RU2663784C2 - Ступень компрессора осевой турбомашины и осевая турбомашина, содержащая указанную ступень компрессора - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к ступени компрессора низкого давления осевой турбомашины, такой как турбореактивный двигатель. Ступень содержит ротор (12), внешняя поверхность которого содержит два кромочных уплотнителя (32), каждый из которых образует радиальное кольцевое ребро; и статор, содержащий кольцевой ряд лопастей (26) статора, проходящих в целом в радиальном направлении; и внутреннюю оболочку (28), радиальное поперечное сечение которой содержит центральную часть (40), соединенную с внутренними краями лопастей (26), боковую часть (42), проходящую с каждой стороны от центральной части до одного из двух кромочных уплотнителей (32), соответственно, образуя, таким образом, ротор с кольцевой полостью. Оболочка и ротор сконфигурированы таким образом, чтобы радиальное сечение кольцевой полости (38) имело длину L1 и высоту Н, где длина L1 превышает высоту Н, что вызывает вращательное движение содержащегося в ней воздуха. Скорость воздуха снижает его давление, что сокращает утечки ниже и выше по потоку. Концы боковых частей (42) имеют внутренние кольцевые канавки и слои истираемого материала (30), установленные в кольцевые канавки. Изобретение относится также к осевой турбомашине, содержащей компрессор, имеющий указанную выше ступень компрессора. Изобретение позволяет снизить утечки на ступени компрессора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Предпосылки создания изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к осевой турбомашине, оснащенной компрессором. Точнее, настоящее изобретение относится к ступени компрессора осевой турбомашины. Более конкретно, настоящее изобретение относится к уплотнению ступени компрессора осевой турбомашины.

Известный уровень техники

[0002] Компрессор осевой турбомашины обычно имеет несколько ступеней компрессора, каждая из которых образована сочетанием ряда лопастей ротора и ряда лопастей статора. Для направления потока в осевом направлении в ступени компрессора последний имеет соосные оболочки. В частности, каждый ряд лопастей статора снабжен внутренней оболочкой, прикрепленной к внутренним краям лопастей статора. Такая внутренняя оболочка имеет цилиндрическую форму и окружает ротор. Как часть конструкции в месте их присоединения имеется некоторый функциональный зазор.

[0003] Вследствие этого зазора при работе между ротором и внутренней оболочкой может произойти утечка. Эта утечка способна снижать полезную компрессию каждой ступени компрессора и снижает давление на выходе компрессора. Для повышения давления на выходе компрессоры осевых турбомашин оснащены уплотнением. Эти устройства могут быть установлены на каждой ступени компрессора, на границе между внутренней оболочкой и ротором.

[0004] Они могут содержать кольцевой слой из истираемого материала, который преимущественно установлен на статоре для снижения инерционной массы. Это предусмотрено для образования истирающегося соединения с кромочными уплотнителями или кольцевыми ребрами, образованными на внешней поверхности ротора. Для экономии материала слой истираемого материала может быть разделен на два кольцевых слоя. Они расположены до и после внутренней оболочки. Последняя может иметь П-образную форму, внутренние края ножек которой поддерживают слои истираемого материала. Эта П-образная форма представляет собой выемку, позволяющую уменьшить вес.

[0005] Патент США 7695244 В2 раскрывает лопастной компрессор с внутренней оболочкой. Последняя выполнена с центральной платформой и двумя радиальными выступами, заканчивающимися торцевыми стенками. Каждая из торцевых стенок содержит кольцевые полосы истираемого материала, предусмотренные для контакта с кромочными уплотнителями, образованными на радиальном роторе. Платформа, выступы и торцевые стенки формируют полость, которая является обширной по сравнению с полостью, сформированной между кромочными уплотнителями. Конфигурация этой полости образует резервуар для задержания локализованной или недолгой утечки. Однако это не дает возможность значительно улучшить уплотнение между внутренней оболочкой и ротором во время длительного функционирования.

Краткое описание изобретения

Техническая задача

[0006] Изобретение нацелено на решение по меньшей мере одной из проблем, существующих на известном уровне техники. Конкретнее, изобретение нацелено на повышение давления на выходе осевого компрессора, оснащенного статорами с внутренними оболочками, соединяющимися с внешней поверхностью ротора. Более конкретно, изобретение нацелено на снижение утечек на ступени компрессора осевого компрессора. Изобретение также нацелено на облегчение компрессора осевой турбомашины.

Техническое решение

[0007] Изобретение относится к ступени компрессора осевой турбомашины, содержащего ротор, внутренняя поверхность которого имеет по меньшей мере два кромочных уплотнителя, каждый из которых образует радиальное кольцевое ребро; и статор, содержащий кольцевой ряд лопастей статора, проходящих в целом радиально; и внутреннюю оболочку, радиальное сечение которой содержит центральную часть, соединенную с внутренними краями лопастей, боковую часть, проходящую с каждой стороны от центральной части по меньшей мере к одному кромочному уплотнителю, соответственно, образуя, таким образом, кольцевую полость с ротором; при этом оболочка и ротор сконструированы таким образом, чтобы радиальное сечение кольцевой полости имело длину L1 и высоту Н, при этом длина L1 превышала бы высоту Н.

[0008] Длина L1 радиального сечения полости измеряется вдоль оси вращения ступени компрессии, а высота Н радиального сечения полости измеряется по радиусу.

[0009] Кольцевая полость представляет собой камеру, в которой посредством внешней поверхности ротора образуется круговой поток. Скорость кругового потока позволяет снизить давление, и таким образом уменьшить утечку наружу. Кроме того, вытянутая форма радиального сечения кольцевой полости служит для поглощения небольших локализованных утечек, которые могут проходить назад под внутреннюю оболочку. Вытянутая форма кольцевой полости может повысить производительность движения воздуха в ней. Путем уменьшения высоты полости относительно ее длины, количество приводимого в движение в полости воздуха повышается, как и средняя скорость воздуха.

[0010] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения длина L1 кольцевой полости более чем вдвое, предпочтительно втрое, превышает высоту Н указанной полости.

[0011] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения каждая из боковых частей имеет осевой участок, при этом указанные участки проходят в противоположных направлениях до их соответствующих кромочных уплотнителей.

[0012] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения боковые части отклоняются друг от друга, от центральной части в сторону ротора.

[0013] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения внутренняя оболочка выполнена из композитного материала.

[0014] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения высота Н кольцевой полости является постоянной на большей части ее длины, предпочтительно на более чем 70% ее длины, еще предпочтительнее на более чем 80%.

[0015] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения концы боковых частей имеют внутренние кольцевые пазы, предусмотренные для вмещения слоя истираемого материала; предпочтительно кольцевые пазы имеют П-образное или Г-образное сечение; предпочтительно ступень содержит слои истираемого материала, расположенные в кольцевых пазах.

[0016] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения внутренние края лопастей проходят во внутреннюю оболочку.

[0017] Боковые части и/или осевые части образуют кольцевые камеры. Эти кольцевые камеры открываются друг в друга и/или в полость. Даже если они соединены, осевой поток под внутренней оболочкой замедляется круговыми проходами, разграничивающими эти камеры и кольцевую полость. Таким образом, проходящий через них поток подвергается последовательным падениям давления, мешающим его продвижению вперед.

[0018] Присутствие лопастей под внутренней оболочкой образует под внутренней оболочкой аэродинамическое препятствие. В сочетании с вращающимся в кольцевой полости потоком, который втягивается ротором, создаются новые препятствия. Это повышает абсолютную скорость текучей среды, что еще больше снижает давление.

[0019] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения хорды концов лопастей под внутренней оболочкой наклонены более чем на 5°, предпочтительно более чем на 10°, еще предпочтительнее более чем на 25° к оси вращения ротора.

[0020] Наклон хорд лопастей относительно оси вращения компрессора заставляет часть потока обходить верхнюю часть лопасти под внутренней оболочкой. Поток также создает завихрения, которые дополнительно снижают давление в кольцевой полости.

[0021] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения ротор содержит стенку с контуром вращения, содержащим первую часть, расположенную напротив внутренней поверхности оболочки, и вторую часть, приподнятую относительно первой части, предусмотренную для обеспечения опоры для закрепления кольцевого ряда лопастей ротора, и соединение, соединяющее первую часть со второй частью, при этом вторая часть по меньшей мере частично перекрывает по оси одну из боковых частей внутренней оболочки, причем стенка предпочтительно содержит третью часть, приподнятую относительно первой части, и расположенную напротив второй части, при этом указанная третья часть по меньшей мере частично перекрывает по оси две другие боковые части оболочки.

[0022] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, третья часть перекрывает в осевом направлении большую часть соответствующей боковой части, предпочтительно перекрывая ее более чем на 80%, еще предпочтительнее на более чем 95%.

[0023] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения третья часть проходит в осевом направлении к центральной части, расположенной напротив нее.

[0024] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения одна из боковых частей проходит в осевом направлении до соединения на расстояние D2; предпочтительно соединение является первым соединением, и профиль стенки ротора содержит второе соединение, расположенное напротив первого соединения относительно внутренней оболочки, а другая из двух боковых частей оболочки проходит в осевом направлении ко второму соединению на расстояние D2.

[0025] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения высота кромочных уплотнителей составляет менее 50%, предпочтительно 30%, еще предпочтительнее 15% высоты боковых частей оболочки.

[0026] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения внешняя поверхность ротора, формирующая кольцевую полость, имеет шероховатость Ra, более 2 микрон, предпочтительно, более 6,4 микрон, еще предпочтительнее более 15 микрон для затягивания воздуха в указанную полость. Шероховатость Ra поверхности является средним арифметическим различий абсолютной величины.

[0027] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения расстояние D3 между внутренними краями лопастей статора и ротором равно толщине слоев истираемых материалов, измеренного у кромочных уплотнителей; предпочтительно расстояние D3 значительно больше толщины слоев истираемых материалов; предпочтительно расстояние D3 составляет от 0,50 мм до 5,00 мм.

[0028] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения ротор содержит стенку, проходящую в целом в осевом направлении между кромочными уплотнителями.

[0029] Такая конфигурация ступени компрессора предполагает, что кромочные уплотнители могут быть укороченными. Когда они выполнены из металла, а оболочка выполнена из композитного материала, весь узел становится легче.

[0030] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения боковые части предусмотрены слегка задевающими кромочные уплотнители во время работы следующей ступени в соответствие с предопределенными условиями работы.

[0031] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения центральная часть и боковые части проходят в целом по прямой, при этом боковые части наклонены относительно центральной части.

[0032] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения боковые части наклонены относительно центральной части более чем на 20°, предпочтительно более чем на 45°, еще предпочтительнее более чем на 60°.

[0033] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения оболочка поделена на сегменты.

[0034] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения радиальное сечение оболочки в целом является непрерывным.

[0035] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения радиальное сечение оболочки в целом является тонким; его толщина составляет менее 5,00 мм, предпочтительно менее 2,00 мм.

[0036] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения внешняя поверхность ротора между кромочными уплотнителями в целом является цилиндрической или конической.

[0037] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения расстояние D2 составляет от 1,00 мм до 10,00 мм, предпочтительно от 2,00 мм до 5,00 мм.

[0038] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения внешние поверхности третьей части стенки ротора и центральная часть внутренней оболочки являются продолжениями друг друга при функционировании.

[0039] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в состоянии покоя внутренние радиальные концы боковых частей проходят в осевом направлении до соединения с контуром стенки ротора, предпочтительно на расстояние менее 5,00 мм, более предпочтительно менее 2,00 мм, еще предпочтительнее менее 0,50 мм.

[0040] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения поверхность ротора между рядами кромочных уплотнителей является рифленой или обработанной пескоструйным аппаратом.

[0041] Изобретение также относится к осевому компрессору, имеющему по меньшей мере одну ступень компрессора, при этом ступень компрессора выполнена согласно изобретению.

[0042] Изобретение также относится к осевой турбомашине, такой как турбореактивный двигатель, состоящей из компрессора по меньшей мере с одной ступенью компрессора, при этом несколько или по меньшей мере одна ступень компрессора выполнены согласно изобретению.

[0043] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения турбомашина содержит цилиндрический корпус, проходящий в осевом направлении вдоль длины ротора, при этом ротор содержит выполненный как одно целое цилиндр, и корпус в целом содержит две половинные оболочки, или, и ротор, и корпус содержат осевые сегменты, соединенные в осевом направлении.

Заявленные преимущества

[0044] Изобретение снижает утечку между внутренней оболочкой и ротором. Форма кольцевой полости поглощает и замедляет развитие локализованного потока, способного двигаться против течения. Ее удлиненная форма увеличивает расстояние, требуемое потоку, чтобы образовалась утечка.

[0045] Выступы под внутренней оболочкой позволяют изменять круговой поток в кольцевой полости. Образуемые круговороты и завихрения препятствуют утечке, снижая давление в полости.

[0046] Выбор материалов, вместе с предложенной согласно изобретению конструкцией применяют для облегчения ступени путем уменьшения количества требуемых резистивных материалов. Уменьшение высоты кромочных уплотнителей также позволяет экономить сырье. Производственные затраты также могут быть снижены благодаря упрощению осевого доступа к платформам, например, для выполнения механической обработки.

Краткое описание чертежей

[0047] На фиг. 1 показана осевая турбомашина согласно изобретению.

[0048] На фиг. 2 показано схематическое изображение компрессора турбомашины согласно изобретению.

[0049] На фиг. 3 показана ступень компрессора согласно первому варианту осуществления изобретению.

[0050] На фиг. 4 показана ступень компрессора согласно второму варианту осуществления изобретению.

[0051] На фиг. 5 показан вид ступени в разрезе, выполненном вдоль оси 5-5 по фиг. 4.

[0052] На фиг. 6 показан вид изнутри внутренней оболочки согласно второму варианту осуществления изобретению.

Описание вариантов осуществления

[0053] В следующем описании термины «внешний» и «внутренний» относятся к положению относительно оси вращения осевой турбомашины.

[0054] На фиг. 1 показана осевая турбомашина. В данном случае это двухконтурный турбореактивный двигатель 2; также это может быть турбореактивный авиационный двигатель 2. Турбореактивный двигатель 2 содержит первую ступень компрессора, так называемый компрессор 4 низкого давления, вторую ступень компрессора, так называемый компрессор 6 высокого давления, камеру 8 сгорания и одну или несколько ступеней турбины 10. В работе механическая энергия турбины 10 передается через центральный вал на ротор 12 и приводит в действие два компрессора 4 и 6. Редукторные механизмы могут повышать скорость вращения, передаваемую на компрессоры. Альтернативно, каждая из различных ступеней турбины может соединяться со ступенями компрессора через соосные валы. Последние содержат несколько рядов лопастей ротора, соединенных с рядами лопастей статора. Вращение ротора вокруг своей оси 14 вращения генерирует поток воздуха и постепенно закачивает его во впускное отверстие камеры 10 сгорания.

[0055] Приточный вентилятор, обычно именуемый как вентилятор 16, соединен с ротором 12 и генерирует поток воздуха, разделяемый на основной поток 18, проходящий через различные вышеуказанные уровни турбомашины и дополнительный поток 20, проходящий через кольцевой канал (показанный частично) вдоль длины машины, а затем соединяющийся с основным потоком на выходе из турбины. Основной поток 18 и дополнительный поток 20 являются кольцевыми потоками и проходят через корпус турбомашины. Для этого корпус имеет цилиндрические стенки или оболочки, которые могут быть внутренними и внешними.

[0056] На фиг. 2 показан вид в разрезе компрессора 4 низкого давления осевой турбомашины 2, такой как показана на фиг. 1. Просматривается часть турбовентилятора 16, а также ребро 22 разделителя основного 18 и дополнительного 20 воздушных потоков. Ротор 12 содержит несколько рядов лопастей 24 ротора, например, три. Компрессор 4 низкого давления содержит несколько статоров, например, четыре, при этом каждый статор содержит ряд лопастей 26 статора.

[0057] Внутренние концы последних закреплены на внутренней оболочке 28. В целом она имеет форму тела вращения, такого как труба. Ее внешняя поверхность способствует проведению основного потока 18. Для снижения утечки между ротором 12 и статором, на внутренней стороне внутренних оболочек 28 расположены слои истираемого материала 30. Они предусмотрены для соединения с возможностью истирания с ротором 12 во время работы. В слоях истираемого материала 30 образованы ротором круговые каналы и для улучшения уплотнения выполнены лабиринтные уплотнители. Один и тот же материал может быть использован для уплотнения между внешними краями лопастей 24 ротора и внутренней поверхностью корпуса компрессора.

[0058] Статоры соединены с вентилятором 16 или рядом лопастей ротора для выпрямления воздушного потока, таким образом, чтобы преобразовывать скорость потока в давление. Комбинация статора и вентилятора 16 или ряда лопастей ротора вместе образует ступень компрессора.

[0059] Ротор 12 имеет цилиндрическую форму, или форму полого цилиндра. Он имеет в целом тонкую стенку, толщина которой обычно может быть менее 8,00 мм, предпочтительно менее 5,00 мм, и даже еще предпочтительнее менее 2,00 мм. Стенка симметрична относительно оси вращения. Согласно альтернативному варианту осуществления полезной модели, ротор может содержать диски с лопастями по своему периметру.

[0060] Ротор 12 может быть выполнен из металлического материала, такого как титан или алюминий. Он также может быть выполнен из композитных материалов. Его размеры могут быть выбраны с учетом деформации, возникающей вследствие, например, центробежных сил, действующих непосредственно на него, или которым он подвергается через лопасти 24 ротора, которые он содержит. Его расширение также должно быть учтено.

[0061] На фиг. 3 показана ступень компрессора 2 турбомашины согласно первому варианту осуществления изобретения. Компрессор может быть компрессором низкого давления. Ротор 12 содержит цельный цилиндр, статор содержит корпус, выполненный как две половинные оболочки, соединяемые при сборке ротора.

[0062] Стенка ротора является элементом конструкции и имеет форму тела вращения. Ее контур вращения имеет части, проходящие в целом радиально или в осевом направлении. Он содержит первую часть 34, проходящую в осевом направлении и обращенную к внутренней поверхности внутренней оболочки 28. Профиль оболочки также содержит вторую часть 36, проходящую в целом в осевом направлении, и служащую крепежным механизмом для лопастей 24 ротора. Вверх по потоку вторая часть 36 перекрывает в осевом направлении первую часть 34. Профиль также имеет соединение 35, проходящее в целом радиально и соединяющее первую часть 34 и вторую часть 36. Ротор имеет профиль П-образной формы.

[0063] Форма стенки дает возможность сформировать внутренние и внешние канавки, при этом глубина внешней канавки выполнена таковой, чтобы вмещать в своей толщине внутреннюю оболочку 28. В такой конфигурации внешние поверхности внутренней оболочки 28 и второй части 36 являются продолжениями друг друга.

[0064] Ступень имеет лопасть 26 статора и лопасть 24 ротора, расположенные вниз по потоку. С учетом других требований ступень также может быть сформирована с лопастью ротора, расположенной вверх по потоку. Внешняя поверхность ротора 12 имеет кольцевые кромочные уплотнители 32. Они образуют кольцевые ребра, проходящие по периметру ротора 12 вдоль плоскости, перпендикулярной оси 14 вращения. Ступень компрессора имеет в целом два ряда кромочных уплотнителей 32, один из которых расположен на стороне вверх по потоку от внутренней оболочки 28, а другой - на стороне вниз по потоку. Ряд кромочных уплотнителей может содержать один или несколько кромочных уплотнителей.

[0065] Внутренняя оболочка 28 содержит в целом тонкую стенку, позволяющую уменьшить вес. Она предпочтительно выполнена из композитного материала для максимального уменьшения веса при сохранении жесткости. Ее радиальное сечение имеет центральную часть 40 и боковую часть 42 с каждой стороны. Центральная часть 40 соединена с внутренним краем лопасти 26. Боковые части 42 проходят в осевом направлении и радиально от центральной части 40 к кромочным уплотнителям 32. Они проходят друг от друга по направлению наружу.

[0066] Боковые части 42 содержат боковые участки 43. Они расположены на их внутренних концах. Они проходят вдоль оси в противоположных направлениях наружу кольцевой полости. Каждый из них вмещает один ряд кромочных уплотнителей.

[0067] Внутренние концы боковых частей 42 имеют внутренние кольцевые канавки, отверстия которых открываются в направлении кромочных уплотнителей 32. Предпочтительно, они заполнены слоями истираемого материала 30. Преимущественно они выполнены на осевых концах боковых участков 43. Альтернативно, внутренние концы боковых частей имеют в целом цилиндрические поверхности, каждая из которых вмещает слой истираемого материала.

[0068] Во время сборки кромочные уплотнители 32 имеют зазор относительно слоев 30 истираемого материала, например, менее 1,00 мм, предпочтительно более 3,00 мм. При стандартной работе, они предусматривают прикасание к истираемому слою 30 и могут углубляться в него на глубину, например, 0,02 мм. Этот режим работы соответствует, например, данной скорости двигателя, при данных атмосферных условиях. Центробежная сила и расширение определяют, до какой степени кромочные уплотнители 32 и истираемые слои 30 трутся друг о друга. Близость кромочных уплотнителей и слоев 30 истираемого материала сохраняет уплотнение, несмотря на деформации. Это решение также сохраняет уплотнение даже после определенных сбоев в работе.

[0069] Когда турбодвигатель установлен на транспортное средство, такое как самолет, он может подвергаться случайным колебаниям, влияющим на характер работы турбомашины 2. Самолет может изменять направление пикированием или поворотами. В таком случае изменению направления противодействует гироскопическая сила, и смещает ротор относительно корпуса. Это приводит к тому, что кромочные уплотнители 32 локально сближаются со слоями 30 истираемого материала. Во время фазы полета вентилятор 16 двигателя может подвергаться воздействию бокового ветра. Он оказывает силу, которая способна смещать ротор относительно корпуса. Это также приводит к тому, что кромочные уплотнители 32 локально сближаются со слоями 30 истираемого материала. Также во время работы турбодвигатель может вибрировать. Эти вибрации можно наблюдать на стенке ротора. Она может деформироваться в осевом направлении и/или радиально. Амплитуда вибраций может приводить к заметному контакту между слоями 30 истираемого материала и кромочными уплотнителями 32.

[0070] Между собой кромочные уплотнители 32, внешняя поверхность ротора 12 и внутренняя поверхность внутренней оболочки 28 образуют кольцевую полость 38. Длина ее радиального сечения больше, чем высота. Предпочтительно, длина L1 радиального сечения превышает его высоту больше, чем в два раза, предпочтительно больше, чем в четыре раза. Утечка 46 вниз по потоку при возвращении на сторону статора вверх по потоку должна пройти большее расстояние. В случае случайной утечки такая длина создает преграду, ослабляющую утечку.

[0071] Соотношение между длиной и высотой радиального сечения кольцевой полости 38 способствует движению в ней воздуха. Воздух циркулирует во внутренней оболочке 28. Его средняя скорость в окружном направлении возрастает. Этот воздух контактирует с внешней поверхностью ротора, что вызывает трение. Для повышения эффективности этого, поверхность предпочтительно оставляют рифленой. Она может остаться необработанной после грубой машинной обработки или обработки на пескоструйном аппарате.

[0072] Скорость воздуха в кольцевой полости позволяет давлению снижаться. Эта физическая особенность снижает количество утечки 46, происходящей выше по потоку от статора. Действительно, низкое давление в полости может приближаться к давлению выше по потоку от статора, а возможно даже быть ниже этого давления.

[0073] На фиг. 4 показана ступень компрессора турбомашины согласно второму варианту осуществления изобретения. Компрессор может быть компрессором низкого давления. Фиг. 4 для одинаковых или подобных элементов имеет такие же номера ссылок, как и на предыдущих фигурах, но вся нумерация увеличена на 100. Особые номера использованы для позиций, характерных только для этого варианта осуществления.

[0074] Ротор 112 образован из множества соосных цилиндрических элементов, расположенных вдоль оси один за другим. Они могут быть соединены с использованием радиальных фланцев 148. Ротор 112 может содержать соосные диски. Статор содержит множество секций статора, при этом внешние оболочки расположены в направлении оси друг за другом, таким образом, образуя внешнюю обшивку компрессора. Сегменты статора и ротора соединены по очереди.

[0075] Профиль стенки ротора содержит по меньшей мере одну третью часть 137, предпочтительно две. Третья часть является продолжением второй части 136 вдоль оси. Она проходит в осевом направлении до центральной части 140 внутренней оболочки 128. Боковая часть 142 проходит в осевом направлении до соединения 135, углубленного на расстояние D2 для возможности движения или деформации во время работы.

[0076] Ротор содержит два кольцевых ряда лопастей 124 ротора, расположенных вверх по потоку и вниз по потоку от статора. Стенка ротора также имеет профиль с формой в виде тела вращения с двумя вторыми частями 136 и двумя соединениями 135, которые могут отличаться геометрически. Вторые части 136 проходят вдоль оси к центральной части 140 внутренней оболочки 128, а боковые части 142 проходят по оси к остальным соединениям 135, углубленным на расстояние D2. Расстояние D2 обеспечивает безопасную работу и допускает деформацию ротора и обшивки.

[0077] Таким образом, конструкция внутренней оболочки 128 разделена на несколько кольцевых частей, включая канал основного потока, кольцевую полость 138 и кольцевые камеры, содержащие:

- верхнюю кольцевую камеру 150, расположенную выше по потоку,

- нижнюю кольцевую камеру 152, расположенную выше по потоку,

- нижнюю кольцевую камеру 154, расположенную ниже по потоку,

- верхнюю кольцевую камеру 156, расположенную ниже по потоку.

[0078] Эти верхние и нижние камеры образованы круговыми прорезями, представляющими препятствия для потока утечек 146. Верхние кольцевые камеры отделены от основного потока круговыми прорезями, также предусмотренными для снижения утечки. Расположение камер и ориентация круговых прорезей вносит внезапные изменения в направление потока 146 или приводит к потерям давления в нем, что способствует его замедлению.

[0079] На фиг. 5 показан вид ступени компрессора в разрезе, выполненном вдоль оси 5-5 по фиг. 4.

[0080] Внутренняя оболочка имеет центральную часть 140, к которой прикреплена лопасть 126 статора. Внутренний край проходит радиально внутрь, смежно с внешней поверхностью ротора 112, от которой он отделен расстоянием D3. Расстояние D3 составляет от 0,10 мм до 20,00 мм, предпочтительно от 2,00 мм до 10,00 мм, еще предпочтительнее от 3,00 и 5,00 мм. Расстояние D3 является меньшим либо равным толщине слоев истираемого материала. Таким образом, возможны радиальные деформации ротора и статора. Длина внутренних краев лопастей, расположенных в пределах внутренней поверхности внутренней оболочки составляет более 40% высоты кольцевой полости, предпочтительно более 70%, еще предпочтительнее более 90%.

[0081] Во время своего вращения ротор образует вращающийся поток 158 в кольцевой полости 138. Он сталкивается с краем лопасти 126 статора и частично обходит ее снизу между ее внутренним концом и ротором. Круговой поток 158 проходит через образованную таким образом щель, и вытекает, образуя небольшие завихрения 160. Они способствуют предотвращению утечки, такой как локальная утечка.

[0082] Настоящее может быть интерпретировано применительно к первому варианту осуществления изобретения.

[0083] На фиг. 6 показан вид внутренней оболочки согласно второму варианту осуществления изобретения. Иллюстрация изображает вид, рассматриваемый со стороны ротора.

[0084] Внутренняя оболочка 140 показывает центральную часть, к которой прикреплены лопасти 126 статора. Их внутренние края проходят радиально внутрь от внутренней поверхности внутренней оболочки и образуют препятствия внутри кольцевой полости. Чем ближе эти лопасти к ротору, тем сильнее они могут влиять на круговой поток 158 в кольцевой полости.

[0085] Длина L2 лопастей по оси составляет более 20% длины L1 кольцевой полости, предпочтительно более 40%, еще предпочтительнее более 60%. Кроме того, края лопастей 126 статора имеют угол хорды к вращающемуся потоку 158, требующий, чтобы часть потока обходила их с одной стороны, например выше по потоку. Обходной поток 162, образуемый на двух лопастях 164, может образовывать завихрения на их краях. Возникновение завихрения 164 может противодействовать потоку утечки 146, например, локальной утечке. Таким образом, эта особенность изобретения способствует улучшению уплотнения между статором и ротором.

[0086] Настоящее может быть интерпретировано применительно к первому варианту осуществления изобретения.

Claims (21)

1. Ступень компрессора осевой турбомашины (2), содержащая:

- ротор (12, 112), внешняя поверхность которого содержит по меньшей мере два кромочных уплотнителя (32, 132), каждый из которых образует проходящее радиально кольцевое ребро; и

- статор, содержащий:

- кольцевой ряд лопастей (26, 126) статора, проходящих в целом в радиальном направлении;

- внутреннюю оболочку (28, 128), радиальное поперечное сечение которой содержит центральную часть (40, 140), соединенную с внутренними краями лопастей (26, 126), боковую часть (42, 142), проходящую с каждой стороны от центральной части по меньшей мере до одного из двух кромочных уплотнителей (32, 132), соответственно, образуя, таким образом, кольцевую полость с ротором;

отличающаяся тем, что оболочка и ротор сконфигурированы таким образом, чтобы радиальное сечение кольцевой полости (38, 138) имело длину L1 и высоту Н, где длина L1 превышает высоту Н, и

концы боковых частей (42, 142) имеют внутренние кольцевые канавки и слои истираемого материала (30, 130), установленные в кольцевые канавки.

2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что длина L1 кольцевой полости (38, 138) более чем вдвое, предпочтительно втрое, превышает высоту Н указанной полости.

3. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, каждая из боковых частей (42, 142) содержит осевой участок (43, 143), при этом указанные участки (43, 143) проходят в противоположных направлениях до своих соответствующих кромочных уплотнителей (32, 132).

4. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что боковые части (42, 142) отклонены друг от друга, от центральной части в направлении ротора.

5. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя оболочка (28, 128) выполнена из композитного материала.

6. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что высота Н кольцевой полости постоянна на большей части ее длины, предпочтительно на более 70% ее длины, еще предпочтительнее на более 80% ее длины.

7. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевые канавки имеют П-образную или Г-образную форму сечений.

8. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что внутренние края лопастей (26, 126) проходят внутрь внутренней оболочки (26, 126).

9. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что ротор (112) содержит стенку с профилем вращения, содержащим первую часть (134), расположенную напротив внутренней поверхности оболочки (128), и вторую часть (136), приподнятую относительно первой части (134), предусмотренную для обеспечения опоры для закрепления кольцевого ряда (124) лопастей ротора, и соединение (135), соединяющее первую часть (134) со второй частью (136), при этом вторая часть (136) по меньшей мере частично перекрывает по оси одну из боковых частей (142) внутренней оболочки, причем стенка предпочтительно содержит третью часть (137), приподнятую относительно первой части и являющуюся продолжением второй части вдоль оси, при этом указанная третья часть (137) по меньшей мере частично перекрывает по оси одну из боковых частей (142) оболочки.

10. Ступень по п. 9, отличающаяся тем, что боковые части (142) проходят в осевом направлении до соединения (135) на расстояние D2, причем предпочтительно соединение (135) является первым соединением (135), и профиль стенки ротора содержит второе соединение (135), расположенное напротив первого соединения (135) относительно внутренней оболочки (128), а другая из двух боковых частей (142) оболочки проходит в осевом направлении ко второму соединению (135) на расстояние D2.

11. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что высота кромочных уплотнителей (32, 132) составляет менее 50%, предпочтительно 30%, еще предпочтительнее 15% высоты боковых частей (42, 142) оболочки.

12. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что внешняя поверхность ротора (12, 112) формирующая кольцевую полость (38, 138) имеет шероховатость Ra более 2 микрон, предпочтительно более 6,4 микрон, еще предпочтительнее более 15 микрон для затягивания воздуха в указанную полость.

13. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние D3 между внутренними краями лопастей (26, 126) статора и ротором равно толщине слоев истираемых материалов (30, 130), измеренной у кромочных уплотнителей (32, 132); предпочтительно расстояние D3 значительно больше толщины слоев истираемых материалов; предпочтительно расстояние D3 составляет от 0,50 мм до 5,00 мм.

14. Осевая турбомашина, такая как турбореактивный двигатель, содержащая компрессор (4, 6) по меньшей мере с одной ступенью компрессора, отличающаяся тем, что одна или по меньшей мере одна ступень компрессора выполнены по любому из пп. 1-13.

15. Турбомашина по п. 14, отличающаяся тем, что турбомашина содержит цилиндрический корпус, проходящий в осевом направлении вдоль длины ротора, при этом ротор (12) содержит выполненный как одно целое цилиндр, и корпус в целом содержит две половинные оболочки или и ротор (112), и корпус содержат осевые сегменты, соединенные в осевом направлении.

Images