渦輪發動機中兩環形排的靜止葉片之間的空氣動力學耦合的製作方法

2023-05-18 16:14:11 1

專利名稱：渦輪發動機中兩環形排的靜止葉片之間的空氣動力學耦合的製作方法
渦輪發動機中兩環形排的靜止葉片之間的空氣動力學耦合本發明涉及渦輪發動機，例如飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機，該發動機包括至少兩連續環形排的靜止葉片，例如，這些靜止葉片由設置在壓縮級的出口處的噴嘴級的葉片，以及設置在噴嘴下遊的環形排的殼臂形成。在渦輪發動機中，設置在壓縮機的出口處的噴嘴具有環形排的靜止葉片，現有技術中，這些靜止葉片圍繞渦輪發動機的縱軸均勻分布。環形排的殼臂設置在噴嘴的下遊，殼臂的作用是在外殼和內殼之間傳遞力，並且它們延伸穿過從壓縮機流動的氣體流，殼臂連接至外殼和內殼。在現有技術中，殼臂相對於噴嘴葉片的角位置未最優化。在噴嘴葉片的後緣形成的尾流同殼臂相互作用並產生巨大的壓頭損失，由此降低渦輪發動機的性能。此外，還可以觀察到在噴嘴處產生的抽吸現象。
為改善渦輪發動機的性能，公知的是在兩個定子元件或兩個轉子元件之間實施空氣動力學耦合。以本申請人名義提出的申請EP-A-2071127描述了用於設計多級渦輪發動機的方法，該方法能夠在渦輪的所有轉子葉片組或定子葉片組上實現空氣動力學耦合。本發明的一個目的是在噴嘴的靜止葉片和位於下遊的殼臂之間，或者更普遍地，在渦輪發動機的兩連續環形排的靜止葉片之間，實現空氣動力學耦合，由此改善上述類型的渦輪發動機的性能。為此，本發明提供渦輪發動機，其包括至少第一和第二連續環形排的靜止葉片，例如，噴嘴級的環形排的靜止葉片和位於噴嘴下遊的環形排的殼臂，該渦輪發動機的特徵在於第二排的每個葉片在徑向平面中延伸，該徑向平面位於第一排的兩個連續的葉片的後緣之間，還在於第一排的所述兩個葉片之間的節距大於第一排的其它葉片之間的節距。根據本發明，第一排的靜止葉片的節距值按照如下方式布置位於徑向平面的任意一側上的葉片之間的節距的值較大，該徑向平面穿過第二排的葉片；位於這兩個徑向平面的葉片之間的節距的值較小，由此，在第一排的葉片的後緣處形成的尾流分別在第二排的葉片的任意一側上通過，並由此限制了壓頭損失和兩排葉片之間的空氣動力學幹擾。根據本發明的一個特徵，位於穿過第二排的一個葉片的徑向平面的任意一側上的第一排的兩個葉片之間的節距等於360° (l+m/n)/N, η為第二排的葉片的數量，N等於360° /Ρ2，Ρ2為位於穿過第二排的兩個連續葉片的兩個徑向平面之間的第一排的葉片之間的節距，第一排的葉片的數量是第二排的葉片的數量η的整數倍，m為小於(η-I)並大於或等於O的整數，由此N = kn+m，其中k為整數。在一實施方式中，位於穿過第二排的一個葉片的徑向平面的任意一側上的第一排的葉片之間的節距等於第一排的其它葉片之間的節距的大約I. 5倍。當第一排的葉片為噴嘴級的葉片並且第二排的葉片由殼臂形成時，位於穿過第二排的一個葉片的徑向平面的任意一側上的第一排的兩個葉片之間的節距等於大約5. 4°，第二排的其它葉片之間的節距等於大約3. 6°。穿過第二排的一個葉片的徑向平面可以在第一排的第一葉片的壓力側和連續的第二葉片的吸入側之間穿過。該平面和所述第一葉片的壓力側之間的圓周距離可以小於該平面和所述第二葉片的吸入側之間的圓周距離。通過閱讀以下藉助非限制性實施例並參考附圖
所進行的描述，可以更好地理解本發明，並且本發明的其它細節，特徵和優點可以更清楚地顯現。在這些附圖中圖I為現有技術渦輪發動機中的噴嘴和殼臂的高度圖解的部分的平面圖；圖2為本發明渦輪發動機中的噴嘴和殼臂的高度圖解的部分的平面圖；圖3為對應於圖2的視圖，其示出了在噴嘴的靜止葉片的後緣處以及殼臂的後緣處形成的尾流的路徑。下面的描述和以下情形相關，其中第一排的靜止葉片為噴嘴級10的靜止葉片，該噴嘴級10設置在渦輪發動機的壓縮級的出口處，例如，渦輪發動機為飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機，第二排的葉片由設置在噴嘴下遊的環形排的殼臂20形成。
噴嘴的葉片12基本上徑向地延伸穿過從壓縮機流出的空氣流，並通過合適的裝置連接至渦輪發動機的內殼和/或外殼。位於噴嘴10的下遊，具體位於低壓壓縮機的出口處的殼臂20用於將壓縮機的內殼和外殼連接在一起，以傳遞力。這些殼臂20中的每一個具有上遊前緣22和下遊後緣24，以用於來自噴嘴10的空氣。殼臂20的數量少於噴嘴10的靜止葉片12的數量，並且殼臂圍繞渦輪發動機的縱軸均勻分布。在現有技術中，噴嘴的靜止葉片12圍繞渦輪發動機的縱軸均勻分布。也就是說，葉片12的圓周節距P是恆定的。此外，殼臂20相對於噴嘴葉片12的角位置是任意的。這種設置導致巨大的壓頭損失，該壓頭損失是由於在葉片12的後緣16處形成的尾流和殼臂20之間相互作用造成的，還導致在噴嘴處產生抽吸的風險。本發明通過對噴嘴葉片的數量，噴嘴葉片之間的圓周節距，以及這些葉片相對於殼臂的角位置進行優化，在噴嘴葉片和殼臂之間實現空氣動力學耦合，從而克服上述問題。如圖2和圖3所示，每個殼臂120在徑向平面C中延伸，該徑向平面C基本上位於噴嘴110的兩個連續葉片112'之間。殼臂120相對於噴嘴的葉片112,112'呈一定角度設置，使得它們的徑向平面C位於成對的連續葉片112'之間，更具體地，位於葉片112'中的一者的壓力側和葉片112'中的另一者的吸入側之間。有益地，平面C和第一葉片112'的吸入側之間的圓周距離Dl小於平面C和另一葉片IW的吸入側之間的圓周距離D2。位於平面C的任意一側上的葉片112'之間的節距Pl的值大於噴嘴的其它葉片112之間的節距P2。根據本發明，節距Pl可由下述關係式限定Pl = 360。(1+m/n) /N,其中η為殼臂的數量；N 等於 360。/Ρ2 ；噴嘴葉片的數量是殼臂的數量η的整數倍；以及m為小於(η-I)並大於或等於O的整數，使得N = kn+m,其中k為整數。
上述關係式也可寫作以下形式Pl = P2+(360° -P2XN/ )/n,其中f為噴嘴葉片的數量。該關係式可從現有技術實施例獲得，在該實施例中，噴嘴具有繞軸均勻分布的N個靜止葉片，葉片之間的節距P2等於360° /N，殼臂的數量為η。根據本發明，位於穿過殼臂的徑向平面之間的噴嘴葉片之間的節距Ρ2是恆定的，而位於這些徑向平面的任意一側上的葉片之間的節距Pl通過上述關係式確 定，噴嘴葉片的數量N,在此為殼臂的數量的整數倍。本發明中的噴嘴葉片之間的節距Ρ2等於現有技術中均勻分布的噴嘴葉片的平均節距P，以限制當噴嘴處產生抽吸時損失抽吸餘量(pumping margin)的任何風險。舉例來說，葉片112 ^之間的節距Pl等於其它葉片112之間的節距P2的大約I. 5倍。例如，節距Pl可等於約5. 4°，節距P2可等於約3. 6°。例如，噴嘴110的靜止葉片112,112'的數量可等於96，殼臂120的數量可等於8。從圖3可見，在噴嘴110的葉片112'的後緣的下遊形成的尾流130分別在殼臂120的任意一側上沿著殼臂的輪廓通過，而不產生壓頭損失，此後，尾流130在由臂的後緣形成的尾流132的任意一側上流動。這限制了殼臂和位於這些臂的上遊的噴嘴葉片之間的相互作用，減少噴嘴處的軸向對稱幹擾，並限制噴嘴處損失抽吸餘量的風險。本發明適用於所有的配置，在渦輪發動機中，兩環形排的靜止葉片是連續的並且其中一排位於另一排的下遊。
權利要求
1.渦輪發動機，其包括至少第一和第二連續環形排的靜止葉片，例如，噴嘴級(110)的環形排的靜止葉片(112、112')以及位於所述噴嘴的下遊的環形排的殼臂(120)，該渦輪發動機的特徵在於所述第二排的每個葉片(120)在徑向平面(C)中延伸，該徑向平面位於所述第一排的兩個連續的葉片(112')的後緣之間，還在於所述第一排的所述兩個葉片{112')之間的節距(Pl)大於所述第一排的其它葉片(112)之間的節距(P2)。
2.如權利要求I所述的渦輪發動機，特徵在於位於穿過第二排的一個葉片(120)的所述徑向平面的任意一側上的所述第一排的兩個葉片(112')之間的所述節距(Pl)等於360° (l+m/n)/N, η為所述第二排的葉片的數量，N等於360° /Ρ2，Ρ2為位於穿過所述第二排的兩個連續葉片的兩個徑向平面之間的所述第一排的葉片之間的節距，所述第一排的葉片的數量是所述第二排的葉片的數量η的整數倍，m為小於(η-I)並大於或等於O的整數，由此N = kn+m，其中k為整數。
3.如權利要求I或2所述的渦輪發動機，特徵在於位於穿過所述第二排的一個葉片(120)的所述徑向平面(C)的任意一側上的所述第一排的兩個葉片(112')之間的所述節距(PD等於所述第一排的其它葉片(112)之間的節距(P2)的大約I. 5倍。
4.如權利要求I至3任意一項所述的渦輪發動機，特徵在於位於穿過所述第二排的一個葉片(120)的所述徑向平面(C)的任意一側上的所述第一排的兩個葉片(112')之間的所述節距(PD等於大約5. 4°，所述第二排的其它葉片之間的所述節距(P2)等於大約3.6°。
5.如前述權利要求任意一項所述的渦輪發動機，特徵在於穿過所述第二排的一個葉片的所述徑向平面(C)在所述第一排的第一葉片(112')的壓力側和連續的第二葉片(112')的吸入側之間穿過，所述平面和所述第一葉片的壓力側之間的圓周距離(Dl)小於所述平面和所述第二葉片的吸入側之間的圓周距離(D2)。
全文摘要
本發明涉及渦輪發動機，其包括至少兩連續環形排的靜止葉片，例如，這些靜止葉片由噴嘴環(110)的葉片，以及設置在噴嘴環下遊的環形排的殼臂(120)形成，每個殼臂基本上在徑向平面中延伸，該徑向平面在噴嘴環的兩個相鄰靜止葉片(112』)的後緣之間穿過，所述兩個靜止葉片之間的節距(P1)大於噴嘴環的其它葉片(112)之間的節距(P2)，使得在所述兩個靜止葉片的後緣處形成的尾流(130)分別在相應的殼臂的任意一側上通過。
文檔編號F01D5/14GK102906428SQ201180025363
公開日2013年1月30日 申請日期2011年6月17日 優先權日2010年6月18日
發明者奧利維耶·斯特凡·多莫克, 文森特·保羅·蓋布裡埃爾·佩羅特, 漢納·賴斯, 吉恩-弗朗索瓦·裡歐斯 申請人:斯奈克瑪