[发明专利]燃气涡轮发动机的压缩机级、压缩机组件和端壁处理装置

说明书

一种燃气涡轮发动机端壁处理(32)，其包括围绕端壁(19)或护罩(22)周向地分布且在端壁(19)或护罩(22)中大体上轴向地延伸的再循环通路(34)，在主入口和出口通路(40,42)之间包括分别延伸穿过端壁(19)或护罩(22)的主入口和出口端口(36,38)的产生文氏管效应的主喉部(44)，以及在主出口端口(38)的轴向后方和下游的主入口端口(36)。第二入口通路(50)可在主喉部(44)和第二入口端口(52)处或附近将端壁(19)中的第二入口端口(52)连接于主再循环通路(34)。端壁(19)中的环形沟槽(200)可经过第二入口端口(52)且将它们互连。两个或更多个群集入口通路(140)可从两个或更多个群集副入口端口(152)延伸至两个或更多个群集入口通路(140)和主再循环通路(134)的两个或更多个相交部(149)。主入口和出口端口(36,38)可间隔开一个或更多个级。

技术领域

本发明涉及轴流式燃气涡轮发动机压缩机的末梢护罩组件，且更具体而言，涉及在压缩机中使空气在翼型件的末梢处再循环穿过护罩的此种护罩。

背景技术

飞行器轴流式燃气涡轮发动机在压缩机区段中压缩空气，在燃烧器区段中将压缩的空气与燃料混合且燃烧所得的混合物，且穿过涡轮区段使热排气流膨胀，涡轮区段经由一个或更多个轴来驱动压缩机区段。总发动机效率尤其是压缩机区段压缩空气的效率的函数。压缩机区段通常包括低压压缩机和高压压缩机，低压压缩机由连接于涡轮区段中的低压涡轮驱动，高压压缩机由连接于涡轮区段中的高压涡轮驱动。高压和低压压缩机各自包括若干级压缩机叶片和定子或静叶。

高压和低压压缩机各自包括围绕发动机的纵向轴线旋转的若干级压缩机叶片。各叶片具有翼型件，翼型件从叶片平台延伸至叶片末梢。叶片末梢紧邻称为“末梢护罩”的外空气密封件旋转。末梢护罩外接给定级的叶片末梢。叶片平台和末梢护罩分别限定穿过压缩机的空气流气体路径的径向内和外边界。为了使燃气涡轮发动机的效率最大化，期望在给定的燃料流量下使跨过压缩机各级的压力升高(此后称为“压力比”)最大化。

如燃气涡轮发动机从业者已知的，失速或喘振是如下现象，该现象是所有类型的轴向或离心压缩机的限制它们的压力升高能力的特性。在压缩机操作期间，失速在由叶片给予空气的流向动量不足以克服跨过压缩机级的压力升高时发生，从而导致穿过压缩机级的一部分的空气流的减少。跨过压缩机转子叶片末梢与静止壳体端壁之间的间隔间隙发生的流泄漏是一个已知机构，其用于减少穿过叶片通路的总流向动量，从而，降低叶片压力升高能力且使压缩机朝失速条件更接近地移动。压缩机失速是如下状态，其中，穿过压缩机级一部分的空气流停止，因为由压缩机级的叶片给予空气的能量不足以克服跨过压缩机级的压力比。如果不采取校正行动，则压缩机失速可传播穿过压缩机级，从而使燃烧器缺乏充分的空气以维持发动机速度。在某些情况下，穿过压缩机的空气流在称为压缩机喘振的现象中可实际上反转方向。压缩机失速和喘振是非常有害的。

各种形式的端壁处理(endwall treatment)已用于增强压缩机失速范围，通常是在压缩机效率的代价下。端壁处理和设计利用在压缩机处形成的利用静压力升高，以使高压流体再循环来沿壳体对低动量流体赋能，此后称为端壁堵塞(endwall blockage)。为了对低动量流体赋能，高压流体被穿过包含在围绕压缩机的壳体内的通路从后方引导到压缩机叶片的前方。高压流体然后被在叶片的上游重新注入，以在壳体处对低动量流体赋能。此种端壁处理的例子在1997年3月4日颁发给Byrne等人的美国专利号No. 5,607,284和2006年7月11日颁发给Hathaway等人的美国专利号No. 7,074,006中公开和描述。

高压下游入口端口和低压上游通路出口端口之间的压力梯度不总是足以将充足的空气吸入通路中。因此，极为期望具有如下端壁处理，该端壁处理更能够在大范围的发动机操作条件内充分地操作，以避免失速和喘振。

发明内容