CN110234886A - 用于涡轮机的在轮叶片的尖端和前缘处包括小翼的轮叶片 - Google Patents

用于涡轮机的在轮叶片的尖端和前缘处包括小翼的轮叶片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机压缩机的轮叶片(40)。叶片(40)包括主体(41)，该主体沿叶片的高度方向(Y‑Y)在叶片的根部(P)之间延伸。主体(41)沿叶片的弧线方向(S‑S)从前缘(BA)延伸到后缘(BF)。叶片(40)包括沿高度方向(Y‑Y)位于主体(41)的延伸部中的小翼(50)。小翼(50)位于叶片的尖端(S)处以及叶片的前缘(BA)处。主体(41)具有相对于弧线方向(S‑S)沿第一旋转方向定向的曲率，小翼(50)具有沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向的曲率。

Description

用于涡轮机的在轮叶片的尖端和前缘处包括小翼的轮叶片
技术领域
本发明涉及飞行器涡轮机(诸如涡轮发动机)的一般技术领域。更具体地，本发明涉及用于涡轮机的离心式和/或对角式压缩机轮。
背景技术
用于已知结构的涡轮螺旋桨发动机的离心式压缩机轮包括基部和连接到基部的多个叶片。
每个叶片在叶片的高度方向上从根部延伸到尖端，并且在叶片的骨架方向上从前缘延伸到后缘。叶片包括将前缘连接到后缘的气动壁。叶片可具有不同的形状。
轮的一些叶片被称为所谓的中间叶片。中间叶片在叶片的骨架方向上短于其他所谓的主叶片，并且中间叶片的目的是增加压缩机的气动性能。
需要进一步改善用于涡轮机的离心式压缩机的等熵效率。
发明内容
本发明旨在为现有技术解决方案中遇到的问题提供至少一部分解决方案。
在这方面，本发明涉及一种用于涡轮机压缩机的轮叶片。叶片包括在叶片的高度方向上彼此间隔开的根部和尖端。
叶片包括主体，主体在高度方向上从根部延伸到尖端，并且在叶片的骨架方向上从前缘延伸到后缘。主体具有相对于叶片的骨架方向沿第一旋转方向定向的曲率。
根据本发明，叶片包括小翼，该小翼在高度方向上沿主体的延伸部位于叶片的尖端处以及叶片的前缘上。小翼具有沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向的曲率。
由于小翼的特定形状，根据本发明的叶片限制了压缩机内的翼尖涡流，从而提高了压缩机的效率。特别地，叶片限制了由于叶片与压缩机壳体之间的间隙而产生的流动扰动。
本发明可选择地包括彼此组合或彼此不组合的以下特征中的一个或多个。
有利地，小翼从前缘开始并沿后缘方向延伸。
根据实施例特征，小翼在叶片的骨架方向上的长度介于叶片在叶片的骨架方向上的长度的0％至100％之间。
有利地，小翼在叶片的横向方向上的宽度从前缘到后缘逐渐减小。
根据有利的实施例，小翼的高度介于叶片的高度的50％至100％之间。
根据另一实施例特征，根据主体的、基本上垂直于叶片的骨架方向的至少一个切割平面，小翼的远端与主体形成介于90°至180°之间的角度。
有利地，根据主体的、基本上垂直于叶片的骨架方向的至少一个切割平面，小翼具有凹形形状。
优选地，小翼具有相对于主体围绕螺旋轴线的扭曲壁形状，该螺旋轴线在叶片的骨架方向上相对于叶片的中心线横向地偏移。
本发明还涉及一种用于涡轮机压缩机的轮，该轮包括如上定义的叶片。
根据实施例特征，轮包括主叶片和被安置在主叶片之间的中间叶片，其中，中间叶片中的至少一个中间叶片是上文所定义的叶片。
根据有利的实施例，主体包括下表面和上表面，该上表面在叶片的横向方向上与下表面相反，其中，小翼朝向与中间叶片相邻的主叶片的上表面定向，并且中间叶片的下表面位于与中间叶片相邻的主叶片的上表面的正对面。
本发明还涉及一种用于涡轮机的包括如上定义的轮的离心式和/或对角式压缩机。
对角式压缩机也被称为混流式压缩机。这些类型的压缩机具有出口，该出口介于轴流式压缩机的轴向出口与离心式压缩机的径向出口的中间。
此外，本发明涉及一种包括如上定义的压缩机的涡轮机。该涡轮机优选地是飞行器涡轮发动机，例如用于直升机的涡轮发动机。
附图说明
通过阅读参考附图的实施例的描述将更容易地理解本发明，这些实施例仅作为示例给出而不旨在以任何方式进行限制，在附图中：
-图1是根据本发明的第一实施例的直升机涡轮发动机的部分纵向剖面的示意图；
-图2是根据第一实施例的涡轮机的离心式压缩机轮的部分透视图；
-图3是根据第一实施例的涡轮机轮的中间叶片的部分透视图。
具体实施方式
各个附图中的相同的、相似的或等价的部件具有相同的附图标记，以便于阅读各个附图。
图1示出了直升机涡轮发动机1。涡轮发动机1相对于涡轮发动机的轴线方向X-X基本上旋转地对称。
涡轮发动机1包括离心式压缩机2，离心式压缩机2具有轮10。涡轮发动机1从上游到下游包括扩散器3、燃烧室4、高压涡轮5和自由涡轮6。压缩机2和高压涡轮5被安装在轴23上，轴23基本上沿轴线方向X-X布置。自由涡轮6被安装在与轴23同轴的轴上。
在本文中，上游方向和下游方向参考涡轮发动机中的气体的整体流动；这样的方向也被称为轴向。径向方向是基本上垂直于涡轮发动机的轴线X-X并横切所述轴线的方向。
涡轮发动机1具有空气入口7；空气通过该入口到达压缩机2。
轮10围绕其旋转轴线X-X的旋转将轮10上游的空气引入，并且通过轮10的流体的速度逐渐被转换成径向速度，其中，流体在轮10的外周缘上离开。空气沿着与轮的旋转轴线X-X相当平行的方向进入轮10，这在图1的剖面中以箭头F1示出，并且空气沿着垂直于轴线A的径向方向离开轮10，如箭头F2所示。
离开轮10的空气在到达燃烧室4之前通过扩散器3。离开室4的燃烧气体使高压涡轮5和自由涡轮6旋转，这反过来使压缩机2的轴23围绕其轴线X-X旋转，并且使其上安装有自由涡轮6的同轴的轴旋转。
该压缩机2包括离心轮10和壳体21，该壳体从外部环绕轮10的叶片30和40。
参考图2，轮10包括向外张开的基座13和刚性地固定到基座13的叶片30和40。随着基座13从毂11径向延伸到周向边缘15，基座13沿下游方向向外张开。轮10的下游部分由径向凸缘封闭，该径向凸缘被径向固定到基座13。
轮的叶片30和40中的每一个叶片在叶片的骨架方向S-S上从上游到下游从前缘BA到后缘BF延伸。该叶片的骨架方向S-S是弯曲的并且对应于叶片在叶片横向方向Z-Z上的中心线，该中心线将前缘BA连接到后缘BF。这是叶片30和40的纵向方向。
叶片的后缘BF相对于旋转轴线X-X位于周向边缘15的附近。
叶片30和40中的每一个叶片还在叶片的高度方向Y-Y上从根部P延伸到叶片的尖端S，叶片在根部机械地连接到基座13。
叶片30和40包括主叶片30和中间叶片40，中间叶片40围绕压缩机的旋转轴线X-X被安置在主叶片30之间。
主叶片30在叶片的骨架方向S-S上的长度大于中间叶片40的长度。主叶片30的前缘BA位于与中间叶片40的前缘相比更上游的位置。
每个主叶片30包括单壁，单壁包括下表面31和沿叶片的横向方向与下表面相反的上表面35。下表面31和上表面35均将叶片的前缘BA连接到叶片的后缘BF。主叶片30是扭曲的。
每个中间壁40也包括上表面45和下表面46，上表面45和下表面46均将叶片的前缘BA连接到叶片的后缘BF。每个中间叶片40的上表面45处在邻近的两个主叶片30中的一个主叶片的下表面31的正对面。每个中间叶片的下表面46在邻近的两个主叶片30中的一个主叶片的下表面35的正对面。
参考图2和图3，每个中间叶片40包括主体41以及小翼50，该主体41从叶片的根部P朝向叶片的尖端S延伸，该小翼50在高度方向Y-Y上沿着主体的延伸部定位并且包括叶片的尖端S。
主体41对应于叶片40的下气动部分。小翼50对应于叶片40的上气动部分。
主体41在叶片的骨架方向S-S上从叶片的前缘BA延伸到叶片的后缘BF。
小翼50在叶片的前缘BA处开始并且根据叶片的骨架方向S-S在后缘BF的方向上延伸。
主体41和小翼50一起形成叶片40的单个整体壁，该单个整体壁包括叶片的上表面45和叶片的下表面46，叶片的下表面46在叶片的横向方向Z-Z上与叶片的上表面45相反。
横向方向Z-Z是垂直于叶片的骨架方向S-S并垂直于叶片的高度方向Y-Y的方向。横向方向Z-Z对应于叶片40的宽度方向。
主体41在上表面45上具有大致扭曲形状，该大致扭曲形状在第一方向上具有非零曲率，该第一方向沿横向方向Z-Z被定向在下表面46的正对面。
小翼50相对于主体41具有弯曲形状。该弯曲形状的曲率大于主体的曲率。
小翼50在横向方向Z-Z上具有朝向叶片的下表面46定向的曲率。小翼50在与第一方向相反的第二方向(即，与主体41处的上表面45的曲率方向相反的方向)上具有曲率。
小翼50具有相对于主体41关于螺旋轴线V-V的扭曲壁的一部分的形状，螺旋轴线V-V基本上平行于叶片的骨架方向S-S并且在叶片的骨架方向S-S上相对于叶片40的中心线横向地偏移。
根据主体41的、基本上垂直于叶片的骨架方向S-S的至少一个切割平面，小翼50具有凹形形状。小翼的远端在该平面中相对于主体41形成介于90°至180°之间的角度α。
小翼50在叶片的骨架方向S-S上的长度l介于叶片40在叶片的骨架方向S-S上的长度L的0％至100％之间。
小翼50的高度h介于叶片的总高度H的50％至大致100％之间。
小翼50的宽度e在叶片的骨架方向S-S上从前缘BA到后缘BF减小。小翼50的最大宽度e介于叶片的长度L的1％至30％之间。
小翼50限制压缩机2中的翼尖涡流，特别是在叶片的尖端S处，这因此增加了压缩机2的等熵效率。
特别地，由于叶片30和40与压缩机的壳体21之间的间隙，中间叶片40限制压缩机2中的气体的流动扰动。
当然，在不超出所述发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对上述发明进行各种修改。
特别地，小翼50的大致形状、尺寸和曲率可以不同于图2和图3所示的小翼的大致形状、尺寸和曲率。
此外，除了中间叶片40之外或代替中间叶片40，主叶片30中的至少一些主叶片可包括小翼50。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机(1)的压缩机(2)的轮(10)叶片(30，40)，所述叶片包括：
根部(P)和尖端(S)，所述根部和所述尖端在所述叶片的高度方向(Y-Y)上彼此间隔开，
主体(41)，所述主体在所述高度方向(Y-Y)上从所述根部(P)延伸到所述尖端(S)并且在所述叶片的骨架方向(S-S)上从前缘(BA)延伸到后缘(BF)，
其特征在于，所述叶片(30，40)包括小翼(50)，所述小翼在所述高度方向(Y-Y)上沿所述主体(41)的延伸部位于所述叶片的尖端(S)处以及所述叶片的前缘(BA)上，
所述主体(41)具有沿第一旋转方向定向的曲率，所述第一旋转方向围绕与所述叶片的骨架方向(S-S)平行的方向，并且所述小翼(50)具有仅沿第二旋转方向的曲率，所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反。
2.根据前一项权利要求所述的叶片(30，40)，其中，所述小翼(50)在所述前缘(BA)处开始并且在所述后缘(BF)的方向上延伸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(30，40)，其中，所述小翼(50)在所述叶片的骨架方向(S-S)上的长度(l)介于所述叶片在所述叶片的骨架方向(S-S)上的长度(L)的0％至100％之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(30，40)，其中，所述小翼(50)在所述叶片的横向方向(Z-Z)上的宽度(e)从所述前缘(BA)到所述后缘(BF)逐渐减小。
5.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(30，40)，其中，所述小翼(50)的高度(h)介于所述叶片的高度(H)的50％至100％之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(30，40)，其中，根据所述主体(41)的、基本上垂直于所述叶片的骨架方向(S-S)的至少一个切割平面，所述小翼(50)的远端与所述主体(41)形成介于90°至180°之间的角度(α)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(30，40)，其中，根据所述主体(41)的、基本上垂直于所述叶片的骨架方向(S-S)的至少一个切割平面，所述小翼(50)具有凹形形状，
所述小翼(50)优选地具有相对于所述主体(41)围绕螺旋轴线(V-V)的扭曲壁形状，所述螺旋轴线在所述叶片的骨架方向(S-S)上相对于所述叶片(30，40)的中心线横向地偏移。
8.一种用于涡轮机(1)的离心式和/或对角式压缩机(2)的轮(10)，所述轮包括根据前述权利要求中任一项所述的叶片(30，40)。
9.根据前一项权利要求所述的轮(10)，所述轮包括主叶片(30)和被安置在所述主叶片(30)之间的中间叶片(40)，其中，所述中间叶片(40)中的至少一个中间叶片是根据权利要求1至7中任一项所述的叶片。
10.根据前一项权利要求所述的轮(10)，其中，所述主体(41)包括下表面(46)和上表面(45)，所述上表面在所述叶片的横向方向上与所述下表面(46)相反，其中，所述小翼(50)朝向与所述中间叶片(40)相邻的主叶片(30)的上表面(35)定向，并且所述中间叶片(40)的下表面(46)优选地位于与所述中间叶片相邻的所述主叶片的上表面的正对面。
11.一种用于涡轮机(1)的离心式和/或对角式压缩机(2)，所述离心式和/或对角式压缩机包括根据权利要求8至10中任一项所述的轮(10)。
12.一种涡轮机(1)，所述涡轮机包括根据前一项权利要求所述的压缩机(2)，其中，所述涡轮机(1)优选地是直升机涡轮发动机。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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