專(zhuān)利名稱(chēng)：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中兩環(huán)形排的靜止葉片之間的空氣動(dòng)力學(xué)耦合的制作方法
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中兩環(huán)形排的靜止葉片之間的空氣動(dòng)力學(xué)耦合本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，例如飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少兩連續(xù)環(huán)形排的靜止葉片，例如，這些靜止葉片由設(shè)置在壓縮級(jí)的出口處的噴嘴級(jí)的葉片，以及設(shè)置在噴嘴下游的環(huán)形排的殼臂形成。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置在壓縮機(jī)的出口處的噴嘴具有環(huán)形排的靜止葉片，現(xiàn)有技術(shù)中，這些靜止葉片圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸均勻分布。環(huán)形排的殼臂設(shè)置在噴嘴的下游，殼臂的作用是在外殼和內(nèi)殼之間傳遞力，并且它們延伸穿過(guò)從壓縮機(jī)流動(dòng)的氣體流，殼臂連接至外殼和內(nèi)殼。在現(xiàn)有技術(shù)中，殼臂相對(duì)于噴嘴葉片的角位置未最優(yōu)化。在噴嘴葉片的后緣形成的尾流同殼臂相互作用并產(chǎn)生巨大的壓頭損失，由此降低渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。此外，還可以觀察到在噴嘴處產(chǎn)生的抽吸現(xiàn)象。
為改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，公知的是在兩個(gè)定子元件或兩個(gè)轉(zhuǎn)子元件之間實(shí)施空氣動(dòng)力學(xué)耦合。以本申請(qǐng)人名義提出的申請(qǐng)EP-A-2071127描述了用于設(shè)計(jì)多級(jí)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該方法能夠在渦輪的所有轉(zhuǎn)子葉片組或定子葉片組上實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)耦合。本發(fā)明的一個(gè)目的是在噴嘴的靜止葉片和位于下游的殼臂之間，或者更普遍地，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的兩連續(xù)環(huán)形排的靜止葉片之間，實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)耦合，由此改善上述類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。為此，本發(fā)明提供渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少第一和第二連續(xù)環(huán)形排的靜止葉片，例如，噴嘴級(jí)的環(huán)形排的靜止葉片和位于噴嘴下游的環(huán)形排的殼臂，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特征在于第二排的每個(gè)葉片在徑向平面中延伸，該徑向平面位于第一排的兩個(gè)連續(xù)的葉片的后緣之間，還在于第一排的所述兩個(gè)葉片之間的節(jié)距大于第一排的其它葉片之間的節(jié)距。根據(jù)本發(fā)明，第一排的靜止葉片的節(jié)距值按照如下方式布置位于徑向平面的任意一側(cè)上的葉片之間的節(jié)距的值較大，該徑向平面穿過(guò)第二排的葉片；位于這兩個(gè)徑向平面的葉片之間的節(jié)距的值較小，由此，在第一排的葉片的后緣處形成的尾流分別在第二排的葉片的任意一側(cè)上通過(guò)，并由此限制了壓頭損失和兩排葉片之間的空氣動(dòng)力學(xué)干擾。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，位于穿過(guò)第二排的一個(gè)葉片的徑向平面的任意一側(cè)上的第一排的兩個(gè)葉片之間的節(jié)距等于360° (l+m/n)/N, η為第二排的葉片的數(shù)量，N等于360° /Ρ2，Ρ2為位于穿過(guò)第二排的兩個(gè)連續(xù)葉片的兩個(gè)徑向平面之間的第一排的葉片之間的節(jié)距，第一排的葉片的數(shù)量是第二排的葉片的數(shù)量η的整數(shù)倍，m為小于(η-I)并大于或等于O的整數(shù)，由此N = kn+m，其中k為整數(shù)。在一實(shí)施方式中，位于穿過(guò)第二排的一個(gè)葉片的徑向平面的任意一側(cè)上的第一排的葉片之間的節(jié)距等于第一排的其它葉片之間的節(jié)距的大約I. 5倍。當(dāng)?shù)谝慌诺娜~片為噴嘴級(jí)的葉片并且第二排的葉片由殼臂形成時(shí)，位于穿過(guò)第二排的一個(gè)葉片的徑向平面的任意一側(cè)上的第一排的兩個(gè)葉片之間的節(jié)距等于大約5. 4°，第二排的其它葉片之間的節(jié)距等于大約3. 6°。穿過(guò)第二排的一個(gè)葉片的徑向平面可以在第一排的第一葉片的壓力側(cè)和連續(xù)的第二葉片的吸入側(cè)之間穿過(guò)。該平面和所述第一葉片的壓力側(cè)之間的圓周距離可以小于該平面和所述第二葉片的吸入側(cè)之間的圓周距離。通過(guò)閱讀以下借助非限制性實(shí)施例并參考附圖
所進(jìn)行的描述，可以更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)，特征和優(yōu)點(diǎn)可以更清楚地顯現(xiàn)。在這些附圖中圖I為現(xiàn)有技術(shù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴嘴和殼臂的高度圖解的部分的平面圖；圖2為本發(fā)明渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴嘴和殼臂的高度圖解的部分的平面圖；圖3為對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，其示出了在噴嘴的靜止葉片的后緣處以及殼臂的后緣處形成的尾流的路徑。下面的描述和以下情形相關(guān)，其中第一排的靜止葉片為噴嘴級(jí)10的靜止葉片，該噴嘴級(jí)10設(shè)置在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮級(jí)的出口處，例如，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，第二排的葉片由設(shè)置在噴嘴下游的環(huán)形排的殼臂20形成。
噴嘴的葉片12基本上徑向地延伸穿過(guò)從壓縮機(jī)流出的空氣流，并通過(guò)合適的裝置連接至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)殼和/或外殼。位于噴嘴10的下游，具體位于低壓壓縮機(jī)的出口處的殼臂20用于將壓縮機(jī)的內(nèi)殼和外殼連接在一起，以傳遞力。這些殼臂20中的每一個(gè)具有上游前緣22和下游后緣24，以用于來(lái)自噴嘴10的空氣。殼臂20的數(shù)量少于噴嘴10的靜止葉片12的數(shù)量，并且殼臂圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸均勻分布。在現(xiàn)有技術(shù)中，噴嘴的靜止葉片12圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸均勻分布。也就是說(shuō)，葉片12的圓周節(jié)距P是恒定的。此外，殼臂20相對(duì)于噴嘴葉片12的角位置是任意的。這種設(shè)置導(dǎo)致巨大的壓頭損失，該壓頭損失是由于在葉片12的后緣16處形成的尾流和殼臂20之間相互作用造成的，還導(dǎo)致在噴嘴處產(chǎn)生抽吸的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)噴嘴葉片的數(shù)量，噴嘴葉片之間的圓周節(jié)距，以及這些葉片相對(duì)于殼臂的角位置進(jìn)行優(yōu)化，在噴嘴葉片和殼臂之間實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)耦合，從而克服上述問(wèn)題。如圖2和圖3所示，每個(gè)殼臂120在徑向平面C中延伸，該徑向平面C基本上位于噴嘴110的兩個(gè)連續(xù)葉片112'之間。殼臂120相對(duì)于噴嘴的葉片112,112'呈一定角度設(shè)置，使得它們的徑向平面C位于成對(duì)的連續(xù)葉片112'之間，更具體地，位于葉片112'中的一者的壓力側(cè)和葉片112'中的另一者的吸入側(cè)之間。有益地，平面C和第一葉片112'的吸入側(cè)之間的圓周距離Dl小于平面C和另一葉片IW的吸入側(cè)之間的圓周距離D2。位于平面C的任意一側(cè)上的葉片112'之間的節(jié)距Pl的值大于噴嘴的其它葉片112之間的節(jié)距P2。根據(jù)本發(fā)明，節(jié)距Pl可由下述關(guān)系式限定Pl = 360。(1+m/n) /N,其中η為殼臂的數(shù)量；N 等于 360。/Ρ2 ；噴嘴葉片的數(shù)量是殼臂的數(shù)量η的整數(shù)倍；以及m為小于(η-I)并大于或等于O的整數(shù)，使得N = kn+m,其中k為整數(shù)。
上述關(guān)系式也可寫(xiě)作以下形式Pl = P2+(360° -P2XN/ )/n,其中f為噴嘴葉片的數(shù)量。該關(guān)系式可從現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例獲得，在該實(shí)施例中，噴嘴具有繞軸均勻分布的N個(gè)靜止葉片，葉片之間的節(jié)距P2等于360° /N，殼臂的數(shù)量為η。根據(jù)本發(fā)明，位于穿過(guò)殼臂的徑向平面之間的噴嘴葉片之間的節(jié)距Ρ2是恒定的，而位于這些徑向平面的任意一側(cè)上的葉片之間的節(jié)距Pl通過(guò)上述關(guān)系式確 定，噴嘴葉片的數(shù)量N,在此為殼臂的數(shù)量的整數(shù)倍。本發(fā)明中的噴嘴葉片之間的節(jié)距Ρ2等于現(xiàn)有技術(shù)中均勻分布的噴嘴葉片的平均節(jié)距P，以限制當(dāng)噴嘴處產(chǎn)生抽吸時(shí)損失抽吸余量(pumping margin)的任何風(fēng)險(xiǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，葉片112 ^之間的節(jié)距Pl等于其它葉片112之間的節(jié)距P2的大約I. 5倍。例如，節(jié)距Pl可等于約5. 4°，節(jié)距P2可等于約3. 6°。例如，噴嘴110的靜止葉片112,112'的數(shù)量可等于96，殼臂120的數(shù)量可等于8。從圖3可見(jiàn)，在噴嘴110的葉片112'的后緣的下游形成的尾流130分別在殼臂120的任意一側(cè)上沿著殼臂的輪廓通過(guò)，而不產(chǎn)生壓頭損失，此后，尾流130在由臂的后緣形成的尾流132的任意一側(cè)上流動(dòng)。這限制了殼臂和位于這些臂的上游的噴嘴葉片之間的相互作用，減少噴嘴處的軸向?qū)ΨQ(chēng)干擾，并限制噴嘴處損失抽吸余量的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明適用于所有的配置，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，兩環(huán)形排的靜止葉片是連續(xù)的并且其中一排位于另一排的下游。
權(quán)利要求
1.渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少第一和第二連續(xù)環(huán)形排的靜止葉片，例如，噴嘴級(jí)(110)的環(huán)形排的靜止葉片(112、112')以及位于所述噴嘴的下游的環(huán)形排的殼臂(120)，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特征在于所述第二排的每個(gè)葉片(120)在徑向平面(C)中延伸，該徑向平面位于所述第一排的兩個(gè)連續(xù)的葉片(112')的后緣之間，還在于所述第一排的所述兩個(gè)葉片{112')之間的節(jié)距(Pl)大于所述第一排的其它葉片(112)之間的節(jié)距(P2)。
2.如權(quán)利要求I所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特征在于位于穿過(guò)第二排的一個(gè)葉片(120)的所述徑向平面的任意一側(cè)上的所述第一排的兩個(gè)葉片(112')之間的所述節(jié)距(Pl)等于360° (l+m/n)/N, η為所述第二排的葉片的數(shù)量，N等于360° /Ρ2，Ρ2為位于穿過(guò)所述第二排的兩個(gè)連續(xù)葉片的兩個(gè)徑向平面之間的所述第一排的葉片之間的節(jié)距，所述第一排的葉片的數(shù)量是所述第二排的葉片的數(shù)量η的整數(shù)倍，m為小于(η-I)并大于或等于O的整數(shù)，由此N = kn+m，其中k為整數(shù)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特征在于位于穿過(guò)所述第二排的一個(gè)葉片(120)的所述徑向平面(C)的任意一側(cè)上的所述第一排的兩個(gè)葉片(112')之間的所述節(jié)距(PD等于所述第一排的其它葉片(112)之間的節(jié)距(P2)的大約I. 5倍。
4.如權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特征在于位于穿過(guò)所述第二排的一個(gè)葉片(120)的所述徑向平面(C)的任意一側(cè)上的所述第一排的兩個(gè)葉片(112')之間的所述節(jié)距(PD等于大約5. 4°，所述第二排的其它葉片之間的所述節(jié)距(P2)等于大約3.6°。
5.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特征在于穿過(guò)所述第二排的一個(gè)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(cè)和連續(xù)的第二葉片(112')的吸入側(cè)之間穿過(guò)，所述平面和所述第一葉片的壓力側(cè)之間的圓周距離(Dl)小于所述平面和所述第二葉片的吸入側(cè)之間的圓周距離(D2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少兩連續(xù)環(huán)形排的靜止葉片，例如，這些靜止葉片由噴嘴環(huán)(110)的葉片，以及設(shè)置在噴嘴環(huán)下游的環(huán)形排的殼臂(120)形成，每個(gè)殼臂基本上在徑向平面中延伸，該徑向平面在噴嘴環(huán)的兩個(gè)相鄰靜止葉片(112’)的后緣之間穿過(guò)，所述兩個(gè)靜止葉片之間的節(jié)距(P1)大于噴嘴環(huán)的其它葉片(112)之間的節(jié)距(P2)，使得在所述兩個(gè)靜止葉片的后緣處形成的尾流(130)分別在相應(yīng)的殼臂的任意一側(cè)上通過(guò)。
文檔編號(hào)F01D5/14GK102906428SQ201180025363
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者奧利維耶·斯特凡·多莫克, 文森特·保羅·蓋布里埃爾·佩羅特, 漢納·賴斯, 吉恩-弗朗索瓦·里歐斯 申請(qǐng)人:斯奈克瑪