專利名稱：帶有優(yōu)化的內(nèi)端壁的渦輪機壓縮機轉(zhuǎn)子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渦輪機壓縮機，特別是飛機的渦輪機壓縮機，特別涉及到這種壓縮機轉(zhuǎn)子內(nèi)主氣流的內(nèi)端壁。
背景技術：
渦輪機壓縮機通常包括幾個連續(xù)壓縮級，每個壓縮級由轉(zhuǎn)子和靜子構成，轉(zhuǎn)子包括葉片轉(zhuǎn)盤，而靜子包括環(huán)形布置的一排靜葉片，用來整流和導向壓縮機內(nèi)流動的燃氣流。在燃氣流相對于某些葉片的徑向外部分為超音速的壓縮機的情況下，特別是壓縮機第一級轉(zhuǎn)子葉片，即，其最上游壓縮級，所帶來的問題是，以超音速運行的葉片部分的徑向范圍取決于這些葉片的位移速度。所引起的超音速沖擊對壓縮機的能量效率產(chǎn)生不利影響，進而對安裝這些壓縮機的渦輪機的能量效率產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是針對這個問題而提出一種簡單、經(jīng)濟和有效的解決方案。為此，該解決方案包括渦輪機壓縮機的轉(zhuǎn)子，包括安裝葉片的轉(zhuǎn)子輪盤，每個葉片都帶有拱背面和拱腹面，其中，轉(zhuǎn)子輪盤在徑向外端裝有構成渦輪機內(nèi)主氣流環(huán)形流動通道內(nèi)端的壁， 其中，該壁由多個角扇形區(qū)構成，每個扇形區(qū)劃定在第一葉片的拱背面和第二葉片的拱腹面之間，第二葉片沿周向直接位于所述第一葉片之后，其中，每個所述扇形區(qū)包括沿軸向和周向為凸面的凸出部分，該凸出部分的頂端圍繞所述轉(zhuǎn)子輪盤的軸線徑向位于相對于旋轉(zhuǎn)虛曲面的外部，并穿過由所述內(nèi)端壁分別與所述第一和第二葉片每個葉片前緣和所述每個葉片后緣相交而形成的四個點，其中，所述頂端沿周向與所述第一葉片拱背面相隔開，在所述頂端處測量，其間隔距離為所述葉片所述拱背和拱腹面之間周向距離的30%到70%之間的，其中，所述內(nèi)端壁還包括，在所述凸出部分的上游，在軸向上，凹下的槽形部分。根據(jù)本發(fā)明，所述槽形部分還沿周向呈凹面，且其底部呈大致點狀。上述虛曲面構成了參考表面，相對于該參考表面，可以確定內(nèi)端壁的凸出部分。一般沿發(fā)生該沖擊的這些葉片徑向外部的整個徑向范圍，內(nèi)端壁每個扇形區(qū)的構成可降低沿轉(zhuǎn)子輪盤固定的葉片氣體流動引起的超音速的強度。所述內(nèi)端壁每個扇形區(qū)的凸出部分的凸面，在軸向和周向上，都會特別地限制燃氣流沿劃定所述扇形區(qū)的葉片的表面的斷開的風險，其中，就性質(zhì)而言，這種情況會降低轉(zhuǎn)子效能。實際上，凸出部分在其頂端下游降低上述兩個葉片之間流動的氣流速度。凸出部分的凸面使得這種減速遠離葉片表面，從而當其沿這些表面而影響氣流時，可限制或防止這種減速的不利影響。所述內(nèi)端壁的每個扇形區(qū)的槽形部分使凸出部分上游的環(huán)形槽的徑向部分得以增加，內(nèi)端壁上該凸出部分頂端上游形成的梯度會更加突出，這有助于降低超音速沖擊的強度，特別是，可降低沿拱背面的最大馬赫數(shù)，拱背面劃定了內(nèi)端壁的所述扇形區(qū)，這適用于沿上述拱背面整個徑向范圍。為此，一般來講，本發(fā)明可使渦輪機壓縮機轉(zhuǎn)子的整個能量效能得以改善。內(nèi)端壁每個扇形區(qū)所述槽形部分沿周向的凹面，可大大降低轉(zhuǎn)子級所允許氣體速度的非期望增加，而這種非期望的速度增加是因槽形部分所造成的環(huán)形通道徑向范圍的增加所致。為此，優(yōu)選地，內(nèi)端壁每個扇形區(qū)槽形部分的底部沿周向與所述第一葉片拱背面相隔開，在所述底部處測量時，其間隔距離是上述葉片所述拱背和拱腹面之間周向距離的 30到70%之間。此外，優(yōu)選地，內(nèi)端壁每個扇形區(qū)槽形部分底部位于相對于上述虛曲面的徑向內(nèi)部。有利的是，內(nèi)端壁的形狀可是這樣的，對于該端壁所述每個扇形區(qū)來講，所述扇形區(qū)的凸出部分和槽形部分共用至少一個結(jié)合點，該結(jié)合點位于上述虛曲面上。這種特性可使得內(nèi)端壁每個扇形區(qū)槽形部分的底部和凸出部分的頂部之間大致凸起不再存在。實際上，優(yōu)選地，該內(nèi)端壁的每個扇形區(qū)在其槽形部分底部和其凸出部分頂端之間帶有漸進的和連續(xù)的梯度，以便防止主氣流出現(xiàn)任何中斷。在本發(fā)明的最佳實施例中，內(nèi)端壁每個扇形區(qū)凸出部分的頂端在軸向上與所述壁的下游邊緣相隔開，其間隔距離為該內(nèi)端壁上游邊緣和下游邊緣之間軸向距離的20%到 40%之間。與之相比，有利的是，內(nèi)端壁每個扇形區(qū)槽形部分底部與所述壁上游邊緣軸向相隔開，其間隔距離為該壁上游邊緣和下游邊緣之間軸向距離的20%到40%之間。這些有利特性可使該內(nèi)端壁上游和下游邊緣附近內(nèi)端壁由于凸出部分和槽形部分而出現(xiàn)的變形得以限制，從而有效限制了這些上游和下游邊緣附近氣流的擾動，這種擾動會降低轉(zhuǎn)子性能。此外，優(yōu)選地，內(nèi)端壁每個扇形區(qū)凸出部分頂端和槽形部分底部與上述虛曲面徑向相隔開，其間隔距離是在輪盤所支撐葉片的徑向范圍到5%之間。該特性有助于盡可能地優(yōu)化轉(zhuǎn)子的性能。本發(fā)明還涉及到包括上述類型轉(zhuǎn)子的渦輪機壓縮機，并且還涉及到裝有該壓縮機的渦輪機。在包含幾個壓縮級的壓縮機的情況下，對于這些級中第一個級(當從上游計數(shù)這些級時)的轉(zhuǎn)子來講，采用上述類型的轉(zhuǎn)子是特別有利的，因為一般來講，在該上游級，超音速沖擊對壓縮機性能的不利影響最大。通過閱讀如下以非限定性示例給出的說明，并參照附圖，可以更好地理解本發(fā)明， 本發(fā)明的其它細節(jié)、優(yōu)點和特性也會顯現(xiàn)出來。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子級的內(nèi)端壁角扇形區(qū)局部示意圖，所示為平面A-A(圖2) 上的正交投影，該平面穿過轉(zhuǎn)子的軸線并與連接兩點的直線平行，而所述兩點則是由所述壁分別與劃定所述角扇形區(qū)邊界的兩個葉片的前緣交叉而形成。圖2為圖1所示內(nèi)端壁的角扇形區(qū)的局部內(nèi)部示意圖，所示為平面B-B的截面，該平面穿過所述扇形區(qū)槽形部分的底部和該扇形區(qū)凸出部分的頂端，與上述平面A-A垂直。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)端壁10，例如，飛機渦輪噴氣發(fā)動機，所示為平面A-A上的正交投影。該內(nèi)端壁10是在該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)葉片盤的徑向外周緣上構成的，其從內(nèi)部劃定了該轉(zhuǎn)子盤氣流的環(huán)形流動通道的邊界，該通道通常稱之為主氣流。內(nèi)端壁10由安裝到葉片上的平臺形成，所述葉片由上述轉(zhuǎn)盤支撐，所述平臺采用沿周向端對端安裝，或者，如果該葉盤為整體型，該端壁可以按人們所熟知的方式與轉(zhuǎn)盤一起作為一個整體來制作。內(nèi)端壁10通常為錐體形狀，其截面尺寸從上游到下游增加。輪盤所支撐的葉片在內(nèi)端壁10里劃定了多個角扇形區(qū)，諸如圖1所示扇形區(qū)12， 該扇形區(qū)由上述輪盤的兩個葉片14和16限定，這些扇形區(qū)沿圖1箭頭17所示周向為連續(xù)的。更確切地說，扇形區(qū)12由葉片14的拱背面18和葉片16的拱腹面20劃定。在圖1中，內(nèi)端壁10采用正交投影在表面上表示，所示表面穿過轉(zhuǎn)子軸線并與直線平行，所示直線首先將內(nèi)端壁10與葉片14上游邊緣或稱前緣相交，其次，將內(nèi)端壁10與葉片16上游邊緣或稱前緣相交。根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)端壁10的每個扇形區(qū)12包括凸出部分22和在凸出部分22上游形成的槽形部分對，其中，該凸出部分22和該槽形部分M在圖1中由兩個橢圓形來表示， 該橢圓形的定義在下面所述內(nèi)容中會顯得更清楚。凸出部分22沿箭頭25所示的軸向和沿周向17為凸面，這樣，其尖端沈呈大致點狀。與之相比，槽形部分M沿軸向和周向為凹面，這樣，其底部觀呈大致點狀。凸出部分22頂端沈沿周向與葉片14拱背面18相隔開，在所述頂端沈水平軸向測量時，所述間隔距離為葉片16的該拱背面18和拱腹面20之間周向距離的30%到70%之間。頂端沈和拱背面18之間的周向間隔在圖1中由箭頭30所示，為平面A-A上的投影，而在頂端沈處的拱背面18和拱腹面20之間的周向距離在該圖1中由箭頭32所示。然而， 應該指出的是，周向距離為角距離，不同于平面A-A上投影可看到的距離。與之相比，槽形部分M底部觀在周向上與葉片14拱背面18相隔開，在所述底部 28水平軸向測量時，所述間隔距離是葉片16該拱背面18和拱腹面20之間周向距離的30% 到70%之間。底部觀和拱背面18之間周向間隔在圖1中由箭頭34所示，而在底部觀處的拱背面18和拱腹面20之間的周向距離在該圖1中用箭頭36所示。這樣，凸出部分22和槽形部分M在內(nèi)端壁10附近對沿葉片14和16的面18和 20的氣流造成的影響得以限制。凸出部分22頂端沈在軸向上與內(nèi)端壁10的下游邊緣38相隔開，其間隔距離dl 是該內(nèi)端壁10上游邊緣40和下游邊緣38之間軸向距離D的20%和40%之間。與之相比，槽形部分M的底部觀在軸向上與內(nèi)端壁10的上游邊緣40相隔開，其間隔距離d2是該內(nèi)端壁10上游邊緣40和下游邊緣38之間軸向距離的20%到40%之間。按這種方式，內(nèi)端壁10上游邊緣40和下游邊緣30呈大致圓形，從而改善了轉(zhuǎn)子的性能。凸出部分22和槽形部分M可相對于圍繞轉(zhuǎn)子輪盤軸線旋轉(zhuǎn)的虛曲面42而更精確地確定，更確切地說，是圖1和圖2所示實施例中的錐體形狀。該虛曲面42由對應于內(nèi)端壁10首先與兩個連續(xù)葉片14，16上游邊緣44，46和而后與這些葉片的下游邊緣48，50 交叉的四個點形成，所述這些葉片的上游邊緣一或稱前緣一劃定了內(nèi)端壁10的扇形區(qū)12， 這些葉片的下游邊緣又稱之為后緣。圖2示出了虛曲面42，該圖還示出了內(nèi)端壁10，所示為圖1所示的平面B-B上的截面。在圖2中，箭頭52示出了凸出部分22頂端沈相對于虛曲面42的徑向間隔。該間隔在葉片14和16的徑向范圍的和5%之間。與之相比，箭頭M示出了槽形部分M 底部觀相對于虛曲面42的徑向間隔，該間隔也是在所述葉片徑向范圍的1 %和5 %之間。 顯然，頂端26和底部觀的徑向間隔52和M可以為不同的值，如圖2所示。圖1中表示凸出部分22的橢圓形示出了該凸出部分的各個點，這些點相對于虛曲面42的徑向間距等于該凸出部分22頂端沈相對于虛曲面42的徑向間隔52的一半。這些點都是圖2所示平面B-B上虛線56和58與內(nèi)端壁10的各個交叉點。與之相比，圖1中表示槽形部分M的橢圓形示出了該槽形部分的各個點，這些點相對于虛曲面42的徑向間距等于槽形部分底部28的徑向間距M的一半，而且，其中可以看到內(nèi)端壁10分別與圖2中虛線60和62相交的各個點。在圖1和圖2所示實施例中，相對于虛曲面42而形成的凸出部分22和槽形部分 M在位于該虛曲面42上都帶有一個共用結(jié)合點66。在該實施例中，結(jié)合點66也位于圖1 的平面B-B上。在該扇形區(qū)12凸出部分22的頂端沈和其槽形部分24的底部28之間，形成了內(nèi)端壁10的扇形區(qū)12的梯度，該梯度可使上游到下游(箭頭25)的環(huán)形氣流通道68的會聚區(qū)在轉(zhuǎn)子輪盤內(nèi)相對于虛曲面42而增加，該情況與現(xiàn)有技術的內(nèi)端壁大致相等。特別是， 這會使得該轉(zhuǎn)子的壓縮率得到改善。一般來講，內(nèi)端壁的布局會使得轉(zhuǎn)子盤葉片徑向外部發(fā)生的超音速沖擊的影響得以降低，同時，有效限制進入該轉(zhuǎn)子輪盤氣體流量的增加。大致上，包括與靜子相連的轉(zhuǎn)子在內(nèi)的壓縮級的整體能源效率可通過采用本發(fā)明的轉(zhuǎn)子可提高大約0. 2%。
權利要求
1.一種渦輪機壓縮機的轉(zhuǎn)子，包括安裝葉片(14，16)的轉(zhuǎn)子輪盤，每個葉片帶有拱背面(18)和拱腹面(20)，其中，轉(zhuǎn)子輪盤在徑向外端裝有構成渦輪機內(nèi)主氣流環(huán)形流動通道內(nèi)端的壁(10)，其中，該壁(10)由多個角扇形區(qū)(12)構成，每個扇形區(qū)劃定在第一葉片 (14)的拱背面(18)和第二葉片(16)的拱腹面00)之間，第二葉片沿周向(17)直接位于所述第一葉片(14)之后，其中，每個所述扇形區(qū)(12)包括沿軸向05)和周向(17)為凸面的凸出部分(22)，該凸出部分的頂端06)圍繞所述轉(zhuǎn)子輪盤的軸線徑向位于相對于旋轉(zhuǎn)虛曲面G2)的外部，并穿過由所述內(nèi)端的壁(10)分別與所述第一和第二葉片(14，16)每個葉片前緣(44，46)和所述每個葉片(14，16)后緣08，50)相交而形成的四個點，其中，所述頂端06)沿周向與所述第一葉片(14)拱背面(18)相隔開，在所述頂端06)處測量時， 其間隔距離為所述葉片(14，16)所述拱背面(18)和拱腹面OO)之間周向距離的30%到 70%之間的，其中，所述內(nèi)端的壁(10)還包括，在所述凸出部分02)的上游，在軸向上05) 凹下的槽形部分(M)，其中，所述轉(zhuǎn)子的特征在于，所述槽形部分04)還沿圓周方向(17) 呈凹下，且其底部08)呈大致點狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述壁(10)每個扇形區(qū)(1 的槽形部分 (24)的底部08)與所述第一葉片(14)的拱背面(18)沿環(huán)周隔開，沿所述底部08)測量時，其間隔距離是所述葉片(14，16)所述拱背面(18)和拱腹面OO)之間周向距離的30% 至70%之間。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，對于所述壁(10)的每個所述扇形區(qū) (12)來講，所述槽形部分04)的底部08)位于相對于所述虛曲面G2)的徑向內(nèi)部。
4.根據(jù)權利要求3所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述壁(10)的形狀是這樣的，對于該壁的每個所述扇形區(qū)(12)，所述扇形區(qū)凸出部分0 和槽形部分04)共同帶有至少一個結(jié)合點(66)，該結(jié)合點位于所述虛曲面上02)。
5.一種渦輪機壓縮機，其特征在于，其包括了前面任一權利要求所述的轉(zhuǎn)子。
6.一種渦輪機，其特征在于，其包括了根據(jù)權利要求5所述的壓縮機。
全文摘要
一種渦輪機壓縮機的轉(zhuǎn)子，包括安裝在帶有壁(10)的徑向外端的葉片轉(zhuǎn)子輪盤，所述壁構成了主氣流環(huán)形氣流通道的內(nèi)端，該壁由多個角扇形區(qū)(12)構成，每個扇形區(qū)劃定在轉(zhuǎn)子輪盤的兩個葉片(14，16)之間，在周向(17)上是連續(xù)的，并包括了沿軸向(25)和周向(17)為凸面的凸出部分(22)，以及，在所述凸出部分的上游，帶有一個槽形部分(24)，該部分沿軸向(25)和周向(17)呈凹下形式，并且其底部(28)為大致點狀。
文檔編號F04D29/32GK102549271SQ201080045121
公開日2012年7月4日 申請日期2010年10月1日 優(yōu)先權日2009年10月2日
發(fā)明者亞歷山大·弗蘭克·阿諾德·查托瑞, 瓦西利基·伊利歐波魯, 艾瑞克·杰克斯·波士頓, 英格里德·萊波特, 蒂里·吉恩-杰克斯·布雷希特 申請人:斯奈克瑪, 賽尼羅