ES2741595T3 - Rodete - Google Patents

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ES2741595T3
ES2741595T3 ES12166620T ES12166620T ES2741595T3 ES 2741595 T3 ES2741595 T3 ES 2741595T3 ES 12166620 T ES12166620 T ES 12166620T ES 12166620 T ES12166620 T ES 12166620T ES 2741595 T3 ES2741595 T3 ES 2741595T3
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Yakov Bronfeld
Savely Khosid
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Rafael Advanced Defense Systems Ltd
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Abstract

Un rodete de ventilador y compresor combinados (10), que comprende un solo buje (4) y una pluralidad de álabes principales separados (20) que se extienden hacia afuera desde dicho buje, un canal de paso de aire (CH) definido entre dos de dichos álabes principales, en donde cada uno de dichos álabes principales es un álabe de flujo mixto que se extiende de forma continua desde una sección de ventilador (5), en un extremo de entrada (I) de un canal, hasta una sección de compresor (15), en un extremo de salida (O) de dicho canal sin ningún espacio axial entre dicha sección del ventilador y dicha sección del compresor, proporcionando de este modo una adecuación aerodinámica del aire presurizado que fluye a través de dicho canal desde dicha sección del ventilador hasta dicha sección del compresor, caracterizado por que cada uno de dichos álabes de flujo mixto principales está configurado con una línea de interfaz (11) en una interfaz de buje-álabe que inicialmente se extiende sustancialmente axial con respecto a un eje de giro (21) y que está orientado en diagonal con respecto a dicho eje de giro adyacente a dicho extremo de salida, y con un perfil de álabe tridimensional que tiene un ángulo de álabe variable (ß) entre una superficie de álabe y dicho eje de giro.

Description

DESCRIPCIÓN
Rodete
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de los motores turbofan y las APU. De manera más particular, la invención se refiere a un rodete unificado o combinado para mejorar las características de rendimiento de un motor turbofan y de las APU.
Antecedentes de la invención
Los pequeños motores a reacción se utilizan mucho en aviación. Entre otras aplicaciones, los pequeños motores a reacción sirven como unidades principales de empuje para misiles y vehículos aéreos no tripulados (VANT), como unidades de potencia auxiliares (APU) para grandes sistemas de vuelo, por ejemplo, para ayudar a iniciar el funcionamiento de los motores principales y el suministro de energía para los sistemas de aire acondicionado.
Muchos pequeños motores a reacción presentan un mal rendimiento debido a una baja relación de presión, provocada por una velocidad de giro limitada y por la resistencia del material. El consumo específico de combustible (SFC), que es la relación entre el combustible que se consume por unidad de tiempo y el empuje que se genera, se reduce de forma convencional derivando una parte del aire introducido en el núcleo del motor. El núcleo del motor, por lo general, comprende un compresor, una cámara de combustión en la que el aire comprimido se calienta por medio de la combustión del combustible, una turbina de la cual se extrae la energía térmica de los gases de combustión para impulsar el compresor, y la boquilla de escape para proporcionar el empuje.
Un motor que genera una corriente de aire de derivación se denomina motor turbofan o motor a reacción de derivación y, por lo general, está configurado con dos ejes coaxiales separados, para así adecuar la salida de trabajo de dos unidades compresoras a todo el intervalo de sus velocidades de giro. En cada uno de estos ejes se montan ruedas de compresor y ruedas de turbina. Un compresor de baja presión ubicado inmediatamente después de la entrada de aire, denominado, por lo general, ventilador, se acciona gracias a una turbina de baja presión y comprime todo el aire introducido en el motor a una relación de compresión de 1,5-2,5. Una parte del aire comprimido se suministra a un compresor de alta presión impulsado por una turbina de alta presión y, después, se dirige hacia la cámara de combustión. Los gases de combustión que salen de la cámara de combustión hacen que ambas ruedas de la turbina giren y, después, se descarguen desde una boquilla de escape. La parte restante del aire comprimido por el ventilador se deriva por un conducto de derivación y se mezcla en la sección de escape con el flujo de gas del núcleo, aunque ambos flujos también pueden estar separados en cierta medida. Al proporcionar una corriente de aire de derivación, además del flujo de gas del núcleo, un motor turbofan puede generar un mayor nivel de empuje, es decir, el producto de la velocidad y del caudal másico, a menudo mayor que un motor turborreactor, a una velocidad reducida, dando como resultado un consumo de combustible específico reducido. La velocidad del aire de derivación puede diseñarse para que sea similar a la velocidad del gas del núcleo. Ya que se añade el conducto de derivación, el diámetro exterior de un motor turbofan es mayor que un turborreactor que proporciona el mismo empuje.
Las configuraciones de motores turbofan de la técnica anterior, particularmente para los pequeños motores de bajo empuje de hasta unos pocos cientos de N, presentan serias limitaciones de diseño en términos de un mayor diámetro exterior para alojar el conducto de derivación. Los motores pequeños de este tipo pueden producir un nivel de empuje adecuadamente alto solo a altas velocidades de giro de hasta cientos de miles de RPM. A tales velocidades, solo los rodamientos pequeños pueden conservar su integridad estructural y, por lo tanto, el eje interno también debe tener un diámetro pequeño. Como resultado, el eje de diámetro pequeño tiene poca rigidez y una gran amplitud de oscilaciones a velocidades críticas, haciendo que sea difícil evitar el contacto entre los dos ejes coaxiales giratorios.
Durante el funcionamiento normal de un motor turbofan de la técnica anterior, el aire ligeramente comprimido que sale del ventilador se dirige hacia las palas del estátor, ubicadas entre el ventilador y el compresor. Estas costosas palas de estátor están diseñadas para guiar el flujo de aire hacia el compresor y para realizar la adecuación aerodinámica, es decir, haciendo que el vector de velocidad, que depende de la velocidad y el ángulo del flujo de aire que sale del ventilador, cambie a un vector de velocidad adecuado en la entrada del compresor, que evita la separación del flujo de los álabes del compresor. Durante esas situaciones, cuando el ventilador se somete a una carga relativamente alta, por ejemplo, para generar una relación de presión relativamente alta, normalmente se requieren dos filas de palas guía, lo que aumenta aun más los costes.
Cuando se emplea una configuración de motor de un solo eje, el motor funciona de manera óptima en un único punto de trabajo diseñado; sin embargo, cuando se trabaja en puntos no incluidos en el diseño, la relación entre la velocidad del flujo de aire y el ángulo de entrada no es óptima. Para que funcione de forma óptima con respecto a los puntos fuera de diseño, es necesario instalar palas guía de ángulo variable o realizar una purga de aire entre el ventilador y el compresor.
Otra desventaja asociada con el uso de palas guía es que se crea una capa límite en el borde de ataque de la pala al introducir el flujo de aire en la pala guía. Dado que la mayoría de las pérdidas por fricción están relacionadas con la creación de la capa límite delgada, cada fila de palas guía provoca pérdidas adicionales de la energía del fluido.
Por lo tanto, sería deseable proporcionar una nueva configuración de motor turbofan que pudiera superar estos inconvenientes.
En el estado de la técnica se han propuesto varias configuraciones de motores turbofan ligeros y de bajo coste.
El documento US 3.937.013 divulga un motor de propulsión a reacción de tipo derivación que incluye un motor central con un compresor centrífugo y una turbina centrípeta, conectada coaxialmente parte trasera con parte trasera, y un aparato de combustión dispuesto radialmente hacia afuera de la turbina. La parte del ventilador del motor está provista de álabes del ventilador que se extienden hacia afuera desde los álabes del rotor del compresor del motor central, que descargan a través de las palas guía de salida hacia un conducto del ventilador que se encuentra radialmente hacia afuera del aparato de combustión. Las palas guía de salida del ventilador oscilan para cerrar sustancialmente el conducto del ventilador y arrancar el motor. Parte del aire fluye desde el compresor hacia el aparato de combustión del motor central a través de las palas de la boquilla de la turbina hueca. Para alojar el compresor centrífugo de gran radio, el conducto de derivación está configurado con giros bruscos de cerca de 90 grados, produciendo grandes pérdidas de energía de fluido.
El documento US 5.105.616 divulga un motor de turbina de gas que comprende un compresor centrífugo con álabes radialmente internos de presión alta y con álabes radialmente externos de presión baja, para así proporcionar aire de derivación y maximizar la eficacia de la combustión. Las palas guía variables ocluyen selectivamente los extremos de entrada de las cuchillas de baja presión. Además del contorno exterior con giros bruscos, que produce grandes pérdidas de energía de fluido y una reducción en la generación de empuje, la configuración de este motor también genera dos flujos aerodinámicamente separados, uno para cada juego de álabes del compresor. Los dos flujos están a diferentes velocidades y presiones, reduciendo el rendimiento aerodinámico del motor.
En el motor turbofan del documento US 7.055.306, hay montado un rotor de etapa combinada para girar junto a un eje, una etapa del compresor centrífugo y una etapa de la turbina como si fueran una sola rueda unitaria. Cada uno de la pluralidad de álabes del ventilador del rotor de etapa combinada, que transmite el flujo de aire entrante a través del conducto de derivación del ventilador, es contiguo a un respectivo álabe del compresor, para así transmitir el flujo de aire a través del conducto central. El rotor de etapa combinada está ubicado en una unión entre el conducto de derivación del ventilador y el conducto central. Aunque el rotor de etapa combinada aumenta la eficiencia del combustible y el empuje para permitir que el motor turbofan se use para aplicaciones de un solo uso, aun así, las etapas del ventilador y compresor están separadas, lo que produce flujos separados aerodinámicamente y crea un mayor diámetro del motor como resultado del uso de un compresor centrífugo que descarga radialmente el aire comprimido.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un rodete para utilizarlo en un motor turbofan o en una APU que tenga un diámetro exterior que sea significativamente más pequeño que el de los motores de la técnica anterior para un empuje determinado.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un rodete con una mejor adecuación aerodinámica con respecto a los compresores y ventiladores de la técnica anterior.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un rodete para utilizarlo en un motor turbofan o en una APU que no requiera ninguna pala guía entre las secciones del ventilador y del compresor.
Otros objetos y ventajas de la invención se harán evidentes a medida que avance la descripción.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un rodete de compresor y ventilador combinados según las características de la reivindicación 1, comprendiendo el rodete un solo buje y una pluralidad de álabes principales separados que se extienden hacia afuera desde dicho buje, habiendo un canal de paso de aire entre dos de dichos álabes principales, en donde cada una de dichos álabes principales es un álabe de flujo mixto que se extiende de forma continua desde una sección de ventilador, en un extremo de entrada de un canal, hasta una sección de compresor, en un extremo de salida de dicho canal, sin ningún espacio axial entre dicha sección de ventilador y dicha sección de compresor, proporcionando de ese modo una adecuación aerodinámica del aire presurizado que fluye a través de dicho canal desde dicha sección de ventilador hasta dicha sección de compresor.
Como se menciona en el presente documento, "adecuación aerodinámica" significa que dicho canal está diseñado para ser aerodinámicamente uniforme, es decir, la geometría del canal evita que el flujo se separe de las paredes del canal y, también, que se creen remolinos.
Los motores turbofan de la técnica anterior tienen dos etapas de compresión de aire con palas guía entre estas etapas, y también dos ejes, lo que da como resultado grandes costes de fabricación debidos al diseño tan complejo. Otros motores turbofan de la técnica anterior tienen un diseño más simple con un solo un eje, también con palas guía, pero presentan una falta de adecuación aerodinámica entre las etapas del ventilador y del compresor en los puntos de trabajo fuera de diseño.
La presente invención supera estos problemas proporcionando una vía de aire combinada en virtud de una pluralidad de álabes principales, cada una de las cuales se extiende continuamente desde la sección del ventilador hasta la sección del compresor para crear una sola rueda de compresor y ventilador sin palas de estátor entre el ventilador y el compresor. Un motor turbofan de un eje basado en el rodete combinado de la presente invención tiene una relación mejorada de combustible/empuje con respecto a un motor turbofan de la técnica anterior con el mismo diámetro exterior que emplea un compresor centrífugo. El rodete de flujo mixto combinado de la presente invención tiene un diámetro más pequeño que un compresor centrífugo correspondiente usado por un rodete de la técnica anterior. Por lo tanto, la diferencia de volumen entre los rodetes de la invención y de la técnica anterior permite utilizar un conducto de derivación más grande, proporcionando así una relación de derivación más alta y una relación de combustible/empuje correspondientemente más baja. De forma alternativa, el mismo empuje máximo del motor se puede producir con un diámetro exterior del motor más pequeño que con un turbofan convencional con un eje que tenga un compresor centrífugo, utilizando el rodete combinado de la presente invención.
Una parte del aire presurizado sale del rodete a través de una primera salida desde un borde de fuga de la parte del ventilador que conduce a un conducto de derivación. Otra parte de aire presurizado sale del rodete por una segunda salida a través de un extremo de la sección del compresor central del canal.
En un aspecto, el álabe a principal comprende una parte de ventilador, por ejemplo, curvilínea y trapezoidal, y una parte de compresor alargada que tiene una altura de álabe desde el buje que es significativamente menor que la de dicha parte del ventilador.
En un aspecto, la pluralidad de álabes principales es asimétrica al eje de giro del rodete, y cada álabe principal tiene una configuración retorcida.
En un aspecto, la sección del ventilador tiene una longitud axial, es decir, paralela al eje longitudinal, significativamente menor que la de la sección del compresor.
En un aspecto, un extremo de salida de la sección del ventilador tiene un diámetro exterior significativamente mayor que el diámetro exterior de un extremo de entrada de la sección del compresor.
En un aspecto, el buje tiene forma de campana y termina con una superficie plana en su extremo de salida o con una superficie no plana, cuya forma va impuesta por la resistencia y la rigidez necesarias para la rueda del compresorventilador.
En un aspecto, el rodete comprende además uno o más álabes divisorios, extendiéndose cada una de dichos álabes divisorios hacia afuera desde el buje y se coloca entre dos álabes principales adyacentes.
En un aspecto, el buje y la pluralidad de álabes principales y álabes divisoras se hacen íntegramente a partir de una sola pieza de metal.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos:
- La figura 1 es una vista lateral de un rodete combinado según una realización de la presente invención;
- la figura 2 muestra una vista en sección transversal del rodete de la figura 1;
- la figura 3 es una vista en perspectiva desde el extremo de entrada del rodete de la figura 1; y
- la figura 4 es una vista en perspectiva desde el lateral y la parte trasera del rodete de la figura 1, que muestra una pluralidad de canales de paso de aire, cada uno de los cuales se define por dos álabes principales adyacentes.
Descripción detallada de las realizaciones preferentes
El nuevo rodete de la presente invención comprende una única rueda combinada de ventilador y compresor, colocada en la entrada del motor y dispuesta de tal manera que cada álabe del ventilador se extienda uniformemente hacia un álabe del compresor correspondiente sin ningún espacio axial entre ellos, obviando la necesidad de disponer de palas del estátor, necesarias en los motores turbofan de la técnica anterior para guiar el aire desde el ventilador al compresor. Mientras que las secciones de compresor-ventilador de un solo eje de la técnica anterior carecen de adecuación aerodinámica debido al espacio libre entre el ventilador y el compresor, que requieren palas guía para proporcionar dicha adecuación, al menos en el punto de diseño, el rodete unificado de la presente invención, que está configurado con una pluralidad de álabes de flujo mixto, proporciona una vía continua de aire aerodinámicamente uniforme que deriva en un diámetro significativamente reducido de la rueda combinada de ventilador y compresor.
Las figuras 1-4 ilustran un nuevo rodete de una rueda según una realización de la presente invención, que, por lo general, se indica con el número 10.
Como se muestra en la vista lateral de la figura 1, el rodete de una pieza con un solo eje 10 comprende una sección de álabe de ventilador 5 en el lado de entrada I y una sección de álabe de compresor de flujo mixto 15 en el lado de salida de rodete O, todas los cuales se extienden hacia afuera desde el eje central 4. La longitud axial A de la sección 5 del álabe del ventilador es menor que, por ejemplo, aproximadamente un tercio de la longitud axial B de la sección del álabe del compresor 15. El diámetro exterior F de la sección del ventilador 5 es significativamente mayor, por ejemplo, aproximadamente un 25 % mayor que el diámetro exterior G de la entrada de la sección de compresor 15, aunque el tamaño del diámetro de la punta del álabe de la sección del compresor 15 aumenta progresivamente hacia el diámetro exterior de H en su extremo del compresor, que es aproximadamente igual al diámetro exterior F de la sección 5 del ventilador. La sección 5 del ventilador presuriza el aire de entrada que entra axialmente hasta 1,5-2,5 veces por giro de sus álabes. Una parte derivada del aire presurizado se descarga a través del borde de fuga del ventilador 12 hacia afuera, hacia un conducto de derivación (no mostrado en la figura 1), para producir un empuje adicional o para otros usos del aire comprimido, tales como el aire acondicionado. La cantidad restante de aire comprimido se introduce en la sección del compresor 15 mientras fluye a través de un canal CH (figura 4) y los álabes del compresor 20 lo comprimen adicionalmente 3-6 veces. El aire se descarga desde la sección del compresor 15 a través del borde de fuga del compresor 13 del rodete 10. Dado que el aire es guiado a través de los canales continuos y aerodinámicamente uniformes, las palas del estátor entre las secciones del ventilador y del compresor se vuelven innecesarias.
Como se muestra en la vista en sección transversal de la figura 2, una configuración de este tipo de la sección de álabe del ventilador 5 y de la sección de álabe del compresor 15 es posible gracias a la forma de campana, es decir, un diámetro que aumenta de forma continua del buje sólido 4, que tiene una sección transversal circular. La configuración de cada álabe, que comprende partes integradas de ventilador y compresor, complementa la forma del buje 4. Es decir, la altura del álabe H1 de la parte de álabe del ventilador 7 desde el buje 4, es decir, medida perpendicularmente con respecto al eje 21, que tiene un diámetro de buje relativamente pequeño en la entrada I, es significativamente mayor que la altura del álabe H2 de cada parte del álabe del compresor 18. La altura del álabe de la parte de álabe del compresor 18 desde el buje 4 se reduce progresivamente de H2 a H4 , como se muestra en la figura 2, mientras que el diámetro del buje 4 aumenta progresivamente. En el extremo de salida O del rodete 10, el buje 4 termina con una superficie plana 9, que es sustancialmente perpendicular al eje 21, o con una superficie no plana cuya forma está diseñada adecuadamente para proporcionar la resistencia y la rigidez necesarias para la única rueda del ventilador-compresor.
Las figuras 3-4 ilustran, respectivamente, dos vistas en perspectiva diferentes del rodete 10. El buje 4 y los álabes están preferiblemente hechos íntegramente a partir de una sola pieza de metal, tal como mediante el mecanizado CNC de 5 ejes por corte de metal, o mediante un procedimiento de fundición, como el método de "fundición de precisión" o el método de "a la cera perdida", que conocen los expertos en la materia, aunque en el alcance de la invención se incluye que los álabes estén conectados al buje. El coste para fabricar la única rueda de compresor y ventilador de la presente invención es considerablemente menor que para fabricar el ventilador, las palas guía y el rodete del compresor por separado.
A continuación, haciendo referencia a la figura 3, el rodete 10 comprende una pluralidad de álabes curvilíneos de flujo mixto 20 para impulsar el aire presurizado dentro de una vía de aire diagonal con respecto al eje de giro 21 después de haber sido introducido por la entrada axial I, cuyo número oscila generalmente entre 6 y 36. Cada álabe de flujo mixto 20 está hecho a partir de una sola pieza de metal, por ejemplo, titanio, que se extiende a lo largo del buje 4 con el que colinda desde el extremo de entrada I hasta el extremo de salida O, y comprende una parte de ventilador trapezoidal 22 relativamente ancha y curvilínea que tiene una altura W desde el buje en el extremo de entrada I y una parte de compresor alargada 23 en el extremo de salida O La parte del compresor 23 se estrecha desde una altura J, que es aproximadamente el 50 % de la altura W en su extremo de entrada, hasta una altura K, que es aproximadamente el 15% de la altura J en su extremo de salida. Los valores de W, K y K dependen de la relación de presión y la relación de derivación, es decir, la relación del caudal de derivación y del caudal del compresor del rodete 10. Tanto la parte del ventilador 22 como la parte del compresor 23 de cada álabe 20 están posicionadas en ángulos tridimensionales con respecto al eje 21 del rodete para formar la pieza combinada de álabe de flujo mixto continuo. Esta forma del álabe de flujo mixto se define por la combinación de una línea de interfaz 11 (figura 1) entre el álabe 20 y el buje 4, que inicialmente se extiende sustancialmente de manera axial y luego se orienta en diagonal con respecto al eje de giro 21, y un perfil dimensional del álabe que tiene un ángulo variable del álabe p (figura 1) entre la superficie del álabe y el eje de giro 21. La forma real seleccionada del álabe 20 depende de consideraciones aerodinámicas, para evitar la separación de la corriente de aire introducida de las superficies del álabe, y de consideraciones de resistencia, que incluyen, entre otros, los márgenes de seguridad de las tensiones dentro del álabe. No es necesario que el álabe 20 tenga un grosor uniforme, ya que su grosor puede variar a lo largo de las diferentes regiones del buje como resultado de las consideraciones de resistencia y aerodinámica, como ya saben los expertos en la materia.
El conjunto de álabes idénticos 20 es sustancialmente asimétrico con respecto al eje de giro 21 del rodete 10. Cada álabe 20 tiene una configuración retorcida para garantizar un ángulo de ataque adecuado en cada curvatura del álabe. Es decir, en la entrada I, el álabe está inclinado en la dirección de giro R y, en la salida O de la parte del compresor 23, el álabe está inclinado en contra de la dirección de giro R, es decir, presenta una llamada configuración de álabe inclinado hacia atrás. El ángulo p de la línea del buje 11 y el borde del álabe exterior 19 (figura 1) con respecto al eje de giro 21 cambia continuamente desde un ángulo de aproximadamente 30-60 grados en la entrada I hasta un ángulo de aproximadamente 15-60 grados en el extremo O del compresor.
La figura 4 ilustra la orientación diferente de la parte de ventilador 22 de la sección 5 y la parte de compresor 23 de la sección 15. La sección 15 termina en el extremo 9 del compresor del buje.
También se ilustra el espacio intermedio entre la pluralidad de álabes 20 que proporciona el rodete 10. El espacio intermedio entre dos álabes adyacentes 20 define un canal diagonal CH a lo largo del cual el aire presurizado se dirige desde la entrada I hasta el extremo O del compresor. Si así se desea, una o más partes de los canales CH pueden dividirse por un álabe divisorio 27 entre dos álabes principales adyacentes 20.
Dado que cada álabe 20 se extiende de forma continua desde la sección 5 del ventilador hasta la sección 15 del compresor, no hay necesidad de proporcionar álabes del estátor para dirigir el aire desde la parte del ventilador hasta la parte de compresor del rodete, como ha sido habitual hasta ahora en los rodetes de la técnica anterior, reduciendo así significativamente los costes de fabricación.
Dado que los álabes 20 son del tipo de flujo mixto, el diámetro del rodete de ventilador-compresor combinados 10 es significativamente menor que el de los rodetes centrífugos de la técnica anterior que tienen un ventilador y un compresor separados.
Si bien algunas realizaciones de la invención se han descrito a modo de ilustración, será evidente que la invención puede llevarse a cabo con muchas modificaciones, variaciones y adaptaciones que se encuentren dentro del alcance de los expertos en la materia, sin apartarse del alcance de la invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un rodete de ventilador y compresor combinados (10), que comprende un solo buje (4) y una pluralidad de álabes principales separados (20) que se extienden hacia afuera desde dicho buje, un canal de paso de aire (CH) definido entre dos de dichos álabes principales,
en donde cada uno de dichos álabes principales es un álabe de flujo mixto que se extiende de forma continua desde una sección de ventilador (5), en un extremo de entrada (I) de un canal, hasta una sección de compresor (15), en un extremo de salida (O) de dicho canal sin ningún espacio axial entre dicha sección del ventilador y dicha sección del compresor, proporcionando de este modo una adecuación aerodinámica del aire presurizado que fluye a través de dicho canal desde dicha sección del ventilador hasta dicha sección del compresor,
caracterizado por que cada uno de dichos álabes de flujo mixto principales está configurado con una línea de interfaz (11) en una interfaz de buje-álabe que inicialmente se extiende sustancialmente axial con respecto a un eje de giro (21) y que está orientado en diagonal con respecto a dicho eje de giro adyacente a dicho extremo de salida, y con un perfil de álabe tridimensional que tiene un ángulo de álabe variable (p) entre una superficie de álabe y dicho eje de giro.
2. El rodete según la reivindicación 1, en donde el álabe principal (20) comprende una parte de ventilador (22) y una parte de compresor alargada (23), que tiene una altura de álabe (J, K) desde el buje (4) que es significativamente menor que la de dicha parte de ventilador (W).
3. El rodete según la reivindicación 2, en donde una parte del aire presurizado sale del rodete (10) a través de una primera salida, desde un borde de fuga (12) de la parte de ventilador (22), que conduce a un conducto de derivación.
4. El rodete según la reivindicación 3, en donde otra parte del aire presurizado sale del rodete (10) a través de una segunda salida, a través de un extremo de la sección del compresor (13) del canal (CH).
5. El rodete según la reivindicación 1, que comprende además una o más álabes divisorios (27), extendiéndose cada una de dichos álabes divisorios hacia afuera desde el buje (4), y que está colocado entre dos álabes principales adyacentes (20).
6. El rodete según la reivindicación 1, en donde un extremo de salida de la sección de ventilador (5) tiene un diámetro exterior (F) significativamente mayor que el diámetro exterior (G) de un extremo de entrada de la sección de compresor (15).
7. El rodete según la reivindicación 1, en donde el buje (4) y la pluralidad de álabes principales (20) están hechos íntegramente a partir de una sola pieza de metal.
8. El rodete según la reivindicación 5, en donde el buje (4) y la pluralidad de álabes principales (20) y álabes divisorios (27) están hechos íntegramente a partir de una sola pieza de metal.
9. El rodete según la reivindicación 5, en donde el buje (4) y la pluralidad de álabes principales (20) y álabes divisorios (27) están hechos a partir de dos o más partes.
10. El rodete según la reivindicación 1, en donde el perfil del álabe tiene una configuración de álabe inclinado hacia atrás.
11. El rodete según la reivindicación 10, en donde el ángulo (p) de la línea de interfaz (11) y del borde de un álabe exterior (19) con respecto al eje de giro (21) cambia continuamente desde un ángulo que oscila entre los 30 y los 60 grados en el extremo de entrada (I) hasta un ángulo que oscila entre los 15 y los 60 grados en el extremo de salida (O).
12. El rodete según la reivindicación 2, en donde la altura del álabe (J, K) de la parte del compresor (23) se reduce progresivamente en una dirección hacia el extremo de salida (O), mientras que el diámetro del buje (4) aumenta progresivamente.
13. El rodete según la reivindicación 2, en donde la parte del ventilador (22) es trapezoidal, y la altura del álabe (J) en el extremo de entrada de la parte del compresor (23) es aproximadamente el 50 % de la altura del álabe (W) en el extremo de entrada de la parte del ventilador.
14. El rodete según la reivindicación 13, en donde la altura del álabe (K) en el extremo de salida (O) de la parte del compresor (23) es aproximadamente el 15 % de la altura del álabe (J) en el extremo de entrada de la parte del compresor.
15. El rodete según la reivindicación 1, en donde una longitud axial (A) de la sección del ventilador (5) es menor que la longitud axial (B) de la sección del compresor (15).
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9915199B2 (en) * 2012-10-08 2018-03-13 United Technologies Corporation Bi-directional compression fan rotor for a gas turbine engine
CN103438026B (zh) * 2013-09-09 2018-05-01 中国航空动力机械研究所 中间级引气的离心压气机
US10151321B2 (en) 2013-10-16 2018-12-11 United Technologies Corporation Auxiliary power unit impeller blade
US10036400B2 (en) * 2014-05-02 2018-07-31 Regal Beloit America, Inc. Centrifugal fan assembly and methods of assembling the same
GB2531241B (en) * 2014-09-05 2020-08-26 Griffon Hoverwork Ltd Hovercraft lift fans
CN104389800B (zh) * 2014-10-15 2017-04-12 陈远进 航空发动机混流压气机
US20160281732A1 (en) * 2015-03-27 2016-09-29 Dresser-Rand Company Impeller with offset splitter blades
US10221858B2 (en) 2016-01-08 2019-03-05 Rolls-Royce Corporation Impeller blade morphology
US10280935B2 (en) * 2016-04-26 2019-05-07 Parker-Hannifin Corporation Integral fan and airflow guide
FR3051893B1 (fr) * 2016-05-27 2020-01-10 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et appareil de compression pour un appareil de capture de co2 par separation a basse temperature
RU2667251C1 (ru) * 2017-10-05 2018-09-18 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Коробка приводных агрегатов
US11421708B2 (en) 2018-03-16 2022-08-23 Carrier Corporation Refrigeration system mixed-flow compressor
CN109165440B (zh) * 2018-08-22 2022-04-01 西北工业大学 一种轴流压气机全三维级间气动匹配优化方法
GB201903262D0 (en) 2019-03-11 2019-04-24 Rolls Royce Plc Efficient gas turbine engine installation and operation
GB201903261D0 (en) 2019-03-11 2019-04-24 Rolls Royce Plc Efficient gas turbine engine installation and operation
GB201903257D0 (en) 2019-03-11 2019-04-24 Rolls Royce Plc Efficient gas turbine engine installation and operation
CN113757167B (zh) * 2021-09-03 2024-03-15 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种离心叶轮长寿命控制方法
CN114109910B (zh) * 2021-12-01 2023-07-14 广东泰极动力科技有限公司 自吸式离心高压风机

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3116908A (en) * 1961-04-04 1964-01-07 Solar Aircraft Co Split wheel gas turbine assembly
US3781126A (en) * 1972-06-15 1973-12-25 Wallace Murray Corp Turbocharger compressor with dual inlet and collector chambers
US3937013A (en) * 1974-06-27 1976-02-10 General Motors Corporation By-pass jet engine with centrifugal flow compressor
US4093401A (en) * 1976-04-12 1978-06-06 Sundstrand Corporation Compressor impeller and method of manufacture
US5105616A (en) 1989-12-07 1992-04-21 Sundstrand Corporation Gas turbine with split flow radial compressor
US6663347B2 (en) * 2001-06-06 2003-12-16 Borgwarner, Inc. Cast titanium compressor wheel
US6790016B2 (en) * 2002-02-04 2004-09-14 Ching-Yuan Chiang Motor and its blade unit
US7055306B2 (en) 2003-04-30 2006-06-06 Hamilton Sundstrand Corporation Combined stage single shaft turbofan engine
DE102007017822A1 (de) * 2007-04-16 2008-10-23 Continental Automotive Gmbh Abgasturbolader

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IL212729A (en) 2015-03-31

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