[發(fā)明專利]具有優(yōu)化的積疊規(guī)律的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180059503.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN103261700A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾格尼絲·帕斯蒂爾;文森特·佩羅特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 斯奈克瑪
• 主分類號(hào): F04D29/32
• 分類號(hào): F04D29/32;F01D5/14;F01D5/20
• 代理公司: 中國商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;曾海艷

本發(fā)明的領(lǐng)域涉及熱力學(xué)，具體涉及用于渦輪機(jī)壓縮機(jī)的葉片。

沿著氣體流動(dòng)的方向從上游到下游，航空渦輪機(jī)通常由風(fēng)扇，一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)（例如低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)），燃燒室，一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)（例如低壓渦輪和高壓渦輪），以及排氣噴嘴組成。上述壓縮機(jī)或多個(gè)壓縮機(jī)制造為如下形式：多組轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)穿過多組定子葉片，定子葉片稱為導(dǎo)流葉片。轉(zhuǎn)子葉片均勻設(shè)置于由渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子所驅(qū)動(dòng)的盤的外圍，并且它們的翼面在轉(zhuǎn)子盤和封閉氣流路徑的外殼之間徑向延伸。

每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片包括壓力面和吸力面，在壓力面上，氣流路徑的空氣具有相對(duì)于在葉片翼面附近占優(yōu)的平均壓力而言增高的壓力，在吸力面上，空氣具有相對(duì)于該平均壓力而言降低的壓力。由此，在葉片的外部頂端形成空氣回路，使得空氣通過葉片和外殼之間的間隙從壓力面到達(dá)吸力面。公知地，該空氣回路沿著葉片的弦的整個(gè)長度發(fā)展，其形式為漩渦，稱作葉頂間隙漩渦，該漩渦朝著葉片的后緣的下游傳播。

該漩渦的存在擾亂位于壓縮機(jī)更下游的級(jí)中的氣流并產(chǎn)生損耗，這些損耗對(duì)壓縮機(jī)的效率不利。因此，希望消除該漩渦，或者至少降低該漩渦所攜帶的空氣的流量。

已經(jīng)做了很多嘗試來控制該漩渦，這些嘗試包括對(duì)包圍壓縮機(jī)的外殼進(jìn)行處理，或創(chuàng)造“溝槽”，即凹陷到外殼中的腔體。這些處理的其中一個(gè)例子在申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)F(tuán)R2940374中進(jìn)行描述。所有這些處理的缺點(diǎn)是在制造渦輪機(jī)時(shí)產(chǎn)生額外的成本，并在某些操作點(diǎn)可能削弱壓縮機(jī)的效率性能。

同樣也已經(jīng)提交了專利申請(qǐng)，試圖降低該漩渦對(duì)壓縮機(jī)或渦輪級(jí)的效率的影響，這些專利申請(qǐng)包括US2010/0054946或EP1953341。這些申請(qǐng)的計(jì)劃是通過更改前緣的形狀，即，沿著前緣更改位于葉片的根部和頂端之間的掠角來修改葉片的形狀。除了美國專利申請(qǐng)公開的圖12之外，這些申請(qǐng)未提供任何關(guān)于對(duì)元件輪廓沿葉片高度的積疊線進(jìn)行改變的暗示。

此外，US6341942描述了沿著壓縮機(jī)葉片高度的波動(dòng)，這樣做的目的是為了增加葉片的抗彎剛度而不增加其質(zhì)量。盡管其暗示了一個(gè)波動(dòng)可位于葉片上的高處位置，但是并未指明與其相關(guān)的反轉(zhuǎn)彎曲的點(diǎn)的位置，更未指示在兩次曲折情況下更低拐點(diǎn)的位置。此外，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，通過凸顯葉片的振動(dòng)特性的問題，事先思考如何通過控制葉頂間隙漩渦來改善級(jí)的效率是沒有任何好處。

本發(fā)明的目的是通過賦予葉片特殊的形狀來盡量改善渦輪機(jī)的壓縮機(jī)或渦輪級(jí)的效率，該特殊形狀降低翼面的壓力面和吸力面之間泄流的影響，而不需要修改壓縮機(jī)外殼。

為此，本發(fā)明的一個(gè)主題是渦輪機(jī)葉片，該葉片的翼面在葉片根部和翼面頂端之間徑向延伸，在前緣和后緣之間軸向延伸，并在壓力面和吸力面之間切向延伸，所述葉片的輪廓由一系列元件輪廓組成，這些元件輪廓形式為葉片節(jié)段并沿著稱作積疊線的線彼此積疊，其將所有節(jié)段的重心連接起來，特征在于該翼面的積疊線在從葉片根部徑向延伸的至少一個(gè)平面上的投影包括兩次切向反轉(zhuǎn)其彎曲方向，該反轉(zhuǎn)位于翼面的高度的最后30%中，投影面的朝向基本上垂直于葉片的弦。

這些積疊修改能夠通過更好的氣流引導(dǎo)來降低翼面所產(chǎn)生的葉頂間隙漩渦。

實(shí)際上，計(jì)算顯示，如果反轉(zhuǎn)的位置低于所述最后30%，本發(fā)明所提供的有益效果就不能再維持了。任何遠(yuǎn)離葉片頂端的波動(dòng)可能具有的影響將會(huì)很小，因?yàn)檫@些波動(dòng)對(duì)葉頂間隙漩渦的干擾程度較弱。

優(yōu)選地，切向反轉(zhuǎn)的兩個(gè)點(diǎn)位于翼面高度的最后10%。

在另一具體實(shí)施方式中，葉片還包括軸向反轉(zhuǎn)，投影面的朝向基本上平行于葉片的弦。

優(yōu)選地，所述投影包括兩次徑向反轉(zhuǎn)。

本發(fā)明還涉及用于渦輪機(jī)的壓縮機(jī)或渦輪以及渦輪機(jī)，所述壓縮機(jī)或渦輪包括至少一個(gè)由上述葉片組成的轉(zhuǎn)子輪，所述渦輪機(jī)包括上述壓縮機(jī)或渦輪。

在以下具體說明的過程中，能夠更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其它目的，細(xì)節(jié)，特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)更加清晰，該具體的說明緊跟著本發(fā)明的若干實(shí)施方式，這些實(shí)施方式參考所附的示意圖，以純闡釋、非限制性的實(shí)施例給出。

在說明書的剩余部分中，軸向和切向應(yīng)理解為參照渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，軸向與該旋轉(zhuǎn)軸重合，切向的朝向是沿著渦輪機(jī)的圓周的切線。按照慣例，在說明書的剩余部分中，參照葉片而被稱作軸向的方向基本上是在葉片的頂端與弦平行的線的方向，但是稱作切向的方向基本上是在葉片的頂端與弦垂直的方向。

在這些附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)壓縮機(jī)的兩個(gè)相鄰葉片的透視圖；

圖2為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的壓縮機(jī)葉片的正視圖；

圖3為圖2所示葉片的輪廓圖；