[發明專利]壓縮機級

在審

• 申請號: 201680022291.1
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN107532515A
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 克里斯多夫·斯科爾特斯;托馬斯·諾爾文·艾曼紐·德拉海;阿梅爾·瑪麗·吉恩·帕斯卡·圖爾耶拉斯
• 申請（專利權）人: 賽峰航空器發動機
• 主分類號: F02C7/047
• 分類號: F02C7/047;F01D25/02
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司11234
• 代理人: 宋義興,曾海艷

背景技術

本發明涉及渦輪機領域，更具體地涉及壓縮機領域。

術語“渦輪機”在本文中用于表示能量能夠在流體流和至少一組葉片之間轉移的任何機器，例如壓縮機，泵，渦輪，或它們中的至少兩個的組合。術語“上游”和“下游”是相對于通過渦輪機的流體的正常流動方向來定義的。

渦輪機特別包括渦輪熱力發動機，用于通過燃燒燃料將燃料的化學能轉化為熱能，然后通過膨脹通過燃燒燃料而加熱的工作流體將該熱能轉化為機械能。

在諸如燃氣輪機，渦輪軸發動機，渦輪噴氣發動機，渦輪風扇或渦輪螺旋槳發動機之類的內燃渦輪熱力發動機中，燃燒直接發生在通常是空氣的工作流體中。通常，這種內燃渦輪發動機具有位于燃燒室上游的至少一個壓縮機和位于燃燒室下游的至少一個渦輪機，該渦輪機聯接到壓縮機，以通過由燃料燃燒加熱的工作流體的部分膨脹來驅動它。通常，工作流體的熱能的剩余部分然后通過反應噴嘴和/或通過聯接到驅動軸的至少一個額外的渦輪作為機械能被回收。

在壓縮機中，包括特定的軸向壓縮機，其中工作流體的流動方向基本上平行于用于將能量轉移到工作流體的至少一個旋轉葉片組(或轉子)的中心旋轉軸線，以便壓縮它。在軸向壓縮機級中，轉子通常具有徑向布置的多個葉片，轉子的每個葉片從葉片根部延伸至比葉片根部更遠離中心軸線的葉片尖端，并且在葉片尖端和外殼之間呈現徑向間隙，所述殼體限定用于使工作流體流通過的通道。通常，為了防止葉片尖端和殼體之間的接觸，徑向間隙是必需的，其中這種接觸不僅會由于摩擦而引起損失，而且還會有損壞殼體和/或轉子的風險。然而，這種間隙允許在葉片尖端處產生渦流，該渦流不僅顯著地降低了壓縮機級的效率，而且對于轉子的穩定性裕度也是有害的，特別是在第一壓縮機級中。

為了吹除這些頂端間隙渦流，在現有技術中，例如專利US8182209和US8882443以及國際專利申請WO2011/023891，已經提出了將空氣射流注入到與殼體相鄰并且和位于轉子葉片上游的邊界層中，以激勵該邊界層并增加轉子葉片尖端處的流動穩定性。因此，間隙渦流的幅度和持續性可以在局部極大地減小，并且可以顯著提高壓縮機級的穩定性裕度和效率。然而，以這種方式注入邊界層的空氣通常是從壓縮機級的下游取得的，從而涉及性能代償以及附加的機械復雜性。此外，空氣因此比它所注入的邊界層更熱，這限制了其激勵邊界層的效果。

同時，這種壓縮機級通常還包括定子，該定子包括圍繞轉子上游的空氣通道中的中心軸線徑向設置的多個導向葉片。這些導向葉片，特別是在渦輪螺旋槳發動機，渦輪軸發動機或單流渦輪噴氣發動機的第一壓縮機級中的導向葉片可能有結冰的風險。為了限制結冰的風險，已經提出了電氣裝置以及導向葉片的迎角的變化。然而，所述裝置也增加了壓縮機級的復雜性和重量，或者它們對其性能有負面影響。

發明內容

本公開旨在通過提出具有導向葉片除冰并且具有更大穩定性裕度但復雜性有限的壓縮機級來補救這些缺點。該壓縮機級可以至少包括限定空氣通道的殼體，定子，以及轉子，所述定子包括圍繞所述空氣通道中的中心軸線徑向布置的多個導向葉片，所述轉子適于圍繞所述中心軸線相對于所述定子旋轉并包括在所述導向葉片的下游圍繞所述空氣通道中的中心軸線徑向布置的多個葉片，所述轉子的每個葉片從葉片根部延伸至比所述葉片根部更遠離所述中心軸線的葉片尖端，并且在所述葉片尖端和所述殼體之間呈現徑向間隙。盡管本發明可以任選地應用于已知為徑向或離心式的級，但是壓縮機級可以特別地是軸向級。

在至少一個實施方式中，通過以下事實來實現所尋找的目的：所述導向葉片中的至少一個包括具有用于對導向葉片除冰的熱空氣入口的內部空腔，并且所述內部空腔具有第一出口通道，所述第一出口通道朝向導向葉片的后緣，用于將空氣射流注入與轉子的葉片上游的殼體相鄰的邊界層中。

通過這些規定，可以首先確保導向葉片被除冰，其次可以將空氣射流(該空氣射流已經在導頁的內部空腔內冷卻，因此比在沒有除冰電路的情況下重新注入密度更大)注入到邊界層中，以便在下游吹走尖端間隙渦流，從而增加壓縮機的穩定性裕度和效率。

為了將空氣射流引導到邊界層，所述第一出口通道可以朝著中心軸線，并且在軸向和徑向平面中由在下游朝著殼體會聚的表面限定。特別地，該表面可以在軸向和徑向平面中彎曲和凸形，以便提供更大的空氣動力學效率，但是也可以是直的。

此外，為了遵循殼體的輪廓，所述第一出口通道可以遠離中心軸線，并且在軸向和徑向平面中由相對于軸向方向，朝向下游的中心軸線呈現范圍為0°至30°的傾斜角的表面限定。