通过以下事实来实现：在所述引导边缘罩中，该罩可由金属材料制成，沿高度从底端到顶端延伸，具有一覆盖引导边缘的外侧面和一用于紧固到叶片主体上的内侧面，其包括压力侧翼、吸力侧翼和将压力侧翼与吸力侧翼连接在一起的中央部分，该中央部分在外侧面与内侧面之间的厚度比压力侧翼的对应厚度以及内侧面与外侧面之间的吸力侧翼的对应厚度都大，其中首先该中央部分的厚度在第一段以一个稳定的或者增加的梯度增加，该第一段从引导边缘罩的底部延伸过至少60％，或实际上80％的该引导边缘罩的高度，其次该中央部分的厚度在超过所述第一段时具有一减小的梯度。该中央部分的厚度可在该引导边缘罩的超过所述第一段的第二段上减小。

通过这些设置，可在叶片超过所述第一段较少暴露于冲击时将由该罩所增加到叶片上的重量和惯性减小。

本公开还提供了一种叶片，该叶片沿高度从叶片根部延伸到叶片顶部，并包括一叶片主体，该叶片主体具有组装到其上的引导边缘罩，由具有例如聚合物基质这样的有机基质的纤维加强复合材料制成，该引导边缘罩由比叶片主体的复合材料具有更好抗点冲击能力的材料制成，该罩的底端比顶端更靠近叶片根部。

本公开还提供一种涡轮机，该涡轮机包括多个这样的叶片，以及一包括这样的风扇的涡轮风扇。

附图说明

在阅读以下作为非限制性例子的实施例的详细描述后，本发明将被更好地理解，其优点将更好地呈现。本说明书参照附图，其中：

图1是一涡轮风扇的示意性透视图；

图2A和2B分别是在一叶片的实施例中图1中的旋转叶片的压力侧和吸力侧的示意性透视图；

图3是在平面III-III上的图2A和2B中的叶片的零碎截面图；以及

图4是显示与现有技术的引导边缘罩的关系进行比较的，在两个实施例中的引导边缘罩的中央部分的厚度变化的关系的图表。

具体实施方式

图1显示一涡轮风扇10，其包括气体发生器单元12和风扇14。该风扇14包括多个围绕一中央轴线X径向设置的旋转叶片16，所述叶片的轮廓按空气动力学设计，以在它们旋转时推动空气，所述叶片由一风扇壳体50所包围。因此，如图2A、2B和3中所示，每个叶片16均具有引导边缘18、后边缘20、压力侧22、吸力侧24、叶片顶部26和叶片根部28。

在正常的操作中，相关的气流基本上朝向每个叶片16的引导边缘18引导。因此，该引导边缘18尤其暴露于冲击中。特别是当叶片16包括由复合材料，特别是由具有用纤维加强的聚合物基质的材料制成的叶片主体30时，最好用结合在每个叶片上的引导边缘罩32保护引导边缘18。换句话说，该引导边缘罩32被组装在叶片主体30上。

该引导边缘罩32由具有比叶片主体30的复合材料更好的抗点冲击性能的材料制成。该引导边缘罩32主要由金属制成，更具体说是由例如TA6V(Ti-6Al-4V)这样的钛基合金制成。该引导边缘罩32同样可由钢或通常指注册商标Inconel^TM的金属合金制成。术语“Inconel”在此用来表示基于铁与镍和铬相结合的合金。

该引导边缘罩32从底端40沿着一轴线Z延伸过一高度H至顶端41，其具有覆盖引导边缘18的外侧面50和紧固到叶片主体30上的内侧面51，它包括压力侧翼34、吸力侧翼36和跨越该罩32的高度H将压力侧翼34和吸力侧翼36连接在一起的中央部分38。压力侧翼34和吸力侧翼36用于将罩32定位在叶片主体30上。如图3中所示，该图是在平面III-III上横向延伸至罩32的高度H的轴线Z的截面图，罩32的外侧面50与内侧面51之间的中央部分38的厚度e1分别大于外侧面50与内侧面51之间的压力侧翼34与吸力侧翼36的厚度e2和e3，以承受集中在中央部分38上的冲击。

由于每个叶片16在工作时均围绕涡轮风扇1的中央轴线X旋转，因此引导边缘18的切向速度从叶片的根部26到顶部28增加。在已知的罩中，为了考虑对叶片的冲击速度的速度增加的效果，罩的中央部分的厚度e1从罩的底端到顶端增加，应用一具有稳定甚或增加的梯度的增加关系，如图4中的曲线100所显示的那样，其中垂直轴线对应于罩的高度H的轴线Z，水平轴线对应于厚度e1。

然而，叶片顶部26部分由壳体50保护，为此入口可以比风扇14窄。与现有技术的罩相比较，可以设想减小叶片顶部26附近的罩32的中央部分的厚度e1，而不对安全性有负面影响。罩32的中央部分38的厚度e1因此可从罩32的底端40开始，在一第一段S1上以稳定的即恒定的，或者增加的梯度de1/dZ增加，而在超过该第一段时以一梯度减小。例如，在图4中通过曲线101所示的第一实施例中，厚度e1超过第一段S1连续增加至顶端41，但具有减小的梯度de1/dZ。甚至可在图4中通过曲线102所示的第二实施例中设想，该梯度de1/dZ变为负值，使得厚度e1在第一段S1与罩32的顶端41之间的第二段S2上减小。相对于由曲线100所示的比较例，可减小由罩32加到叶片16的重量，尤其是惯性。

尽管已对本发明参照具体实施例进行了描述，很清楚，可以对那些实施例进行各种修改和改变，而不超出由权利要求书所限定的本发明的一般范围。而且，所提到的不同实施例的个体特征可以合并到附加实施例中。因此，本说明书和附图应当被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种用于涡轮机叶片(16)的引导边缘罩(32)，所述引导边缘罩(32)沿高度从一底端(40)延伸到一顶端(41)，具有覆盖一引导边缘(18)的外侧面(50)和用于紧固到一叶片主体(30)上的内侧面(51)，并包括压力侧翼(34)、吸力侧翼(36)，和将所述压力侧翼(34)与吸力侧翼(36)连接在一起的中央部分(38)，其特征在于，所述中央部分(38)的在所述外侧面(50)与内侧面(51)之间的厚度(e1)大于所述压力侧翼(34)的相应厚度(e2)和所述吸力侧翼(36)的相应厚度(e3)，所述中央部分(38)的厚度(e1)首先在从所述引导边缘罩(32)的底端开始，延伸过所述引导边缘罩(32)的至少60％的高度(H)的一第一段(S1)上以一稳定的或者增加的梯度增加，其次在超过所述第一段(S1)时以一梯度减小。

2.根据权利要求1所述的引导边缘罩(32)，其中所述中央部分(38)的厚度(e1)在所述引导边缘罩(32)的超过所述第一段(S1)的第二段(S2)上减小。

3.根据权利要求1或2所述的引导边缘罩(32)，其特征在于，所述引导边缘罩(32)由金属材料制成。

4.一种叶片(16)，该叶片沿高度从叶片根部延伸到叶片顶部，并包括叶片主体(30)和组装在所述叶片主体(30)上的根据权利要求1-3中任何一项所述的引导边缘罩(32)，所述叶片主体(30)由用纤维加强的有机基质复合材料制成，所述引导边缘罩(32)由抗点冲击能力比所述叶片主体(30)的复合材料更好的材料制成。

5.根据权利要求4所述的叶片(4)，其中所述引导边缘罩(32)的底端(40)相比所述引导边缘罩(32)的顶端更靠近所述叶片根部。

6.一种涡轮机，其特征在于，该涡轮机包括多个根据权利要求4或5所述的叶片(16)。

7.一种风扇(14)，其特征在于，该风扇包括多个根据权利要求4或5所述的叶片(16)。

8.一种涡轮风扇(10)，其特征在于，该涡轮风扇包括根据权利要求7所述的风扇。