CN116816725A - 轴流风扇 - Google Patents

Abstract

根据本公开提供一种轴流风扇，包括：轮毂；机匣，同轴套设在轮毂的外侧，机匣和轮毂之间形成环形的流道；进气部，设置在流道的进气侧；以及叶栅部，设置在进气部下游的流道内，叶栅部包括依据气体流向顺次设置的两个叶栅；其中，每个叶栅均包括一个转子及一个静子，转子的叶片及静子的叶片串列设置，并且转子的叶片被构造成后掠叶型，适用于减少转子进气的激波损失。轴流风扇的进气部适用为与进气部相邻的叶栅部的转子提供预旋。

Description

轴流风扇

技术领域

本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种轴流风扇。

背景技术

风扇是航空发动机的主要部件之一，随着航空发动机向高推重比的发展，对于风扇的性能要求也就越来越高。

随着风扇的压比的提高，风扇转子中的叶片的叶中及叶尖的相对马赫数的数据也会相应增大，以导致流道内的激波的强度增加。转子可利用激波实现较高的增压比，但与此同时，过高的激波强度会导致激波后的流动出现分离，损失增加，进而导致风扇的效率下降。

发明内容

针对于现有的技术问题，本公开提供一种轴流风扇及压气机，用于至少部分解决以上技术问题。

根据本公开的实施例的一个方面，提供一种轴流风扇，其特征在于，包括：轮毂；机匣，同轴套设在所述轮毂的外侧，所述机匣和轮毂之间形成环形的流道；进气部，设置在所述流道的进气侧；以及叶栅部，设置在所述进气部下游的所述流道内，所述叶栅部包括依据气体流向顺次设置的两个叶栅；其中，每个所述叶栅均包括一个转子及一个静子，所述转子的叶片及静子的叶片串列设置，并且所述转子的叶片被构造成后掠叶型，适用于减少所述转子进气的激波损失。

根据本公开的实施例，所述进气部包括多个第一叶片，所述第一叶片沿第一类相对流面延伸方向的截面形成第一叶型，所述第一叶型，包括：第一前缘，被构造成弧形，所述第一前缘的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线平行；第一后缘，被构造成弧形，所述第一后缘的半径小于第一前缘，并且所述第一后缘的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第一夹角；第一叶背，形成于所述第一前缘及第一后缘之间；以及第一叶盆，形成于与所述第一叶背相对的所述第一前缘及第一后缘之间；其中，所述第一夹角沿第一叶片的叶高方向逐渐增大，以使得所述第一叶片的叶尖的第一夹角大于叶根的第一夹角，适用于减小与所述进气部相邻的所述转子的叶尖的气动负荷并增加所述转子的叶根的气动负荷。

根据本公开的实施例，所述第一前缘被构造成3毫米的半径，所述第一后缘被构造成1毫米的半径，所述第一叶背及第一叶盆根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，所述基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿所述叶高方向形成的每个所述第一叶型的基本厚度与弦长的比值相等。

根据本公开的实施例，所述转子包括多个第二叶片，所述第二叶片沿第一类相对流面延伸方向的截面形成第二叶型，所述第二叶型，包括：第二前缘，被构造成弧形；第二后缘，被构造成弧形，所述第二后缘的半径小于第二前缘，所述第二前缘至第二后缘之间的第二叶型的弯角逐渐减小，以使得所述第二叶型形成所述后掠叶型；第二叶背，形成于所述第一前缘及第二后缘之间；以及第二叶盆，形成于与所述第二叶背相对的所述第二前缘及第二后缘之间。

根据本公开的实施例，所述第二前缘的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第二夹角，所述第二后缘的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第三夹角，所述第三夹角大于第二夹角，并且所述第三夹角沿所述叶高的方向逐渐增大，适用于改变气流的方向，用以将气流的动能转化为势能。

根据本公开的实施例，所述第二前缘的半径由第二叶片的叶尖向叶根逐渐增加，适用于提升所述第二叶片的结构强度。

根据本公开的实施例，由所述第二叶片的叶尖至叶根的所述第二前缘的半径被构造成0.2-0.34毫米，所述第二后缘的半径被构造成0.2毫米，所述第二叶背及第二叶盆根据四次多项式中弧线加减基本厚度生成，所述基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿所述叶高方向形成的每个所述第二叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。

根据本公开的实施例，所述静子包括多个第三叶片，所述第三叶片沿第一类相对流面延伸方向的截面形成第三叶型，包括：第三前缘，被构造成弧形，所述第三前缘的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第四夹角；第三后缘，被构造成弧形，所述第三后缘的半径小于第三前缘，并且所述第三后缘的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第五夹角；第三叶背，形成于所述第三前缘及第三后缘之间；以及第三叶盆，形成于与所述第三叶背相对的所述第三前缘及第三后缘之间；其中，所述第五夹角小于第四夹角，并且所述第五夹角沿第三叶片的叶高方向逐渐增大，适用于将同一所述叶栅内的转子的动能增加值的二分之一转化为势能，并将所述气流的方向调整为与所述流道的轴线的方向大致一致。

根据本公开的实施例，所述第三前缘的半径被构造成0.3毫米，所述第三后缘的半径被构造成0.1毫米，所述第三叶背及第三叶盆根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，所述基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿所述叶高方向形成的每个所述第三叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。

根据本公开的实施例，所述流道的进气侧及出气侧的外径被构造成大致一致。

根据本公开的实施例，所述流道的进气侧的内径小于出气侧。

根据本公开的实施例，所述流道的外径被构造成包括1000毫米，所述流道进气侧的内径被构造成包括535毫米，所述流道的出气侧的内径被构造成包括705毫米，所述流道的长度被构造成包括571.3毫米。

根据本公开的提供的轴流风扇，进气部适用为与进气部相邻的叶栅部的转子提供预旋。叶栅部中的转子的叶片被构造成后掠叶型适用减小尾迹，可较为有效的减少激波损失。

附图说明

图1是本公开的一种示意性实施例的轴流风扇的立体图；

图2是图1所示的示意性实施例的轴流风扇的前视图；

图3是图1所示的示意性实施例的轴流风扇的后视图；以及

图4是图1所示的示意性实施例的轴流风扇沿第一类相对流面的截面图。

附图标记

1、机匣；

2、轮毂、

3、第一叶片；

31、第一前缘；

32、第一后缘；

33、第一叶盆；

34、第一叶背；

4、第二叶片；

41、第二前缘；

42、第二后缘；

43、第二叶盆；

44、第二叶背；

5、第三叶片；

51、第三前缘；

52、第三后缘；

53、第三叶盆；以及

54、第三叶背。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在此公开本公开结构实施例和方法的描述。应当了解，这并不意图将本公开限制在特定公开的实施例中，本公开可以通过使用其它特征，元件、方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。

图1是本公开的一种示意性实施例的轴流风扇的立体图；图2是图1所示的示意性实施例的轴流风扇的前视图；图3是图1所示的示意性实施例的轴流风扇的后视图；图4是图1所示的示意性实施例的轴流风扇沿第一类相对流面的截面图。

本公开的一个示意性的实施例中，如图1至图4所示，提供一种轴流风扇包括轮毂2、机匣1、进气部及叶栅部。机匣1同轴套设在轮毂2的外侧，机匣1和轮毂2之间形成环形的流道。进气部设置在流道的进气侧。叶栅部设置在进气部下游的流道内。叶栅部包括依据气体流向顺次设置的两个叶栅，每个叶栅均包括一个转子及一个静子，转子的叶片及静子的叶片串列设置，并且所述转子的叶片被构造成后掠叶型，适用于减少转子进气的激波损失。

在一种示意性的实施例中，轮毂2被构造成筒形结构。

详细地，机匣1被构造成筒形结构，轮毂2和机匣1之间的空间限定环形的流道。

根据本公开的实施例，如图4所示，进气部包括多个第一叶片3。第一叶片3沿第一类相对流面(S1流面)延伸方向的截面形成第一叶型，第一叶型包括第一前缘31、第一叶背34、第一后缘32及第一叶盆33形成的闭合型线。第一前缘31被构造成弧形，第一前缘31的单圆弧中弧线的切线与流道的轴线平行。第一后缘32被构造成弧形，第一后缘32的半径小于第一前缘31，并且第一后缘32的单圆弧中弧线的切线与流道的轴线形成第一夹角。第一叶背34形成于第一前缘31及第一后缘32之间。第一叶盆33形成于与第一叶背34相对的第一前缘31及第一后缘32之间。第一夹角沿第一叶片3的叶高方向逐渐增大，以使得第一叶片3的叶尖的第一夹角大于叶根的第一夹角，适用于减小与进气部相邻的转子的叶尖的气动负荷并增加转子的叶根的气动负荷。

在一种示意性的实施例中，多个第一叶片3沿轮毂2的周向方向均匀间隔设置。

详细地，每个第一叶片3沿流道的径向方向延伸形成于轮毂2和机匣1之间。

进一步的，第一叶片3的数量包括但不限于11片。

根据本公开的实施例，如图4所示，第一前缘31被构造成3毫米的半径，第一后缘32被构造成1毫米的半径，第一叶背34及第一叶盆33根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿叶高方向形成的每个第一叶型的基本厚度与弦长的比值相等。

根据本公开的实施例，如图1至图4所示，转子包括多个第二叶片4。第二叶片4沿第一类相对流面(S1流面)延伸方向的截面形成第二叶型，第二叶型包括第二前缘41、第二叶背44、第二后缘42及第二叶盆43形成的闭合型线。第二前缘41被构造成弧形。第二后缘42被构造成弧形，第二后缘42的半径小于第二前缘41，第二前缘41至第二后缘42之间的第二叶型的弯角(表征为由第二后缘42至第二前缘41之间的相邻的两个单圆弧中弧线与流道的轴线的夹角之差)逐渐减小，以使得第二叶型形成所述后掠叶型。第二叶背44形成于第一前缘31及第二后缘42之间。第二叶盆43形成于与第二叶背44相对的第二前缘41及第二后缘42之间。

在一种示意性的实施例中，多个第二叶片4沿轮毂2的周向方向均匀间隔设置。

详细地，每个第二叶片4沿流道的径向方向延伸形成于轮毂2和机匣1之间。

根据本公开的实施例，如图4所示，第二前缘41的单圆弧中弧线的切线与流道的轴线形成第二夹角，第二后缘42的单圆弧中弧线的切线与流道的轴线形成第三夹角，第三夹角大于第二夹角，并且第三夹角沿所述叶高的方向逐渐增大，适用于改变气流的方向，用以将气流的动能转化为势能。

根据本公开的实施例，如图4所示，第二前缘41的半径由第二叶片4的叶尖向叶根逐渐增加，适用于提升第二叶片4的结构强度。

根据本公开的实施例，如图4所示，由第二叶片4的叶尖至叶根的第二前缘41的半径被构造成0.2-0.34毫米，第二后缘42的半径被构造成0.2毫米，第二叶背44及第二叶盆43根据四次多项式中弧线加减基本厚度生成，基本厚度包括沿流道的轴线方向形成的18个值，并且沿叶高方向形成的每个第二叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。适用于将机械能转化为空气的动能增加值，并通过改变气流的方向将通过的空气动能增加值的1/2转化为势能。

在一种示意性的实施例中，叶尖的第二前缘的半径被构造成0.2毫米，叶根的第二前缘的半径被构造成0.34毫米。

在一种示意性的实施例中，四次多项式包括为y＝ax^4+bx^3+dx，其中x为轴向坐标，y为周向坐标，以中弧线第一点为原点，a、b、d为系数。

在一种示意性的实施例中，两个叶栅中的第二叶型的第二前缘41、第二后缘42、第二叶背44及第二叶盆43基于弦长的比例相等。

在另一种示意性的实施例中，两个叶栅中的第二叶型的第二前缘41的半径相同，第二后缘42的半径相同，第二叶背44及第二叶盆43基于弦长的比例相等。这样可较为有效的提升位于下游的转子和轮毂2的结构强度。

在一种示意性的实施例中，第二叶型的第二叶背44及第二叶盆43分别形成错位的凹陷部，适用于将第二叶型沿气流方向形成S型，有利于进一步减少激波损失。

根据本公开的实施例，如图4所示，静子包括多个第三叶片5。第三叶片5沿第一类相对流面(S1流面)延伸方向的截面形成第三叶型，第三叶型包括第三前缘51、第三叶背54、第三后缘52及第三叶盆53形成的闭合型线。第三前缘51被构造成弧形，第三前缘51的单圆弧中弧线的切线与流道的轴线形成第四夹角。第三后缘52被构造成弧形，第三后缘52的半径小于第三前缘51，并且第三后缘52的单圆弧中弧线的切线与流道的轴线形成第五夹角。第三叶背54形成于第三前缘51及第三后缘52之间。第三叶盆53形成于与第三叶背54相对的第三前缘51及第三后缘52之间。第五夹角小于第四夹角，并且第五夹角沿第三叶片5的叶高方向逐渐增大，适用于将同一叶栅内的转子的动能增加值的二分之一转化为势能，并将气流的方向调整为与流道的轴线的方向大致一致。

在一种示意性的实施例中，多个第三叶片5沿轮毂2的周向方向均匀间隔设置。

详细地，每个第三叶片5沿流道的径向方向延伸形成于轮毂2和机匣1之间。

根据本公开的实施例，如图4所示，第三前缘51的半径被构造成0.3毫米，第三后缘52的半径被构造成0.1毫米，第三叶背54及第三叶盆53根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，基本厚度包括沿流道的轴线方向形成的18个值，并且沿叶高方向形成的每个第三叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。适用于减少位于下游的转子的叶尖的气动负荷，并增加下一级转子的叶根的气动负荷。

根据本公开的实施例，如图1至图3所示，流道的进气侧及出气侧的外径被构造成大致一致。

根据本公开的实施例，如图1至图3所示，流道的进气侧的内径小于出气侧。

根据本公开的实施例，如图2和图3所示，流道的外径被构造成包括1000毫米，流道进气侧的内径被构造成包括535毫米，流道的出气侧的内径被构造成包括705毫米，流道的长度被构造成包括571.3毫米。

在一种示意性的实施例中，如图1至图4所示，流道的外径被构造成包括1000毫米，流道进气侧的内径被构造成包括535毫米，流道的出气侧的内径被构造成包括705毫米，流道的长度被构造成包括571.3毫米。

在一种示意性的实施例中，风扇包括由轮毂及机匣形成的环形的流道，流道的进气侧及出气侧的外径均被构造成1000毫米，进气侧的内径被构造成535毫米，出气侧的内径被构造成705毫米。

详细地，流道内设有进气部(包括多个第一叶片)及叶栅部。

进一步的，叶栅部包括沿气流方向顺次设置的两级叶栅，每级叶栅内均包括转子(包括多个第二叶片)及静子(包括多个第三叶片)。

更进一步的，第一叶型的第一前缘被构造成3毫米的半径，第一后缘32被构造成1毫米的半径，第一叶背34及第一叶盆33根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿叶高方向形成的每个第一叶型的基本厚度与弦长的比值相等。

更进一步的，第二叶片4的叶尖至叶根的第二前缘41的半径被构造成0.2-0.34毫米，第二后缘42的半径被构造成0.2毫米，第二叶背44及第二叶盆43根据四次多项式中弧线加减基本厚度生成，基本厚度包括沿流道的轴线方向形成的18个值，并且沿叶高方向形成的每个第二叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。

更进一步的，第三前缘51的半径被构造成0.3毫米，第三后缘52的半径被构造成0.1毫米，第三叶背54及第三叶盆53根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，基本厚度包括沿流道的轴线方向形成的18个值，并且沿叶高方向形成的每个第三叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。基于上述风扇、以及相配合的第一叶型、第二叶型及第三叶型，形成1个效率0.847、流量101kg/s、总压比2.97的两级轴流式低压风扇气动外形。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行若干种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行若干种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

上述具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上上述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种轴流风扇，其特征在于，包括：

轮毂(2)；

机匣(1)，套设在所述轮毂(2)的外侧，所述机匣(1)和轮毂(2)之间形成环形的流道；

进气部，设置在所述流道的进气侧；以及

叶栅部，设置在所述进气部下游的所述流道内，所述叶栅部包括依据气体流向顺次设置的两个叶栅；

其中，每个所述叶栅均包括一个转子及一个静子，所述转子的叶片及静子的叶片串列设置，并且所述转子的叶片被构造成后掠叶型，适用于减少所述转子进气的激波损失。

2.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述进气部包括多个第一叶片(3)，所述第一叶片(3)沿第一类相对流面延伸方向的截面形成第一叶型，所述第一叶型，包括：

第一前缘(31)，被构造成弧形，所述第一前缘(31)的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线平行；

第一后缘(32)，被构造成弧形，所述第一后缘(32)的半径小于第一前缘(31)，并且所述第一后缘(32)的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第一夹角；

第一叶背(34)，形成于所述第一前缘(31)及第一后缘(32)之间；以及

第一叶盆(33)，形成于与所述第一叶背(34)相对的所述第一前缘(31)及第一后缘(32)之间；

其中，所述第一夹角沿第一叶片(3)的叶高方向逐渐增大，以使得所述第一叶片(3)的叶尖的第一夹角大于叶根的第一夹角，适用于减小与所述进气部相邻的所述转子的叶尖的气动负荷并增加所述转子的叶根的气动负荷。

3.根据权利要求2所述的风扇，其特征在于，所述第一前缘(31)被构造成3毫米的半径，所述第一后缘(32)被构造成1毫米的半径，所述第一叶背(34)及第一叶盆(33)根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，所述基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿所述叶高方向形成的每个所述第一叶型的基本厚度与弦长的比值相等。

4.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述转子包括多个第二叶片(4)，所述第二叶片(4)沿第一类相对流面延伸方向的截面形成第二叶型，所述第二叶型，包括：

第二前缘(41)，被构造成弧形；

第二后缘(42)，被构造成弧形，所述第二后缘(42)的半径小于第二前缘(41)，所述第二前缘(41)至第二后缘(42)之间的第二叶型的弯角逐渐减小，以使得所述第二叶型形成所述后掠叶型；

第二叶背(44)，形成于所述第一前缘(31)及第二后缘(42)之间；以及

第二叶盆(43)，形成于与所述第二叶背(44)相对的所述第二前缘(41)及第二后缘(42)之间。

5.根据权利要求4所述的风扇，其特征在于，所述第二前缘(41)的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第二夹角，所述第二后缘(42)的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第三夹角，所述第三夹角大于第二夹角，并且所述第三夹角沿所述叶高的方向逐渐增大，适用于改变气流的方向，用以将气流的动能转化为势能。

6.根据权利要求4所述的风扇，其特征在于，所述第二前缘(41)的半径由第二叶片(4)的叶尖向叶根逐渐增加，适用于提升所述第二叶片(4)的结构强度。

7.根据权利要求4至6中任一所述的风扇，其特征在于，由所述第二叶片(4)的叶尖至叶根的所述第二前缘(41)的半径被构造成0.2-0.34毫米，所述第二后缘(42)的半径被构造成0.2毫米，所述第二叶背(44)及第二叶盆(43)根据四次多项式中弧线加减基本厚度生成，所述基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿所述叶高方向形成的每个所述第二叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。

8.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述静子包括多个第三叶片(5)，所述第三叶片(5)沿第一类相对流面延伸方向的截面形成第三叶型，包括：

第三前缘(51)，被构造成弧形，所述第三前缘(51)的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第四夹角；

第三后缘(52)，被构造成弧形，所述第三后缘(52)的半径小于第三前缘(51)，并且所述第三后缘(52)的单圆弧中弧线的切线与所述流道的轴线形成第五夹角；

第三叶背(54)，形成于所述第三前缘(51)及第三后缘(52)之间；以及

第三叶盆(53)，形成于与所述第三叶背(54)相对的所述第三前缘(51)及第三后缘(52)之间；

其中，所述第五夹角小于第四夹角，并且所述第五夹角沿第三叶片(5)的叶高方向逐渐增大，适用于将同一所述叶栅内的转子的动能增加值的二分之一转化为势能，并将所述气流的方向调整为与所述流道的轴线的方向大致一致。

9.根据权利要求8所述的风扇，其特征在于，所述第三前缘(51)的半径被构造成0.3毫米，所述第三后缘(52)的半径被构造成0.1毫米，所述第三叶背(54)及第三叶盆(53)根据单圆弧中弧线加减基本厚度生成，所述基本厚度包括沿所述流道的轴线方向形成的18个值，并且沿所述叶高方向形成的每个所述第三叶型的的基本厚度与弦长的比值相等。

10.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述流道的进气侧及出气侧的外径被构造成大致一致。

11.根据权利要求10所述的风扇，其特征在于，所述流道的进气侧的内径小于出气侧。

12.根据权利要求10或11所述的风扇，其特征在于，所述流道的外径被构造成包括1000毫米，所述流道进气侧的内径被构造成包括535毫米，所述流道的出气侧的内径被构造成包括705毫米，所述流道的长度被构造成包括571.3毫米。