[发明专利]具有优化的积叠规律的涡轮发动机叶片有效
申请号: | 201180059503.0 | 申请日: | 2011-12-15 |
公开(公告)号: | CN103261700A | 公开(公告)日: | 2013-08-21 |
发明(设计)人: | 艾格尼丝·帕斯蒂尔;文森特·佩罗特 | 申请(专利权)人: | 斯奈克玛 |
主分类号: | F04D29/32 | 分类号: | F04D29/32;F01D5/14;F01D5/20 |
代理公司: | 中国商标专利事务所有限公司 11234 | 代理人: | 宋义兴;曾海艳 |
地址: | 法国*** | 国省代码: | 法国;FR |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 具有 优化 规律 涡轮 发动机 叶片 | ||
本发明的领域涉及热力学,具体涉及用于涡轮机压缩机的叶片。
沿着气体流动的方向从上游到下游,航空涡轮机通常由风扇,一个或多个压缩机级(例如低压压缩机和高压压缩机),燃烧室,一个或多个涡轮级(例如低压涡轮和高压涡轮),以及排气喷嘴组成。上述压缩机或多个压缩机制造为如下形式:多组转子叶片旋转穿过多组定子叶片,定子叶片称为导流叶片。转子叶片均匀设置于由涡轮机的转子所驱动的盘的外围,并且它们的翼面在转子盘和封闭气流路径的外壳之间径向延伸。
每个转子叶片包括压力面和吸力面,在压力面上,气流路径的空气具有相对于在叶片翼面附近占优的平均压力而言增高的压力,在吸力面上,空气具有相对于该平均压力而言降低的压力。由此,在叶片的外部顶端形成空气回路,使得空气通过叶片和外壳之间的间隙从压力面到达吸力面。公知地,该空气回路沿着叶片的弦的整个长度发展,其形式为漩涡,称作叶顶间隙漩涡,该漩涡朝着叶片的后缘的下游传播。
该漩涡的存在扰乱位于压缩机更下游的级中的气流并产生损耗,这些损耗对压缩机的效率不利。因此,希望消除该漩涡,或者至少降低该漩涡所携带的空气的流量。
已经做了很多尝试来控制该漩涡,这些尝试包括对包围压缩机的外壳进行处理,或创造“沟槽”,即凹陷到外壳中的腔体。这些处理的其中一个例子在申请人的专利申请FR2940374中进行描述。所有这些处理的缺点是在制造涡轮机时产生额外的成本,并在某些操作点可能削弱压缩机的效率性能。
同样也已经提交了专利申请,试图降低该漩涡对压缩机或涡轮级的效率的影响,这些专利申请包括US2010/0054946或EP1953341。这些申请的计划是通过更改前缘的形状,即,沿着前缘更改位于叶片的根部和顶端之间的掠角来修改叶片的形状。除了美国专利申请公开的图12之外,这些申请未提供任何关于对元件轮廓沿叶片高度的积叠线进行改变的暗示。
此外,US6341942描述了沿着压缩机叶片高度的波动,这样做的目的是为了增加叶片的抗弯刚度而不增加其质量。尽管其暗示了一个波动可位于叶片上的高处位置,但是并未指明与其相关的反转弯曲的点的位置,更未指示在两次曲折情况下更低拐点的位置。此外,对本领域技术人员而言,通过凸显叶片的振动特性的问题,事先思考如何通过控制叶顶间隙漩涡来改善级的效率是没有任何好处。
本发明的目的是通过赋予叶片特殊的形状来尽量改善涡轮机的压缩机或涡轮级的效率,该特殊形状降低翼面的压力面和吸力面之间泄流的影响,而不需要修改压缩机外壳。
为此,本发明的一个主题是涡轮机叶片,该叶片的翼面在叶片根部和翼面顶端之间径向延伸,在前缘和后缘之间轴向延伸,并在压力面和吸力面之间切向延伸,所述叶片的轮廓由一系列元件轮廓组成,这些元件轮廓形式为叶片节段并沿着称作积叠线的线彼此积叠,其将所有节段的重心连接起来,特征在于该翼面的积叠线在从叶片根部径向延伸的至少一个平面上的投影包括两次切向反转其弯曲方向,该反转位于翼面的高度的最后30%中,投影面的朝向基本上垂直于叶片的弦。
这些积叠修改能够通过更好的气流引导来降低翼面所产生的叶顶间隙漩涡。
实际上,计算显示,如果反转的位置低于所述最后30%,本发明所提供的有益效果就不能再维持了。任何远离叶片顶端的波动可能具有的影响将会很小,因为这些波动对叶顶间隙漩涡的干扰程度较弱。
优选地,切向反转的两个点位于翼面高度的最后10%。
在另一具体实施方式中,叶片还包括轴向反转,投影面的朝向基本上平行于叶片的弦。
优选地,所述投影包括两次径向反转。
本发明还涉及用于涡轮机的压缩机或涡轮以及涡轮机,所述压缩机或涡轮包括至少一个由上述叶片组成的转子轮,所述涡轮机包括上述压缩机或涡轮。
在以下具体说明的过程中,能够更好地理解本发明,并且本发明的其它目的,细节,特征和优点会更加清晰,该具体的说明紧跟着本发明的若干实施方式,这些实施方式参考所附的示意图,以纯阐释、非限制性的实施例给出。
在说明书的剩余部分中,轴向和切向应理解为参照涡轮机的旋转轴,轴向与该旋转轴重合,切向的朝向是沿着涡轮机的圆周的切线。按照惯例,在说明书的剩余部分中,参照叶片而被称作轴向的方向基本上是在叶片的顶端与弦平行的线的方向,但是称作切向的方向基本上是在叶片的顶端与弦垂直的方向。
在这些附图中:
图1为现有技术压缩机的两个相邻叶片的透视图;
图2为本发明的第一实施方式的压缩机叶片的正视图;
图3为图2所示叶片的轮廓图;
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