[发明专利]压缩机和具有最佳效率的涡轮发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮发动机的轴流压缩机。

背景技术

这种压缩机通常包括箱体，在该箱体中旋转地安装有转子叶轮，该叶轮具有一组径向叶片，每个叶片具有翼尖、前缘和后缘。通常，以下述方式布置这些叶片：它们的翼尖尽可能靠近箱体内壁地通过。

不过，必须在叶片翼尖和箱体的内壁之间留下缝隙。从而，当叶轮相对于箱体旋转时，空气(或更一般来讲为流体)通过叶片和箱体之间的间隙从压力侧流向吸力侧。这种流动非常狂暴，从而，产生被称为“间隙”涡流的涡流，这种涡流会导致压缩机效率的降低，随着间隙涡流和箱体壁上存在的边界层之间的相互作用的增大，这种效果会增大。

为了减少间隙涡流的幅度，已知的是在箱体的内壁上基本上与叶片翼尖相关地提供沟槽。该沟槽是形成在箱体壁上的轴向对称的槽。根据空气动力基准表面设置该沟槽，即，如果箱体内壁不具有沟槽时应当具有的对应于用于通过气体的通道的通常形状的形状。

于1912年4月30日所提出的专利申请GB 10179中给出了具有这种沟槽的压缩机的例子。在该专利所公开的压缩机中，实质上通过三个基本上为锥形的表面来形成该沟槽，即上游表面、中间表面和下游表面，这些表面从上游到下游相继延伸。中间表面基本上平行于空气动力基准表面。下游表面在叶片后缘的下游立刻连接空气动力基准表面。

这种沟槽的优点在于，通过平行于空气动力基准表面延伸的中间表面，使得可以产生相对有限的间隙涡流。在叶片和箱体的中间表面之间流通的气体不会在空气动力基准表面上流通，但会在向沟槽底部偏移并从而在径向上远离空气动力基准表面所限定的正常气体通过通道的位置上流通。由于这种偏移，从压力侧通过中间表面流到吸力侧的流量相对较小，并对间隙涡流的贡献很小。

不过，在沟槽的上游端和下游端，流体以非常狂暴的方式流过，并对间隙涡流做出了极大的贡献。

因此，压缩机中的这种沟槽使得压缩机的效率得到改善，但改善程度很小，而且，在泵吸裕量方面没有任何的改善，甚至可能降低泵吸裕量。

在专利文献EP 2 180 195中公开了箱体具有特殊布置的压缩机的其他例子。

发明内容

从而，本发明的目的是提出一种轴流涡轮发动机压缩机，所述压缩机包括：

箱体，该箱体具有通常形状的内壁，该内壁限定有定义了气体流通通道的空气动力基准表面，

转子叶轮，该转子叶轮安装得在所述通道中相对于箱体旋转；

所述叶轮承载有多个径向叶片，每个叶片均具有翼尖、前缘和后缘；

圆周沟槽，所述圆周沟槽形成在箱体的内壁上；

所述沟槽的形状实质上由三个基本上为锥面的表面限定，即，上游表面、中间表面和下游表面，这些表面从上游到下游彼此相继；

中间表面基本上平行于所述空气动力基准表面；

下游表面向下游至少延伸至叶片后缘；

在所述压缩机中，效率损失由于间隙涡流而减小，但泵吸裕量至少与现有技术中的压缩机一样好。

空气动力基准表面在物理上没有具体化，空气动力基准表面具有箱体在箱体的内壁上没有形成沟槽时箱体应当具有的形状。

上述目的由下述事实实现：在该压缩机中，上游表面从叶片前缘向上游延伸，中间表面和下游表面的连接位于叶片轴向长度从前缘开始的30％至80％范围内，优选位于50％至65％的范围内。

从而，本发明形成了箱体和叶片翼尖形状的连接结构，使得在空气动力基准表面内不产生间隙流，而在箱体壁中形成的沟槽上产生间隙流。

所述沟槽呈现出具有三个斜坡的新型形状。这三个斜坡包括三个均具有自身特定功能的表面：

中间表面是用于保持每个叶片的压力侧和吸力侧之间的巨大压力差的表面。由于中间表面定义了叶片的最长部分，在中间表面从空气动力基准表面向外偏移的情况下，中间表面是用于限制用压力侧向吸力侧流通的流的最佳放置的表面，而且，流体所遵循的从压力侧向吸力侧的路径是其与中间表面相关的最长路径，或者，换句话说，施加于气流上的径向迂回最大。这也是中间表面越大，流体从压力侧向吸力侧流动的流越小，从而转子叶轮的效率最大(忽略边缘效应)的原因。

按照这种推理，希望尽可能地增大中间表面的尺寸。在很多现有的实施方式中就是这样做的。不过，因为上述的效率改善由于边缘效应而降低，即，由于沟槽尖锐的上游边缘和下游边缘，产生的涡流会增加，这种方法并不是最佳的。