[发明专利]关于涡轮发动机的压缩机定子叶片和扩散器的系统和设备

说明书

技术领域

本申请大体涉及用于改进燃气涡轮发动机的效率和/或运行的系统和设备。更具体而言但不作为限制，本申请涉及与压缩机扩散器和后级定子叶片的设计有关的改进的系统和设备，以便改进其运行。

背景技术

将理解，在燃气涡轮发动机中，来自压缩机的加压空气流被引导到扩散器。一般而言，扩散器构造成以便减慢离开压缩机的流且提高该流的压力，同时限制损耗。从扩散器起，加压流被供给到气室中，并且从气室被引导到燃烧器。在某些方面，增加扩散器的出口-入口面积(比)是合乎需要的，如下面所论述；但是，增加这个比率会增加边界层逆流和与其相关联的很大损耗的风险。

更具体而言，位于燃气轮机发动机的高压压缩机和燃烧器之间的压缩机扩散器的出口-入口面积比率一般被在扩散器的端壁上成长的边界层的有害作用限制。通过扩散器的面积增加得越快，压力上升得就越快，并且边界层成长就越快，直到边界层中的动量不足以克服不断上升的压力为止。所产生的逆流与大的能量损耗相关联。如本领域普通技术人员将理解的那样，激励(energize)扩散器中的边界层以及通过对流式混合来保持更高的动量是合乎需要的。也就是说，被激励的边界层然后可经受具有更高的出口-入口面积比率的扩散器，并且如本领域普通技术人员将理解的那样，可在更低的混合损耗的情况下实现更低的扩散器出口马赫数。

已经用多种技术来处理与高面积比率扩散器相关联的问题。这些包括长度延伸的扩散器、多通道扩散器、使用边界层吹送和或吸入的流体流控制器，以及旋涡发生器。(它们)各自具有相关联的缺点，其一般包括增加的成本、可靠性和/或实现的难度。例如，经典的旋涡发生器是布置成与进入流成一定角度的具有梯形形状的小突块。旋涡发生器典型地是边界层的高度的一半，并且这些旋涡发生器间隔开它们的高度的约3至6倍。然而，虽然对于边界层增强而言是最优的，这样的构造对于以低成本和长寿命的方式制造而言是一个挑战。

因此，存在对于这样的系统和设备的需要：其促进通过涡轮的这个区域的、(两者)都限制损耗的流动特性，同时允许增加出口面积与入口面积的比率。

发明内容

因此本申请描述了一种在燃气涡轮发动机的压缩机中的定子叶片排，燃气涡轮发动机包括位于压缩机的下游的扩散器，并且定子叶片排设置成紧邻扩散器；该定子叶片排包括定子叶片，定子叶片包括内侧前凹口和外侧前凹口中的至少一个。

在一些实施例中，定子叶片包括内侧前凹口和外侧前凹口；且定子叶片排包括沿扩散器的上游方向设置的第一排定子叶片。

在一些实施例中，定子叶片排内的各个定子叶片在径向外侧边缘处连接到外壁上，而在径向内侧边缘处连接到内壁上；外壁限定压缩机的主流径的外流径边界，而内壁限定压缩机的主流径的内流径边界；内侧前凹口包括沿着内壁从定子叶片的前缘向后延伸第一预定距离的切口部分，该第一预定距离包括小于定子叶片的长度的距离；而外侧前凹口包括沿着外壁从定子叶片的前缘后向延伸第二预定距离的切口部分，该第二预定距离包括小于定子叶片的长度的距离。

在一些实施例中，内侧前凹口包括限定该内侧前凹口的径向高度的凹口高度，并且该凹口高度在内侧前凹口的长度上基本恒定；且外侧前凹口包括限定该外侧前凹口的径向高度的凹口高度，并且该凹口高度在外侧前凹口的长度上基本恒定。

在一些实施例中，在NH/BH的比率中：“NH”包括内侧前凹口的凹口高度和/或外侧前凹口的凹口高度；且“BH”包括定子叶片的径向高度；而定子叶片和内侧前凹口和/或外侧前凹口构造成使得“NH/BH”的比率包括介于大约0.005和0.05之间的范围。

在一些实施例中，在NH/BH的比率中：“NH”包括内侧前凹口的凹口高度和/或外侧前凹口的凹口高度；且“BH”包括定子叶片的径向高度；而定子叶片和内侧前凹口和/或外侧前凹口构造成使得“NH/BH”的比率包括介于大约0.01和0.03之间的范围。

在一些实施例中，中点基准线包括连接定子叶片排内的定子叶片的吸力侧和压力侧之间的中点的基准线，中点基准线在定子叶片的前缘和后缘之间延伸；凹口前缘包括在内侧前凹口和/或外侧前凹口内的定子叶片的前缘；内侧前凹口的长度包括内侧前凹口沿中点基准线从前缘向后延伸的距离；而外侧前凹口的长度包括外侧前凹口沿中点基准线从前缘向后延伸的距离。

在一些实施例中，内侧前凹口和/或外侧前凹口的长度包括这样的长度：该长度允许定子叶片的翼型的前部曲率的很大一部分被通过内侧前凹口和/或外侧前凹口的流绕过，同时还允许定子叶片坚固地连接到内壁和外壁两者上。在一些实施例中，凹口前缘包括平滑的圆形翼型形状。