[发明专利]具有轮叶的径流式或混流式压缩机扩散器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及燃气涡轮发动机，更具体地，本发明涉及燃气涡轮的径流式或混流式压缩机的扩散级以及相关的压缩机。

背景技术

压缩机包括一个或更多个装有叶片或未装有叶片的旋转盘(转子或叶轮)、以及一个或更多个具有固定的轮叶的叶轮(矫直机级)。

径向(或离心式)压缩机具有至少一个径向压缩机级，径向压缩机能够实现与压缩机的中心轴线垂直的气流。径向压缩机包括具有径向叶片的至少一个叶轮，其中，径向叶片轴向地吸入空气，空气在径向力的影响下被加速、压缩并且被径向地排出。所排出的空气然后在扩散器(固定的轮叶)中被矫直，通过使离开叶轮的气体减速，扩散器将所排出的空气的部分速度转变成静压力。该操作必须以最小的总压力损失进行，同时仍保持压缩机的令人满意的稳定性水平，以便保持用于涡轮机的操作的合意的喘振裕度。

气体然后被朝向燃烧室导引。

混流式(或轴向-径向式)压缩机具有相对于所述中心轴线斜置的至少一个压缩机级，使得流体以相对于径向方向形成非零角的方式离开压缩机的叶轮。

径向压缩机的扩散器包括由两个凸缘组成的叶轮，在这两个凸缘之间，气体从中心朝向周缘径向地或对角地流动。轮叶沿整个叶轮分布在这两个凸缘之间。这些轮叶在这些轮叶的前缘与后缘之间形成流动梯级(flow cascade)。

然而，离开叶轮的气流由于扩散器的轮叶而导致的偏斜能够使流体在轮叶的拱腹或拱背上分离，如果分离显著的话，所述分离能够导致流体失速并因而导致抽吸。已知的是这种抽吸现象对组成压缩机的元件有害，使得人们试图尽量避免抽吸现象。

通常，扩散器的轮叶由呈圆弧形状的拱腹壁和拱背壁构成，并且包括准线性直角。图1中示出了这种轮叶的示例。然而，这些轮叶的扩散能力有限。实际上，通过这些轮叶而实现的扩散的增加会使各向同性效率下降，并且会使压缩机的不稳定性增加。

文献WO 2012/019650中提出了用于径向压缩机的这样的一种扩散器，该扩散器包括轮叶。具体地，该文献描述了这样的轮叶，所述轮叶的轮廓具有由具有拐点的函数所定义的弧线。由于这个原因，所述弧线呈“S”形状并且使得能够沿轮叶的轮廓分配载荷，其中，低载荷位于前缘的区域中，低载荷递增至轮叶的拐点，在轮叶的拐点处载荷最大。然而，表现出这种“S”轮廓的这种轮叶的使用需要限制扩散器喉部处的截面(即，流体入口处的截面)。这具有将流速/速度特性朝向较低的流速改变的作用，并且减小了扩散器的航空动力学节流。

文献JP 2011–252424中也描述了轮廓曲线的形状类似于“S”的轮叶。具体地，该文献的轮叶构造成使得形成在曲率线与周向轮廓曲线之间的角度升高，然后降低，然后在轮叶的前缘与后缘之间再次升高。在这种情况下，扩散器的喉部处的截面因此也一定会受到限制，这具有减小扩散器的稳定性的作用。

发明内容

本发明的一个目的在于改进现有技术的径流式和混流式压缩机的扩散器的性能和喘振裕度。

具体地，本发明的目的在于提出用于径流式或混流式压缩机的这样的一种扩散器：所述扩散器能够限制压缩机的等熵效率降低，并且能够提高用以减慢和用以矫直由压缩机的叶轮传送的气流的能力，同时仍保持气流的稳定性。

为此，本发明提出了用于径流式或混流式压缩机的扩散器的这样的一种轮叶：所述轮叶包括前缘、后缘以及拱腹侧壁和拱背侧壁，其中，前缘面向气流定位，后缘与所述前缘相反，拱腹侧壁和拱背侧壁将前缘与后缘连接。所述轮叶的轮廓包括弧线，所述弧线在前缘与后缘之间具有至少两个拐点。此外，拱腹壁的曲线和拱背壁的曲线大体上遵循所述弧线的曲线，使得：

-拱腹壁在前缘与后缘之间包括至少两个凸出部分，所述至少两个凸出部分由凹入部分分隔开，以及

-拱背壁在前缘与后缘之间包括至少两个凹入部分，所述至少两个凹入部分由凸出部分分隔开，以及

所述轮廓限定在前缘与后缘之间延伸的弦线，并且拱腹壁的凸出部分和拱背壁的凹入部分至少部分地在所述弦线的相同侧上延伸。

本发明还提出了一种包括至少一个上述轮叶的扩散器以及一种包括这种扩散器的径流式或混流式压缩机以及一种包括这种压缩机的发动机。

附图说明

在参照通过非限制性示例的方式给出的附图而阅读下文的详细描述时，本发明的其它特征、目标和优点将更为清楚，其中，在附图中：

图1示出了遵照现有技术的轮叶轮廓的示例，

图2示出了遵照本发明的扩散器的轮叶轮廓的示例，