[发明专利]用于超音速流的叶型与平台组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种组件，其包括用于涡轮发动机叶轮的叶型以及其内安装叶型的平台，如此形成的组件采用这样一种布置，即固定到平台或多个装配在一起的平台上的多个叶型构成叶轮。术语“平台”在此处用来表示确定叶片间通道径向内侧的部分，所述通道是在叶轮两个邻近叶型之间形成的。术语“平台表面”用来表示面向叶片间通道的平台表面。平台表面也可以是指统称为叶轮平台表面的组件。

背景技术

按照已知方式，叶轮的叶型可以与转子盘为一体形成，从而构成叶轮。采用这种方式制成的部件结合了叶型和其平台，称之为整体叶轮。按照另一个实施例，叶型与转子盘相互独立（即，它们构成完全不同的部分）。在这种情况下，叶型由各个叶根构成，使得叶型得以固定到转子盘上，从而构成叶片。为此，包括转子盘上叶片在内的组件构成了叶轮。

本发明试图提出一种相对于平台表面的叶型的有利布置；这种布置采用上述不同结构形式，不论平台和叶型是否构成完全不同的部分。

特别是，本发明试图制作上述组件，用来制作（高压或低压）压缩机的叶轮，而且，具体是，涡轮发动机或直升机涡轮轴发动机上使用的多级压缩机。本发明还可用于制作涡轮发动机涡轮（该涡轮可以是高压或低压涡轮）的叶片或叶轮。

在涡轮发动机中，压缩机级的空气动力效率（等于理想功（理想功是指与等熵变换相关的功）和通常输送给流体的功之比，为的是获得压缩机级上游和下游端之间的给定压力增加）不仅取决于叶型的形状，而且取决于平台的形状。为了提高该效率，已知对一个或多个叶轮的平台表面进行修改，以便局部增加或减小流过叶轮的流体流动截面积。为此，且按照已知方式，平台的改动是在与叶型表面上设置周向凹部和/或周向凸起区域。（术语“周向”此处用来相对于凹部或凸起区域，表示大体旋转面的凹部或凸起区域，当然，叶型邻近附近除外）。这种修改，称之为“外形修整”，用来提高叶轮和-更广泛地说-压缩机级的空气动力效率。术语“凹部”和“凸起区域”应该理解为是以理论表面为基准，所述理论表面径向形成了通道的内侧并从叶轮上游到下游呈线性变化。

然而，不论采用这种方法获得的叶轮的效率是否增加，但这种修整通常会导致对流体流产生一定程度的不利影响。具体是：

引起叶轮出口处压力梯度升高；这种梯度会对叶轮运行有害，特别是，对涡轮发动机（特别是多级压缩机）整体效率不利；

引起叶型（特别是叶型根部附近）周围速度分配不均匀；以及

最后，会引起叶轮压缩比的改变（此处，压缩比等于叶轮上游和下游压力之比）。

当发现这种不利影响时，通常，对位于所述叶轮下游流体通道内的叶轮形状进行修整，以期消除这些不利影响。然而，这种修整不能保留因为改动所述叶轮平台表面而获得的效率的提高；此外，这种修整也并不总是能够得以顺利进行。

发明内容

本发明的目的是提出一种组件，来消除这些缺陷，所述组件包括涡轮发动机叶轮的叶型和适合安装叶型的平台：

多个所述叶型适合固定到所述平台上或多个装配在一起的所述平台上，从而形成叶轮,该叶轮带有叶轮轴线并沿该轴线构成上游和下游方向，所述叶型径向布置在叶轮上；

在所述叶轮中，平台或装配在一起的平台在叶型之间提供了一个表面，称之为平台表面，该表面径向构成了在叶型之间形成的气体流动通道的内侧；以及

所述平台表面呈现周向凹部，在叶型前缘和后缘之间大体轴向延伸，所述凹部的最深截面轴向位于叶型的上游一半(upstream half)内；

该组件提供叶轮良好的空气动力效率，确保叶轮下游压力梯度类似于平台表面无周向凹部时所观察到的梯度，以及可较均匀地分布流体速度，特别是在叶片根部附近，并从而可以使得叶片在超音速流中运行。

为了说明本发明提供的技术方案，现定义如下部分：

平台的“附近”涉及位于内圆角上方较近距离（例如，小于叶型高度40%）处的叶型部分，所述内圆角将叶型与平台相连接。基角(skeleton angle)是指由叶型中间纤维（neutral fiber）在垂直于叶型纵向平面上相对于叶轮轴线所形成的角度，基角的特征是以这样的方式选择的，即上游基角（叶型前缘的基角）为正。

根据沿叶轮轴线的位置变化，轮廓曲线（skeleton curve）是指在与平台表面平行的截面平面上叶型基角变化的曲线。