用於產生一串壓縮機葉片上遊的旋渦的旋渦發生器的製作方法

2023-09-20 04:08:15 2

專利名稱：用於產生一串壓縮機葉片上遊的旋渦的旋渦發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪機壓縮機的葉片組件領域，所述渦輪機例如為渦輪噴氣發動機或直升機的渦輪軸發動機。本發明還涉及一種包括此種葉片組件，特別是包括用於高壓壓縮機的整流器的壓縮機。
背景技術：
眾所周知，用於渦輪噴氣發動機的壓縮系統(特別是高壓壓縮機)是引擎的最關鍵部件之一。渦輪噴氣發動機的壓縮機由多個連續壓縮級組成，每個級包括兩個葉片組件，稱為轉子和整流器(定子)。該整流器在使用方式上包括，同軸的內罩和外罩，以及在所述內罩與外罩之間彼此相鄰布置的葉片，所述葉片通過它們的端部到其上，例如文獻FR-2896019所公開的那樣。
為確保壓縮機的操作，在整流器與輪軸之間的各級處具有間隙，在整流器下形成腔。通常，漏流沿著所述整流器的下遊至上遊方向在所述腔中循環，在內罩的徑向內端下穿過。所述漏流隨後被再注入該整流器上遊的氣流中。所述漏流與主流幹涉，並導致阻塞的產生。特別是，其改變葉片上遊的流動條件，其促進角阻塞的發生並增加相關損失。因此，在此壓縮機區域中同時存在兩個主要的損失來源在定子下的再循環所引起的損失和由角阻塞所引起的損失。另外，為有效減小損失，有必要對所述兩個現象採取措施。為減小阻塞，在文獻W0-2008/046389中公開了一種系統，該系統使用設置在壓縮機的固定或移動輪上遊的輪軸上的旋渦發生器。所述設置在上遊內和/或外管壁上的旋渦發生器產生尾流旋渦，所述尾流旋渦增加通道壁上邊界層的能量。在所述壁的鄰近處，沿主流動的方向在流動部件中產生一增量，該增量有利地作用在固定和移動葉片的區域中的阻塞上。在所述文獻W0-2008/046389中所公開的系統僅作用在主流動上，其僅處理上述兩個阻塞問題中的一個。此通常的方案因此無法完全滿足整流器區域中損失減小的需要。

發明內容
申請人:自己的目的是提供一種葉片組件，該葉片組件可同時限制甚至消除上述兩種類型的損失。根據本發明，一種用於渦輪機壓縮機的葉片組件包括多個作用於流體的單獨裝置，所述裝置至少形成以產生旋渦，其特徵在於，每個所述單獨裝置均設置在所述組件上遊，以同時作用在主流上和再循環流上。由本發明所建議的方案因此在於提供用於產生旋渦的裝置，所述旋渦同時作用在主流及再循環流上，並因此同時作用在前述兩個損失源上，從而可有效減小損失。更具體地，旋渦在氣流中的主流和離開腔的再循環流遇到根據本發明的裝置時生成。所述旋渦使能量可從主流傳送至邊界層。所述邊界層因而被加速。由於在整流器情況的上表面上定子腳部的低速造成角旋渦，所述角旋渦因此被減小。根據本發明及其變形的一個優點是最大程度地限制壓縮機軸向長度上的衝擊。在一具體實施例中，至少一些(優選所有)所述產生旋渦的單獨裝置包括直接形成在罩上遊面中的凹口，所述再循環流圍繞所述罩穿過。在本發明的範圍內-「上遊」和「下遊」的概念是相對於在葉片組件和壓縮機中的空氣的主流的方向而限定；以及
-術語「徑向」是相對於壓縮機的軸。在優選實施例中，所述用於產生旋渦的單獨裝置還形成以引導至少所述再循環流。為此，至少所述裝置中的一些優選包括肋，所述肋設置在罩的上遊面的區域中，所述再循環流圍繞所述罩穿過。所述優選實施例因此在所述罩上，腔的出口處提供既在腔的出口處引導流體，又產生旋渦使得可在所述葉片組件的(腳部或頭部)控制阻塞的裝置。而且，所述裝置中的一些優選設置在-兩個連續葉片之間。在此情況下，優選位置位於從上遊方向看，上表面上沿內-葉片通道的距離的1/3;-或者，在各情況下直接在一葉片的上遊。而且，所述裝置可跨越所述葉片組件的整個周邊設置，或僅跨越其一部分周邊設置。在第一優選實施例中，所述葉片組件對應於用於渦輪機壓縮機的整流器，所述整流器包括同軸的外罩和內罩，以及在所述外罩與內罩之間相互鄰接設置的葉片，所述葉片通過它們的端部連接到其上，所述整流器還包括設置在內罩上的多個作用在流體上的單獨裝置，每個所述裝置設置在內罩的上遊面的區域中，在徑向外側附近，以同時作用在主流上和作用在對應於來自下遊面的，在所述內罩的徑向內側下方穿過的流的再循環流上。而且，在一第二實施例中，所述葉片組件對應於用於渦輪機壓縮機的轉子，所述轉子包括同軸的內罩和外罩，以及相互相鄰地設置在所述內罩與外罩之間的葉片，所述葉片通過它們的端部連接於其上，所述轉子還包括多個作用於所述流上的單獨裝置，所述裝置設置在所述外罩上，每個所述裝置設置在該外罩的上遊面的區域中，以同時作用在主流上和作用在對應於來自下遊面的，在所述外罩的徑向外側上穿過的流體的流的再循環流上。無論什麼實施例，通過本發明而獲得的阻塞的減小使得可改善壓縮機的效率，並幫助增加穩定範圍。而且，一種單一類型的裝置使得可控制腔中的流體並減小相關的阻塞。而且，所述裝置直接固定或製造在所述整流器或轉子的平臺(罩)中，所述平臺限制一體化或製造的問題。另外，本發明還涉及一種包括至少一個上述葉片組件(整流器、轉子)的渦輪機壓縮機，和/或一種渦輪機，特別是一種飛機渦輪噴氣發動機引擎，其包括這樣的壓縮機。


通過參照附圖閱讀以下說明，進一步的特徵、優點將變得明顯，其中圖I示意性顯示壓縮機整流器的一葉片；圖2為顯示在圖I中所示的葉片的區域中出現的阻塞的視圖；圖3顯示渦輪機的高壓壓縮機的整流器的局部透視圖，渦輪機的高壓壓縮機包括根據本發明第一實施例的作用於流體上的裝置；圖4與圖2類似的視圖，顯示通過圖3的實施例所獲得的優點；圖5顯示渦輪機的高壓壓縮機的整流器的局部透視圖，渦輪機的高壓壓縮機包括根據本發明第二優選實施例的作用於流體上的裝置；圖6為與圖2類似的視圖，顯示通過圖5的實施例所獲得的優點；圖7為渦輪機的高壓壓縮機的整流器的一種變例的局部透視圖，渦輪機的高壓壓·縮機包括根據本發明所述第一實施例的作用於流體上的裝置；圖8為用於渦輪機的高壓壓縮機的轉子的示意圖，本發明將應用於該渦輪機。
具體實施例方式整流器2的葉片1，如部分顯示於圖3和5中那樣，顯示於圖I中。所述整流器2形成渦輪機壓縮機3的部分，特別是飛機渦輪噴氣發動機引擎的壓縮機3的部分。壓縮機3包括，以通常方式，多個連續的壓縮級，每個壓縮級包括轉子22和整流器2 (定子)。所述整流器2包括(徑向)外罩4和(徑向)內罩5，它們是葉片I的支撐罩。所述兩個罩4和5是同心的，多個葉片I從它們所固定到的所述罩4和5的一個大致沿徑向延伸到另一個，所述葉片I沿周向間隔開，優選以均勻的方式間隔。在本發明的範圍內-「上遊」和「下遊」的概念是相對於在整流器2和壓縮機3中的空氣的主流的方向而限定；以及-術語「徑向」是相對於壓縮機3的軸。流體的主流的方向用箭頭E顯示，存在於葉片I (下表面IA和上表面1B)的腳部的流體的局部循環在圖I中以細線利用箭頭F顯示。在葉片I腳部，角阻塞的區域6存在於其上表面IB上。為確保壓縮機3的操作，在整流器2與輪軸7之間的各級處存在間隙，所述間隙形成已知為整流器下的腔的腔8，如圖2中所示。通常，一漏流(由箭頭G表示)在所述腔8中循環，從整流器2的下遊面9A至上遊面9B，在內罩5的徑向內側11下穿過。所述漏流隨後被再注入整流器2上遊的氣流中，具體由箭頭H表示。所漏流中斷主流(由箭頭E表示)，並促使阻塞產生，由圖2中的線12示意性表示。特別是，漏流改變葉片I上遊的流動條件，促進角阻塞的發生，並增加相關損失。這樣，在壓縮機2的所述區域中同時存在兩個損失源由於在整流器8下的腔中的再循環而造成的損失源，和由角阻塞6導致的損失源。本發明提出一種方案，其可同時作用於所述兩個現象以有效減小相關損失。為實現此目的，整流器2包括多個單獨的裝置14A、14B作用於所述流動上。每個所述裝置14A、14B均設置在兩個連續的葉片I之間，徑向外側15的附近，內罩5的上遊面10的區域中，如圖3和5中所示，以在上遊面10的區域中同時作用於主流E與再循環流G(其對應於從下遊面9A，在內罩5的徑向內側11下穿過腔8的流體的流)上，如圖4和6中所/Jn ο所述裝置14A、14B至少形成以產生可使阻塞減小的旋渦16，如圖4和6中由可與圖2中的線12對比的線17A和17B示意性表示。旋渦16可使能量從主流E傳送到邊界層。邊界層因此被加速。由於在上表面IB上葉片I的腳處的低速造成角旋渦，所述角旋渦於是被減小。產生旋渦16的裝置14A、14B因此同時作用在主流E和再循環流G上，因此同時作用在前述兩個損失源上，以有效減小損失。在圖3和4中所示的第一實施例中，所述單獨裝置14A為凹口，所述凹口直接形成在內罩5的上遊面10中，並具有產生旋渦16的獨特作用。而且，在第二優選實施例中，如圖5和6中所示，所述單獨裝置14B為肋，所述肋設置在所述徑向外側15的附近，所述內罩5的上遊面10的附近。 所述肋14B具有雙重作用。一方面，按第一實施例的裝置14A的方式，它們產生減小角阻塞的旋渦16。另一方面，所述肋在腔8的出口處引導流，所述流以更均勻的方式與主流混合，產生更少的阻塞。無論哪個實施例，通過本發明而獲得的阻塞減小可改善壓縮機3的效率，並幫助增加穩定範圍。而且，單一類型的裝置14A、14B使得可控制整流器下的腔中的流，並減小相關阻塞。而且，所述裝置14A、14B直接固定或製造在整流器2的平臺(內罩5)中，該平臺限制一體化或製造的問題。在本發明的範圍內，所述裝置14A、14B可設置為-在兩個連續葉片I之間，如圖3和5中所示。在此情況下，優選位置可位於從上遊方向看，上表面上，沿內-葉片通道的距離的1/3處；-或者，在各情況下直接在葉片I的前面。而且，所述裝置14A、14B可跨越整流器2周邊的整體設置，或僅跨越其一部分周邊設置。在圖7中所示意性顯示的具體實施例中，所述整流器2由多個單獨結構19形成，每個結構19包括一葉片I。所述結構19相互鄰近組裝，以形成整流器2。在一具體變例中，每個所述結構19在它們的各邊緣20A和20B的區域中具有倒角19A和19B。這樣，在各情況下，兩個相鄰結構19的倒角19A和19B形成一凹口 14A，該凹口如上所述可產生旋渦16。而且，本發明還可應用於渦輪機壓縮機3的轉子22，如圖8中示意性所示。眾所周知，此種轉子22的可移動輪在頭部可具有罩23和再循環流G可在其中循環的腔24，如定子(或整流器2)在腳部那樣。本發明在此情況下可延伸，以整流器2的內罩5上的相同方式在罩23的前緣上提供產生旋渦(在圖8中由三角形示意性顯示)的裝置。以上所顯示的整流器2的特徵(更具體說是產生旋渦14A、14B的裝置的特徵)可以類似的方式實現在轉子22上。在此實施例中的目的與整流器2相同，即減小由於再循環和角阻塞而造成的損失。
權利要求
1.一種用於渦輪機壓縮機(3)的葉片組件，所述葉片(I)組件(2，22)包括多個作用在流上的單獨裝置(14A，14B)，所述裝置設置在所述葉片(I)組件(2，22)的上遊，並形成為至少以產生旋渦(16)，其特徵在於，每個所述單獨裝置(14A，14B)均設置在一罩(5，23)的上遊面(10)上，一再循環流(G)圍繞該罩(5，23)通過，其中該再循環流(G)被重新注入主流(E)中，使得所述單獨裝置(14A，14B)同時作用在所述主流(E)上和再循環流(G)上。
2.根據權利要求I所述的組件，其特徵在於，至少一些所述裝置(14A)包含凹口，所述凹口形成在一罩(5，23)的所述上遊面(10)中，所述再循環流(G)圍繞所述罩(5，23)通過。
3.根據權利要求I或2所述的組件，其特徵在於，所述裝置(14B)還形成以引導至少所述再循環流(G)。
4.根據權利要求3所述的組件，其特徵在於，至少一些所述裝置(14B)包括肋，所述肋設置在一罩(5，23)的所述上遊面(10)的區域中，所述再循環流(G)圍繞所述罩(5，23)通過。
5.根據權利要求1-4中任何一項所述的組件，其特徵在於，至少一些所述裝置(14A，14B)設置在兩個連續葉片(I)之間。
6.根據權利要求1-4中任何一項所述的組件，其特徵在於，至少一些所述裝置在各情況下直接設置在葉片(I)的上遊。
7.根據權利要求1-6中任何一項所述的組件，其特徵在於，所述組件對應於一用於渦輪機壓縮機(3)的整流器(2)，所述整流器(2)包括同軸的外罩(4)和內罩(5)，以及葉片(1)，所述葉片(I)彼此相鄰地設置在所述外罩(4)和內罩(5)之間，並通過它們的端部連接到其上，所述整流器(2)還包括多個作用在流上的單獨裝置(14A，14B)，所述裝置設置在所述內罩(5)上，每個所述裝置(14A，14B)均設置在所述內罩(5)的上遊面(10)的區域中，徑向外側(15)的附近，以同時作用在主流(E)上與對應於來自下遊面(9A)，在所述內罩(5)的徑向內側(11)下方通過的流體的流的再循環流(G)上。
8.根據權利要求7所述的組件，其特徵在於，所述整流器(2)由多個組裝在一起的單獨結構(19)形成，每個所述單獨結構(19)包含一葉片(I)。
9.根據權利要求8所述的組件，其特徵在於，各所述單獨結構(19)在邊緣(20A，20B)的區域中均設有倒角(19A，19B)，所述相鄰倒角(19A，19B)在各情況下形成一凹口(14A)。
10.根據權利要求1-6中任何一項所述的組件，其特徵在於，所述組件對應於一用於渦輪機壓縮機(3)的轉子(22)，所述轉子(22)包含同軸的內罩和外罩(23)，以及葉片(I)，所述葉片(I)相互鄰近地設置在所述內罩與外罩之間，並通過它們的端部連接到其上，所述轉子(22)還包括多個作用在流上的單獨裝置，所述裝置設置在所述外罩(23)上，每個所述裝置均設置在所述外罩(23)的上遊面的區域中，以同時作用在主流(E)上與對應於來自下遊面，在所述外罩(23)的徑向外側上通過的流體的流的再循環流(G)上。
11.一種渦輪機壓縮機，其特徵在於，其包括至少一個如權利要求1-10中任何一項所述的葉片組件(2，22)。
12.一種渦輪機，特別是一種飛機噴氣發動機引擎，其特徵在於，其包括至少一個如權利要求11所述的壓縮機(3)。
全文摘要
本發明涉及一種葉片(1)組件(2)，特別是一種流動調直器，用於渦輪機壓縮機，所述葉片(1)組件(2)包括多個作用在流上的單獨裝置(14A)，所述裝置形成為至少以產生旋渦(16)。每個所述單獨裝置(14A)均設置在所述葉片(1)組件(2)的上遊，以同時作用在所述主流(E)和再循環流(G)上。
文檔編號F04D29/52GK102906429SQ201180024923
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月25日 優先權日2010年5月26日
發明者奧利維爾·斯特凡·多默克, 文森特·保羅·加布裡埃爾·佩羅特, 阿格尼絲·帕斯蒂爾 申請人:斯奈克瑪