CN115151732A - 涡轮发动机压气机中转子-定子间隙处平台的波状倾斜 - Google Patents
涡轮发动机压气机中转子-定子间隙处平台的波状倾斜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115151732A CN115151732A CN202180016527.1A CN202180016527A CN115151732A CN 115151732 A CN115151732 A CN 115151732A CN 202180016527 A CN202180016527 A CN 202180016527A CN 115151732 A CN115151732 A CN 115151732A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- annular
- platform
- inclination
- profile
- blades
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/545—Ducts
- F04D29/547—Ducts having a special shape in order to influence fluid flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
- F01D5/143—Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
- F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
- F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
- F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/55—Seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/18—Two-dimensional patterned
- F05D2250/184—Two-dimensional patterned sinusoidal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/70—Shape
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明涉及涡轮机的压缩级组,其形成环形流体通道并包括至少一个环形定子平台(22.2)和/或至少一个环形转子平台(26.2),其具有相对于流体流的标称轮廓向内和向上游倾斜(ISi/IRi)的外部纵向轮廓(22.3、26.3),其中所述或每个环形平台(22.2、26.3)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)相对于流体流的标称轮廓的倾斜度(ISi/IRi)沿着所述一个或多个环形平台(22.2、26.2)的圆周在所述环形平台(22.2、26.2)的叶片(26.1、22.1)前面的最大值和所述环形平台(22.2、26.2)的每对相邻叶片之间的最小值之间振荡。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮机领域,更具体地说,涉及用于飞行器的喷气推进器。
背景技术
在涡轮机中,穿过机器的环形流体流在压缩机和涡轮机中由通常由机器外壳形成的外引导表面和由转子和定子叶片排的环形平台形成的内引导表面界定,转子和定子叶片彼此交替。
涡轮机压缩机和涡轮机的性能和可操作性的关键参数之一是固定和移动部件的内部环形平台的正确对准,以确保流体流的最佳空气动力学引导。
然而,用于流体流的通道散布有不规则性,这些不规则性主要由叶片和转子和定子叶片排的环形平台之间的空气间隙形成,干扰了流动。
此外,构成用于引导流体流的内表面的这些不同部件的制造和组装公差意味着可能出现从空气动力学角度来看不利的台阶。从空气动力学角度来看,在流体流动方向上形成向上台阶的台阶比形成向下台阶的台阶更不利。
通常的现有技术的设计规则是基于这些几何考虑来实现内部引导表面的这种良好对准,基本上是通过倾斜平台和/或通过在平台的上游边缘提供倒圆,以便在制造和组装公差内以最不利的构造形成下降的台阶。然而,这种方法具有局限性,主要在于它受限于几何考虑,因此需要进行改进以优化流体流的流动。
发明内容
本发明的目的是克服前述现有技术的至少一个缺点。更具体地,本发明旨在改善压缩机内的流体流的流动,尤其是沿着内引导表面的流动。
本发明的主题是涡轮机的压缩级组,其形成用于流体流的环形通道,并且包括至少一个交替排定子和转子叶片,在流体脉内部具有环形平台并且限定所述脉;至少一个环形定子平台和/或至少一个环形转子平台,其具有相对于流体流的标称轮廓向内和向上游倾斜的外部纵向轮廓;特征在于,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓相对于流体流的标称轮廓的倾斜度沿着所述环形平台的圆周在所述环形平台的叶片前面的最大值和所述环形平台的每对相邻叶片之间的最小值之间振荡。
流体流的标称轮廓是指与流体流的理论和理想轮廓平行的轮廓,与直接上游和下游的平台对准,确保完美连接。更具体地,标称轮廓穿过环形平台的下游边缘,环形平台的纵向轮廓是倾斜的。根据制造公差,该标称轮廓可以与上游环形平台对准,同时保持与流体流的理论和理想轮廓平行,特别是当所述上游环形平台也具有倾斜的纵向轮廓时与下游边缘对准。
至少一个环形平台可以是分段的。它们的周长对应于主轴周围的包络线。
根据本发明的有利实施例,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓相对于流体流的标称轮廓的倾斜度在所述外部纵向轮廓的上游边缘处相对于流体流的所述标称轮廓分别为径向距离IRi和/或ISi。
根据本发明的有利模式,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓相对于流体流的标称轮廓的倾斜度的径向距离IRi和/或ISi的最大值和最小值具有在0.05和0.15mm之间的差值A。
根据本发明的有利实施例,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓相对于流体流的标称轮廓的倾斜度通过所述外部纵向轮廓围绕所述轮廓外部纵向轮廓的下游边缘的枢转和/或通过所述外部纵向轮廓的上游边缘的倒圆来实现。
根据本发明的有利实施例,环形平台的外部纵向轮廓的上游边缘的倒圆分别具有大于5mm和/或小于15mm的曲率半径RRi或RSi。
根据本发明的有利实施例,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓的上游边缘的倒圆在所述外部纵向轮廓的总长度的大于20%和/或小于30%的距离上延伸。
根据本发明的有利实施例,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓相对于流体流的标称轮廓的倾斜度沿着至少一个环形定子平台和至少一个环形转子平台的圆周振荡,至少一个环形转子平台的外部纵向轮廓的最小倾斜度分别大于至少一个环形定子平台的外部纵向轮廓的最小倾斜度。
有利地,至少一个环形转子平台的外部纵向轮廓的最小倾斜度大于至少一个环形定子平台的外部纵向轮廓的最小倾斜度的150%。
根据本发明的有利实施例,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓的倾斜度的最大值沿着所述叶片的弦线与所述环形平台的叶片相对。
本发明还涉及一种用于确定涡轮机的压缩级组的定子叶片排和/或转子叶片排的至少一个环形平台的尺寸的方法,所述排叶片交替设置并形成空气间隙,该方法包括,对于所述或每个环形平台,根据直接上游的空气间隙,确定所述环形平台的外部纵向轮廓相对于流体流的标称轮廓向内和向上游的倾斜度;特征在于,所述或每个环形平台的倾斜度沿着所述环形平台的圆周在所述环形平台的叶片前面的最大值和所述环形平台的每对相邻叶片之间的最小值之间振荡。
根据本发明的有利实施例,在标称运行速度下,根据所述环形平台的直接上游的空气间隙中的流体流的方向,所述或每个环形平台的外部纵向轮廓的倾斜度的最大值与所述环形平台的叶片相对对准。
本发明的特征是令人感兴趣的,因为它们使得可以优化流体流的空气动力学流动,精确地考虑不同空气间隙中的流动的特殊性,这些特殊性能够在各空气间隙间变化。它们还使得可以在最不利的制造和装配公差条件下优化流体流的空气动力学流动。
附图说明
图1是涡轮机的纵向截面图;
图2是定子叶片排和转子叶片排之间的空气间隙的详细纵剖面图;
图3是考虑到制造公差的用于引导流体流的内表面倾斜的示意图;
图4是定子和转子叶片排之间的空气间隙中的流体流的速度矢量的示意图;
图5是一排定子叶片的纵向截面示意图,示出了在具有转子的旋转接头中的空气再流通;
图6是用于引导流体流的内表面的倾斜或倾斜度的示意图;
图7是一排定子或转子叶片的环形平台的上部纵向轮廓的倾斜度的详细几何表示;
图8是根据本发明的一排定子或转子叶片的平台倾斜的循环变化的示意图。
具体实施方式
在以下描述中,“内”和“外”的概念是指相对于涡轮机主轴线的径向方向。与“外”的概念相比,“内”的概念表达所讨论的轴线的更近位置,反之亦然。
图1是形成用于飞行器的喷气推进器的轴流式涡轮机的纵向剖视图。涡轮机2经由引导叶片6和保持臂(未示出)容纳在外部机舱4内。后者在机舱4和涡轮机2的外壳8之间提供刚性附接。后者沿着机器的主轴线X从上游到下游基本包括风扇10(通常称为“涡轮风扇”)、低压压缩机12、高压压缩机14、燃烧室16、高压涡轮18和低压涡轮20。进入涡轮机2上游的机舱4的空气流F在风扇10之后分成两股空气流F.1和F.2,即形成在涡轮发动机2内流通的环形流体流的主流F.1,以及也形成与主流F.1同心的环形流体流的副流F.2,由涡轮发动机2的外壳8和机舱4的内壁界定。主流F.1和副流F.2在涡轮机2的出口处汇合。涡轮机的这种架构对于本领域技术人员来说是众所周知的,不需要进一步解释。
低压压缩机12和高压压缩机14由交替的运动部件和固定部件构成,更具体地说,由交替的转子叶片排和定子叶片排构成。转子叶片或移动叶片安装在涡轮发动机的转子上,而定子叶片或固定叶片安装在涡轮发动机的外壳8上。为此,用于引导主流F.1的流体流的内表面由形成空气间隙的交替移动和固定环形平台形成。
图2示意性地示出了通常称为定子排22的定子叶片22.1排22和通常称为排或转子轮26的转子叶片26.1排26之间的空气间隙E。定子排22包括形成具有外部纵向轮廓22.3的环形平台的内护罩22.2。内护罩22.2在内表面上支撑旋转密封装置22.4,其具有形成在转子24上的擦拭器24.1。转子排26包括由转子24支撑的转子叶片26.1。在这种情况下,后者包括形成或支撑内部平台26.2的突出环24.2,该内部平台26.2具有与定子排22的平台22.2的外部纵向轮廓22.3大致对准的外部纵向轮廓26.3。空气间隙E由平台22.3和26.3的相邻边缘之间的机械轴向间隙形成,在这种情况下,在平台22.2的下游边缘和平台26.2的上游边缘之间。
图3示意性地示出了制造和组装公差对这些相邻平台之间对准的影响。示意性地示出了图2的定子排22的平台22.2及其上部纵向轮廓22.3。转子排26的平台的标称轮廓N以虚线(中心线)示出。该轮廓与上游定子排的轮廓完美对准。该理论轮廓的极限位置由虚线表示,对应于公差+T和-T。然后观察到,在公差上限+T的情况下,轮廓形成上升台阶,这从空气动力学角度来看特别不利。事实上,突出的上升台阶的空气动力损失是相同幅度的下降台阶的空气动力损失的两倍大。此外,与上升和突出台阶(也就是说没有倒圆或倒角)的空气动力损失相比,具有倒圆或倒角的上升台阶的空气动力损失大大降低。根据本发明,然后可以规定,使轮廓26.3相对于标称轮廓N向内和向上游倾斜,并且可选地在其上游边缘26.3.1处提供倒圆或倒角26.3.2,使得在最大制造和组装公差下(在这种情况下为+T),轮廓26.3不形成上升台阶。从标称轮廓开始,轮廓向内和向上游的倾斜度在于使上游边缘相对于下游边缘下降。然而,应当理解,轮廓不一定是直线的,并且所讨论的倾斜度也不一定是标称轮廓的旋转。事实上,轮廓的形状(在这种情况下是其曲率)可被修改以有效地降低上游边缘。
关于图2,尤其是图3刚刚描述的内容也适用于直接布置在转子排下游的定子排的平台的上部纵向轮廓。
图4是定子和转子叶片排之间的空气间隙中的流体流速度矢量的示意图,示出了绝对和相对速度(即在随转子旋转的参考系中)。在图4中示出了一排定子叶片和一排转子叶片的两种替代形式,在这种情况下为定子排22,接着是转子排26,接着是定子排22,接着是转子排26。为了清楚地描述本发明,定子排都具有相同的附图标记22,然而应该理解,这些排并不相同,但可以具有与本发明相关的共同特征。这同样适用于具有附图标记26的转子排。
在图4中,可以观察到第一定子排22的出口处的空气流的绝对速度矢量V1。该矢量基本沿着上游叶片轮廓的弦定向;它相对于轴向方向具有倾角α1,更准确地说,该方向位于轴向平面内并与环形平台22的上部纵向轮廓相切。如果流体流是完美的圆柱形,该方向对应于轴向方向,这不是必须的情况。如果从直接下游的转子排26的角度来看,其中平台以速度U旋转,流体流遵循速度矢量W1。进入转子排26的空气流的该相对速度矢量W1对应于矢量V1,矢量U1已经从该矢量中被减去,并且相对于轴向方向具有倾角β1,该倾角与角度α1相反且大得多。空气间隙E(在图4中基本被夸大)中的空气流从定子排22朝向转子排26的物理位移对应于矢量V1,也就是说在固定坐标系中,而该相同流相对于转子排26的叶片具有速度矢量W1,其与V1基本不同。
仍参照图4,离开上述转子排26(左边的一个)的空气流具有相对于所述排的相对速度矢量W2,其基本沿着所述排的翼型叶片的弦定向,并且相对于轴向方向形成角度β2。如果将对应于U和U1的转子排26的速度矢量U2加到它上面,则获得空气流的绝对速度矢量V2,与轴向方向形成角度α2,其与角度β2相反。然而,是转子排26将流体分布在空气间隙E中,因此有必要考虑流体在相对坐标系中的速度矢量W2,以确定流体在空气间隙E中行进的距离,该相对坐标系与所讨论的转子排固定。
仍参照图4,离开直接位于上述转子排26前面的第二定子排22(在右侧)的空气流具有绝对速度矢量V3,其与涡轮机轴线形成角度α3,类似于矢量V1和在第一定子排22的输出处的角度α1。流体相对于直接位于下游的转子排26的相对速度由矢量W3表示。类似于上面关于第一定子排22(在图的左侧)的详细描述,绝对速度矢量V3应被考虑来确定流体在空气间隙E中行进的距离。
总之,流体在涡轮机的固定部分22和移动部分26之间的空气间隙E中的流动不一定是轴向的,而是实际上根据上面关于图4提到的角度α1、β2和α3倾斜。这些角度可能很大,并显著影响流体在空气间隙中行进的距离。
然而,不被壁引导的流体流(这正是空气间隙中的情况)将倾向于不遵循上游平台的下游边缘的切线方向。该流将倾向于在朝向涡轮机轴线的径向方向上渗入空气间隙。因此,该流在空气间隙中的路径越大,该流在空气间隙中的径向偏转就越多,因此对环形平台的上部纵向轮廓的倾斜度和/或上游边缘的倒圆或倒角的需求就越大。
在固定部分22的出口处,应该考虑绝对速度矢量,而在移动部分26的出口处,应该考虑相对速度矢量,也就是说在与移动部分一起旋转的参考系中。对于具有更大倾斜度的空气间隙以及因此更长的路线,空气间隙下游的平台的上部纵向轮廓应该更倾斜,以便最小化上升台阶的风险。
应当理解,空气间隙中的流体流的倾斜角在涡轮机的整个速度和负载范围内不是恒定的。因此,将涡轮机的一个或多个特定运行点视为例如涡轮机的特定消耗和/或涡轮机的压缩机的可操作性的一个或多个临界运行点是合适的。
图5示出了影响固定部分出口处的空气间隙中的流体流的另一种现象,即在定子排22的平台下流通的泄漏流。实际上,定子叶片22排和转子24之间的密封并不完美,因为在转子24的擦拭器叶片24.1和平台22.2的内表面上的旋转密封装置22.4之间出现了一定的泄漏率。该流率主要取决于定子叶片22排的上游和下游之间的压差以及旋转密封装置的水平处的间隙δ。该流进入下游空气间隙,穿过转子24的腔,并基本垂直于流体流通向上游空气间隙,从而改变穿过涡轮机轴线的纵向平面中的流定向,并且这在上游和下游是相反的。
在上游,离开腔的泄漏流被添加到流体脉流中,并使其向上偏转。该偏差角γ可以通过将该泄漏率之前的流体的动量P和泄漏率的动量Pf相加来计算。动量是矢量,对于流体流而言等于速度矢量乘以质量流率。在泄漏率之后的流体的修正动量Pc则等于P+Pf。从该关系式中可以推出角度γ。
类似地,在下游,进入腔的泄漏流被添加到流体流的流动中,并使其向下偏离角度γ’,该角度大致等于角度γ。角度γ’也可以通过将各自的移动量P’和Pf’相加来获得,以获得泄漏率之后的流体的修正移动量Pc’。这种计算方法是示例,应当理解,也可以使用其他方法,特别是计算机模拟。
因此,在定子排22的出口处的流体流具有向内指向的方位角倾斜度,使得与定子平台相比,有必要直接在下游提供更大的转子平台倾斜度。
图6示出了连续的定子和转子排的平台22.2和26.2的外部纵向轮廓22.3和26.3,这些轮廓被校正以便优化流体流,一方面考虑了制造公差和组装,另一方面考虑了上面关于图4和5描述的现象。这些轮廓22.3和26.3是理论轮廓,并且具有相对于标称轮廓N向上游和向内的倾斜度ISi和IRi(i是对应于定子或转子排数的正整数)。这些倾斜度ISi和IRi表示相对于标称轮廓N的上游边缘22.3.1和26.3.1的径向降低距离。这些倾斜度可以通过围绕下游边缘22.3.3和26.3.3将外部纵向轮廓22.3和26.3旋转角度αSi和αRi来获得。它们也可以通过形成外部纵向轮廓22.3和26.3的上游边缘22.3.1和26.3.1的倒圆22.3.2和26.3.2来获得,在这种情况下是曲率半径为RSi和RRi的圆弧(i是对应于定子或转子排数的正整数)。根据关于图2已经详细描述的内容,制造和组装公差实际上具有这样的效果,即实际轮廓,也就是说在基于这些理论轮廓生产和组装的涡轮机上,将在所讨论的公差内偏离理论轮廓,最不利的情况是当实际轮廓处于朝向外侧的最大公差时,从而形成上升台阶。因此,图6中示出的倾斜度的尺寸设计成在制造和组装公差以及流体流中的流动特性的限制内在这些不利条件下最小化空气动力损失,如图5所示。
在图6中观察到,转子排的平台26.2的外部纵向轮廓26.3具有比定子排的平台22.2的外部纵向轮廓22.3的倾斜度IS1和IS2更大的倾斜度IR1和IR2,这主要是由于转子排直接上游的空气间隙中的通量向内偏转(图5中的方位角γ′),类似地,定子排直接上游的空气间隙中的通量向外偏转(图5中的方位角γ)。如关于图4所述,由于叶片的定向而导致的流的倾斜度(即角度α1、β2和α3)可以通过增强或减小其来影响这种趋势。实际上,参考前面描述的图4,可以观察到角度β2大于角度α1和α3(在绝对值上,也就是说不考虑相对于主轴线的角度的正负符号),这意味着,对于相同尺寸的空气间隙,离开转子排26的通量路径大于离开定子排22的通量路径。在这种情况下,直接位于所讨论的该转子排26下游的定子排22的平台的外部轮廓的上游边缘处的倾斜度将增加。然而,图4中示出的倾斜角α1、β2和α3是说明性的,因为它们可以采用其他值,特别是在某些转子排的出口处的流的倾斜角可以大于在某些转子排的出口处的流的倾斜角。
图7是环形定子或转子平台的上部纵向表面的倾斜度的详细轮廓图。该图在左侧示出了环形转子26.2或定子22.2平台的下游边缘;并且在右侧是相邻定子22.2或转子26.2平台的上纵向表面22.3或26.3。已经在图3和6中提到的标称轮廓N在图中以虚线示出,考虑到制造和/或组装公差+T具有相对于直接位于上游的转子26.2或定子22.2排的上纵向表面升高上纵向表面22.3或26.3的效果。可以观察到,上纵向表面22.3或26.3包括第一部分,在这种情况下是主要部分,对应于标称轮廓N围绕下游边缘22.3.3或26.3.3旋转角度αSi或αRi,以及对应于倒圆22.3.2或26.3.2的第二部分,在这种情况下是半径为RSi或RRi的圆弧。第一部分有利地与第二部分相切。倒圆22.3.2或26.3.2沿流体流的主方向在对应于上纵向表面22.3或26.3的总长度L的一部分的距离L1上延伸,所述部分可能包括在20和30%之间。上纵向表面22.3或26.3的主要部分就其本身而言在对应于上纵向表面22.3或26.3的总长度L的剩余部分的长度L2上延伸。可以观察到,倾斜度ISi或IRi是两个部分倾斜度之和,即由标称轮廓N的旋转产生的部分倾斜度I1和由倒圆22.3.2或26.3.2产生的部分倾斜度I2。这些部分倾斜度I1和I2中的每个对应于倾斜度ISi或IRi的一部分,有利地在40和60%之间,其中I1+I2=ISi或IRi。
图8是根据本发明的涡轮机的定子22或转子26排段的图示。参考关于图6已经描述的内容,定子22或转子26排的平台22.2或26.2的上部纵向轮廓22.3或26.3向上游和向内倾斜。在图8中,平台22.2或26.2的上部纵向轮廓22.3或26.3的向上和向内的倾斜度ISi或IRi沿着平台的圆周在叶片22.1或26.1的水平处的倾斜度的最大值和所讨论的叶片之间的倾斜度的最小值之间循环振荡。由于黎明(dawn)的存在,振幅A和周期S的倾斜度的这种循环变化使得可以考虑定子和转子排前面的空气间隙中泄漏流的注入和收回的方位角不均匀性。实际上,由直接位于空气间隙下游的叶片产生的阻碍产生了流动阻塞效应,有利于流动进入空气间隙,正好在叶片的前面。在这些区域之外,与平均流相比,该流具有在脉中的更大上升趋势。因此,有利的是,在受到这种阻塞效应的区域中,即在叶片的前面,使平台的上部纵向轮廓倾斜得更多。这然后导致沿着平台在其圆周方向上的振荡倾斜,优选是循环性地。这同样适用于转子和定子排,然而阻塞现象可能因排而异,具体取决于叶片的定向和尺寸。
应该注意的是,上面详细描述的振荡和循环倾斜可以独立于制造公差和环形定子平台下的泄漏再流通的影响而实施,如关于图5详细描述,因为环形定子和转子平台前面的泄漏流的注入和收回的方位角不均匀性现象是与由制造公差和组装导致的两个相邻环形平台之间的向上运行的问题没有直接联系,甚至与泄漏再流通的影响也没有直接联系的现象。这意味着叶片之间的最小倾斜度值可以为零。相反,环形转子平台26.2的叶片之间的倾斜度IRi的最小值可以是非零的,并且大于平台环形定子22.2的叶片之间的倾斜度ISi的最小值,为零或非零,从而此外一方面,避免由于制造和组装公差导致的向上行进,另一方面,补偿定子水平处的泄漏再流通的影响。
可以根据直接位于相关叶片上游的空气间隙中的流体流的有效流动方向来调整倾斜的振荡轮廓与叶片的对准。实际上,参考关于图4的讨论,空气间隙中的流动速度原则上不是轴向的(更准确地说是位于轴向平面中并与环形平台的上部纵向轮廓相切的方向),而是基本沿着接收流动的叶片的轮廓倾斜。然后,振荡倾斜轮廓的最大倾斜度的点或区域可以与沿着所述叶片轮廓的叶片前缘对准,例如所述叶片的弦线。这同样适用于与每对相邻叶片之间的空间对准的最小倾斜度的点或区域。
如图8所示,定子排22或转子26的平台22.2或26.2的上部纵向轮廓22.3或26.3的倾斜度的振荡幅度A可以大于0.05mm和/或小于0.15mm。振荡的节距S有利地等于叶片的节距,也就是说叶片的数量/2πr,其中r是流体流的内半径。
然而,应当理解,这些值可以变化,并且可能偏离上述范围。它们取决于一定数量的参数,比如特别是涡轮机的尺寸、制造和组装公差、空气间隙之间的距离和流体流中的流动条件(特别是速度)。
Claims (10)
1.涡轮机(2)的压缩级组,形成环形流体通道(F.1)并包括至少一个交替排的定子(22)和转子(26)叶片,环形平台(22.2、26.2)位于流体脉(F.1)内并界定所述脉;至少一个环形定子平台(22.2)和/或至少一个环形转子平台(26.2),其具有相对于流体流(F.1)的标称轮廓(N)向内和向上游倾斜(ISi/IRi)的外部纵向轮廓(22.3、26.3);
其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)相对于流体流(F.1)的标称轮廓(N)的倾斜度(ISi/IRi)沿着所述环形平台(22.2、26.2)的圆周在与所述环形平台(22.2、26.2)的叶片(26.1、22.1)相对的最大值和所述环形平台(22.2、26.2)的每对相邻叶片之间的最小值之间振荡。
2.根据权利要求1所述的压缩级组,其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)相对于流体流(F.1)的标称轮廓(N)的倾斜度分别是在所述外部纵向轮廓(22.3、26.3)的上游边缘(22.3.1、26.3.1)处相对于流体流(F.1)的所述标称轮廓(N)的径向距离IRi和/或ISi。
3.根据权利要求2所述的压缩级组,其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(26.3)与流体流(F.1)的标称轮廓(N)相比的倾斜度的径向距离IRi和/或ISi的最大值和最小值具有0.05mm和0.15mm之间的差值A。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩级组,其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)相对于流体流(F.1)的标称轮廓(N)的倾斜度通过所述外部纵向轮廓(22.3、26.3)围绕所述外部纵向轮廓(22.3、26.3)的下游边缘(22.3.3、26.3.3)的枢转和/或通过所述外部纵向轮廓(22.3、26.3)的上游边缘(22.3.2、26.3.2)的倒圆(22.3.2、26.3.2)来实现。
5.根据权利要求4所述的压缩级组,其特征在于,一个或多个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)的上游边缘(22.3.1、26.3.1)的倒圆(22.3.2、26.3.2)分别具有大于5mm和小于15mm的曲率半径RRi或RSi。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的压缩级组,其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)的上游边缘(22.3.1、26.3.1)的倒圆(22.3.2、26.3.2)在所述外部纵向轮廓(22.3、26.3)的总长度的大于20%且小于30%的距离上延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的压缩级组,其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)相对于流体流(F.1)的标称轮廓(N)的倾斜度(ISi/IRi)沿着至少一个环形定子平台(22.2)和至少一个环形定子平台(26.2)的圆周振荡,至少一个环形转子平台(26.2)的外部纵向轮廓(26.3)的最小倾斜度(IRi)分别大于至少一个环形定子平台(22.2)的外部纵向轮廓(22.3)的最小倾斜度(ISi)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的压缩级组,其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)的倾斜度(ISi/IRi)的最大值沿着所述叶片的弦线面向所述环形平台(22.2、26.2)的叶片(26.1、22.1)。
9.一种用于确定涡轮机(2)的压缩级组的定子叶片(22)排和/或转子叶片(26)排的至少一个环形平台(22.2、26.2)的尺寸的方法,所述排叶片交替设置并形成空气间隙(E),该方法包括,对于所述或每个环形平台(22.2、26.2),根据直接上游的空气间隙(E),确定所述环形平台的外部纵向轮廓(22.3、26.3)相对于流体脉(F.1)的标称轮廓(N)向内和向上游的倾斜度(ISi/IRi);其特征在于,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的倾斜度(ISi/IRi)沿着所述环形平台(22.2、26.2)的圆周在所述环形平台(22.2、26.2)的叶片(26.1、22.1)前面的最大值和所述环形平台(22.2、26.2)的每对相邻叶片之间的最小值之间振荡。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在标称运行速度下,沿着所述环形平台的直接上游的空气间隙(E)中的流体流的定向,所述或每个环形平台(22.2、26.2)的外部纵向轮廓(22.3、26.3)的倾斜度(ISi/IRi)的最大值与所述环形平台(22.2、26.2)的叶片(26.1、22.1)相对对准。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2000683A FR3106627B1 (fr) | 2020-01-24 | 2020-01-24 | Basculement en vagues aux entrefers rotor-stator dans un compresseur de turbomachine |
FRFR2000683 | 2020-01-24 | ||
PCT/EP2021/051462 WO2021148607A1 (fr) | 2020-01-24 | 2021-01-22 | Basculement ondulé de plateformes aux entrefers rotor-stator dans un compresseur de turbomachine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115151732A true CN115151732A (zh) | 2022-10-04 |
Family
ID=70008926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202180016527.1A Pending CN115151732A (zh) | 2020-01-24 | 2021-01-22 | 涡轮发动机压气机中转子-定子间隙处平台的波状倾斜 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11846194B2 (zh) |
EP (1) | EP4093976A1 (zh) |
CN (1) | CN115151732A (zh) |
FR (1) | FR3106627B1 (zh) |
WO (1) | WO2021148607A1 (zh) |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6524070B1 (en) * | 2000-08-21 | 2003-02-25 | General Electric Company | Method and apparatus for reducing rotor assembly circumferential rim stress |
DE102007027427A1 (de) | 2007-06-14 | 2008-12-18 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Schaufeldeckband mit Überstand |
DE102008031789A1 (de) * | 2008-07-04 | 2010-01-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung von Sekundärströmungen bei einer Turbomaschine |
US9976433B2 (en) * | 2010-04-02 | 2018-05-22 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine with non-axisymmetric surface contoured rotor blade platform |
FR2960604B1 (fr) * | 2010-05-26 | 2013-09-20 | Snecma | Ensemble a aubes de compresseur de turbomachine |
EP2607625B1 (de) * | 2011-12-20 | 2021-09-08 | MTU Aero Engines AG | Turbomaschine und turbomaschinenstufe |
EP2607626B1 (de) * | 2011-12-20 | 2021-09-08 | MTU Aero Engines AG | Turbomaschine und Turbomaschinenstufe |
SG11201407843UA (en) * | 2012-08-17 | 2015-03-30 | United Technologies Corp | Contoured flowpath surface |
WO2014197062A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-12-11 | United Technologies Corporation | Fan exit guide vane platform contouring |
US10352180B2 (en) * | 2013-10-23 | 2019-07-16 | General Electric Company | Gas turbine nozzle trailing edge fillet |
EP3084139B1 (en) * | 2013-12-20 | 2020-06-17 | United Technologies Corporation | A gas turbine engine integrally bladed rotor with asymmetrical trench fillets |
US9890641B2 (en) * | 2015-01-15 | 2018-02-13 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine truncated airfoil fillet |
US10240462B2 (en) * | 2016-01-29 | 2019-03-26 | General Electric Company | End wall contour for an axial flow turbine stage |
US10458426B2 (en) * | 2016-09-15 | 2019-10-29 | General Electric Company | Aircraft fan with low part-span solidity |
US10577955B2 (en) * | 2017-06-29 | 2020-03-03 | General Electric Company | Airfoil assembly with a scalloped flow surface |
US10502230B2 (en) * | 2017-07-18 | 2019-12-10 | United Technologies Corporation | Integrally bladed rotor having double fillet |
DE102017218886A1 (de) * | 2017-10-23 | 2019-04-25 | MTU Aero Engines AG | Schaufel und Rotor für eine Strömungsmaschine sowie Strömungsmaschine |
-
2020
- 2020-01-24 FR FR2000683A patent/FR3106627B1/fr active Active
-
2021
- 2021-01-22 US US17/795,162 patent/US11846194B2/en active Active
- 2021-01-22 CN CN202180016527.1A patent/CN115151732A/zh active Pending
- 2021-01-22 EP EP21700974.5A patent/EP4093976A1/fr active Pending
- 2021-01-22 WO PCT/EP2021/051462 patent/WO2021148607A1/fr unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11846194B2 (en) | 2023-12-19 |
WO2021148607A1 (fr) | 2021-07-29 |
FR3106627A1 (fr) | 2021-07-30 |
EP4093976A1 (fr) | 2022-11-30 |
US20230081671A1 (en) | 2023-03-16 |
FR3106627B1 (fr) | 2023-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10480531B2 (en) | Axial flow compressor, gas turbine including the same, and stator blade of axial flow compressor | |
US9464526B2 (en) | Airfoil and platform assembly for subsonic flow | |
US9638040B2 (en) | Blade of a row of rotor blades or stator blades for use in a turbomachine | |
US9394794B2 (en) | Fluid-flow machine—blade with hybrid profile configuration | |
US20090041576A1 (en) | Fluid flow machine featuring an annulus duct wall recess | |
US10900366B2 (en) | Passageway between a shroud and a rotor platform in a turbine engine | |
US10934849B2 (en) | Endwall contouring for a turbomachine | |
US9822645B2 (en) | Group of blade rows | |
US10787909B2 (en) | Asymmetrical shroud for a compressor of a turbine engine | |
CN118369491A (zh) | 飞行器涡轮机 | |
US11982204B2 (en) | Turbomachine part or assembly of parts | |
EP2852736B1 (en) | Airfoil mateface sealing | |
CN110873075B (zh) | 用于涡轮机的压缩机的具有突起的叶片 | |
US11377960B2 (en) | Shroud having elevations, for a turbomachine compressor | |
CN109209995B (zh) | 轴流压气机 | |
CN103967840A (zh) | 将轴流涡轮压缩机的叶片连接至压缩机鼓 | |
CN115151732A (zh) | 涡轮发动机压气机中转子-定子间隙处平台的波状倾斜 | |
US11859513B2 (en) | Moving blade for a wheel of a turbine engine | |
CN115151710B (zh) | 用于飞行器涡轮发动机的旋转叶片盘的包括具有优化的非恒定横截面的密封唇的叶片 | |
CN110778532A (zh) | 用于涡轮发动机压气机的气隙翅片 | |
US20230383662A1 (en) | Annulus contouring | |
US12049834B2 (en) | Guide blade arrangement for a turbomachine | |
US20240328319A1 (en) | Rotor arrangement for a low-pressure turbine of a turbomachine | |
US11898468B2 (en) | Sub-assembly for a low-pressure compressor of an aircraft turbine engine | |
CN115176070B (zh) | 涡轮机部件或部件的组合件 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |