[发明专利]轴流式涡轮机

说明书

本发明涉及一种具有至少一组弯曲导叶和至少一组转子叶片的轴流式涡轮机。

尤其是，采用了弯曲导叶，以降低由于导叶上边界层的偏移而产生的附加损失。

具有弯曲导叶的涡轮机，例如按照DE-A-3743738是公知的。在该出版物中，表示和描述这样一种叶片，它沿叶片高度的弯曲在圆周方向上朝向相应邻近导叶的压力侧。从该出版物中，还公开了这样一种叶片，它沿叶片高度的弯曲在圆周方向上朝向相应邻近导叶的负压侧。意图是以一种有效的方式来减小经向边界层压力梯度和沿圆园方向延伸的边界层压力梯度，从而减少叶栅空气动力损失。这种已知叶片不管弯向相邻叶片的哪一侧，每种情况下，它都沿圆周方向精确地延伸。这意味着在所表示的柱面叶片的情况下，它们的前缘沿叶片高度至少是处于同一径向平面内。

因此，本发明的一个目的是提供一种措施，在一开始提到的轴流式涡轮机中，借助于它，能使所述的损失进一步减小。

按照本发明，这是通过沿叶片高度以精确的角度选择导叶相对于其弦的弯曲并通过在其径向范围内使导叶渐缩来达到的。同时，这种弯曲在圆周方向上应朝向相应邻近导叶的压力侧。

本发明的优点从这一事实中可明显看到;由于以精确的角度相对于叶片弦弯曲，叶片的径向投影面积比沿圆周方向在公知的弯曲情况中的要大。这就增加了对工质的径向力;后者施压于流道壁上，因此边界层厚度减小。

在具有一个在导叶根区内至少大致呈圆柱形的叶片支座和一个在导叶尖区内呈锥形扩张的轮毂，例如在废气涡轮增压器的单级燃气涡轮机中所采用的那样的轴流式涡轮机中，这些导叶沿其高度被扭曲是有利的。弯曲就扭曲结合允许反动度沿叶片高度最优化，而在工艺过程中无需很大改变转子叶片进口角的配置。因此在这一事实中还可看到另一个优点：在涡轮级的设计中，原先的转子叶片可以按原来的样子保存下来。

通过连同附图一起参看下列详细说明，可以对本发明有更加完整的理解，并且获知许多伴随的优点。所述附图表示了采用具有轴向/径向出口的单级废气涡轮增压器的本发明的示例性实施例，其中：

图1表示该涡轮机的局部纵剖面;

图2表示图1中所示流道外径上的柱体断面的局部改进结构;

图3以透视图表示一弯曲导叶的轮廓;

图4表示弯曲导叶的一些叶型截面;

图5表示在轴向剖面内的子午线流线;

图6表示沿流道高度对比燃气出口角和叶片出口角的示意图;

图7表示一根曲线，给出损失随涡轮机压比增大而减少。

现在参照各附图，其中在不同图中相同的标号指示相同的或相应的部件，而且，仅表示出那些对于理解本发明所必须的另件。例如，该装置的压气机部分，壳体，转子，连同轴承都没有表示。工作介质的流向以箭头表示。

在图1图示的燃气涡轮机中，作为流道1边界的壁面一方面是轮内毂2，而另一方面是叶片外支座。后者以适当方式被支承于壳体内（未表示）。在转子叶片4的区域内，流道1在内侧以转子盘5为界，在外侧以盖6为界。轮毂2具有圆锥形状，具体地说，沿整个叶栅区该锥体是扩张的，因为膨胀工质的容积增加。

在转子叶栅的上游配置一静正导叶叶栅。其叶片7就其数目及其弦S和叶距T之比（图2），按流体力学相对于全负荷是最优化了的。它们提供了带有为进入转子叶栅所必需的涡流的流动。和图示的有所不同，该导叶叶栅通常被制成为整体，例如包括其内、外边界壁面，被成为一个铸成一体的喷嘴环。因此，实际上不可能叫作叶尖或叶根。

从图1和3中可以看到，由于叶片弯成弧形，因此，不管是导叶的进口缘9还是其出口缘8都不处在同一轴向平面内。

叶片相对于弦的弯曲以精确的角度延伸，这是通过沿圆周方向的轴向转移叶型断面达到的。

这种弯曲按一连续的弧线形成，该弧线跟叶片支座3构成一锐角αz，跟轮毂2构成锐角αn。在外径处的αz角小于内径处的αn角。在图1中所表示的角度，不要认为是处于轴向平面内，而是和叶片的弦平面成一精确的角度。

导叶径向向内渐缩。其渐缩是这样选择的，使导叶成形为自叶片外径至大约一半高度处，其弦和叶距之比增加，自叶片的一半高度至内径处，其弦和叶距之比大致不变。其叶型沿叶片高度基本保持不变。

从图4中，可以看到弯曲量，渐缩以及一些叶型。其中在一个径向视图内可以看到5个叶片，它们沿叶片高度至少大致是等距离的。Z代表在外径处即在柱面处的叶型;N代表在内径处，即在轮毂处的叶型;V代表在叶片的一半高度处的叶型，而U和W分别代表在1/4和3/4叶片高度处的其它两个叶型。