[发明专利]具有包括内叶片球形件的三维平台的叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机叶轮的叶片，包括一翼面，该翼面由压力面、吸力面、后缘、导缘和平台形成，该平台在翼面的一个端部沿球形地垂直于该翼面纵向的方向延伸，该叶片适于与多个基本相同的叶片布置以形成围绕一环轴的环，并沿其限定一上游区域和一下游区域，其中翼面基本径向地设置在环中，相邻的叶片平台成对以形成一内翼面表面，将翼面的压力面与相邻翼面的吸力面相连。

背景技术

围绕一普通的轴加入这样的叶片可组成一叶轮，其轴为所述环的轴。此叶轮可运动，由此接收来自喷气机的能量，或将能量传给通过叶轮行进的喷气机；它也可以是固定的，在这种情况下，其作用是导引喷气机。

该叶片可以是一独特的部分，或与其他叶片一体，以形成例如一分配部或一多叶片盘。

通常，涡轮机包括几个叶片级，形成一系列固定或活动的叶轮，通过涡轮机沿着流动路径相继布置(可有几个路径，特别是旁路引擎的情况)。涡轮机的效率直接涉及到各叶轮，特别是属于叶轮的各叶片与喷气机有效互动的能力，即无不必要的能量耗散。应该注意到，也就是在航空涡轮机中，例如涡轮喷气式飞机或涡轮螺旋桨飞机，喷气速度可能很大，也就是超音速：对于设置在如此喷气机中的叶片，最重要的是优化围绕叶片的喷气的流动质量。

在叶片中，翼面的形状必须被自然优化，以有效引导翼面位于其中的喷气，或接收或传送最大能量给喷气机而无由于热而耗散能量。

然而，尽管翼面的形状很重要，但已发现翼面侧的平台的表面形状对通过叶片的喷气的流动质量也起到重要作用。因此，叶轮平台的影响可造成其上总损失的30％。

为了简捷，在下文中平台表面指翼面侧的平台表面，不用重复该表面位于哪一侧。

前述中表述的围绕叶片的喷气的通道显示于图1和2中。

图1显示三个相同的叶片10，它们是图2中显示的叶轮100的部分。每个叶片10显示为与其他相同的叶片10组装，以形成叶轮100。此叶轮基本由安装在旋转盘20上的叶片10组成。在此叶轮100中，叶片10围绕轮的轴A周期性地安装。流体喷气球形地沿着叶轮的轴A从上游侧至下游侧流动。

每个叶片10包括翼面50、平台60，以及在转子叶片的特殊情况下用于将叶片固定到旋转盘上的根部66。平台60沿球形地垂直于翼面50纵向的方向延伸，并包括在翼面侧的平台表面62。由于叶片10互相相对安装，它们的平台结合成对以构成基本连续的表面，所谓的“内翼面”表面70从一个翼面的压力面56延伸至相邻翼面的吸力面58。由此，内翼面表面聚集了两个位于其各自的翼面50之间的相邻叶片10、10’的平台表面62的相邻部分。平台表面62通过连接表面18(大致是具有锥形半径的连接带)连接到翼面50的外表面。

还应注意到在图1-3的例子中，平台60的表面62为旋转表面，即其区域基本是围绕叶轮的轴A旋转的表面的部分。在此，围绕一轴的旋转表面指由旋转一围绕所述轴的曲线产生的表面。这样的形状对于用于涡轮机叶轮的叶片平台表面来说是普通的。

在流动中，当喷气到达翼面50的导缘时，其分裂为两部分，部分经过翼面50的压力面56一侧，部分经过翼面50的吸力面58一侧。图3图解显示在翼面间延伸的“内翼面通道”30中压力场如何建立。

图3为垂直于肩并肩安装在叶轮中的两叶片10、10’的各自翼面轴的截面图。图3显示近似的压力场，其通常可观察到紧邻第一翼面的吸力面58和第二翼面的压力面56’之间的内翼面表面70。

图3包括对应于一相对高压的iso压力曲线40，和对应于一相对低压的iso压力曲线42，这些压力在涡轮机操作过程中在喷气中观察到。一陡峭的压力梯度J由于靠近压力面的压力大于靠近吸力面的压力而产生在两个翼面的压力面和吸力面之间。在此压力梯度J的影响下，一至“内翼面”通道30的横向流产生在翼面的根部(和头部)，如此偏转的微粒被推向翼面50的吸力面。从而，在“内翼面”通道30内，不在主流动方向上的强烈的第二流产生，其产生涡流，即接近吸力面。

为了努力限制接近内翼面表面的不必要的能量损耗，美国专利7,220,100介绍一种内翼面表面形状，主要包括一位于紧邻翼面压力面的凸起的斜面，和紧邻翼面吸力面的凹进的区域，这些区域中的每个均大致位于翼面翼弦的中点处。尽管有此改进，但在两个翼面之间的空间仍有一些能量消散涡流，因此，需要叶片的形状进一步减小在此空间形成的散射涡流。