CN112805451B - 用于涡轮机的轮的移动叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器涡轮机的轮的移动叶片(1)，叶片(1)包括空气动力学翼型件(2)和限定所述翼型件(2)的外后跟(7)。后跟(7)包括平台(8)和从所述平台(8)突出的第一唇缘(9)。第一唇缘(9)沿着伸长轴线向上游和外周倾斜。后跟(7)包括一排彼此间隔开一距离布置的肋(10a‑10c)。一排肋(10a‑10c)沿着伸长轴线延伸并从所述平台(8)延伸到所述第一唇缘(9)。肋(10a‑10c)布置在第一唇缘(9)的上游，以在所述第一唇缘(9)的上游产生湍流。

Description

用于涡轮机的轮的移动叶片
技术领域
本发明涉及用于飞行器涡轮机的轮的可动轮叶的一般领域。
背景技术
传统上，涡轮机的轴向涡轮包括一个在另一个后面布置的一系列轴向级。每个级包括具有形成转子的轮叶的移动轮和具有形成定子的轮叶的喷嘴。轮与对应的喷嘴相对地旋转。
移动轮通常包括以轮的旋转轴线Y为中心的环形盘，多个轮叶附接到该环形盘。
传统上，可动轮叶包括沿着轮叶的堆叠轴线Z延伸的空气动力学叶片。可动轮叶还包括沿着堆叠轴线Z界定叶片的外后跟和内根部。
具体地，叶片沿着堆叠轴线Z由后跟的外平台和根部的内平台界定。外平台包括从外平台向外突出的至少一个唇缘，例如两个唇缘。唇缘旨在以形状配合的方式与附接到包围移动轮的外壳体的可磨损材料的环形块(例如蜂窝结构)配合，以形成动态迷宫式密封。
迷宫式密封的目的是限制气体在移动轮和可磨损材料的块之间通过，即，使作用在移动轮的叶片上的气体的量最大化，以总体上使涡轮和涡轮机的效率最大化。
因此为了使效率最大化，发动机制造商不断寻求使气体在移动轮和可磨损材料的块之间的通过最小化。
因此，本发明的目的是对上述问题提供一种简单、有效和经济的解决方案。
发明内容
本发明提供一种用于飞行器涡轮机的轮的可动轮叶，所述轮叶包括沿着堆叠轴线Z延伸的空气动力学叶片和沿着所述堆叠轴线Z界定所述叶片的外后跟，所述后跟包括平台和从所述平台突出的第一唇缘，第一唇缘相对于所述堆叠轴线Z以锐角向上游倾斜，所述第一唇缘沿着伸长轴线X周向地延伸，其特征在于，后跟包括一排彼此间隔开的肋，所述一排包括至少两个肋，所述一排肋沿着所述伸长轴线X延伸，每个肋沿着所述堆叠轴线Z从所述平台延伸到所述第一唇缘，每个肋根据围绕所述叶片的气流的方向布置在第一唇缘的上游，以在所述第一唇缘的上游产生湍流。
肋使得能够产生空气动力学湍流，该空气动力学湍流形成与气体从上游到下游的通过相反的帘幕，以限制气体在移动轮(相应地，可动轮叶)和可磨损材料的块之间通过，并因此使效率最大化。
根据本发明的轮叶可包括以下特征中的一个或多个，这些特征彼此独立地采用或彼此结合地采用：
-肋中的至少一个肋相对于所述伸长轴线X以锐角A倾斜，所述锐角A沿着三角方向从伸长轴线X到对应的肋来限定，所述锐角A在垂直于所述堆叠轴线Z的平面P中测量；
-所述锐角A大于或等于30°且小于90°；
-根据垂直于所述堆叠轴线Z并穿过对应的肋的横截面平面，肋中的至少一个肋具有平行四边形的横截面轮廓；
-每个肋具有两个平坦且平行的侧壁，所述侧壁彼此间隔开距离B，距离B介于0.5mm到3mm之间，所述距离B在垂直于所述堆叠轴线Z的平面P中测量；
-所述叶片具有相对的内弧面和外弧面，每个肋具有平坦的前壁，所述第一唇缘具有外表面，该外表面由直的下游边缘和布置在叶片的外弧面的侧面上的直的侧边缘界定，所述下游边缘和所述前壁之间的距离D小于所述侧边缘的长度E，距离D和长度E在垂直于所述堆叠轴线Z的平面P中测量；
-在两个连续的肋之间沿着所述伸长轴线X的距离C介于2mm到5mm之间，所述距离C在垂直于所述堆叠轴线Z的平面P中测量；
-所述后跟包括第二唇缘，该第二唇缘与所述第一唇缘间隔开并布置在所述第一唇缘的下游。
本发明还涉及一种用于飞行器涡轮机的移动轮，该移动轮包括盘，该盘在盘的外周上承载一环形排的如上所述的轮叶。
本发明还涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括至少一个如前所述的轮叶或如前所述的轮。
附图说明
当阅读以下以非限制性示例的方式做出的描述并参照附图时，本发明将被更好地理解，且本发明的其它细节、特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
-图1是用于飞行器涡轮机的移动轮的可动轮叶的示意性详细侧视图；
-图2是图1中所示的轮叶的详细透视图；
-图3是图1和图2中所示的轮叶的正向透视图；
-图4是图1至图3中所示的轮叶的俯视图，在垂直于轮叶的堆叠轴线Z的平面P中，通过勾画示出了肋的尺寸参数。
具体实施方式
图1至图4示出了用于飞行器涡轮机的移动轮的可动轮叶1，更确切地示出了用于涡轮机的低压涡轮的移动轮的可动轮叶1。可动轮叶1可用于装配给涡轮机的高压涡轮。
轮叶1包括沿着堆叠轴线Z延伸的空气动力学叶片2。叶片2包括前缘3和与前缘3相对的后缘4。另外，叶片2包括内弧侧面5和与内弧侧面5相对的外弧侧面6，其中内弧侧面5和外弧侧面6将前缘3连接到后缘4。在垂直于堆叠轴线Z的平面P中，叶片2沿着将前缘3连接到后缘4的中线成形，该中线将轮叶1分成内弧侧和外弧侧。内弧面5和外弧面6弯曲，且分别是凹形的和凸形的。
在本申请中，与轮叶1的不同元件相关联的术语“内弧”和“外弧”是指内弧侧和外弧侧。
前缘3根据围绕叶片2的气流的方向被定位在后缘4的上游，一般是沿着涡轮中的气流的方向被定位在后缘4的上游。
在本申请中，术语“上游”和“下游”相对于围绕叶片2(更一般地，在涡轮中)的气流的方向限定。
轮叶1还包括沿着堆叠轴线Z限定叶片2的外后跟7和内根部。更确切地，叶片2由根部的内平台和后跟7的外平台8界定。
移动轮包括盘，该盘在盘的外周上具有一环形排的轮叶1。具体地，每个根部包括被构造成接合在盘中的互补凹槽中的球状部。轮(相应地，轮叶1)围绕与涡轮机的轴线同轴的旋转轴线Y移动。如图2和图3中的箭头所示，轮叶1是可动的、围绕轴线Y从内弧旋转到外弧，换言之，在此沿着三角(逆时针)旋转方向旋转。
在本申请中，术语“内”、“外”、“内部”或“外部”相对于轮叶1(更一般地，移动轮)的旋转轴线Y限定。
轮叶1的后跟7还包括从外平台8向外突出的第一唇缘9。第一唇缘9相对于堆叠轴线Z以锐角向上游倾斜。第一唇缘9沿着伸长轴线X周向地延伸。后跟7包括一排彼此间隔开一距离的肋10a至10c。该一排包括至少两个肋10a至10c。一排的肋10a至10c沿着伸长轴线X延伸。每个肋10a至10c(或叶状件)沿着堆叠轴线Z从外平台8延伸到第一唇缘9。每个肋10a至10c根据围绕叶片2的气流的方向布置在第一唇缘9的上游，以在第一唇缘9的上游产生湍流。
根据图中所示的实施例，轮叶1的后跟7包括彼此间隔开的第一唇缘9和第二唇缘11，第二唇缘11定位在第一唇缘9的下游。第一唇缘9和第二唇缘11在下文中分别被称为上游唇缘9和下游唇缘11。上游唇缘9相对于堆叠轴线Z以30°的角度向上游倾斜。该角度在与轮叶1的旋转轴线Y和轮叶1的堆叠轴线Z重合的平面中测量。上游唇缘9可以相对于堆叠轴线Z以介于25°到35°之间的锐角向上游倾斜。下游唇缘11从外平台8沿着堆叠轴线Z延伸。下游唇缘11可以相对于堆叠轴线Z以高达10°的角度向上游倾斜。
使唇缘9和11向上游倾斜，增加了空气动力学湍流，并因此加强了由该湍流形成的帘幕，该帘幕对抗气体从上游到下游的通过，以限制气体在移动轮(相应地，可动轮叶1)和可磨损材料的块12之间通过。
根据图中所示的实施例，轮叶1的外平台8从上游到下游包括：在上游唇缘9的上游延伸的上游扰流板13、在上游唇缘9和下游唇缘11之间延伸的中心板14以及在下游唇缘11的下游延伸的下游扰流板15。后跟7还包括位于上游唇缘9和板14之间的两个加强凸部16，这些凸部16定位在上游唇缘9的每个端部处。板14包括以中线为中心的肋17，肋17将上游唇缘9接合到下游唇缘11。板14还包括位于肋17的两侧上的两个凹槽18。
上游唇缘9和下游唇缘11被设计成以形状配合的方式与附接到包围移动轮的外壳体的可磨损材料12的环形块(例如蜂窝结构)配合，以形成迷宫式密封。
同一轮的可动轮叶1的外平台被成形为彼此互锁，以在外部界定流动路径的一部分，气流在该流动路径中流动。因此，外平台并排布置。每个外平台8由能够装配到相邻轮叶的凹形侧翼20中的凸形侧翼19和能够容纳相邻轮叶的凸形侧翼19的凹形侧翼20侧向地界定。凸形侧翼19和凹形侧翼20分别布置在外弧侧和内弧侧上。
例如，该排包括介于两个到五个之间的肋。
根据图中所示的实施例，该排包括三个肋10a至10c，这三个肋从外弧到内弧分别被称为第一肋10a、第二肋10b和第三肋10c。这三个肋10a至10c彼此间隔开。肋10a至10c定位在与凸形侧翼19(外弧侧)相距恒定的间距处。第一肋10a定位成靠近凸形侧翼19。第三肋10c定位成远离凹形侧翼20。后跟7包括位于第三肋10c和凹形侧翼20之间的突出部21。
上游唇缘9沿着伸长轴线X周向地延伸。有利地，肋10a至10c中的至少一个肋相对于伸长轴线X以锐角A倾斜。锐角A沿着三角(或逆时针)方向从伸长轴线X到对应的肋10a至10c来限定。锐角A在垂直于堆叠轴线Z的平面P中测量。锐角A大于或等于30°且小于90°。
根据图中所示的实施例，特别是图4中所示的实施例，三个肋10a至10c中的每一个肋相对于伸长轴线X以30°的角度(A＝30°)倾斜。图4是俯视图，在该俯视图上以虚线勾画出肋10a至10c。图4中所示的构造线T对应于上游唇缘9的原点。
有利地，肋10a至10c中的至少一个肋在垂直于堆叠轴线Z并穿过对应的肋10a至10c的截面平面中具有平行四边形的横截面轮廓。
根据图中所示的实施例，特别是图4中所示的实施例，三个肋10a至10c中的每一个肋具有平行四边形的轮廓。
有利地，肋10a至10c中的每一个肋包括两个平坦且平行的侧壁22，侧壁22彼此相距距离B。距离B介于0.5mm到3mm之间。距离B对应于肋的厚度。距离B在垂直于堆叠轴线Z的平面P中测量。
根据图中所示的实施例，特别是图4中所示的实施例，距离B对于全部三个肋10a至10c来说是相同的且等于1mm。
有利地，肋10a至10c中的每一个肋包括平坦的前壁23。上游唇缘9包括外表面24，该外表面由直的下游边缘25和布置在外弧侧上的直的侧边缘26(以下被称为外弧侧边缘26)界定。下游边缘25和前壁23之间的距离D小于外弧侧边缘26的长度E。距离D和长度E在垂直于堆叠轴线Z的平面P中测量。
根据图中所示的实施例，特别是图4中所示的实施例，距离D对于三个肋10a至10c来说是相同的。距离D等于1.5mm且长度E等于2.5mm。每个肋10a至10c在外弧侧上包括上游唇缘9的连接圆角27和上游扰流板13的连接圆角27。每个肋10a至10c包括位于前壁23和侧壁22之间的倒圆28，该倒圆定向在内弧侧上。
有利地，在两个连续的肋10a至10c之间沿着伸长轴线X的距离C介于2mm到5mm之间。距离C在垂直于堆叠轴线Z的平面P中测量。
根据图中所示的实施例，特别是图4中所示的实施例，距离C是恒定的且等于3mm。
根据图中所示的实施例，肋10a至10c具有相同的尺寸和几何特征。肋中的每一个肋的尺寸和几何特征可以不同。此外，肋的尺寸和几何特征取决于对热机械应力的预定限制、对轮叶的质量的预定限制和轮叶的集成性。
为了进一步限制气体在移动轮(相应地，可动轮叶1)和可磨损材料的块12之间通过，至少一个肋可以安装在下游唇缘11的上游。这种肋沿着堆叠轴线Z从板14延伸到下游唇缘11。这种肋被构造成在下游唇缘11的上游产生湍流。与上游唇缘9的肋10a至10c相关联的技术特征可转用于下游唇缘11的肋。
例如，使用以下方法制造轮叶1，该方法包括：首先，使用失蜡铸造工艺获得原始铸造轮叶；其次，在原始轮叶上进行各种机械加工操作，以获得具有如定义图上详述的最终尺寸的轮叶1。

Claims (10)

1.一种用于飞行器涡轮机的轮的可动轮叶(1)，所述可动轮叶(1)包括沿着堆叠轴线(Z)延伸的空气动力学叶片(2)和沿着所述堆叠轴线(Z)界定所述空气动力学叶片(2)的外后跟(7)，所述外后跟(7)包括平台(8)和从所述平台(8)突出的第一唇缘(9)，所述第一唇缘(9)相对于所述堆叠轴线(Z)以锐角向上游倾斜，所述第一唇缘(9)沿着伸长轴线(X)周向地延伸，其特征在于，所述外后跟(7)包括一排彼此间隔开的肋(10a-10c)，所述一排包括至少两个肋(10a-10c)，所述一排肋(10a-10c)沿着所述伸长轴线(X)延伸，每个肋(10a-10c)沿着所述堆叠轴线(Z)从所述平台(8)延伸到所述第一唇缘(9)，每个肋(10a-10c)根据围绕所述空气动力学叶片(2)的气流的方向布置在所述第一唇缘(9)的上游，以在所述第一唇缘(9)的上游产生湍流。
2.根据权利要求1所述的可动轮叶(1)，其特征在于，所述肋(10a-10c)中的至少一个肋相对于所述伸长轴线(X)以锐角(A)倾斜，所述锐角(A)沿着逆时针方向从所述伸长轴线(X)到对应的肋(10a-10c)来限定，所述锐角(A)在垂直于所述堆叠轴线(Z)的平面(P)中测量。
3.根据权利要求2所述的可动轮叶(1)，其特征在于，所述锐角(A)大于或等于30°且小于90°。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的可动轮叶(1)，其特征在于，根据垂直于所述堆叠轴线(Z)并穿过对应的肋(10a-10c)的横截面平面，所述肋(10a-10c)中的至少一个肋具有平行四边形的横截面轮廓。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的可动轮叶(1)，其特征在于，每个肋(10a-10c)具有两个平坦且平行的侧壁(22)，所述侧壁(22)彼此间隔开距离(B)，所述距离(B)介于0.5mm到3mm之间，所述距离(B)在垂直于所述堆叠轴线(Z)的平面(P)中测量。
6.根据权利要求1至3中的一项所述的可动轮叶(1)，其特征在于，所述空气动力学叶片(2)具有相对的内弧面(5)和外弧面(6)，每个肋(10a-10c)具有平坦的前壁(23)，所述第一唇缘(9)具有外表面(24)，所述外表面由直的下游边缘(25)和布置在所述空气动力学叶片(2)的所述外弧面(6)的侧面上的直的侧边缘(26)界定，所述下游边缘(25)和所述前壁(23)之间的距离(D)小于所述侧边缘(26)的长度(E)，所述距离(D)和所述长度(E)在垂直于所述堆叠轴线(Z)的平面(P)中测量。
7.根据权利要求1至3中的一项所述的可动轮叶(1)，其特征在于，在两个连续的肋(10a-10c)之间沿着所述伸长轴线(X)的距离(C)介于2mm到5mm之间，所述距离(C)在垂直于所述堆叠轴线(Z)的平面(P)中测量。
8.根据权利要求1至3中的一项所述的可动轮叶(1)，其特征在于，所述外后跟(7)包括第二唇缘(11)，所述第二唇缘与所述第一唇缘(9)间隔开并布置在所述第一唇缘(9)的下游。
9.一种用于飞行器涡轮机的移动轮，所述移动轮包括盘，所述盘在盘的外周上承载一环形排的根据权利要求1至8中的一项所述的可动轮叶(1)。
10.一种飞行器涡轮机，所述飞行器涡轮机包括根据权利要求1至8中任一项所述的可动轮叶(1)或根据权利要求9所述的移动轮。
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