[发明专利]分区表面粗糙度

说明书

本发明涉及用于气体涡轮发动机的多级压缩机的过渡管道。管道的内表面的区域设有预定的且不均一的表面粗糙度以优化管道内的气体流动效率。

技术领域

本发明涉及多级压缩机之间的改进的气体流动布置。具体来说，但非排他地，本发明涉及气体涡轮发动机中的多级压缩机之间的气体流动。

典型的气体涡轮发动机包括一对压缩机，即，第一上游低压压缩机以及第二下游高压压缩机。该对压缩机将进入发动机的空气以两级压缩，之后被压缩的气体连通到燃烧室中，在燃烧室中引入燃料，并且该混合物被点燃。对于本领域的技术人员来说，气体涡轮发动机的操作是熟知的。

本发明涉及将空气在低压压缩机与高压压缩机之间连通的过渡管道。低压压缩机和高压压缩机与气体涡轮发动机的中心旋转轴线同心。出于效率原因，低压压缩机的半径大于高压压缩机的半径。例如，较小直径的高压压缩机允许发动机内的重量节省以及较紧凑的设计。

背景技术

此半径差异使得能够将空气从低压压缩机的出口连通到高压压缩机的入口的管道或通道成为必需。因为每一压缩机都是筒形的(并围绕发动机的中心轴线旋转)，所以管道(或通道)呈环形通道的形式，该环形通道与发动机的轴线同心并且在上游端处的入口与下游端处的出口之间具有渐缩的直径。

发动机中的压力损失严重影响气体涡轮发动机的效率，并且因此期望将任何压力损失减到最小。压力损失能够因许多原因(包含表面摩擦、几何形状)而发生，并且导致流动空气与发动机内的通道的表面分离的可能。

在低压压缩机与高压压缩机之间减少压力损失的解决方案是将管道表面加工成极高的表面光洁度。表面甚至可以被抛光以防止流动通过管道的空气的任何中断。实现此精加工通常是困难且昂贵的，这是因为是管道的内表面需要加工。此复杂性稍微由以下事实抵消：常规发动机相对长，这意味管道上的渐缩并不严重，从而允许车床较方便地近接管道内部。

然而，在工业中通常期望减小气体涡轮发动机的总长度，从而实际上在轴向方向上压缩所有部件。这能够显著减小低压压缩机与高压压缩机之间的管道的轴向长度，在该轴向长度上压缩的空气必须从大直径平移到高压压缩机入口的较小直径。实际上，这使得管道的正弦形状或S形状成为必需。

管道的几何形状的复杂度(severity)直接影响加工复杂性和成本。管道的几何形状越极端，加工到实现现代发动机的预期效率所需的期望的表面精整则越困难。这些是气体涡轮发动机制造商当前面临的困难中的一些。

本发明人已确定了加工上文所述的管道的令人惊讶的替代方法，该替代方法极大改进了压缩机之间的压缩的空气的有效连通，减少压力损失，同时还限制了昂贵的制造成本。

发明内容

从本文所述的本发明的第一形态所见，提供一种多级压缩机，所述多级压缩机包括相对于涡轮的中心轴线同轴定位的第一压缩机和第二压缩机，其中所述第一压缩机的出口通过管道与所述第二压缩机的入口流体连通，所述管道限定用于气体流动的通道，并且所述管道包括限定所述通道的内表面的内气体面对壁和对置的外气体面对壁，并且其中所述通道的所述内表面的区域具有预定的且不均一的表面粗糙度。

因此，根据本文所述的本发明，提供了非常规管道布置，其中该非常规管道布置与管道的出于将压力和其它效率损失减到最小的目的而具备高度抛光的表面的常规设计相反。

此类型的管道(在本领域中也被称为核心流动过渡管道)中的压力损失的主要来源是导致大摩擦损失的粗糙表面。具体来说，管道的内表面(即，含有气体并限定管道气体流动通道的表面)能够导致主要压力损失。