[发明专利]具有微小的间隙损失的轴流式涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有微小的间隙损失的轴流式涡轮机。

背景技术

轴流式涡轮机具有壳体和转子，该转子由壳体包围。该转子具有轮毂轮廓，该轮毂轮廓与壳体的内轮廓共同形成了通过轴流式涡轮机的流动通道。所述转子具有大量转子级，所述转子级分别由转子叶片栅形成。该转子叶片栅具有大量转子叶片，所述转子叶片分别以其一个端部在轮毂侧固定在转子上并且以其另一端部径向向外指。在转子叶片的所述另一端部上形成了叶片尖端，该叶片尖端面对壳体的内侧并且直接与壳体的内侧相邻布置。在每个叶片尖端和壳体的内侧之间的距离构造成径向间隙，如此设计该径向间隙的尺寸，使得一方面所述叶片尖端在轴流式涡轮机运行时没有擦到壳体，并且另一方面在轴流式涡轮机运行时出现的通过径向间隙的泄漏流是尽可能小的。为了所述轴流式涡轮机具有高的效率，值得期望的是，通过所述径向间隙的泄漏流是尽可能小的。

如果将所述轴流式涡轮机安装在飞机推进器中，那么将壳体构造成细线细工的，从而具有尽可能小的重量。相反，将转子构造成坚固的，从而能够在轴流式涡轮机运行时经受压力和温度载荷。所述转子叶片相对于转子构造得不是那么坚固并且装配在转子上。

在所述轴流式涡轮机运行时，所述壳体的内侧与转子叶片与热气接触，其中壳体在其内侧上与热气具有大面积地接触。通过将壳体构造得比转子更加细线细工，所述转子比壳体更慢地变热。这导致在轴流式涡轮机的启动和停止时所述转子和壳体具有不同的热膨胀速度，从而在轴流式涡轮机启动和停止时在转子叶片的叶片尖端和壳体内侧之间形成的径向间隙的高度改变了。在此，在启动时出现大的径向间隙并且在停止时出现小的径向间隙。为了在停止时所述转子叶片的叶片尖端没有擦到壳体并且不会受损，所述径向间隙设有如此度量的最小高度，使得在轴流式涡轮机停止时所述叶片尖端几乎从不接触壳体。这使得在叶片尖端上维持相应设计尺寸的径向间隙。另一方面，尤其应该在轴流式涡轮机启动时仅仅将径向间隙设计得如此大小，使得由泄漏流引起的轴流式涡轮机的功率密度和效率的降低保持在可容忍的范围内。

现代的转子叶片具有非常高的空气动力学效率，该效率通过转子叶片的较高的压力载荷实现。通过所述高的压力载荷将通过径向间隙的泄漏流形成得特别强，从而通过该泄漏流强烈地影响转子叶片的总效率。尤其在具有小的结构高度和大的径向间隙的转子叶片中，通过泄漏流造成转子叶片的总损失的大致50%。泄漏流的减少改善了转子叶片的总效率。

通常已知例如通过“主动间隙控制”装置来降低泄漏流。在所述“主动间隙控制”装置中，在启动时冷却该壳体并且在停止时加热该壳体，使得壳体的热膨胀速度适应于转子叶片的热膨胀速度。此外，为了降低泄漏流从US 4,738,586中公开了叶片尖端的特别的造型，例如构造刀刃状的叶片尖端。

由EP 675 290 A2公开了另一种沿着转子叶片的跨度方向轮廓化的叶片尖端。该叶片尖端和对置的通道壁相互对应地轮廓化，其中通道壁具有环绕的凹处并且叶片尖端具有配合凹处的径向的尖端延长部分。通过所述措施能够在凹处的区域内快速降低气体速度，由此削弱震荡波的强度。

从FR 996967中获知另一种叶片尖端轮廓化以及通道壁轮廓化。

发明内容

本发明的任务是提供一种轴流式涡轮机，该轴流式涡轮机具有高的空气动力学效率。本发明的另一任务是为此提供一种转子叶片。

按本发明的轴流式涡轮机具有按权利要求1的特征所述的转子叶片栅。在此，根据权利要求9的特征构造所述转子叶片栅的转子叶片。

按本发明的轴流式涡轮机的转子叶片的轮廓化可以是常规类型的。所述转子叶片的径向突起沿着轴流式涡轮机的主流动方向平行于环形空间内侧的径向凹处走向，使得所述径向间隙具有均匀的并且波状的走向。根据双波的类型构造的环形空间内侧和叶身尖端以及相应地径向间隙分别包括至少四个由拐点界限的弯曲段，其中相邻的弯曲段的曲率具有不同的符号。由此，交替地加速和延缓在轴流式涡轮机运行中通过径向间隙出现的泄漏流。通过所述加速和延缓改变泄漏流的溢流速度和方向，从而在形成阶段和生长中防止在随着主流混合泄漏流时形成的间隙漩涡。由此有利地是，通过转子叶片栅的流动是均匀的并且损失少的，由此，所述转子叶片栅的以及由此所述轴流式涡轮机的效率是高的。

在间隙尺寸方面恒定的间隙沿着主流动方向具有均匀的不会突变的走向，从而在叶片尖端范围内的流动是损失少的。