CN116472410A - 包括具有除霜空气通道导管的护罩的轮叶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轮叶，该轮叶包括护罩(14)，护罩被附接到轮叶的主体的上游端部，护罩(14)包括上游端部，该上游端部形成轮叶的前缘，护罩(14)还包括鼻部(141)以及压力面翅片和吸力面翅片，前缘位于鼻部的上游，压力面翅片和吸力面翅片侧向地附接在轮叶上，翅片从鼻部延伸，轮叶包括除霜空气通道导管(15)，除霜空气通道导管被设置在鼻部内并在鼻部内径向地延伸，导管(15)具有内端部(151)和径向外端部，内端部与根部(125)相对地出现，径向外端部从鼻部在前缘与其在压力面翅片处的接合部之间出现。

Description

包括具有除霜空气通道导管的护罩的轮叶
技术领域
本发明涉及具有除冰性能的涡轮机轮叶以及风扇转子的包括这种轮叶的叶轮。
背景技术
涡轮机风扇转子通常包括盘，盘在盘的外周上承载轮叶，轮叶的根部接合在盘的外周的凹槽中。
轮叶的尺寸必须使得能够具有最佳的空气动力学性能，同时保证轮叶的机械强度，并限制轮叶的声学特征。轮叶的空气动力学性能的改善倾向于增大外径，从而增大轮叶的跨度，这倾向于降低转速。
一个问题是通过降低转速可能在轮叶上发生结冰，更高的速度则使得冰能够从轮叶分离。
结冰会损害风扇的空气动力学性能，这是有害的。
发明内容
本发明旨在克服这些缺陷中的至少一个。
为此，根据第一方面，本发明提出了一种轮叶，该轮叶包括主体，主体包括在空气流的流动方向上的上游端部和下游端部、径向外尖端、径向内根部，轮叶在尖端与根部之间包括叶片和支撑部，叶片旨在在空气流中空气动力学地工作，支撑部被连接到根部本身，根部旨在被固定在涡轮机风扇的叶轮的转子盘的槽腔中，该轮叶还包括护罩，护罩被附接到主体的上游端部，护罩包括上游端部，该上游端部形成轮叶的前缘，护罩还包括鼻部以及压力面翅片和吸力面翅片，前缘位于鼻部的上游，压力面翅片和吸力面翅片侧向地附接到叶片上，所述翅片从鼻部延伸，轮叶包括除冰空气通道导管，除冰空气通道导管被设置在鼻部内并在鼻部内径向地延伸，所述导管具有内端部和径向外端部，内端部与支撑部相对地开口，径向外端部从鼻部在前缘与其和压力面翅片的接合部之间开口。
根据第一方面，本发明有利地通过以下特征而完善，这些特征被单独地采用或以这种特征的技术上可能的组合中的一种而被采用：
-径向外端部被构造成使得在导管中流通的空气沿着涡轮机风扇中的空气流的流动方向排出；
-空气通道导管被设置在叶片的于叶片的尖端与根部之间获取的高度的第一半部中，优选地被设置在于轮叶的支撑部与尖端之间获取的高度的第一半部中；
-导管是圆筒形的、笔直的或蜿蜒的；
-导管是通过增材制造方法获得的；
-导管的宽度或内径小于或等于3mm；
-轮叶包括用于输送旨在从高压压缩机朝向除冰空气通道导管的入口流动的除冰空气的装置。
-用于输送除冰空气的装置由形成在轮叶的支撑部中的导管构成、或者由在轮叶的连接盘处延伸的导管构成，输送装置还包括导管与除冰空气通道导管连接的连接部。
根据第二方面，本发明包括一种涡轮机风扇叶轮，该涡轮机风扇叶轮包括至少一个根据本发明的第一方面的轮叶。
根据第三方面，本发明包括涡轮机风扇叶轮，该涡轮机风扇叶轮包括至少一个根据本发明的第一方面的轮叶以及盘，轮叶的根部被插入到盘中，盘包括边缘，轮使得用于输送除冰空气的装置由通过对盘的边缘进行机加工而形成的导管构成。
根据第四方面，本发明涉及一种涡轮机，该涡轮机包括根据第二方面或根据第三方面的叶轮。
附图说明
本发明的其它特征、目的以及优点将通过以下描述而显现，以下描述是完全说明性的且非限制性的，并且应该结合附图来阅读，在附图中：
图1示出了涡轮机的上游部分的示意性剖视图；
图2示出了根据本发明的轮叶；
图3示出了图2的轮叶的详细视图；
图4和图5各自示出了具有根据实施例的第一变型的用于输送除冰空气的装置的轮叶的视图；
图6示出了具有根据实施例的第二变型的用于输送除冰空气的装置的轮叶的视图；
图7示出了在实施例的第二变型中涉及的用于固定轮叶的锁定部的视图。
在所有附图中，相似的元件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了涡轮机的上游部分的剖视图。特别地，风扇以及主流道I和次级流道II的入口是可见的。
风扇1特别地包括叶轮10，叶轮包括轮叶11，每个轮叶被固定到转子的盘3的槽腔2。在此风扇1还包括围绕叶轮的壳体4，但是将要描述的轮叶也可以属于无涵道风扇。
图2示出了轮叶11的详细视图。这种轮叶11包括主体12。优选地，主体由复合材料制成，该复合材料具有嵌入在树脂中的3D编织预制件。
主体12包括在空气流F的流动方向上的上游端部121和下游端部122、径向外尖端123以及径向内根部124。还规定在下文中，上游和下游是相对于流的流动方向来限定的，径向方向的概念是相对于涡轮机的旋转轴线来理解的。
轮叶在尖端123与根部124之间包括叶片13，叶片旨在在空气流中空气动力学地工作。叶片13构成轮叶11的空气动力学部分。
此外，轮叶11包括连接到根部124的支撑部125，根部本身被固定在转子盘3的槽腔2中。因此，支撑部125是在轮叶11的根部124与轮叶间平台5之间的部分。根部124就其本身而言是轮叶的插入到盘的槽腔2中的下部分。因此，叶片13位于支撑部125的上方(沿着轮叶的根部与尖端之间的方向)并且位于轮叶间平台5的上方。
为了保护轮叶11，护罩14被附接到轮叶11的主体12的上游端部。特别地，护罩14被附接到轮叶11的叶片13上。
这种护罩14使得能够保护轮叶免受鸟类撞击，并且在与侵蚀相关的问题方面起作用。护罩14包括上游端部，上游端部形成轮叶11的前缘144。在图2中，轮叶11的主体的轮廓可以在护罩14的下方以虚线看到。
有利地，护罩14是金属的，优选地，护罩由钛制成。也可提供其他类型的金属。应当理解，所选择的用于护罩的材料的类型必须满足机械应力和空气动力学应力。
将护罩14固定到轮叶11通过在轮叶11的主体12上进行粘合或焊接来实现。
作为补充，护罩14包括实心鼻部141和两个翅片142、143(压力面翅片142和吸力面翅片143)。翅片从鼻部141延伸，并且翅片优选地通过粘合来附接到轮叶11的主体。此外，翅片142、143的厚度小于实心鼻部的厚度。
为了避免在前缘144处结冰，并且如图3所示，除冰空气通道导管15被设置在护罩14内。导管15形成在护罩14的实心鼻部141中。由于实心鼻部是护罩14的最厚的部分，因此在该位置处，轮叶的性能受到的损害最小。实际上，提供导管意味着对经受高机械应力的护罩14进行结构性修改。
导管15具有空气入口151和空气出口152。导管沿着在轮叶11的根部125与尖端123之间获取的径向方向径向地延伸。空气入口151在支撑部与叶片13连接的连接部126处与支撑部125相对地设置，并且空气出口152在前缘与压力面翅片之间从实心鼻部开口。该导管使得空气向下游流出，从而不妨碍空气流在风扇中的流通。优选地，空气出口152位于风扇中压力最低处。
为了使导管15的出口在前缘与压力面翅片之间从实心鼻部开口，导管具有第一直线形部分15R和第二弯曲部分15C，第一直线形部分15R沿着在轮叶11的根部125与尖端123之间获取的方向径向地延伸，第二弯曲部分从第一直线形部分15R的距根部124最远的端部延伸。
优选地，导管15通过增材制造方法获得，并且导管可以采用多种形状。在附图中，导管15是弯曲的并且具有圆筒形的内截面，但是导管可以采用其他形状。特别地，导管可以是细的且笔直的或蜿蜒的。对于导管15的形状所采用的标准是护罩14的机械强度。根据术语“蜿蜒的”，可以考虑在导管的径向范围的大部分上大致笔直的、并且在导管的径向外端部154处弯曲的导管，该径向外端部从鼻部在前缘与其和压力面翅片的接合部之间开口，如图2所示。
为了尽可能少地改变护罩15并且不过多地改变护罩的机械性能，在护罩内的导管15的直径或宽度小于或等于3mm。
通过使空气在护罩15内的导管15中流通，避免了结冰。
导管15在叶片13的径向高度上延伸。导管15的该径向高度是根据最常出现结冰的位置并且不改变轮叶的空气动力学性能和机械性能来选择的。实际上，基本的机械标准是控制外来物体的摄入。大型鸟类的摄入在接近轮叶高度的50％的高度处至关重要，中型鸟类的摄入在接近轮叶高度的85％的高度处至关重要。因此，叶片的底部(在轮叶高度的50％以下)对于摄入不太重要，在该位置处轻微的机械劣化是可接受的。这就是为什么导管在该部分中。
为了避免结冰，热空气优选地在导管15中流通，热空气能够从涡轮机中的不同位置获取。
优选地，所获取的空气来自位于下游的高压压缩机。可以设想用于获取流中的空气的任何其他来源，例如在开式转子的风扇的情况下例如从涡轮获取流中的空气。
空气可以从高压压缩机通过多种方式来输送。
如图4和图5所示，根据第一方式，设置了导管16，该导管输送从高压压缩机获取的空气，以将空气引至导管15的入口。优选地，这种导管16被设置在支撑部125中。为此，空腔127被设置在支撑部125中，并且导管16被插入到空腔127中。这种空腔127是通过在轮叶弦的整个长度上编织芯部剥离部而获得的。因此，弯曲连接部153使得能够将导管16连接到除冰空气通道导管15，该弯曲连接部构成导管16的第二部分。
替代地，如图6所示，根据第二变型，空气来自盘3而不是来自轮叶的支撑部125。根据该替代方案，不需要在复合材料中设置导管。替代地，在盘的边缘31中对导管17进行机加工，以使得空气能够从盘的下游行进到护罩18处。因此，管道18从导管17垂直地延伸以在前缘15中与导管15的入口151接合。在导管的路径上，导管17穿过盘的锁定部20和楔部19。实际上，为了将轮叶安装在槽腔2中，轴向楔部19在根部124下方滑动，以确保轮叶在槽腔2中的径向保持。另外，垂直于楔部19的锁定部20被定位在凹口中，该凹口在盘3的上游侧上被设置在槽腔2的侧面中(关于使用锁定部20进行安装的另外详细描述，可以参考文献WO2012/150425)。
如图6所示，楔部19包括被容纳在槽腔2中的部分19a以及上游端部凸部19b，上游端部凸部延伸超过盘并用作与锁定部20连接的连接部。连接由螺钉21确保，该螺钉穿过被固定到锁定部20的凸部20a和凸部19b，组件将轮叶固定在其槽腔中。
由于楔部19包括许多孔(未示出)，因此这种安装非常简单。另一方面，为了穿过锁定部20，管道18(例如柔性管)穿过蜂窝状结构20c(被称为Nida)，该蜂窝状结构位于护罩15的实心鼻部的正下方。图7示出了锁定部20的透视图，锁定部具有用于管道18的通道20b以及Nida 20c。
最后，为了确保密封，在每个接口处设置两个波纹管式密封件6：一个波纹管式密封件在导管17与管道18之间，一个波纹管式密封件在导管15的入口151与管道18之间。

Claims (11)

1.一种轮叶(11)，所述轮叶包括主体(12)，所述主体包括在空气流的流动方向上的上游端部和下游端部、径向外尖端(123)、径向内根部(124)，所述轮叶(11)在所述尖端(123)与所述根部(124)之间包括叶片(13)和支撑部(125)，所述叶片旨在在所述空气流(F)中空气动力学地工作，所述支撑部被连接到所述根部本身-根部甚至旨在被固定在涡轮机风扇的叶轮的转子盘的槽腔中，
所述轮叶(11)包括护罩(14)，所述护罩被附接到所述主体的上游端部，所述护罩(14)包括上游端部，该上游端部形成所述轮叶的前缘(144)，所述护罩(14)还包括鼻部(141)以及压力面翅片(142)和吸力面翅片(143)，所述前缘位于所述鼻部的上游，所述压力面翅片和吸力面翅片侧向地附接到所述叶片(13)上，所述翅片(142，143)从所述鼻部(141)延伸，所述轮叶(11)包括除冰空气通道导管(15)，所述除冰空气通道导管被设置在所述鼻部(141)内并在所述鼻部(141)内径向地延伸，所述导管(15)具有内端部(151)和径向外端部(152)，所述内端部形成所述导管(15)的空气入口，所述空气入口与所述支撑部(125)相对地开口，所述径向外端部形成空气出口，所述空气出口从所述鼻部(141)在所述前缘与其和所述压力面翅片(142)的接合部之间开口，所述导管(15)具有第一直线形部分(15R)和第二弯曲部分(15C)，所述第二弯曲部分从所述第一直线形部分(15R)的端部延伸。
2.根据权利要求1所述的轮叶，其中，所述径向外端部被构造成使得在所述导管(15)中流通的空气沿着涡轮机风扇中的空气流的流动方向排出。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶，其中，所述空气通道导管(15)被设置在所述叶片的于所述叶片的尖端与根部之间获取的高度的第一半部中，优选地被设置在于所述轮叶的支撑部与尖端之间获取的高度的第一半部中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶，其中，所述导管(15)是圆筒形的、笔直的或蜿蜒的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶，其中，所述导管(15)已通过增材制造方法获得。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶，其中，所述导管(15)的宽度或内径小于或等于3mm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶，所述轮叶包括用于输送旨在从高压压缩机朝向所述除冰空气通道导管的入口流动的除冰空气的装置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轮叶，其中，所述用于输送除冰空气的装置由形成在所述轮叶的支撑部中的导管(16)构成、或者由在所述轮叶的连接盘处延伸的导管(17)构成，所述输送装置还包括所述导管(16，17)与所述除冰空气通道导管(15)连接的连接部。
9.一种涡轮机风扇叶轮，所述涡轮机风扇叶轮包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(11)。
10.涡轮机风扇叶轮，所述涡轮机风扇叶轮包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的轮叶(11)以及盘(3)，所述轮叶的根部被插入到所述盘中，所述盘(3)包括边缘(31)，所述轮使得用于输送除冰空气的装置由通过对所述盘(3)的边缘(31)进行机加工而形成的导管构成。
11.一种涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求9或10所述的叶轮。
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