CN110121588B - 包括由排放翅片形成的排放流引导通道的中间壳体毂部 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中间壳体毂部(2)，该中间壳体毂部包括排放射流导管(18)和排放翅片(22)，该排放射流导管具有给定长度(L1)，该排放翅片在排放射流导管(18)中延伸且具有给定的弦长度(L2)，排放翅片(22)中的至少一个的弦长度(L2)至少等于导管的长度(L1)的50％。

Description

包括由排放翅片形成的排放流引导通道的中间壳体毂部

技术领域

本发明涉及双流涡轮机的一般领域，更具体地涉及允许对在这种类型的涡轮机的压缩机出口处的空气进行调节的排放阀，所述阀有时用它们的首字母缩写VBV(VariableBleed Valves，可变放泄阀)表示。

背景技术

双流涡轮机通常在气体流出方向上从上游到下游包括风扇、主流出环形容积和次级流出环形容积。因此，由风扇吸入的空气质量被分成在主流出射流10中流通的主流F1和与主流F1同心并在次级流出射流14中流通的次级流F2。

主流出射流10穿过包括一个或多个压缩机级(例如低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮级(例如高压涡轮机和低压涡轮)和排气喷嘴的主体。

以本身已知的方式，涡轮机还包括中间壳体，中间壳体的毂部设置在低压压缩机壳体(或增压器)和高压压缩机壳体之间。中间壳体包括排放阀或VBV，排放阀或VBV的作用是通过将一部分空气移除到主流出容积10外部来调节高压压缩机入口处的流量，特别是以限制低压压缩机中的湍振风险。

如图1所示，其为已知类型的双体双流飞行器涡轮喷气发动机的局部轴向剖视图，中间壳体1的毂部2通常包括两个互连的同轴环形套环，分别为内套环3和外套环5。

内套环3界定涡轮机的主流F1的环形主流出射流10，并且包括放泄开口4，放泄开口4围绕内套环3的轴线X(内套环3与毂部2同轴)周向分布。一个这种类型的开口4通常被相应的排放阀12阻挡，排放阀12旨在调节高压压缩机的流量。这种类型的排放阀12尤其可以包括门，该门枢转地安装在内套环3上。

就其自身而言，外套环5界定涡轮机的主流F2的主流出射流14。外套环在其下游部分包括一个或多个排放孔6，排放孔6也围绕轴线X周向分布。

当允许进入高压压缩机的空气流量减少时，主流出射流14中的多余空气然后可以排放到射流间容积16中。这避免了可能导致低压压缩机的劣化或甚至完全破坏的湍振现象的发生。

相反，当高压压缩机处于过压时，开口4及其门12、射流间容积16和孔6允许空气从涡轮机的主流出射流10排放到次级流出射流14。

特别是，当排出阀12打开时，空气流流入到主流出射流10的流F1中。这股空气流穿过射流间容积16并通过孔6排放到流出射流14中。

通常，这些孔6配备有格栅20，格栅旨在引导在射流间区域16的出口处的空气流。

现代涡轮机以更高的旁通比运行。为了限制由于风扇头处的超音速流的冲击引起的损失，减小了风扇的旋转角速度。这具有降低风扇压缩比的效果。在较小的压缩比下，次级流F2的压头损失和分离损失因此具有较大的影响并且必须以最大程度进行限制。这些压头损失特别存在于具有表面不规则的区域中。

此外，当前涡轮机的结构倾向于限制主射流和次级射流之间的可用容积，以便实现高的旁通比。因此，当前涡轮机的结构不允许排放流在喷射到次级射流之前正确定向。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种包括排放阀的双流涡轮机，其允许减少次级射流中的次级流的压头损失和分离的风险，从而增加涡轮机的可操作性，这实施起来简单且容易，但不会增大涡轮机的质量。

为此，本发明提出了一种用于双流涡轮机的中间壳体毂部，所述毂部包括：

-内套环，该内套环被构造成界定涡轮机的主气流的主流出射流，

-外套环，该外套环被构造成界定所述涡轮机的次级气流的次级流出射流，

-射流间容积，

-至少一个排放阀，该至少一个排放阀用于使主流的一部分通过旁路进入射流间容积，

-从外套环通向次级流出射流的至少一个排放部，

排放部包括排放套管和在所述套管内延伸的一个或多个排放翅片，翅片和套管的壁一起限定多个重新定向管道，所述重新定向管道被设计成通过将来自射流间容积的气流重新定向以进入次级流出射流中来排放来自射流间容积的气流，翅片中的至少一个的弦长度大于套管的管道长度的50％、优选75％。

根据第二方面，本发明还提出了一种中间壳体，该中间壳体包括这种类型的毂部，以及提出了一种涡轮机，该涡轮机包括这种类型的中间壳体。

附图说明

通过阅读下面的详细描述并参考通过非限制性示例给出的附图，本发明的其他特征、目的和优点将更加清楚地显现，在附图中：

图1(上文已描述)是现有技术中已知的中间壳体毂部的轴向截面的示意图，

图2是示出了本发明的可能实施例的剖视图，

图3以俯视图示出了根据本发明的中间壳体毂部的排放孔的翅片在次级流出射流处的取向，

图4是根据本发明的中间壳体毂部的示例性实施例的局部透视图，

图5是根据本发明的中间壳体毂部的排放射流的管道的示例性实施例的透视图，和

图6示意性地示出了翅片的轮廓及其特征，

图7示出了根据本发明的中间壳体毂部的排放部的翅片的角度偏离的示例，

具体实施方式

在下文中，现在将参考图2和以下附图描述用于双流涡轮机的中间壳体毂部和相关的中间壳体。

已经描述的现有技术的中间壳体毂部2的部件也存在于下面的实施例中。对于这些部件，再使用了图1中表示它们的附图标记。

特别地，如图1所示的毂部的情况，根据本发明的中间壳体毂部2包括：

-内套环3，该内套环被构造成在外部界定涡轮机的主气流F1的主流出射流10，

-外套环5，该外套环被构造成在内部界定所述涡轮机的次级气流F2的流出射流14，和

-射流间容积16，该射流间容积包括一个或多个通向外套环5的排放部6。

形成在毂部2的内套环3中的进气开口4可以根据涡轮机的飞行阶段由门12选择性地打开或关闭。优选地，门12可在关闭位置和打开位置之间移动，在关闭位置，门12关闭进气开口4，在打开位置，门12释放进气开口4。例如，门12可以铰接地安装在内套环3上或包括滑动活板门。门12特别可以在其关闭位置容纳在射流间容积16中。

排放部6包括：

-套管18，套管18在射流间容积16的内部延伸，并且套管的上游内壁18a和下游内壁18b的轮廓具有一定的曲率；

-多个排放翅片22，排放翅片22在套管18的内部延伸并且与所述套管18一起限定出多个空气管道21，该空气管道21确保穿过射流间容积16的空气排出并对其进行重新定向以进入到次级流14中。

套管18在形成于内套环5中的用于排放部6的出口开口处通向次级流出空间14。套管具有入口开口19，当门12打开时，入口开口19与射流间容积16和主流出射流10流体连通。套管还具有管道长度L1，管道长度L1对应于入口开口19和内套环5处的出口开口(排放部6)之间的最小距离。

这些翅片22因此被构造成定向来自主流出射流10的排放空气流F3并且沿基本上平行于次级流F2的方向的方向将排放空气流F3喷射到次级流出射流14中，以便减少次级流出射流14的压头损失。有利地，例如在套管18(具有2至5个管道21)中设置1至4个排放翅片22。

该排放翅片22是异形翅片，每个翅片包括前缘23、后缘24、吸力侧壁E和压力侧壁I(吸力侧壁E和压力侧壁I在前缘23和后缘24之间延伸)、弦25、中线26和弦长度L2(图6)。

此后(参见图5)，排放翅片22的“轮廓”被理解为表示排放翅片22的横向截面，即排放翅片22沿大致垂直于排放翅片22的吸力侧E和压力侧I的平面在排放翅片22的根部处的横截面。排放翅片22的“弦”25被理解为表示虚构的直线段，“弦”25在其端部具有排放翅片22的轮廓的前缘23和后缘24。此外，排放翅片22的“弦长度”L2被理解为表示排放翅片22的轮廓的前缘23和后缘24之间的距离，或者换句话说，该排放翅片22的弦25的长度。最后，排放翅片22的“中线”26被理解为虚构线，“中线”26包括与排放翅片22的轮廓的吸力侧E和压力侧I等距的所有点。

特别是当管道长度L1由于主流出射流10和次级流出射流14之间可用的容积(射流间体积16)小而减小时，为了减小次级流F2的压头损失和分离的风险并增加涡轮机的可操作性，排放翅片22中的至少一个的弦长度L2至少等于管道长度L1的50％。

在一个实施例中，VBV格栅的所有排放翅片22的弦长度L2至少等于管道长度L1的50％。

以这种方式，排放翅片22与上游壁18a和下游壁18b一起形成排放流F3的在射流间容积16和排放开口6之间的引导通道(具体参见图4，其示出了四个引导通道)且允许连续和渐进地改变排放流F3的流出方向以及对排放流F3的流出方向进行重新定向。在将排放流F3喷射到次级流出射流14中(即在套管18的出口处)期间，排放流F3然后基本上与次级流F2对齐并且不具有在排放部6下游形成涡流的趋势，这会减少或者甚至消除空气动力学损失。

在一个实施例中，排放翅片22中的至少一个(并且优选地所有排放翅片22)的弦长度L2至少等于管道长度L1的75％、优选地至少等于管道长度L1的85％，例如在管道长度L1的95％至110％之间。实际上，应该注意的是，排放翅片22可以与入口开口19和出口开口6齐平，在这种情况下，排放翅片22的弦长度L2甚至可以大于管道长度L1(参见例如图5)。

为了捕获套管18中的排放流F3的最大流量，套管18的最下游空气管道21的横截面S₁和S₂之间的比值介于1.5至3之间、优选地等于大约2.5(在10％内)。最下游空气管道21在这里是指套管18的在入口开口19和出口开口6之间延伸并且在下游被下游壁18b界定和在上游被最靠近下游壁18b的排放翅片22界定的部分。横截面S₁在这里是指空气管道21的最下游表面，所述横截面S₁在与套管18的最下游排放翅片的压力侧壁I正交且在最下游排放翅片22的前缘23处的平面中延伸。横截面S₂在这里是指最下游空气管道21的表面，所述横截面S₂在与套管的最下游排放翅片22的压力侧壁I正交且在最下游排放翅片22的后缘24处的平面中延伸。

本发明特别适用于非常紧凑的发动机，即比值h/H最多等于0.5的发动机：

其中：H是在中间壳体毂部的内套环3与外套环5之间沿着径向轴线的距离，以及

h是套管18的下游内壁18b的曲线长度。

可选地，每个排放翅片22可以定位在排放射流管道18中，使得排放流F3在排放翅片22上的入射角在排放翅片的前缘23处基本上与排放翅片的拱面对齐(F3平行于直线D，直线D在前缘23处与中线26相切)。

射流间容积16包括底壁16a，底壁16a对应于射流间容积的最下游壁，并且在内套环3(在进气开口处)与外套环(在排放部6处)之间延伸。因此，底壁16a包括套管18的下游壁18b。该底壁16a限定为两个部分，以确保排放流的重新定向。从内套环3延伸覆盖底壁的总曲线长度的75％至90％之间的曲线长度的第一部分A(图2中的虚线)被构造成捕获排放流F3并使排放流F3加速。该第一部分A包括套管18的下游壁18b的一部分。在第一部分和排放部6之间延伸的第二部分B(图2中的虚线)对流进行径向地重新定向以改善与次级流F2的过渡。该第二部分B包括下游壁18b的其余部分。

此外，底壁16a的第一部分包括在内套环3和套管18的下游壁18b之间延伸的第一子部分A1，以及在套管18的下游壁18b的径向内端部与第二部分B之间延伸的第二子部分A2。第一子部分A1和第二子部分A2之间的角度介于125°至135°之间，以便在将气流F3引入到套管18中期间使气流F3加速。换句话说，套管的下游壁18b的部分A2被构造成与毂部2的旋转轴线形成35°至45°之间的角度。

另外，穿过由翅片22和套管18的内壁限定的不同管道21的流F3的偏离角β(入口角度和由轮廓的斜面限定的出口角度α之间的差)介于70°至90°之间，使得第一部分和第二部分之间的连接通过排放流的偏离方向的反转限定。优选地，排放翅片22的第二部分的和下游壁18b(以及如果适用，上游壁18a)的出口与外套环相切。换句话说，与排放翅片22的在后缘处的拱面相切的直线基本上平行于次级流F2的流出方向。为此，后缘24的拱面以及壁18a和18b的拱面因此必须接近F2的流出方向，使得F2的流出方向与直线切线D'(平行于在后缘处的中线)之间的角度α介于5°至最大35°之间。

最后，排放翅片22中的至少一个的方位角范围θ介于30°至50°之间，例如大约40°，其中方位角范围对应于排放翅片22的角部分，该角部分可被次级流F2遇到。

Claims (15)

1.用于双流涡轮机的中间壳体毂部(2)，所述毂部包括：

-内套环(3)，所述内套环被构造成界定所述涡轮机的主气流(F1)的主流出射流(10)，

-外套环(5)，所述外套环被构造成界定所述涡轮机的次级气流(F2)的次级流出射流(14)，

-射流间容积(16)，

-至少一个排放阀(12)，所述至少一个排放阀使主流的一部分通过旁路进入所述射流间容积(16)，

-从所述外套环(5)通向所述次级流出射流(14)的至少一个排放部(6)，

其特征在于，所述排放部(6)包括排放套管(18)和一个或多个在所述排放套管(18)内延伸的排放翅片，所述翅片和所述排放套管的壁一起限定出多个重新定向管道，所述重新定向管道被设计成通过将来自所述射流间容积(16)的气流(F3)重新定向以进入所述次级流出射流中来排放所述来自所述射流间容积的气流，所述翅片(22)中的至少一个的弦长度(L2)大于所述排放套管(18)的管道长度(L1)的50％，

所述排放套管(18)具有上游内壁(18a)和下游内壁(18b)，在所述上游内壁和所述下游内壁之间设置有一个或多个所述排放翅片(22)并且比值h/H最多等于0.5：

其中：H是在所述内套环(3)和所述外套环(5)之间沿着相对于所述中间壳体毂部的旋转轴线的径向轴线的距离，以及

h是所述排放套管(18)的所述下游内壁(18b)的曲线长度，

其中，所述射流间容积(16)包括在所述内套环(3)与所述外套环(5)的所述排放部(6)之间延伸的底壁(16a)，所述底壁在所述内套环(3)和所述外套环(5)之间具有总曲线长度，并包括：

-第一部分(A)，所述第一部分从所述内套环(3)延伸覆盖所述底壁的总曲线长度的75％至90％的曲线长度，所述第一部分被构造成捕获气流(F3)并使该气流加速，所述第一部分(A)包括所述排放套管(18)的一部分，和

-第二部分(B)，所述第二部分在所述第一部分(A)和所述排放部(6)之间延伸，并且被构造成使气流重新定向以改善与所述次级气流(F2)的过渡。

2.根据权利要求1所述的中间壳体毂部(2)，其中，所有的所述排放翅片(22)的弦长度(L2)至少等于所述管道长度(L1)的75％。

3.根据权利要求2所述的中间壳体毂部(2)，其中，所有的所述排放翅片(22)的弦长度(L2)介于所述管道长度(L1)的75％至110％之间。

4.根据权利要求1所述的中间壳体毂部，其中，所述底壁(16a)的所述第一部分包括第一子部分(A1)和第二子部分(A2)，所述第一子部分在所述内套环(3)与所述排放套管(18)的径向内端部之间延伸，所述第二子部分在所述排放套管(18)的径向内端部与所述第二部分(B)之间延伸，所述第一子部分和所述第二子部分之间的角度介于125°至135°之间，以便在将气流(F3)引入所述排放套管(18)期间使该气流加速。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的中间壳体毂部，其中，所述排放套管(18)包括上游内壁(18a)和下游内壁(18b)，一个或多个所述排放翅片在所述上游内壁和所述下游内壁之间延伸，所述排放套管的一个最内下游管道(21)沿所述次级气流的流出方向一方面由所述下游内壁(18b)界定，另一方面由最下游排放翅片(22)的压力侧壁(I)界定，所述最内下游管道(21)具有第一横截面(S₁)和第二横截面(S₂)，所述第一横截面对应于所述最内下游管道(21)的在与所述压力侧壁(I)正交且在所述最下游排放翅片(22)的前缘(23)处的平面中延伸的表面，所述第二横截面对应于所述最内下游管道(21)的在与所述压力侧壁(I)正交且在所述最下游排放翅片(22)的后缘(24)处的平面中延伸的表面，所述第一横截面(S₁)和所述第二横截面(S₂)之间的比值介于1.5到3之间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的中间壳体毂部(2)，所述中间壳体毂部包括1至4个排放翅片(22)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的中间壳体毂部(2)，其中，翅片的前缘的拱面与气流在其水平处的方向对齐。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的中间壳体毂部(2)，其中，翅片在翅片的后缘处的拱面的方向相对于次级射流的流出方向形成小于35°的角度(α)。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的中间壳体毂部(2)，其中，不同管道的入口和出口之间的偏离角(β)在70°至90°之间。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的中间壳体毂部(2)，其中，所述排放翅片(22)中的至少一个具有介于30°至50°之间的方位角范围(θ)。

11.根据权利要求5所述的中间壳体毂部(2)，其中，所述第一横截面(S₁)和所述第二横截面(S₂)之间的比值等于约2.5。

12.根据权利要求8所述的中间壳体毂部(2)，其中，所述角度(α)为5°。

13.根据权利要求10所述的中间壳体毂部(2)，其中，所述方位角范围(θ)为大约40°。

14.中间壳体(1)，所述中间壳体包括根据权利要求1至13中任一项所述的中间壳体毂部(2)。

15.涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求14所述的中间壳体(1)。

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