CN111448367A - 涡轮发动机叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮叶轮(34)，其包括连接到承载环形唇部(36、38)的环形平台(24)的多个叶片。根据本发明，上游唇部(38、46)或下游唇部(36)是第一类型的或第二类型的，第一类型对应于一其中上游表面(36a)为凹形且下游表面(36b)为凸形的唇部(36)，第二类型对应于一其中上游表面(38a)和下游表面(38b)大致是平的并且彼此平行的唇部(38)。

Description

涡轮发动机叶轮
技术领域
本发明涉及涡轮发动机的叶轮，例如涡轮叶轮，以及包含这种叶轮的涡轮发动机。
背景技术
通常，涡轮发动机包括所谓的主环形空气回路和所谓的次级环形回路。主空气回路沿下游方向延伸通过低压和高压压缩机、燃烧室以及高压涡轮然后低压涡轮。
如图1所示，低压涡轮10包括轴向地定位从而与定子叶片14的环形行交替的多个叶轮12。叶轮12包括由盘18承载的叶片16，盘18通过低压涡轮的轴彼此集成在一起，所述轴旋转地驱动鼓风机或动力轴的轴以及低压压缩机。定子的叶片14由涡轮机壳20径向向外地承载。
更具体地说，图1的右侧部分示出了由同一附图左侧上的点限定的放大区域。每个涡轮叶轮12包括径向内环形平台25以及径向外环形平台22，二者之间延伸有叶片25，这些平台22、24可能包括在圆周上一个接一个地并置以限定主空气流量的内外极限的多个平台段。外平台24包括朝由涡轮机壳20承载的耐磨面板28径向向外地延伸的唇部26a、26b，并包括一种支撑所谓齿槽蜂窝结构32的壁30。
如图1可以看出，齿槽结构32可具有唇部26a、26b的两个制动轨迹32a、32b，其中第一制动轨迹32a布置在第二制动轨迹32a上游和径向内侧，第二制动轨迹32b布置在第一制动轨迹32a的下游。在这种构造中，上游唇部26a因此在径向地小于下游唇部26b的距离上延伸。
可以注意到，在耐磨材料28的唇部26a、26b和轨道32a、32b之间的密封并不令人满意。因此，已经提供了沿上游方向在其内端和外端之间倾斜的唇部。然而，这些唇部并不完全地令人满意，因为空气的寄生循环仍然存在于耐磨材料和唇部的径向外端之间。
因此，需要改进涡轮发动机中该位置的密封性能，以增加涡轮发动机的输出。
发明内容
本发明旨在为上述问题提供一种简单、经济、有效的解决方案。
为此，本发明提供了一种涡轮发动机的叶轮，其包括多个径向延伸的叶片，所述叶片的一个径向内端或外端连接到环形平台，所述环形平台承载从所述平台沿如下方向延伸的环形唇部，所述方向与连接到所述平台的第一径向端和第二相对径向自由端之间的叶片相对，从而与径向相对的环密封地配合，其特征在于，上游唇部和下游唇部之一为第一类型或第二类型，其中第一类型对应于一种具有凹形弯曲上游表面和凸形弯曲下游表面的唇部，第二类型对应于一种具有基本平坦且相互平行的上游表面和下游表面的唇部，其中所述唇部的第一端布置在第二端的下游。
在上游或下游端之一处集成第一类型或第二类型的唇部可以通过诱导沿上游方向撞击唇部的气流的再循环来减少在叶轮和径向相对的环之间径向地循环的空气的寄生流量。当在平台的上游或下游端集成根据本发明的唇部时，气流的这种减少更为重要。实际上，当空气撞击唇部的上游表面时，后者逆时针旋转，这趋向于使空气沿上游方向再循环，并且因此限制空气在唇部和耐磨材料之间的循环。
在本发明的优选实施例中，所述唇部布置在所述平台的下游端。与在上游端的定位相比，这种位置更能有效地减少空气的寄生流量。
此外，当所述下游唇部为第一类型时，进一步增加了空气寄生流量的减少。
在该结构中，在平台的上游端集成上述第二类型的另一环形唇部可能很有趣。在下游端与第一类型的唇部的以及在上游端与第二类型的唇部的这种混合安装可以明显地降低寄生空气流量，同时避免在制造带有唇部的平台时的复杂化，因为这仅需要一个与第二类型的唇部相比更难制造的第一类型的唇部。
在本发明的一个实施例中，穿过所述第一端和第二端的旋转锥体的母线相对于与所述叶轮的轴线垂直的平面倾斜一个严格地大于0°且小于或等于60°的值，优选地在15°和45°之间，并且更优选地大致30°。
根据本发明的另一特征，所述第一类型的唇部的上游表面和下游表面在其第一端和第二端之间具有基本恒定的曲率半径。
本发明还涉及一种涡轮发动机的涡轮，例如高压涡轮，其包括上述类型的至少一个活动叶轮。
本发明还包括涡轮发动机，例如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，其包括这种涡轮。
附图说明
当参考附图时，在阅读通过非限制性示例给出的以下描述后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显而易见，其中：
-以上已描述的图1是根据现有技术的低压涡轮机的示意剖视图；
-图2和3是根据本发明以及根据两个替代实施例的涡轮叶轮的径向外端的示意性剖视图。
-图4、5、6和7描绘了本发明的替代实施例。
具体实施方式
首先参考图2，图2显示根据本发明的涡轮34的径向外端，其包括下游环形唇部36和上游环形唇部38。
从该图可以清楚地看到，下游唇部36是第一类型的，其不同于上游唇部38的第二类型。下游唇部36包括凹形弯曲的上游表面36a和第二凸形弯曲的下游表面36b。上游唇部38包括平的且大致相互平行的上游表面38a和下游表面38b。上游唇部38和下游唇部36每个都具有连接到平台24的第一径向端36c、38c以及与所述第一端36c、38c相对，并形成一自由端的第二径向端34d、36d、38d，当参考图1时，所述自由端用于密封地摩擦如上所述的耐磨材料28的齿槽结构32。
下游唇部36和上游唇部38每个的第一端36c、38c都布置在其第二端36d、38d的下游，这种轴向移位在图2中由穿过上游唇部38和下游唇部36的所述第一端36c、38c和第二端36d、38d的虚线36e、38e表示。因此，这些线36e、38e沿上游方向相对于与叶轮34的轴线40垂直的平面倾斜。因此，上游唇部限定第一唇部类型，下游唇部限定第二唇部类型。
当空气撞击唇部36、38的上游表面36a、38a时，后者逆时针旋转，其趋向于使空气沿上游方向再循环，因此限制了唇部36、38和耐磨材料32之间的空气的循环。
在根据本发明的涡轮叶轮42的第二实施例中，如图3中所示，下游唇部44是第二类型的，即具有上游表面44a和下游表面44b，所述上游表面44a和下游表面44b是平的并且相互平行，而上游唇部46是第一类型的，即具有凹形弯曲的上游表面46a和凸形弯曲的下游表面46b。上游唇部46和下游唇部44均包括第一径向端44c、46c和第二径向端44d、46d，其中第一径向端44c、46c还沿下游方向相对于第二径向外端44d、46d轴向地移位。因此，上游唇部46和下游唇部44沿上游方向相对于与叶轮42的轴线40垂直的平面倾斜。
应该注意的是，与图3中叶轮的设计相比，图2中叶轮的设计使得可更好地降低空气的寄生流。事实上，已经注意到，当下游唇部是第一类型的或第二类型的时，更明显地减少了在叶轮的径向外端与耐磨材料之间循环的空气的总流量，这证明了在最后一个唇部上提供完美的密封尤为重要，并且当下游唇部36为第一类型时，这种减少甚至更为重要。
第一类型唇部36、46的上游表面36a、46a和下游表面36b、46b的曲率半径在唇部的第一端与第二端之间可大致恒定。
优选地，唇部36、38、44、46的斜率是使得穿过第一端36c、38c、44c、46c和第二端36d、38d、44d、46d的回转锥体的母线相对于与叶轮34、42的轴40垂直的平面倾斜一个严格地大于0°且小于或等于60°的值，优选地在15°与45°之间，更优选为30°。
在阅读以上说明书时，应该理解的是，涡轮叶轮34、42可包括两个以上的多个环形唇部，如图中所示，这些实施例是本发明主题的结合部分。此外，在图2和3所示的实施例中，如果每个叶轮34、42均包括第一类型和第二类型的唇部，则在不脱离本发明主题的情况下，每个叶轮34、42还可包括在其上游或下游端的第一类型唇部，或在其上游或下游端的第二类型唇部。
在上述实施例中，唇部36、38、44、46已经呈现为环形。当然，这应该理解为表示唇部每年延伸超过360°，并且可包括在圆周上一个接一个并置的多个唇部的扇区。
图4、5、6和7描绘了本发明的替代实施例。
在图4中，上游环形唇部48从平台24大致径向地向外延伸，并且下游环形唇部50是第一类型的。在图5中，上游环形唇部52是第一类型的，并且下游环形唇部54从平台24大致径向地向外延伸。在图6中，上游环形唇部56从平台24大致径向地向外延伸，并且下游环形唇部58是第二类型的。在图7中，上游环形唇部60是第二类型的，并且下游环形唇部从平台24大致径向地向外延伸。
尽管以上已经相对于耐磨环形元件公开了本发明，应该理解的是，这还可以应用于唇部与环形部件密封地配合的任何实施例，所述环形部件可以很光滑并且当与例如耐磨材料的唇部接触时没有特别地磨损。

Claims (7)

1.一种涡轮发动机的叶轮(34，42)，包括多个径向延伸的叶片(25)，所述叶片的一个径向内端或外端连接到一环形平台(24)，所述环形平台(24)承载从所述平台(24)沿与连接到所述平台的第一径向端(36c、38c、44c、46c)和第二相对径向自由端(36d、38d、44d、46d)之间的叶片(25)相对的方向延伸的环形唇部(36、38、44、46)，从而与一沿径向相对的环(28)密封地配合，其特征在于，上游唇部(38、46)和下游唇部(36、44)中的一个是第一类型的或第二类型的，其中所述第一类型对应于一具有凹形弯曲的上游表面(36a、46a)和凸形弯曲的下游表面(36b、46b)的唇部(36、46)，所述第二类型对应于一具有大致平的且相互平行的上游表面(38a、44a)和下游表面(38b、44b)的唇部(38、44)，对于所述第一类型和所述第二类型，所述唇部(36、38、44、46)的第一端(36c、38c、44c、46c)布置在第二端(36d、38d、44d、46d)的下游，所述第一类型的唇部(36、46)的上游表面(36a、46a)和下游表面(36b、46b)在其第一端(36c、46c)与第二端(36d、46d)之间具有大致恒定的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述唇部(36、44)布置在所述平台(24)的下游端。
3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，所述唇部(36)是第一类型的。
4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮包括布置在所述平台(24)的上游端的另一环形唇部(38)，所述另一唇部(38)是第二类型的。
5.根据前述权利要求中任何一项所述的叶轮，其特征在于，穿过所述唇部(36、38、44、46)的第一端(36c、38c、44c、46c)和第二端(36d、38d、44d、46d)的回转锥体的母线相对于与所述叶轮(34、42)的轴线(40)垂直的平面倾斜一个严格大于0°且小于或等于60°，优选在15°与45°之间，更优选为30°量级的值。
6.一种涡轮发动机的涡轮，例如高压涡轮，其包括至少一个根据权利要求1至5中任何一项所述的可移动叶轮。
7.一种涡轮发动机，例如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，其包括根据权利要求6所述的涡轮。
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