[发明专利]涡轮机压缩机转子的向心引气装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机(诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机)压缩机转子的向心引气装置。

背景技术

压缩机转子的带有叶片叶轮通过管状壁连接到一起，该管状壁形成在转子盘之间同轴延伸的大体上圆柱形或截头圆锥旋转面。在第一转子盘的侧面上的其中一个轴向端部，将转子盘连接到一起的这个壁可以与第一转子盘整体形成或可以通过--例如硬钎焊或焊接---安装到一起并固定，其相对的轴向端部可以包括一个环形凸缘，该凸缘通过诸如-螺母-螺栓型装置固定到第二转子盘上。

人们知道，将转子与用于向系统供气的向心流引气装置安装到一起，以便用于通风和/或冷却压缩机的下游级和涡轮机的涡轮边缘，也可用于清洁涡轮机。

在现有技术中，这些引气装置包括通过壁而形成的通道，该壁将压缩机的转子盘连接到一起扩展成在两个转子盘之间的壁内部形成的环形室。

在压缩机流动段内流动的一部分空气流通过转子壁内的贯通通道被引出，并流入到环形室内，在这里，其沿转子盘向心流动，然后，该空气流在涡轮机内和轴向圆柱形外壳的外部从上游流向下游，目的是到达涡轮内。但是，转子盘之间的环形室内的湍流和压头损失是相当大的，这会使得空气从压缩机的下游级被引出，因此而引起涡轮机消耗率的增加。

此外，因为引气的旋转速度与转子盘的速度相比很高，引出的空气会被加热。当吸气系数Ke(等于涡轮机内流动的引气流的切向速度除以涡轮机压缩机转子的旋转速度之比率)大于1时，就必须增加引气的流动速率，目的是确保涡轮部件的正常冷却。然而，在某些区域，特别是在转子盘间的环形室内以及在圆柱形外壳的附近，在已有技术中，该系数Ke可能会高达2.5。

为了减少这种缺陷，人们提出了在转子盘之间的室内安装环形排的径向管，这些径向管通过合适的装置固定到外壳周围的转子盘上(见文件EP-A1-1 262 630)。通过连接壁内贯通通道引出的空气被强制沿径向管流过，其旋转速度与转子盘的速度相同。从这些径向管流出的空气以与转子盘速度相等的速度(Ke＝1)到达圆柱形外壳的水平，这样，就可限制压头损失并限制引气的温度升高。

尽管如此，在环形室入口处的压头损失仍很高。此外，固定径向管的装置很复杂，因为它们需要限制管子工作时的振动，结果导致成本较高，重量增加。

发明内容

本发明的一个具体目标就是提供一种解决现有技术的这些问题，这种解决方案比较简单，更有效，且成本较低。

为此，本发明提出了一种涡轮机的压缩机转子，该转子包括：在公共轴上的至少两个转子盘，该公共轴带有叶片，该至少两个转子盘通过一般管状壁连接到一起，所述管状壁围绕转子盘的轴线同轴形成旋转面；和向心引气装置，其包括穿过壁并扩展成在管状壁内和两个转子盘之间形成的环形室的空气通道，所述转子的特征在于，空气导向壁安装在环形室内，并包括沿管状壁以较小的径向距离延伸的一般为管状部分，从而与所述壁配合以确定环形通道，该通道用于离开通道并延伸到其中一个转子盘的空气流的轴向流动。

为此，根据本发明，离开穿过管状壁的通道的空气沿着所述壁被导向其中一个转子盘，不再到达两个转子盘之间环形室的中央部位。这就防止了离开贯通通道的喷气流分散，并防止会产生压头损失的湍流的形成。沿管状壁被导向的空气然后自然沿转子盘流向旋转轴，在转子盘上形成层，在这些层中，空气速度主要都是径向的。这些层构成了在大气环境和海洋中发生的现象的组成部分，它们被称之为埃克曼层。

导向壁和将转子盘连接到一起的管状壁之间的径向距离具体被确定为上述通道引出的空气流量的函数。需要以尽可能导向引气这样一种方式来建立一种折中方案，不会产生湍流或漩涡，且不会妨碍所述空气的流动。数字计算流体动力学可以用来确定这个径向距离。例如，该距离约为几毫米或者甚至几厘米的数量级。

在一个实施例中，与现有技术相比，引气流中压头损失的降低量可以达到50％。因为压头的这种降低，可以预计引气可以来自压缩机级的更上游级，从而可以降低涡轮机的消耗率，同时也可降低引气的温度。

穿过壁的空气通道可以相对于转子的旋转轴线倾斜。例如，从上游到下游，这些空气通道向着内部或者向着外部倾斜，以便给离开空气通道的流体一个轴向分力，从而方便了流体沿着管状壁的流动。这些空气通道可以在迷宫式密封装置的下游的管状壁的下游端部内形成，从而与安装在两个转子盘之间的喷嘴配合。

根据本发明的另一个特征，导向壁安装并固定到环形室内的其中一个转子盘上。