具有改進(jìn)葉片輪廓的渦輪機(jī)引導(dǎo)葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一套渦輪機(jī)引導(dǎo)葉片，所述葉片包括多個(gè)圍繞一環(huán)設(shè)置的葉片，各葉片均具有前緣并在根部端部與尖部端部之間延伸，在各葉片的根部端部處的前緣相對于氣流方向位于葉片尖端端部處的前緣的上游，在這兩個(gè)端部之間的前緣的偏移大于葉片高度的10％。此主要特征還與朝向吸力表面?zhèn)鹊囊唤M引導(dǎo)葉片的切向疊加結(jié)合，該組引導(dǎo)葉片特征在于，由沿著葉片的高度沿著與連續(xù)葉片橫截面的重心的環(huán)相切的方向的位置組成的切向疊加的曲線是朝向葉片的吸力表面?zhèn)瘸掷m(xù)增加的曲線，接近于葉片的尖端端部的所述曲線比較于所述曲線的剩余部分具有朝向吸力表面?zhèn)鹊募訌?qiáng)梯度，所述曲線接近于葉片的尖端端部的平均梯度大于在葉片高度的30％與90％之間的部分上的曲線的平均梯度的至少1.2倍。
【專利說明】具有改進(jìn)葉片輪廓的渦輪機(jī)引導(dǎo)葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機(jī)矯直器領(lǐng)域，以及涉及包括這種矯直器的渦輪機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]圖1顯示用于飛機(jī)推進(jìn)的旁路渦輪機(jī)。其包括輸送空氣流的風(fēng)扇10，所述空氣流的被稱為主流Fp的中心部分被噴射到壓縮機(jī)12中，所述壓縮機(jī)12供應(yīng)一驅(qū)動風(fēng)扇的渦輪14。
[0003]空氣流的被稱為次流FS的周邊部分在穿過設(shè)置在風(fēng)扇下游的固定葉片的環(huán)后，用于噴射到大氣中以提供渦輪機(jī)1的部分推力的其零件。被稱為矯直器20 (也已知為首字母縮略詞為0GV的“出口引導(dǎo)葉片”)的此環(huán)使得可矯直離開風(fēng)扇的空氣流，同時(shí)盡量限制損失。
[0004]實(shí)際上，矯直器減少0.1%的損失(例如，壓力損失)可以導(dǎo)致組件的效率增加0.2個(gè)點(diǎn)，所述組件包括風(fēng)扇和矯直器，在損失與效率之間的對應(yīng)自然地取決于引擎和關(guān)聯(lián)風(fēng)扇的氣動載荷。
[0005]根據(jù)與渦輪機(jī)軸線的距離，矯直器的有效性特別取決于離開風(fēng)扇的空氣流的特定物理量的梯度。這被稱為通過風(fēng)扇對矯直器的供應(yīng)。這些物理量例如是空氣流速、其壓縮比或其溫度。
[0006]空氣流的矯直由矯直器的葉片提供，關(guān)于其的設(shè)置和幾何形狀適于此供應(yīng)。在此領(lǐng)域的發(fā)展過程中，第一矯直器葉片是兩維的，具有基本矩形的形狀。然而，這些幾何形狀與新設(shè)計(jì)所要求的損失改進(jìn)和尺寸減少不兼容。因此，開發(fā)三維矯直器葉片輪廓，例如在文件FR 2 828 709中那樣。
[0007]而且，新的矯直器的供應(yīng)輪廓導(dǎo)致追求沿著這些線的矯直器設(shè)計(jì)。
[0008]特別地，在文件US 2005/008494中所提出的矯直器所具有的葉片圍繞矯直器的旋轉(zhuǎn)軸線沿著徑向延伸，并具有在包括沿著徑向的27度與33度之間的角處傾斜的尖端端部，這是為了降低由定位在矯直器上游的風(fēng)扇所產(chǎn)生的噪音。
[0009]然而，在此文件中所提出的矯直器沒有使得可改進(jìn)在矯直器流內(nèi)的空氣流的分布，也沒有降低損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明具有提出矯直器的目標(biāo)，關(guān)于其的葉片具有適于校正至少一個(gè)上述缺點(diǎn)的幾何形狀。
[0011]就這點(diǎn)而言，本發(fā)明具有作為其客體的一種渦輪機(jī)矯直器，其包括多個(gè)圍繞環(huán)設(shè)置的葉片，所述環(huán)在渦輪機(jī)的軸線上居中，各所述葉片具有前緣并在根部端部與尖端端部之間延伸，在各葉片的根部端部處的前緣相對于氣流位于在葉片的尖端端部處的前緣的上游，沿著渦輪機(jī)的軸線的方向測量的，在這兩個(gè)端部之間的前緣的偏移大于葉片的高度的10%，矯直器的特征在于，沿著連續(xù)葉片截面(沿著葉片的高度)的重心的環(huán)的切線方向，包括位置的切向疊加曲線是朝向葉片的上表面不斷增加的曲線，所述曲線在接近于葉片的尖端端部具有朝向相對于所述曲線的剩余部分增加的上表面(E)的斜坡，接近于葉片的尖端端部的曲線的平均斜率大于包括在葉片的高度的30%與90%之間的部分中的曲線的斜率的至少1.2倍。
[0012]有利地，但可選擇地，本發(fā)明還具有至少一個(gè)以下特征:
[0013]-接近于尖部端部的彎曲部分包括在葉片的高度的90%與100%之間。
[0014]-各葉片的前緣相對于空氣流動方向包括在所述葉片的尖端端部處的前緣的位置的下游定位的至少一部分。
[0015]-在葉片的尖端端部處的前緣的下游處的部分包括在位于葉片高度的60%與100%之間的前緣的區(qū)域中。
[0016]-與在葉片的尖端端部處的前緣的位置一致而定位的前緣的點(diǎn)位于葉片高度的60%與80%之間。
[0017]-各葉片的根部端部處的前緣相對于空氣流動方向位于在葉片的尖端端部處的前緣的上游的一段距離處，所述距離包括在葉片高度的12%與20%之間，所述距離沿著渦輪機(jī)軸線方向測量。
[0018]本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的矯直器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]從純粹地示例性的和非限制性的以及必須參考附圖來閱讀的以下描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中:
[0020]-已經(jīng)描述的圖1示意性地顯示旁路型渦輪機(jī)。
[0021]-圖2a是矯直器的部分示意圖。
[0022]-圖2b顯示包括多個(gè)葉片截面的矯直器葉片的輪廓。
[0023]-圖3a顯示相對于渦輪機(jī)的空氣流動方向的葉片的前緣的布局演變。
[0024]-圖3b顯示相對于矯直器的切線方向的疊加曲線。
[0025]-圖4a顯示沿著在葉片根部處的葉片高度的空氣流速的分布，其一方面用于與本發(fā)明(實(shí)曲線)的一個(gè)實(shí)施例一致的葉片，另一方面用于具有二維幾何形狀(虛曲線)另一葉片。
[0026]-圖4b顯示穿過沿著在葉片根部處的葉片的高度的葉片的空氣的壓力損失，用于這兩個(gè)葉片的一個(gè)和另外一個(gè)。
[0027]-圖4c顯示穿過沿著葉片整個(gè)高度的葉片的空氣壓力損失的演變，用于這兩個(gè)葉片的一個(gè)和另外一個(gè)。
[0028]-圖5a和5b顯示分別地根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和根據(jù)本發(fā)明在葉片的尖端處的分離件。

【具體實(shí)施方式】
[0029]參考圖1，如前所述的旁路渦輪機(jī)I具有風(fēng)扇10和OGV型的矯直器20，以矯直來自風(fēng)扇的次空氣流FS。
[0030]參考圖2a，矯直器20包括多個(gè)葉片22，所述葉片22均勻地分布在渦輪機(jī)(未在附圖中示出)的軸線上居中的環(huán)29的周圍。圖2a和2b中所示的葉片沒有表示本發(fā)明所采用的幾何形狀。
[0031]各葉片22均包括前緣23和后緣24，在被稱為葉片根部的徑向內(nèi)端25與被稱為葉片尖端的徑向外端26之間延伸。前緣23和后緣24限定下表面I和上表面E。
[0032]也使用以下符號:X是渦輪軸線或引擎軸線的方向，Y是相對于矯直器的環(huán)29的切線方向，Z是各葉片沿著其延伸的徑向方向。
[0033]在葉片根部處的前緣的前移
[0034]參考圖3a，相對于引擎軸線的方向X，在葉片上的每個(gè)點(diǎn)處顯示前緣的位置。此曲線被稱為前緣的布置。
[0035]另外，所有距離基于葉片的高度均是無量綱化的:這樣，縱坐標(biāo)表示前緣相對于葉片的總高度的高度位置，橫坐標(biāo)表示相對于在葉片尖端端部26處的前緣的位置E的前緣的偏移，所述偏移顯示為葉片高度的百分比。
[0036]如在圖中所示，沿著引擎軸線的方向X，相對于在葉片尖端端部26處的前緣的位置E，在葉片的根部端部25處的前緣的位置A向上游偏移。此偏移大于葉片高度的10%。其優(yōu)選在葉片高度的10 %與20 %之間，優(yōu)選在葉片高度的12 %與20 %之間，更優(yōu)選在15 %與20%之間。
[0037]葉片的根部的此向前的移動使在葉片高度上的空氣流可更好地分布。對于在葉片的根部端部與其高度的50%之間延伸的部分，沿著葉片高度的氣流的值的此分布顯示于圖4a中。
[0038]對于所提出的葉片(對應(yīng)于圖4a至4c中的實(shí)曲線)，可相對于其他葉片，尤其是現(xiàn)有技術(shù)中的葉片(虛曲線)觀察到更好的性能。特別是在葉片高度的10%處，可觀察到所提出的輪廓使流速可增加超過6%。
[0039]朝向上表面的切向疊加
[0040]參見圖2b，各葉片22通常包括在葉片高度內(nèi)的連續(xù)葉片截面27的疊加。
[0041]參見圖3b，顯示葉片的切向疊加曲線，由葉片截面27的重心相對于與環(huán)29相切的方向Y的位置組成。
[0042]使用葉片高度的此曲線也是無量綱化的，原點(diǎn)為葉片根部部分的重心的位置A’。此外，橫坐標(biāo)的正值對應(yīng)于朝向葉片上表面的偏移，而負(fù)值則對應(yīng)于朝向葉片下表面的偏移。
[0043]如圖3b中所示，切向疊加曲線是朝著葉片的上表面不斷下降的曲線。朝向上表面的此切向疊加使在葉片尖端處的空氣流的分離可減少，使在葉片根部處的速度和流速可增力口，以及使在此區(qū)域中的壓力損失可減少。特別是，在圖4b中可觀察到，在葉片根部處的損失可以由于所提出的葉片輪廓而減少接近2%。
[0044]有利地，在葉片根部處的葉片的前緣的前移與朝向上表面的葉片的切向疊加結(jié)合，以結(jié)合所獲得的效果并盡可能地減少壓力損失。
[0045]而且，返回到圖3b，葉片的切向疊加曲線在接近于葉片尖端處相對于葉片的剩余部分有利地具有增加的斜率。
[0046]優(yōu)選地，該曲線具有位于葉片高度的90%與100%之間的區(qū)域內(nèi)的部分C’ D’，使得此部分的平均斜率(即部分C’D’的平均斜率)是在葉片高度的30%與90%之間的部分B’ C’的平均斜率的至少1.2倍。
[0047]穿過具有朝向下表面的切向疊加的葉片的氣流被模擬，穿過具有朝向上表面的切向疊加的葉片的氣流在葉片尖端處的斜率增加。
[0048]結(jié)果分別顯示在圖5a和5b中，各圖均顯示葉片22和在葉片尖端處的氣流的分離區(qū)域ZD。應(yīng)注意到，對于第一葉片，在圖5a中，此分離區(qū)域ZD遠(yuǎn)大于符合于本發(fā)明的圖5b的第二葉片的分離區(qū)域。
[0049]最后，返回到圖3a，葉片的前緣的布局相對于引擎軸線的方向X也具有位于在葉片尖端處的前緣的位置E的下游的部分。
[0050]因此，存在與在葉片尖端處的前緣的位置E成一直線的前緣的點(diǎn)C。此點(diǎn)有利地位于葉片高度的60%與80%之間，以使位于位置E的下游的部分對于此部分延伸進(jìn)入到在葉片高度的60%與100%之間的區(qū)域中。
[0051]點(diǎn)C可以更優(yōu)選地位于在葉片高度的65%與75%之間。
[0052]因此，點(diǎn)A、C和E的各自位置指的是接近于葉片尖端的葉片的前緣的布局具有鉤形形狀，在相對于引擎軸線的上游具有凹開口。
[0053]這樣，接近于葉片的尖端的葉片的此部分比葉片的剩余部分距離渦輪機(jī)風(fēng)扇更遠(yuǎn)，這使得可限制在葉片尖端處的聲波擾動。
[0054]這樣，所提出的幾何形狀使得可改進(jìn)矯直器葉片的性能，減小在葉片尖端處的氣流的分離。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪機(jī)矯直器(20)，其包括多個(gè)圍繞對中在所述渦輪機(jī)的軸線上的環(huán)(29)設(shè)置的葉片(22)，每個(gè)所述葉片(22)均具有前緣(23)，并在根部端部(25)與尖端端部(26)之間延伸， 在各所述葉片(22)的根部端部(25)處的所述前緣(23)相對于氣流方向位于在所述葉片的尖端端部(26)處的所述前緣(23)的上游，沿著所述渦輪機(jī)的軸線(X)的方向測量的在這兩個(gè)端部之間的所述前緣(23)的偏移大于所述葉片(22)的高度的10%， 其特征在于，由沿著所述葉片(22)的高度沿著連續(xù)葉片截面(27)的重心的環(huán)(29)的切線方向(Y)的位置組成的切向疊加曲線是朝向所述葉片(22)的上表面(E)不斷增加的曲線， 所述曲線在接近于葉片(22)的尖端端部(26)處相對于所述曲線的剩余部分具有朝向所述上表面(E)的增加的斜率，所述曲線在接近于所述葉片的尖端端部(26)處的平均斜率大于在所述葉片高度的30%與90%之間的部分上的所述曲線的平均斜率的至少1.2倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)矯直器(20)，其中接近于所述尖端端部(26)的斜坡的部分包括在所述葉片高度(22)的90%與100%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)矯直器(20)，其中各所述葉片(22)的前緣(23)包括相對于氣流方向位于所述葉片的尖端端部(26)處的所述前緣(23)的位置的下游的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)矯直器(20)，其中所述部分包括在位于所述葉片(22)的高度的60%與100%之間的所述前緣(23)的區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的渦輪機(jī)矯直器(20)，其中與在所述葉片的尖端端部(26)處的所述前緣的位置成一直線的所述前緣(23)的點(diǎn)位于所述葉片高度的60%與80%之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)矯直器(20)，其中在各所述葉片(22)的根部端部(25)處的前緣相對于所述氣流方向位于所述葉片的尖端端部(26)處的所述前緣(23)的上游的一段距離處，所述距離包括在所述葉片高度的10%與20%之間，優(yōu)選在所述葉片高度的12%與20%之間，所述距離沿著所述渦輪機(jī)的軸線⑴的方向測量。
7.一種渦輪機(jī)(I)，其包括至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的矯直器(20)。
【文檔編號】F04D29/54GK104411982SQ201380036009
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】普拉迪普·科扎迪, 漢娜·賴斯 申請人:斯奈克瑪