[發明專利]渦輪機轉子葉片、整體葉盤、壓縮機轉子和與其相聯系的風扇轉子

有效

• 申請號: 201380017945.8
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN104246136A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 文森特·保羅·加百利·佩洛特;朱利安·科恩特;吉恩-弗朗西斯·里奧斯
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;周偉明

技術領域

本發明涉及渦輪機葉片領域，更具體地涉及渦輪機轉子葉片領域。

背景技術

在本上下文中，術語“渦輪機”使用來代表其中能量可以在流體流與至少一組葉片之間傳送的任何機器，例如，壓縮機，泵，渦輪，或它們中至少兩個的組合。在以下描述中，術語“上游”和“下游”相對于穿過渦輪機的流體的正常流動方形被限定。

這種渦輪機可以包括多個級，各所述級通常包括兩組翼面，即一組可移動葉片和一組靜止引導翼片。這樣的一組包括沿著側向彼此偏移的多個翼面。通常地，翼面圍繞中心軸線A沿著徑向布置。因此，當這樣的一組構成一組移動葉片時形成轉子，或當其構成一組引導翼片時形成定子。相對于中心軸線A的各葉片的近端通常被稱為其根部，同時遠端通常被稱為其尖端。在根部與尖端之間的距離被稱為葉片高度。在其根部與其尖端之間，葉片由大致垂直于徑向軸線Y延伸的一疊空氣動力學輪廓組成。在此上下文中，術語“大致垂直”意思是各輪廓的平面可以具有相對于徑向軸線Y，接近于90°的角度，例如，位于60°至120°的區間內。

在這種渦輪機中，這種轉子通常由外殼包圍。為了限制轉子中的流動損失，通常期望限制在葉片尖端與外殼的內壁之間的徑向間隙。然而，此減少的徑向間隙導致在葉片尖端與外殼的內壁之間接觸風險的提升。如果該接觸頻率與彎曲葉片的共振頻率形成共振，則這種接觸可能非常危險。因此，此問題帶來了研究：例如，由Kevin?E.Turner、Michael?Dunn和Corso?Padova于2010年6月14-18日在英國的格拉斯哥市在“2010年度ASME(美國機械工程師協會)渦輪博覽會：陸地、海洋和空氣的能量”中在《在摩擦事件過程中翼面的偏斜特性》的標題下所描述的，以及由Robin?J.Williams于2011年6月6-10日在加拿大的不列顛哥倫比亞省溫哥華市在“2011年度ASME渦輪博覽會”中在《由于大的尖端摩擦而使用隱式時間推進法模擬在燃氣渦輪中的葉片外殼相互作用現象》的標題下所描述的。

同時，對于空氣動力學原因，為了提高壓縮機和風扇的效率，尤其為了提高那些達到接近音速的流速，提出了向前移動葉片，例如，在美國專利申請US2010/0054946A1中，以及由Bergner、Stephan?Kablitz、Dietmar?K.Hennecke、Harald?Passrucker和Erich?Steinhardt于2005年6月6-9日在美國內華達州里諾-塔霍市在“2005年度ASME渦輪博覽會：陸地、海洋和空氣的能量”中標題為《移動對在軸向接近音速壓縮機中的3D防震結構的影響》的研究中。

然而，由于幾何因素，向前移動的葉片在實施與外殼的接觸的情況下可以具有尤其相反的動作。由于它們的形狀，由這種接觸導致的側向偏斜可能惡化動力自我接合的現象。

法國專利申請FR2?851?798?A1公開了一種具有遠端部分的轉子葉片，所述遠端部分在葉片尖端與在大部分葉片高度上具有向前移動的中間部分之間向后移動。在這種構造中的遠端部分的向后移動可以用來至少部分地降低動力自我接合的風險。

發明內容

本發明尋求進一步降低轉子葉片的動力自我接合風險，所述轉子葉片包括向后移動的遠端部分，所述遠端部分在葉片尖端與在至少50％的葉片高度上具有向前移動的中間部分之間。

在至少一個實施例中，此目的通過事實來獲得：所述遠端部分還可以具有正切向傾斜角，尤其具有比中間部分的更大的正切向傾斜角，從而與遠端部分的向后移動一起有助于限制在葉片尖端與環形外殼之間的干擾，所述環形外殼在葉片的彎曲過程中偏斜的情況下靠近其。術語“傾斜切角”在本上下文中使用來指沿著葉片與轉子的旋轉軸線連接的方向，相對于徑向軸線，穿過連續輪廓的重心CG的線條的傾斜角。如果朝向葉片尖端移動時，葉片沿著葉片的旋轉方向傾斜，則此傾斜角被視為是正的，如果葉片沿著相反方向傾斜則所述傾斜角是負的。利用這些規定，可以獲得向前移動葉片的空氣動力學優點，而不包括葉片對與外殼的接觸的動力響應，因此使得可與起源于其的空氣動力學優點一起在葉片尖端與外殼之間維持小間隙。中間部分還在鄰近于遠端部分的至少一個區域上具有正切向傾斜角。

另外，所述遠端部分尤其可以直接地鄰近于所述葉片尖端，從而朝向葉片尖端延伸并釋放較大部分的葉片高度，用于向前移動的中間部分。

為了減少葉片尖端對環形外殼的干擾，遠端部分可以占據至少5％，優選地至少8％的葉片高度。

然而，為了最大化向前移動的空氣動力學優點，遠端部分需要占據不到30％，優選地不到15％的葉片高度。