[发明专利]燃气涡轮发动机静叶片的非均匀叶片间隔及其设计方法

说明书

本发明公开一种用于非均匀间隔叶片(15)的环列(11)，所述环列包括相邻叶片(15)的仅一个第一组(G1)和仅一个第二组(G2)，所述第一和第二组(G1，G2)中的相邻叶片(15)之间的第一和第二间隔(S1，S2)不相等，且所述第一间隔(S1)大于所述第二间隔(S2)。另提供包括仅三个相邻叶片(15)的第二组(G2)的实施例。第二间隔(S2)可比标称均匀间隔(S)小约25％‑35％，所述标称非均匀间隔(S)用作设计非均匀间隔静叶片(15)的间隔的设计参数。环列(11)可为扇形。燃气涡轮发动机部分可包括固定和/或可变非均匀间隔叶片(15)的一个或多个环或环列(11)。用于设计环列(11)的非均匀叶片间隔的方法包括确定标称均匀间隔(S)并从叶片(15)的标称均匀间隔(S)形成第一间隔(S1)和第二间隔(S2)。

技术领域

本发明涉及翼型燃气涡轮发动机静叶片，尤其涉及非均匀叶片间隔。

背景技术

静叶片在飞行器燃气涡轮发动机压缩机和风扇，以及在一些涡轮设计中的使用非常广泛。非旋转的或固定的静叶片通常位于风扇、压缩机和涡轮的动叶片的下游或上游。这些叶片影响切向流分量进入或离开转子，可能增加流体的静压且可能将液流角(flowangle)设置为适合下游转子的水平。非旋转静叶片可能为具有可变角度或固定角度并无法相对于进气流改变其角度的可变静叶片。

叶片中的翼型具有与其相关的一系列激励频率。更具体而言，各翼型在空气流中生成尾流，以脉冲的形式作用于经过的翼型。静叶片尾流（脉冲）数量和压缩机转速的组合产生一种激励，该激励可能与动叶片的自然频率一致。强烈要求将大多数翼型自然频率保持在发动机的设计操作范围外。

非均匀叶片间隔(NUVS)设计已经开发用于减少诱发的动叶片振动。NUVS设计改变了发动机外壳周长周围的叶片间隔，以便避免动叶片和静叶片自然频率，或者减少这些频率下的动叶片共振响应振幅。更具体而言，在此类设计中，静叶片的数量在静叶片组件的一个或多个扇区中是不同的。尽管静叶片间隔在各扇区之间可能有所不同，但是各扇区内的静叶片保持彼此等距隔开，和/或设计有相等的节距。动叶片扇区之间叶片间隔或节距的变化有助于改变叶片尾流的频率，从而减少在相邻动叶片中诱发的振动响应。一些常规非均匀叶片间隔设计可产生压缩机性能和可操作性问题。一些常规非均匀叶片间隔设计可能需要大量的静叶片部分配置，引起相关制造和库存成本增加。

因此，需要具有非均匀叶片间隔压缩机设计，借此避免需要大量静叶片扇区配置和/或压缩机性能和可操作性问题。

发明内容

本申请的一个方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的非均匀间隔叶片(15)环或环列(11)包括：第一组和第二组(G1, G2)，其中第一组和第二组包括在环或环列(11)中的所有叶片(15)；相邻叶片(15)的仅一个第一组(G1)和仅一个第二组(G2)；分别在第一和第二组(G1, G2)中的相邻叶片(15)之间的不相等的第一和第二间隔(S1, S2)，且第一间隔(S1)大于第二间隔(S2)。

第二组(G2)可包括仅三个相邻叶片(15)和叶片(15)的仅两个相邻对(17)，且第二间隔(S2)位于两个相邻对(17)中每个相邻对的每个叶片(15)之间。静叶片(15)的标称均匀间隔(S)可用作设计非均匀间隔静叶片(15)的间隔的设计参数，且第二间隔(S2)比标称均匀间隔(S)小约25%-35%。燃气涡轮发动机环或环列(11)可呈扇形。燃气涡轮发动机环或环列(11)可包括约9到14个扇区(36, 38)以及每个扇区(36, 38)约8到16个叶片(15)。

第二组(G2)可包括：两个或多个相邻叶片(15)，其包括一个或多个叶片(15)的相邻对(17)；以及第二间隔(S2)，其位于各自叶片(15)的一个或多个相邻对(17)的每一个之间。