[发明专利]涡轮机转子叶片、整体叶盘、压缩机转子和与其相联系的风扇转子

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机叶片领域，更具体地涉及涡轮机转子叶片领域。

背景技术

在本上下文中，术语“涡轮机”使用来代表其中能量可以在流体流与至少一组叶片之间传送的任何机器，例如，压缩机，泵，涡轮，或它们中至少两个的组合。在以下描述中，术语“上游”和“下游”相对于穿过涡轮机的流体的正常流动方形被限定。

这种涡轮机可以包括多个级，各所述级通常包括两组翼面，即一组可移动叶片和一组静止引导翼片。这样的一组包括沿着侧向彼此偏移的多个翼面。通常地，翼面围绕中心轴线A沿着径向布置。因此，当这样的一组构成一组移动叶片时形成转子，或当其构成一组引导翼片时形成定子。相对于中心轴线A的各叶片的近端通常被称为其根部，同时远端通常被称为其尖端。在根部与尖端之间的距离被称为叶片高度。在其根部与其尖端之间，叶片由大致垂直于径向轴线Y延伸的一叠空气动力学轮廓组成。在此上下文中，术语“大致垂直”意思是各轮廓的平面可以具有相对于径向轴线Y，接近于90°的角度，例如，位于60°至120°的区间内。

在这种涡轮机中，这种转子通常由外壳包围。为了限制转子中的流动损失，通常期望限制在叶片尖端与外壳的内壁之间的径向间隙。然而，此减少的径向间隙导致在叶片尖端与外壳的内壁之间接触风险的提升。如果该接触频率与弯曲叶片的共振频率形成共振，则这种接触可能非常危险。因此，此问题带来了研究：例如，由Kevin E.Turner、Michael Dunn和Corso Padova于2010年6月14-18日在英国的格拉斯哥市在“2010年度ASME(美国机械工程师协会)涡轮博览会：陆地、海洋和空气的能量”中在《在摩擦事件过程中翼面的偏斜特性》的标题下所描述的，以及由Robin J.Williams于2011年6月6-10日在加拿大的不列颠哥伦比亚省温哥华市在“2011年度ASME涡轮博览会”中在《由于大的尖端摩擦而使用隐式时间推进法模拟在燃气涡轮中的叶片外壳相互作用现象》的标题下所描述的。

同时，对于空气动力学原因，为了提高压缩机和风扇的效率，尤其为了提高那些达到接近音速的流速，提出了向前移动叶片，例如，在美国专利申请US2010/0054946A1中，以及由Bergner、Stephan Kablitz、Dietmar K.Hennecke、Harald Passrucker和Erich Steinhardt于2005年6月6-9日在美国内华达州里诺-塔霍市在“2005年度ASME涡轮博览会：陆地、海洋和空气的能量”中标题为《移动对在轴向接近音速压缩机中的3D防震结构的影响》的研究中。

然而，由于几何因素，向前移动的叶片在实施与外壳的接触的情况下可以具有尤其相反的动作。由于它们的形状，由这种接触导致的侧向偏斜可能恶化动力自我接合的现象。

法国专利申请FR2 851 798 A1公开了一种具有远端部分的转子叶片，所述远端部分在叶片尖端与在大部分叶片高度上具有向前移动的中间部分之间向后移动。在这种构造中的远端部分的向后移动可以用来至少部分地降低动力自我接合的风险。

发明内容

本发明寻求进一步降低转子叶片的动力自我接合风险，所述转子叶片包括向后移动的远端部分，所述远端部分在叶片尖端与在至少50％的叶片高度上具有向前移动的中间部分之间。

在至少一个实施例中，此目的通过事实来获得：所述远端部分还可以具有正切向倾斜角，尤其具有比中间部分的更大的正切向倾斜角，从而与远端部分的向后移动一起有助于限制在叶片尖端与环形外壳之间的干扰，所述环形外壳在叶片的弯曲过程中偏斜的情况下靠近其。术语“倾斜切角”在本上下文中使用来指沿着叶片与转子的旋转轴线连接的方向，相对于径向轴线，穿过连续轮廓的重心CG的线条的倾斜角。如果朝向叶片尖端移动时，叶片沿着叶片的旋转方向倾斜，则此倾斜角被视为是正的，如果叶片沿着相反方向倾斜则所述倾斜角是负的。利用这些规定，可以获得向前移动叶片的空气动力学优点，而不包括叶片对与外壳的接触的动力响应，因此使得可与起源于其的空气动力学优点一起在叶片尖端与外壳之间维持小间隙。中间部分还在邻近于远端部分的至少一个区域上具有正切向倾斜角。

另外，所述远端部分尤其可以直接地邻近于所述叶片尖端，从而朝向叶片尖端延伸并释放较大部分的叶片高度，用于向前移动的中间部分。

为了减少叶片尖端对环形外壳的干扰，远端部分可以占据至少5％，优选地至少8％的叶片高度。

然而，为了最大化向前移动的空气动力学优点，远端部分需要占据不到30％，优选地不到15％的叶片高度。